DE3687190T2 - Kommunikationsverfahren. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationsverfahren zur Verwendung in Kommunikationsnetzwerken, die eine Vielzahl von Stationen und eine Übertragungsstrecke zur Informationsvermittlung zwischen den Stationen aufweist, wobei codierte Information in Rahmen übermittelt wird.
• Kommunikationsnetzwerke zur Übermittlung von Daten sind in verschiedenen Formen auf Basis eines Ringes, Busses oder Sterns bekannt, wobei Stationen an Knotenpunkten an den Ring, Bus oder Stern angeschlossen sind. Der neuere Trend zieht jedoch auf die Bereitstellung eines integrierten Dienstes ab, mit dem Echtzeitinformation (Sprache und Bild, etc.) übertragen werden kann, wobei Laufzeiten eine maximale Grenze nicht überschreiten dürfen, wenn ein Anruf angenommen worden ist.
• Ein optischer Ringbetrieb mit einer Rahmenperiode von 125 us ist in der europäischen Patentanmeldung 118 767 dargestellt. Jeder Rahmen ist in zwei Teilrahmen unterteilt, die das gleichzeitige Betreiben zweier unterschiedlicher Übertragungsprotokolle erlauben. Echtzeitanrufe werden dabei in einem Abschnitt jedes Rahmens übermittelt, während Datenpakete in einem anderen Abschnitt übermittelt werden.
• Der Datenabschnitt eines Hybridsystems kann dazu benutzt werden, Signalisationsinformation zum Aufbauen eines Echtzeitanrufes zu übermitteln. Sobald ein Anruf aufgebaut worden ist, müssen alle Stationen in der Lage sein anzugeben, welche Zeitschlitze benutzt werden und welche Zeitschlitze, wenn überhaupt, für die Belegung verfügbar sind. Die europäische Patentanmeldung 79426 offenbart ein Ortsnetz zur Übermittlung von Echtzeitanrufen, bei dem jeder 8-Bit Zeitschlitz jedes Rahmens im Rahmen ein zugeordnetes Bit aufweist, das anzeigt, ob der Zeitschlitz benutzt wird oder verfügbar ist. Diese Bits sind in ihrer Gesamtheit als Bitmap bekannt und können in der in der Anmeldung 79426 dargestellten Form im Rahmen übermittelt oder über eine getrennte Strecke zwischen den Stationen übertragen werden.
• Das mit der Bitmaptechnik verbundene Problem besteht jedoch darin, daß Fehler die von der Bitmap geführte Information verstümmeln können. Diese Fehler können für eine gewisse Zeit existieren, wodurch die Leistungsfähigkeit des Systems herabgesetzt wird, oder sie können den Verlust von Anrufen während der Übertragung verursachen.
• Störsignale auf der Strecke oder ein Fehler in einer Komponente können das Setzen eines Bits verursachen (Anzeigen der Belegung des ihm zugeordneten Zeitschlitzes), wenn der Zeitschlitz nicht belegt und zur Benutzung frei ist. Ein solcher Zeitschlitz wird dadurch von der Benutzung ausgeschlossen, da es keinen aufzuhebenden Anruf und somit kein Mittel zum Rücksetzen des zugeordneten Bits gibt. Analog kann ein Bit irrtümlich rückgesetzt werden, während ein Anruf über den zugeordneten Zeitschlitz aufgebaut wird. Es ist dann einer anderen Station möglich, diesen Zeitschlitz zu belegen, was im Verlust zweier Anrufe enden kann.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kommunikationsverfahren zur Durchführung zwischen einer Vielzahl von Stationen über eine Kommunikationsstrecke geschaffen, die zur Informationsübertragung zwischen den Stationen ausgelegt ist, wobei nach dem Verfahren codiert Information in Rahmen übermittelt wird, von denen jeder einen Echtzeitabschnitt mit Zeitschlitzen für Echtzeitanrufe, und einen Datenabschnitt für Signalisationsinformation aufweist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Bitmap zwischen den Stationen übertragen wird, die anzeigt, ob jeder Echtzeitschlitz frei oder in Benutzung ist und die Rahmen in Zyklen übertragen werden, die aus einem oder mehreren Rahmen bestehen; wobei die Zyklen einen Wiederauffrischungszyklus, in dessen Verlauf neue Belegungen von Echtzeitschlitzen verhindert werden, die Bitmap rückgesetzt und Stationen, die Echtzeitanrufe übertragen, sequentiell zuvor belegte Schlitze regenerieren und einen Angebot- und Nachfragezyklus umfassen, in dessen Verlauf es den Stationen möglich ist, nacheinander neue Echtzeitanrufe durch Belegen freier Zeitschlitze im genannten Echtzeitabschnitt aufzubauen.
• Ein Vorteil der obigen Erfindung besteht darin, daß sich ein Fehler in der Bitmap nicht von Station zu Station lange fortpflanzen kann, ehe ein Wiederauffrischungszyklus jedes Bit rücksetzt und jede mit einem Anruf befaßte Station dasjenige Bit neu setzen muß, das dem von der Station gerade zur Durchführung des Anrufes benutzten Zeitschlitz zugeordnet ist. Die ideale Zeitdauer zur Durchführung eines Angebots- und Nachfragezyklus beginnt daher unmittelbar nach einem Wiederauffrischungszyklus, wodurch nur minimale Gelegenheit zur Erzeugung von Fehlern gegeben ist.
• Vorzugsweise umfaßt ein Verfahren der vorliegenden Erfindung bei jeder Station das Erfassen eines Prioritätsfehlers, der auftritt, wenn keine Station Prioritätsstatus hat oder wenn zwei oder mehr Stationen Prioritätsstatus haben, und weiter das Rücksetzen des Systems. Die erste, einen Prioritätsfehler erfassende Station kann die anderen Stationen blockieren und nach Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungsperiode den Prioritätsstatus annehmen.
• Vorzugsweise folgen auf einen Angebots- und Nachfragezyklus ein einzelner oder mehrere normale Zyklen, in deren Ablauf Anrufe übertragen, aber keine Zeitschlitze belegt werden. Anrufe können während der Wiederauffrischungs- und Angebots- und Nachfragezyklen gespeichert werden, doch vorzugsweise wird mit der Durchführung von Anrufen während sämtlicher Zyklen fortgefahren, was eine maximale Ausnutzung der verfügbaren Bandbreite gewährleistet. Vorzugsweise wird die Anzahl der auf einen Angebots- und Nachfragezyklus folgenden normalen Zyklen wahllos geändert. Dies gewährleistet, daß ein Prioritätsfehler, bei dem zwei Stationen die Priorität in Anspruch nehmen, bei jeder beliebigen Anzahl von Stationen im Netz erfaßt wird.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 stellt eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Kommunikationsnetzes dar, das ein Verfahren gemäß der Erfindung anwendet;
• Fig. 2 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Rahmens im Netz der Fig. 1, für einen bestimmten Zeitpunkt;
• Fig. 3 stellt ein Diagramm eines Belegungszyklusses dar, wie er an einem Knoten des Ringnetzes der Fig. 1 erscheint; und
• Fig. 4 stellt ein Diagramm eines alternativen Rahmens für drei unterschiedliche Zeitpunkte dar.
• Bezugnehmend auf die Zeichnungen stellt Fig. 1 ein Ringnetz mit mehreren Stationen 12 an den Knoten des Ringes dar, wobei eine Station, 12', unter Verwendung bekannter Protokolle als Monitorstation arbeitet. Zu Beginn wird eine der Stationen als Monitor gewählt; doch übernimmt im Falle, daß diese Station versagt, eine der anderen Stationen die Monitorfunktion. Die Station 12 kann verschiedene Arten von digitalen Einrichtungen umfassen, wie etwa Datenverarbeitungseinrichtungen, Videogeräte, Facsimile- oder Telefongeräte, wobei der Zugang zum öffentlichen Wählvermittlungsnetz vorgesehen sein kann. Die Monitorstation 12' erzeugt alle 125 Mikrosekunden (wegen der Kompatibilität mit dem öffentlichen Netz) einen Rahmen feststehender Länge, der im Ring umläuft. Jeder Rahmen weist eine ganzzahlige Anzahl von Bytes bzw. Schlitzen auf. Ein elastischer Speicher im Monitor dient dem Zweck, eine Ringgesamtlaufzeit bestehend aus einer ganzen Zahl von Rahmen herbeizuführen. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Anzahl der im Ring untergebrachten Rahmen 4.
• Ein typischer Rahmen ist in Fig. 2 dargestellt. Jeder Rahmen besitzt eine feststehende Grenze 15, die eine Aufteilung zwischen Echtzeitdiensten, RTS (Sprache und Video mit geringer Bitgeschwindigkeit) und nicht zeitkritischen Datendiensten erzeugt. In der in Fig. 2 dargestellten Situation gibt es viele belegte 8-Bit-Schlitze 17, zwischen die im RTS-Abschnitt des Rahmens leere Schlitze 19 eingestreut sind. Im allgemeinen gibt es am Ende des RTS-Abschnittes des Rahmens, aus den unten erläuterten Gründen, mehr leere Schlitze als am Anfang. Schlitze für Echtzeitdienste werden entsprechend den Echtzeitbedürfnissen der Stationen im Ring belegt, wobei in den Hauptverkehrszeiten alle Schlitze im RTS-Abschnitt des Rahmens besetzt sein können. Eine der Stationen wird als Prioritätsstation bestimmt und hat die erste Möglichkeit zur Belegung von Schlitzen entsprechend ihren Bedürfnissen. Die Möglichkeit, zu belegen, wird im Ring weitergegeben. Stationen, die am weitesten von der Prioritätsstation entfernt sind, haben eine schlechtere Chance zur Durchführung gewünschter Belegungen, da bereits alle Schlitze belegt sein können. Der Prioritätsstatus wird reihum von jeder Station erworben, wie unten beschrieben ist, so daß sich im Durchschnitt keine Station in einer bevorzugten Position befindet; und jede Station hat die gleiche Möglichkeit, während einer Zeitdauer Schlitze für Echtzeitdienste zu belegen.
• Die beiden Abschnitte jedes Rahmens sind im wesentlichen unabhängig. Der Datenteil jedes Rahmens kann entsprechend den Standardprotokollen für Datenübertragung arbeiten. Beispielsweise kann es Stationen gestattet sein, ein oder mehrere Pakete fester oder variabler Länge zu senden, die Ursprungs- und Bestimmungsadresseninformation und Daten enthalten. Es gibt viele bekannte Protokolle, die eine befriedigende Übertragung von Daten zwischen Stationen an einem Ring oder einer anderen Strecke ermöglichen. Die Bandbreite kann nach Bedarf zwischen den Stationen verteilt und die Aneignung der Datenabschnitte des Rahmens durch besondere Stationen kann vermieden werden. Beispielsweise können "Token-Passing"-Protokolle oder Protokolle für Zeitschlitzringe nach Wunsch verwendet werden. Die RTS-Abschnitte der Rahmen sind für die Protokolle praktisch transparent; und beispielsweise kann ein Token über die Datenabschnitte von zwei oder mehr Rahmen verteilt werden, wobei er periodisch durch den RTS-Abschnitt unterbrochen oder verschoben wird.
• In den RTS-Abschnitten der Rahmen werden Zeitmultiplexsignale (TDM- Signale) zwischen den Stationen übertragen. Es gibt keine zentrale Steuereinheit, was die Netzstruktur vereinfacht, Probleme in Verbindung mit dem Versagen einer zentralen Steuerung und mit Verdichtungen des Signalisationsverkehrs, die auf die zentrale Steuereinheit zur Herstellung von Schlitzbelegungen konzentriert sind, vermeidet und eine relativ leichte Erweiterung des Netzes erlaubt. Gewünschtenfalls steht es frei, eine Managerstation zu bestimmen, um den Zugang von Benutzern mit sehr großer Bandbreite zum Ring mit Hilfe von höheren Protokollen zu regulieren, jedoch stets ohne eine zentrale Steuerung der Schlitzbelegung und -zuweisung zu benötigen. Um RTS-Anrufe aufzubauen und aufzuheben, werden Meldungen unter Benutzung der Datenabschnitte des Rahmens gesendet. Diese Meldungen werden nur beim Aufbauen und Abbauen gesendet, da nämlich, sobald einer oder mehrere Schlitze für einen RTS-Anruf zwischen zwei Stationen zugewiesen worden sind, der gleiche Schlitz bzw. die gleichen Schlitze in jedem Rahmen für die Dauer des Anrufs reserviert werden.
• Dementsprechend ist für den Echtzeit-TDM-Teil des Rahmens eine verteilte Steuerung vorgesehen. Gemäß Fig. 3 tritt eine Folge von Zyklen auf, die es den Stationen ermöglicht, die Anzahl der für ihre RTS- Anrufe benötigten Schlitze in fairer Weise zu belegen. Andere Stationen am Ring müssen in der Lage sein zu erfahren, welche Schlitze bereits besetzt sind. Sie erhalten ebenfalls in standardisierter Weise, unter Verwendung höherer Protokolle, in den Datenabschnitten der Rahmen eine Information darüber, welche Schlitze Informationsbytes enthalten, die für sie bestimmt sind.
• Beim vorliegenden Beispiel beträgt die Periode jedes Rahmens 125 Mikrosekunden. Im Ring befinden sich gleichzeitig 4 Rahmen und diese bilden einen Mehrfachrahmen bzw. einen Zyklus. Die Periode eines vollständigen Zyklusses beträgt daher 0,5 Millisekunden, und dies stellt zugleich die Fortpflanzungslaufzeit des Ringes dar. Für jeweils 4 Rahmen wird durch die Monitorstation 12' ein Mehrfachrahmen-Ausrichtungswort ausgegeben. Es handelt sich um ein leicht identifiziertes Feld bzw. eine Flag bestehend aus einem oder mehreren Bytes, die in den ersten Schlitz bzw. die ersten Schlitze des ersten Rahmens jedes Satzes von 4 Rahmen im Mehrfachrahmen untergebracht werden. Jeder der folgenden 3 Rahmen des Zyklusses beginnt mit einer Startflag bzw. einem Rahmenausrichtungswort ähnlicher Form wie der des Mehrfachrahmenwortes. Der Mehrfachrahmen und das Mehrfachrahmenausrichtungswort dienen als Ausrichtungssignale für Signalisationszwecke. Das Mehrfachrahmenausrichtungswort kann auch unter bestimmten Umständen, die unten beschrieben werden, abgeändert werden, um anzuzeigen, welche der drei möglichen Zyklustypen als nächster stattfindet.
• Eine Anzahl von Schlitzen am Anfang jedes Rahmens sind für die Verwendung einer Bitmap reserviert, um anzuzeigen, welche RTS-Schlitze leer und welche besetzt sind. Die Bitmap ist über die 4 auf jedes Mehrfachrahmenwort folgenden Rahmen verteilt, so daß sich während jedes Zyklusses eine vollständige Bitmap im Ring befindet. Am Anfang jedes Rahmens sind also mehrere Bytes der Bitmap gewidmet, die aus einem 2-Bit-Indikator für jeden Schlitz besteht:
• 11 = besetzt
• 01 = Fehler
• 10 = Fehler
• 00 = unbesetzt.
• Eine Station mag nur unbesetzte Schlitze belegen, wobei ein Fehlerindikator als "Besetzt-Anzeige" verwendet wird. Es muß also ein doppelter Fehler auftreten, ehe es zu einer falschen Wiederzuweisung eines Schlitzes kommt. Eine Station, die einen ihrer belegten Schlitze in nachfolgenden Zyklen als bereits besetzt vorfindet, würde ihre Belegung als aufgegeben betrachten und eine neue Schlitzbelegung wiederherstellen. Daher überträgt jeder Schlitz von 8 Bits ein Overhead von 2 Bits, die für die Bitmap zu je 4 Rahmen benutzt wird, so daß sich die Bitmap zusätzlichen Platz von 2 Bits je 34 Bits zulegt.
• Im Zuge des Verfahrens tritt die nachfolgende Zyklusfolge auf: ein Statuswiederauffrischungszyklus; ein Angebots- und Nachfragezyklus, ein normaler Zyklus (bzw. Übertragungszyklus); ein möglicher weiterer normaler Zyklus (Wahrscheinlichkeit 0.5); ein Statuswiederauffrischungszyklus, etc. Jeder neue Zyklus wird von der gerade als Prioritätsstation arbeitenden Station eingeleitet und gesteuert, wobei diese Station das Mehrfachrahmenwort verändert um anzuzeigen, welcher Zyklus gerade abläuft. Während des Ablaufs aller Datenzyklen wird der Datenteil des Rahmens für die Übertragung von Datennachrichten zwischen unabhängigen Station der RTS-Zyklen verwendet.
• Während des Statuswiederauffrischungszyklusses markiert jede Station in der Bitmap diejenigen Schlitze, über die sie bereits die Kontrolle hat (d. h., die sie während der vorhergehenden Zyklen belegt und noch nicht wieder freigegeben hat). Dies ist deshalb nötig, weil die vollständige Bitmap nicht in der zentralen Steuereinheit oder in einzelnen Stationen gespeichert wird. Die Bitmap muß daher bei jedem neuen Zyklus im Ring regeneriert werden. Die vollständige Regenerierung besitzt den Vorteil, daß Fehler in der Bitmap nicht unbegrenzt bestehen bleiben. Zusätzlich zur Erzeugung der Bitmap im Ring besetzt jede Station diejenigen Schlitze, die sie zuvor in jedem der 4 Rahmen belegt hat, wobei diese Rahmen während des Statuswiederauffrischungszyklusses umlaufen, so daß diese Schlitze zur Übermittlung von Benutzerechtzeitdiensten benutzt werden.
• Als nächstes findet der Angebots- und Nachfrageringzyklus statt, während welchem Schlitze zum Aufbauen neuer Anrufe belegt werden. Es werden Anrufe zwischen einer Ursprungsstation und einer Bestimmungsstation des Ringes unter Verwendung des Datenteils eines oder mehrerer Schlitze aufgebaut, um Signalisierungsinformation einschließlich der Identität der Ursprungs und Bestimmungsknoten sowie der für den Anruf belegten Schlitze auszusenden. Ein einzelner Fernsprechanruf von 64 kbit/sec zwischen zwei Stationen muß immer nach Ablauf von 125 Mikrosekunden 8-Bits senden, d. h., einen einzelnen Informationsschlitz. Der Fernsprechanruf benötigt also einen einzelnen Schlitz. Der erste leere Schlitz im Rahmen (entsprechend der Bitmap) wird durch Ändern der Bitmap für den betreffenden Schlitz belegt. Während der gesamten Dauer des Anrufes wird dieser selbe Schlitz in allen Rahmen für die für diesen Anruf bestimmten PCM-TDM-Signale benutzt. Daher braucht für den Anruf nur der für den Aufbau des Anrufes und für die Identifizierung des bzw. der verwendeten Schlitze benutzte ursprüngliche Informationsaustausch im Datenteil der Rahmen bis zur Aufhebung des Anrufes übermittelt werden.
• Es kann andere Stationen geben, die einen oder mehrere Anrufe aufbauen möchten und eine entsprechende Anzahl von Schlitzen belegen werden. Wenn der Datenverkehr im Netz stärker wird, wird es weniger und weniger leere Schlitz links von der RTS/Datengrenze geben. Wenn alle Schlitze bis zur Grenze besetzt sind, können so lange keinen weiteren RTS-Schlitze mehr belegt werden, bis einige der gerade besetzten Schlitze freigegeben werden, so daß bis dahin keine neuen Anrufe aufgebaut werden können. Es ist dafür gesorgt, daß niemals eine Überbelegung stattfinden kann, die die bestehenden RTS-Anrufe beeinträchtigt, denn wenn einmal der RTS-Abschnitt des Ringes voll ausgelastet ist, werden keine neuen Anrufe mehr angenommen. Es können natürlich Vorkehrungen für unvorhersehbare Notanrufe getroffen werden, um Bandbreite eines bestehenden Anrufes durch eine Station zu belegen, die während des Statuswiederauffrischungszyklusses eine Schlitzbelegung vornimmt, oder es kann Bandbreite für derartige Anrufe reserviert werden.
• Da, wo der RTS-Abschnitt des Rahmens nahezu voll besetzt ist, kann es einem Benutzer, wie etwa einem Videobenutzer, nicht möglich sein, genügend Bandbreite zu belegen. In diesem Falle werden die bereits belegten Schlitze im nächsten Zyklus freigegeben. Dies verhindert Stau und mangelnde Leistungsfähigkeit der Systembandbreite. Während des Angebots- und Nachfrageringzyklusses werden Schlitze belegt und mit der Übermittlung von Datennachrichten in den Datenabschnitten der Rahmen fortgefahren, wie oben beschrieben.
• Der dritte Zyklus ist ein normaler bzw. ein Übertragungsringzyklus, bei dem die Bitmap unverändert bleibt, so daß die vollständige Bitmap (wie sie während des Angebots- und Nachfragezyklusses aktualisiert wurde) alle Ringknoten durchläuft. Information wird in allen belegten Schlitzen gesendet (einschließlich der während des Angebots- und Nachfragezyklusses belegten Schlitze), wobei die Abschnitte der Rahmen rechts von der Grenze bleiben weiterhin für Daten verfügbar bleiben.
• Schließlich besteht eine Wahrscheinlichkeit von 0.5 für einen vierten Zyklus, der wiederum ein normaler Zyklus ist. Dies ist erforderlich, um einer andauernden Folge von Fehlerzyklen Einhalt zu gebieten, die auftreten könnten, falls 4 Stationen oder eine beliebige Anzahl (3N + 1) von Stationen gleichzeitig zu Prioritätsstationen würden. In diesem Falle könnte jede Station die Erwartungen der nächsten erfüllen, so daß ein Fehler nicht entdeckt würde. Die Einführung eines Zufallselementes bewirkt ein sehr rasches Ende einer solchen Fehlersituation.
• Die Prioritätsstation gibt dann durch Ändern des Mehrfachrahmenwortes zwecks Anzeige der Prioritätsweitergabe den Prioritätsstatus an die nächste Station ab. Die nächste Station, die das Mehrfachrahmenwort empfängt, wandelt das Mehrfachrahmenwort um, um den nächsten Statuswiederauffrischungszyklus einzuleiten. Die Rotation des Prioritätsstatusses gibt jeder Station die gleiche Möglichkeit, über die volle Prioritätszykluszeit die von ihr benötigte Bandbreite zu belegen. Bei N Stationen fungiert jede Station durchschnittlich einmal in 1.75 N ms als Prioritätsstation. Bei starkem Verkehr im Ring kann es vorkommen, daß eine von der Prioritätsstation entfernt am Ring angeschlossene Station nicht in der Lage ist, neue Anrufe aufzubauen, dies aber doch tun können sollte, wenn sie den Prioritätsstatus erlangt oder wenn sie nahe, aber stromabwärts der Prioritätsstation liegt. Anrufe von Stationen, die stromabwärts einer Videostation liegen, können daher innerhalb von 1.75 N ms Zugang zum Ring erhalten, vorausgesetzt, daß im Ring genügend freie Kapazität vorhanden ist. Jede beliebige Station sollte also in der Lage sein, jede beliebige RTS-Bandbreite innerhalb von 3.5 N Ringzyklen zu belegen, ausgenommen während der Perioden mit sehr starkem Verkehr, wenn für die Belegung nur sehr wenig Bandbreite verfügbar ist.
• Es können verschiedene Fehlerzustände auftreten. Wie oben gesagt, kann mehr als eine Station den Prioritätsstatus annehmen, und weiter könnte es zum Fehlen einer Prioritätsstation kommen. Diese Situation werden nachfolgend behandelt. Jede beliebige Station, die ein außersequentielles Mehrfachrahmenwort empfängt, ändert dieses in ein "Fehler"- Mehrfachrahmenwort ab und fährt während einer Zeitdauer t damit fort, den "Fehler"-Zustand in allen nachfolgenden Mehrfachrahmenworten in Kraft zu setzen. Alle Stationen, die das "Fehler"-Mehrfachrahmenwort empfangen, geben es erneut während der Zeitdauer t aus. Alle Stationen empfangen also das "Fehler"-Mehrfachrahmenwort, wodurch der Prioritätsstatus aufgegeben wird. Nach Ablauf der Zeit t wird das "Fehler"-Mehrfachrahmenwort in ein "Initialisierungs"-Mehrfachrahmenwort umgewandelt. Wenn alle Stationen den Zeitablauf t absolviert haben, nimmt eine der Stationen mit Empfang des "Initialisierungs"- Mehrfachrahmenwortes den Prioritätsstatus an, womit der normale Ringbetrieb wieder aufgenommen ist. Falls zwei oder mehr Prioritätsstationen bestehen, werden mindestens einige von ihnen der nächsten am Ring liegenden Prioritätsstation unerwartete Mehrfachrahmenwort-Modifikationsfolgen übermitteln und damit den Beginn der oben beschriebenen Aufgabesequenz ermöglichen. Die einzige Ausnahme hierzu ergibt sich, wenn es 3N + 1 Stationen gibt, von denen jede das empfangene Mehrfachrahmenwort abändert, um der erwarteten Folge des nächsten Wortes zu genügen. Wie oben erläutert, wird diese Kette durch den Zufallseinschub eines vierten Zyklusses in die Folge unterbrochen. Falls keine Prioritätsstation vorhanden ist, wird ein Sequenzfehler im Ring erfaßt (es läuft ein unverändertes oder ungültiges Mehrfachrahmenwort um) und die Wiederanlaufsequenz beginnt.
• Bei dem oben beschriebenen Ring liegt die Position der Grenze 15 unveränderlich fest, so daß die für die RTS- und Datendienste verfügbaren Bandbreiten konstant sind. Die Bandbreite kann vor oder beim Anlaufen des Systems passender in jeder Station voreingestellt werden.
• Fig. 4 zeigt für eine alternative Ausführungsform einen Rahmen, wie er sich in drei unterschiedlichen Zeitpunkten darstellt, wobei die Position der Rahmengrenze entsprechend den im Ring herrschenden Bedingungen geändert werden kann. Bei dieser Ausführungsform überträgt der Datenteil des Rahmens Datenpakete oder Tokens verschiedener Länge entsprechend den Standard-Token Passing-Protokollen. Diese Protokolle sind für den RTS-Abschnitt des Rahmens im wesentlichen transparent, so daß ein Datenpaket über zwei oder mehr Rahmen erstreckt werden kann. Der Rahmen der Fig. 4 besitzt ein verschiebbare Grenze 15'. Es gibt für sie eine Endposition 21, bei der es sich um die maximale Grenzposition handelt, damit ein Abschnitt des Rahmens für Daten und für Signalisationsmeldungen bei RTS-Diensten reserviert wird. Die Position 21 ist ein vorprogrammiertes Datum, das in der Monitorstation 12' und allen anderen Stationen 12 gespeichert ist, während die aktuelle Position der Grenze 15 durch eine Modifikation jedes Rahmens und Mehrfachrahmenwortes an alle Stationen gesendet wird, das von der Monitorstation 12' veranlaßt wurde.
• Fig. 4(a) zeigt eine typische Situation, bei der einige RTS-Schlitze 17 belegt und andere leer sind. Es sei bemerkt, daß die Grenze 15' dem belegten Zeitschlitz am nächsten liegt. Wenn dann einige neue Anrufe ankommen, werden Schlitze beginnend mit dem unbelegten Schlitz am Anfang des Rahmens durch die betreffenden Stationen belegt (wie oben für das Beispiel mit fester Grenze beschrieben wurde). Nach und nach könnten dann alle Schlitze bis zur existierenden Grenze belegt werden. Wenn weitere Anrufe eintreffen, kann die Grenze 15' bis in ihre Maximalposition 21 verschoben werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
• Ungefähr jede Sekunde führt die Monitorstation 12' bei Empfang des Datenprotokolltokens eine Anpassung der Rahmengrenze 15' durch. Mit Empfang des Tokens setzt die Monitorstation 12' die normale Tokenprotokolloperation vorübergehend aus und sendet unbelegte Bitmuster im Datenteil des Rahmens aus. Die Erzeugung unbelegter Bitmuster erfolgt so lange, bis durch die Monitorstation 12' mindestens ein Mehrfachrahmenwort, das einen normalen Zyklus anzeigt, und das nachfolgende Mehrfachrahmenwort, das einen Wiederauffrischungszyklus anzeigt, identifiziert sind. Dadurch wird gewährleistet, daß keine aktive Datenübertragung im Ring stattfindet und der Datenabschnitt jedes Rahmens voll durch unbelegte Bitmuster besetzt ist.
• Bei Erfassen der Mehrfachrahmenwortes des Wiederauffrischungszyklusses aktualisiert die Monitorstation die Position der Rahmengrenze durch Abändern jedes in der Monitorstation ankommenden Rahmens und Mehrfachrahmens. Das abgeänderte Wort zeigt die Identität des höchsten Schlitzgebotes während des letzten Angebots- und Nachfragezyklusses an. So sei in Bezug auf die vorherige Grenzanpassung angenommen, daß sich die Grenze bei Schlitz n (d. h., unmittelbar dahinter) befand. Sodann sei angenommen, daß mehr Anrufe eingetroffen als Aufhebungen stattgefunden haben; und daß infolgedessen während der meisten Angebots- und Nachfragezyklen Stationen Schlitze nachgefragt haben, die jenseits des n-ten Schlitzes lagen. Bis die nächste Anpassung stattgefunden hat, ist die Nachfrage nach Schlitzen jenseits des n-ten Schlitzes erlaubt, jedoch werden diese Schlitze für den RTS-Verkehr nicht verfügbar gemacht und die Bitmap wird für diese Schlitze nicht geändert. Stationen, denen Schlitze, um die sie nachgefragt haben, versagt worden sind, müssen im nächsten Angebots- und Nachfragezyklus erneut nachfragen. Bei der nächsten Anpassung wird die Grenzposition entsprechend dem Angebot und Nachfrage des letzten Zyklusses aktualisiert, und die Mehrfachrahmen - und Rahmenworte werden entsprechend modifiziert, um dies an alle Stationen durch Funk zu übermitteln. Die Grenze wird daher an den am entferntesten liegenden Schlitz zurückverlegt, welcher während des letzten Angebots- und Nachfragezyklus (vgl. Fig. 4(b)) belegt wurde, sofern dieser Schlitz nicht jenseits der maximalen Grenzposition 21 liegt. Falls es während des nächsten Intervalls zwischen den Anpassungen mehr Aufhebungen als eintreffende Anrufe gibt, kann die Grenze 15' bei der nächsten Anpassung möglicherweise nach links verschoben werden. Dies hängt davon ab, ob der der Grenze benachbarte Schlitz frei ist. Bei der in Fig. 4(c) dargestellten Situation gibt es links von der Grenze sechs unbelegte Schlitze, so daß die Grenze um sechs Schlitze nach links geschoben werden kann. Da es so lange keine Verkürzung des RTS-Abschnittes des Rahmens gibt, bis dicht an der Grenze liegende Schlitze aufgegeben worden sind, tendiert die Grenze dahin, "spitzenmäßig" die maximale Ausnutzung der RTS-Bandbreite zu erfassen, d. h., sich mit zunehmender Verkehrsbelastung rasch nach rechts zu bewegen und sich dann nur langsam zurückzuziehen. Dementsprechend ist die relativ nicht so häufig vorkommende oben beschriebene Grenzanpassung (typischerweise einmal jede Sekunde) angemessen.
• Die Identität der neuen Grenze ist im Wiederauffrischungs- Mehrfachrahmenwort, das die Anpassung eingeleitet hat, und in allen nachfolgenden Rahmen- und Mehrfachrahmenworten enthalten. Alle auf das einleitende Wiederauffrischungs-Mehrfachrahmenwort folgende Rahmen werden für normale Echtzeitdienste und für die Datenübertragung unter Verwendung der neu zugeteilten Rahmenabschnitte eingesetzt. Wenn es daher nur wenige RTS-Anrufe gibt, ist der meiste Platz jedes Rahmens für die Datenübertragung verfügbar. Wenn der Ring mit RTS-Anrufen beaufschlagt ist, kann die Grenze 15' in der maximalen Grenzposition 21 verbleiben, unter Freihaltung einer minimalen Bandbreite für Daten.
• Die Grenzanpassung wurde für ein Token Passing-Datenprotokoll beschrieben. Ein Anpassung kann jedoch auch erfolgen, wenn es sich um ein Protokoll für Zeitschlitzringe handelt. Die Anpassung erfolgt in sehr ähnlicher Weise, ausgenommen, daß die Datenübertragung während der Anpassung unterschiedlich gespeichert wird. Das Zeitschlitzringdatenprotokoll weist Überwachungsfacilities für jedes Datenpaket auf, die es der Monitorstation ermöglichen, ein Paket als für einen vollständigen Ringzyklus "nicht verfügbar" zu markieren, nämlich so lange, bis die Datenübertragung beendet ist. Im Zustand der "Nichtverfügbarkeit" können Stationen Daten empfangen, die von derartigen Paketen übertragen werden; doch können die Pakete nicht zum Übertragen von Daten benutzt werden.
• Nach der Erfassung eines normalen Ringzyklus-Mehrfachrahmenwortes markiert der Monitor alle nicht verfügbaren Pakete. Wenn der Monitor das nachfolgende Mehrfachrahmenwort des Wiederauffrischungszyklusses erfaßt hat, wird die Rahmengrenze aktualisiert, wie oben beschrieben wurde. Darüber hinaus sorgt der Monitor dafür, daß alle Datenschlitze in den Datenabschnitten der Rahmen für das Zeitschlitzringprotokoll korrekt (d. h. als leer) formatiert sind, da jeder Rahmen mit einer neuen Grenze so lange ausgegeben wird, bis die normale Datenübertragungsoperation wiederaufgenommen wird. Folglich wird ein einzelner Mehrfachrahmen zur Freigabe der Datenübertragung verwendet. Sobald das Wiederauffrischungs-Mehrfachrahmenwort von der Monitorstation erfaßt worden ist, werden vom Monitor Pakete für die Datenübertragung im neuen Datenabschnitt des Rahmens, nach Überprüfung des richtigen Formates (d. h., Kopf = leer), freigegeben.
• Bei den beschriebenen Systemen handelt es sich um Hybridsysteme für Echtzeit- und Datendienste. Bei Echtzeitdiensten kann niemals eine Mehrfachzuweisung von Schlitzen für Anrufe auftreten, so daß Überbelastungsstrategien nicht benötigt werden. Es gibt eine verteilte Steuerung unter den Stationen des Ringes, und es muß nicht zu Signalisationskonzentrationen bei einer zentralen Steuerstation kommen, um eine Schlitzbelegung aufzubauen. Es braucht daher auch nicht Vertrauen in eine zentrale Steuerung der Schlitzbelegungsfunktion gesetzt werden. Auch der Anrufaufbau wird von Knoten zu Knoten ohne eine zentrale Steuerung durch höhere Protokolle bewirkt, und Bandbreite kann nach einer nur relativ kurzen Wartezeit belegt werden. Jede Station ist entsprechend ausgelegt, um ihren eigenen Verkehr zu bewältigen, so daß das Gesamtsystem leicht erweitert werden kann, um zusätzliche Stationen einzubeziehen. Priorität für die Schlitzbelegung wird allen Stationen der Reihe nach erteilt, wodurch die Schlitzbelegungsmöglichkeiten vergleichmäßigt werden.
• Wie oben erläutert, können die Datenabschnitte der Rahmen Token- oder Zeitschlitzringprotokolle verwenden. Das verwendete Protokoll beeinträchtigt nicht den Echtzeitabschnitt des Rahmens (wenn auch die Stationen das Datenprotokoll zum Aufbauen und Aufgeben der RTS- Anrufe benutzen müssen). Die Datenabschnitte der Rahmen sind effektiv für die Echtzeitabschnitte transparent und umgekehrt. Es sei beispielshalber angenommen, daß 40% eines Rahmens mit 100 Mbit/s für Sprache, die restlichen 60% für Daten benutzt werden. Dies entspricht, gemessen in ununterbrochener Zeitdauer, etwa 38 Mbit/s für Sprache und 56 Mbit/s für Daten, wobei die verbleibenden 6 Mbit/s der Bitmap zur Verfügung gestellt werden, die auf den Anfang eines jeden Rahmens konzentriert ist, der dem Ausrichtungswort des Rahmens oder des Mehrfachrahmens folgt.
• Falls bei einem Rahmensystem mit beweglicher Grenze ein Zeitschlitzringdatenprotokoll verwendet wird, kann die Rahmengrenze in Einzelpaketschlitzmengen, die einem Datenpaket entsprechen, angegeben werden. In einem Ring mit einer Kapazität von 140 Mbit/s können annähernd 50 Paketschlitze zu 40 Bytes je Rahmen übertragen werden. Die Grenze würde sich in 2%-Kapazitätszuwächsen weiterbewegen, was eine relativ feine Steuerung der Grenze ermöglicht. In diesem Falle kann der RTS-Abschnitt eines Rahmens an der Grenze bis zu 39 freie einzelne Byteschlitze aufweisen. Die Grenze verschiebt sich bei der Freigabe des vierzigsten Schlitzes um 40 Schlitze nach links. Andererseits würde ein Zeitschlitzringprotokoll bei Ringen mit niedriger Übertragungsgeschwindigkeit nur eine wesentlich gröbere Steuerung der Grenzposition erlauben, sofern nicht größere Rahmenperioden verwendet werden.
• Bei einem Tokenringdatenprotokoll können sich die Datenpakete über einen oder mehrere Rahmen erstrecken. Eine Tokenringoperation würde daher von der Grenzposition unberührt bleiben (allerdings insofern nicht, als sich die verfügbare Datengeschwindigkeit entsprechend dem Abschnitt der für Daten verfügbaren Rahmen ändert, falls die Rahmengrenze beweglich ist).
• Bei dem oben beschriebenen Ring ist die Bitmap für Echtzeitdienste auf den Anfang jedes Rahmens konzentriert und über die 4 Rahmen verteilt, die einen Zyklus bilden. Alternativ kann die Bitmap auch über die gesamte Breite des Mehrfachrahmens (einschließlich des Datenteils des Rahmens) verteilt werden, beispielsweise durch Hinzufügen eines neunten Bits vor jeden sich anschließenden Schlitz.
• Es sei bemerkt, daß das beschriebene System die Bitmap effektiv im Ring speichert und keine Speicherung der vollständigen Bitmap in den Stationen des Ringes erforderlich ist, obwohl jede Station ihre eigenen Schlitzbelegungen aufzeichnen muß. Stattdessen könnte die Bitmap zeitweise in der Ursprungsstation (d. h., in der aktuellen Prioritätsstation) gespeichert werden. Die Bitmap könnte dann über eine Anzahl von Rahmen verteilt sein, die unabhängig von der der Ringlaufzeit entsprechenden Anzahl von Rahmen ist. Das Schlitzbelegungsverfahren würde dann wie oben beschrieben ablaufen, ausgenommen, daß der Prioritätsknoten mindestens denjenigen Teil der Bitmap speichern müßte, der nicht in den durch die Ringlaufzeit gespeicherten Rahmen untergebracht wäre. Oder der Knoten müßte möglicherweise die gesamte nach jedem Zyklus zurückkehrende Bitmap speichern, ehe er sie für den nächsten Zyklus erneut ausgeben würde. Es sei darauf hingewiesen, daß obwohl nur eine Bitmap von 2 Bits je Schlitz beschrieben wurde, auch 1 Bit je Schlitz verwendet werden könnte, obwohl dann alternative Mittel für den Fehlerschutz zweckmäßig wären. Je nach den Laufzeiterfordernissen können kleinere oder größere Mehrfachrahmen verwendet werden. Natürlich wurden Mehrfachrahmen mit einer großen Anzahl von Rahmen einen kleineren Bitmapplatz aufweisen, falls die Bitmap über den Mehrfachrahmen erstreckt würde, wie dies in Verbindung mit den obigen Beispielen beschrieben wurde. Es sei ferner bemerkt, daß die Ringverzögerung (0.5 ms) bei den Beispielen mit 4 Rahmen von 125 Mikrosekunden) nicht die gleiche sein muß, wie die Periode der Bitmap.
• Schlitz- und Rahmengrößen brauchen nicht für alle Schlitze und Rahmen im Ring die gleichen zu sein. Veränderliche Schlitzgrößen sind möglich, falls in allen Stationen die Schlitzgrößen vordefiniert sind. Unter gewissen Umständen kann es bei Rahmen zweckmäßig sein, daß sie eine ungerade Anzahl von Schlitzen aufweisen, obwohl eine geradzahlige Anzahl im allgemeinen leichter verwirklicht werden kann.
• Die obigen Beispiele beschreiben die Erfindung in ihrer Anwendung auf ein Ringsystem. Es sei bemerkt, daß das beschriebene System leicht an andere Formen einer Strecke angepaßt werden kann. "Logische" Ringe unter Einschluß von Ringen, Bussen und Sternnetzen, bei denen die Bitmap in einer vordefinierten Weise von einer Station zur anderen weitergegeben werden kann, können gewünschtenfalls verwendet werden. Beispielsweise könnte ein Tokenbus zur Weiterleitung der Bitmap benutzt werden, um den Zugang des Knotens zu einem Zeitmultiplexsystem auf Ring-, Stern- oder Busbasis zu steuern.

Claims (14)

1. Kommunikationsverfahren zu Durchführung zwischen einer Vielzahl von Stationen (12) über eine Kommunikationsstrecke (11), die zur Informationsübertragung zwischen den Stationen ausgelegt ist, wobei nach dem Verfahren codierte Information in Rahmen übermittelt wird, von denen jeder einen Echtzeitabschnitt mit Zeitschlitzen für Echtzeitanrufe, und einen Datenabschnitt für Signalisationsinformation aufweist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Bitmap zwischen den Stationen übertragen wird, die anzeigt, ob jeder Echtzeitschlitz frei oder in Benutzung ist und die Rahmen in Zyklen übertragen werden, die aus einem oder mehreren Rahmen bestehen; wobei die Zyklen einen Wiederauffrischungszyklus, in dessen Verlauf neue Belegungen von Echtzeitschlitzen verhindert werden, die Bitmap rückgesetzt und Stationen, die Echtzeitanrufe übertragen, sequentiell zuvor belegte Schlitze regenerieren und einen Angebots- und Nachfragezyklus umfassen, in dessen Verlauf es den Stationen möglich ist, nacheinander neue Echtzeitanrufe durch Belegen freier Zeitschlitze im genannten Echtzeitabschnitt aufzubauen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Rahmen durch eine Prioritätsstation mit Prioritätsstatus erzeugt und sequentiell während der Wiederauffrischungszyklen sowie der Angebots- und Nachfragezyklen von der Prioritätsstation belegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Prioritätsstatus sequentiell an alle Stationen weitergegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, das, bei jeder Station, die Erfassung eines Prioritätsfehlers umfaßt, der auftritt, wenn eine Station Prioritätsstatus hat oder wenn zwei oder mehr Stationen Prioritätsstatus haben, und das die Rücksetzung des Systems umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die erste, einen Prioritätsfehler erfassende Station die anderen Stationen blockiert und nach Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungsperiode den Prioritätsstatus annimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem auf einen Angebot- und Nachfragezyklus ein oder mehrere normale Zyklen folgen, in deren Ablauf Anrufe übertragen, aber keine Schlitze belegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Anzahl der auf einen Angebot- und Nachfragezyklus folgenden normalen Zyklen wahllos geändert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Anzahl der zwischen einem Angebot- und Nachfragezyklus und dem nächsten Wiederauffrischungszyklus liegenden normalen Zyklen entweder 1 oder 2 ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem Rahmen von einer Prioritätsstation erzeugt werden, eine Prioritätsstation Rahmen für einen Wiederauffrischungszyklus, einen Angebot- und Nachfragezyklus, einen oder zwei normale Zyklen erzeugt und dann den Prioritätsstatus an die nächste Station weitergibt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Teil jedes Rahmens für die Bitmap reserviert ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Bitmap über eine Vielzahl von Rahmen verteilt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem in der Bitmap Sonderbits zur Erleichterung eines zyklischen Redundanztests vorgesehen sind.

13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Datenabschnitt zusätzlich zur Signalisationsinformation auch nutzerbezogene Daten überträgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem eine Grenze zwischen dem Echtzeitabschnitt und dem Datenabschnitt angepaßt werden kann, um Änderungen der relativen Verkehrsdichte Rechnung zu tragen.