DE3804283A1 - Fernmeldevermittlungsnetz fuer sprache, bild und daten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fernmeldevermittlungsnetz für Sprache, Bild und Daten nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Das Fernsprechnetz (z. Zt. 27 Mio. Tln. in Deutschland) arbeitet heute noch vorwiegend mit analoger Übertragung und elektromechanischer Vermittlung (26,6 Mio. Tln.-Anschlüsse in Deutschland). Seit 1985 wird in Deutschland die elektro-mechanische Vermittlung gegen die kosten- und raumsparende, vollelektronische Zeitmultiplex-Vermittlung ausgewechselt (z. Zt. 0,4 Mio. Tln.-Anschlüsse in Deutschland); dieser Prozeß soll etwa 2020 abgeschlossen sein. Die Digitalvermittlungen werden seit Beginn 1988 ergänzt durch ISDN-Zusätze (ISDN = Integrated Services Digital Network) und digitale Teilnehmeranschluß-Systeme (2 × 64 kbit/s + 16 kbit/s = 2 B + D Kanäle pro Tln.-Anschluß). Die Datendienste im Fernsprechnetz mit Modems (ca. 100 T Tln.) und der Datex-Netze L (Leitungsvermittlung, ca. 25 T Tln.) und P (Paketvermittlung, ca. 25 T Tln.) sollen durch ISDN übernommen werden. Zusätzlich ist ein "Overlay-Netz" von der Deutschen Bundespost in Glasfasertechnologie installiert worden, das 24 Städte verbindet und für den "Videokonferenzdienst" mit 140 Mbit/s pro Videosignal seit 1986 benutzt wird. Diese sog. "Vorläufertechnik" des "B-ISDN" (Breitband-ISDN) soll ersetzt werden durch ein Netz, das auf ISDN basiert, aber zusätzlich Bildfernsprechen, Videokonferenz, Verteilkabelfernsehen mit interaktiven Diensten, schnelle Datenübertragung und alle Schmalbanddienste integriert als wirtschaftlich günstigste und alle Kommunikationsbedürfnisse befriedigende Lösung des technischen Kommunikations-Systems. Modellrealisierungen eines derartigen Netzes existieren (z. B. BIGFON) mit leitungsvermittelnden (besser kanalvermittelnden) Systemen.

Seit einiger Zeit sind Systeme in Diskussion, die unter dem Namen ATM (Advanced Transmission Mode, auch Asynchronous Transfer Mode) zusammengefaßt werden und auf der Idee "Adreßcodierung von Informationspaketen" basieren, als bevorzugte Alternative zur leitungsvermittelnden Breitbandtechnik. ATD (Asynchronous Time Divison)-Multiplex- Kommunikationsnetze sind die am weitesten durchdachten und als Labormodelle realisierten Systeme dieses ATM.

Die leitungsvermittenden Systeme sind vorwiegend "synchrone Netze" der Art, daß die Nachrichtenquellen (Mikrofon für Ton und Sprache, Kamera für Bewegtbilder und Datenterminals) durch das Netz synchronisiert werden bei der Abgabe ihrer Nachrichtenzeichen, und man bezeichnet diese daher als STD (Synchronous Time Division)-Multiplex-Kommunikationsnetze.

ATD-Systeme ermöglichen - neben dem flexiblen Zugriff auf das Teilnehmeranschlußsystem durch eine Vielzahl von Quellen - die von diesem Punkt ausgehende Verbindung zu vielen anderen Teilnehmern zu führen, und da dies für jeden Teilnehmeranschluß NT (Network-Termination) gilt, können bei ATD die Quellen eines Tln.-Anschlusses gleichzeitig an viele andere Teilnehmer (gleiche oder verschiedene) Informationen absenden und von vielen anderen Teilnehmern (verschiedene) Informationen empfangen. Dieses Leistungsmerkmal wird speziell von Datenverkehrsteilnehmern benötigt und ist für diese in USA von Bell als ATD entwickelt worden.

Die ATD-Systeme

• - benötigen aber den 30fachen Aufwand an Transistorfunktionen für die Vermittlung im Vergleich zu STD-Systemen und
• - haben den inhärenten Nachteil von Informationsverlusten bei Systemüberlastung (Verlust von Info-Paketen) infolge der nicht unendlichen Speicherkapazität.

Die STD-Systeme

• - sind dagegen weniger flexibel hinsichtlich der Kanalbelegung,
• - haben aber keinen systeminhärenten Informationsverlust trotz wesentlich geringerem Realisierungsaufwand.

Obgleich nur weniger als 1% (Daten-Kommunikations-Teilnehmer) der Teilnehmeranschlüsse von technischen Kommunikationssystemen einen Bedarf daran haben, gleichzeitig mit vielen anderen Teilnehmern zu kommunizieren (200 Tausend Datenteilnehmer in Deutschland, wenn man auch die Datenteilnehmer mit festgeschalteten Verbindungen mitzählt), sind diese Teilnehmer von großer wirtschaftlicher Bedeutung, da sie ein sehr großes Verkehrsvolumen produzieren und damit ein hohes Gebührenaufkommen repräsentieren.

Dies war der Grund für die Entwicklung von ATD bei den Bell/Bell Core Laboratorien.

Es besteht daher ein Bedarf für Systeme, die die Vorteile von ATD und STD vereinen, ohne die Nachteile dieser Systeme aufzuweisen.

Zusätzlich sind ATD-Systeme grundlegend verschieden in ihrer Architektur gegenüber den STD-Systemen, so daß die Einführung von ATD die völlige Auswechslung der existierenden Systeme erfordern würde. (Aufwandsreiche Gateways könnten natürlich das Problem der Übergangsphase lösen.)

Deshalb wurden hybride Systeme entwickelt, bei denen "synchrone Pakete" bestimmten Zeitlagen eines Zeitrahmens fest zugeordnet und in herkömmlicher synchroner Zeitvielfachtechnik vermittelt werden, während "asynchrone Pakete" in ATD-Technik vermittelt werden. Ein Überblick über bekanntgewordene ATD- und hybride ATD/STD-Systeme ist zu finden in "Der Fernmelde=Ingenieur", 41. Jahrgang, Heft 9, September 1987 und Heft 10, Oktober 1987.

Eine etwas andere Hybridlösung ist bekannt aus M. Devault et al, Asynchronous time division switching: a new concept for ISDN nodes, International Switching Symposium ISS'81, Montreal, 21.-25. Sept. 1981, Session 42B, Paper 5, Seiten 1 bis 7. Bei dieser Lösung gehen alle Verbindungen zunächst über eine STD-Vermittlung, in der die ATD-Verbindungen ausgesondert und einer ATD-Vermittlung zugeführt werden, deren Ausgänge wiederum auf Eingänge der STD-Vermittlung geführt sind.

All diesen bekanntgewordenen Hybridsystemen ist aber gemeinsam, daß die Unterscheidung der beiden Informationsarten aufgrund ihrer zeitlichen Lage in einem Zeitmultiplexrahmen erfolgt. Die Zuordnung der Zeitschlitze des Zeitmultiplexrahmens kann dabei entweder fest vorgegeben sein oder beim Verbindungsaufbau erfolgen.

Die internationale Normierungsarbeit geht derzeit davon aus, daß die Pakete untereinander gleich lang sind und zu Rahmen mit einer Rahmenwiederholfrequenz von 8 kHz zusammengefaßt sind. Die Länge der einzelnen Pakete ist so gewählt, daß bei fester Zuordnung eines Zeitschlitzes zu einer Verbindung ein synchroner Übertragungskanal mit 2 Mbit/s entsteht (vergl. z. B. CEPT-Arbeitspapier TD87/II-33). Dies ist für Fernsprechverbindungen, d. h. für die Masse der Verbindungen, zu viel. Außerdem können diese Verbindungen nicht über die bestehenden oder gerade im Aufbau befindlichen Digitalvermittlungen vermittelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fernmeldevermittlungsnetz der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß Verbindungen mit den Eigenschaften synchroner Systeme möglich sind, ohne daß hierfür feste Zeitschlitze auf den Übertragungswegen reserviert werden müssen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Fernmeldevermittlungsnetz nach der Lehre des Hauptanspruchs.

Der bereits genannte Übersichtsartikel aus "Der Fernmelde-Ingenieur" zeigt, z. B. im Teil 1, Seite 8, 1. Abschnitt, daß es bekannt ist, bei reinen ATD-Systemen den einzelnen Paketen unterschiedliche Prioritäten zuzuordnen und diese bei der Vermittlung zu berücksichtigen. Diese Prioritätskennzeichnung beinhaltet die Unterscheidung zwischen synchroner und asynchroner Herkunft, so daß die Teilnehmereinrichtungen innerhalb des gesamten Fernmeldevermittlungsnetzes gleich sein können, auch wenn neben den hybriden Vermittlungseinrichtungen in diesem Netz an anderer Stelle reine ATD-Vermittlungseinrichtungen sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der erfinderische Gedanke liegt in folgender Idee:

• - das Tln.-Anschlußsystem wird zunächst nach dem ATD-Prinzip realisiert,
• - die Pakete, die synchron übermittelt werden sollen, werden gekennzeichnet,
• - in der Vermittlungsstelle wird ein STD-Pfad für Analogquellensignale und ein ATD-Pfad vorgesehen und
• - das Tln.-Anschlußsystem wird für den maximalen Verkehrsfluß ausgelegt.

Es ergeben sich folgende Vorteile:

• - Analogquellen (Sprach-, Ton-, Videosignale) werden leitungsvermittelt (STD) und weisen damit keinen inhärenten Informationsverlust auf.
• - Da nur <1% der Teilnehmer die ATD-Verteiler wirklich benötigen und nutzen, wird der Gesamtaufwand der Vermittlungsstelle trotz des 30fachen Aufwandes des ATD-Pfades nur <1,3mal dem eines reinen STD-Systems für die gleiche Teilnehmerzahl im Vergleich zum 30fachen Aufwand eines reinen ATD-Systems.
• - Teilnehmer, die ATD nicht benötigen, können als reine STD-Teilnehmer angeschlossen werden (z. B. ISDN-Teilnehmer an SYSTEM 12 und EWSD oder Breitband-Teilnehmer, die von dem deutschen Overlay-Netz auf ein B-ISDN mit Leitungsvermittlung übernommen werden).
• - Die in der Einführung befindlichen Systeme (digitale Vermittlung + ISDN) können ohne wesentliche Modifikation weiter benutzt werden. Die digitalen Vermittlungen können eine ganze Reihe von Funktionen auch für den ATD-Pfad übernehmen (Gebührenerfassung, Überwachung). Die einfache Erweiterungsfähigkeit der digitalen ISDN-Vermittlungen zu einem auf STD basierenden B-ISDN ist prinzipiell und durch Modellrealisierungen bereits nachgewiesen (BERKOM).
• - STD- und ATD-Anschlußsysteme sind hinsichtlich ihrer Standardisierung in diesem System weitgehend unabhängig.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnungen weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt eine STD-Vermittlungsstelle mit einem daran angeschlossenen Teilnehmer nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt die der Fig. 1 entsprechende Darstellung für ATD.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Fernmeldevermittlungsnetz.

Fig. 4 zeigt eine Vermittlungseinrichtung im Fernmeldevermittlungsnetz nach Fig. 3.

Fig. 1 veranschaulicht das für sich bekannte STD-Prinzip. Bei STD wird der Gesamtkanal eines Teilnehmer-Anschlußsystems a in Teilkanäle für die verschiedenen Dienste (z. B. als Zeitmultiplex) unterteilt. Jeder Teilkanal wird durch eine Leitungs-Vermittlung b über Teilvermittlungen mit unterschiedlichen Bitraten, z. B. für Bildfernsprechen (Bife) mit 140 Mbit/s, für schnelle Datendienste (Daten) mit 2 Mbit/s und für digitales Fernsprechen und ISDN (DIV, ISDN) mit 2 × 64 + 16 kbit/s, zu dem gewünschten Partner für die Dauer der Kommunikation fest durchgeschaltet. Da jede Quelle (Endgerät) einen eigenen, fest zugeordneten Kanal hat, kann es keine Informationsverluste durch Überlastung geben. Es können aber nicht mehr Teilverbindungen pro Teilnehmer-Anschlußsystem gleichzeitig aufgebaut werden als Teilkanäle vorhanden sind.

Außerdem ist hier der Leitungs-Vermittlung b eine Fernseh-Verteileinrichtung TV angegliedert, die ebenfalls über das Teilnehmer-Anschlußsystem a mit dem Teilnehmer verbunden ist.

Der Teilnehmer ist hier durch Endgeräte-Symbole dargestellt. Außer diesem und weiteren Teilnehmern sind an diese Leitungs-Vermittlung b noch weitere Leitungs-Vermittlungen angeschlossen, die hier nicht dargestellt sind. Die Fernseh-Verteileinrichtung TV erhält ihre Signale einerseits von anderen Verteileinrichtungen, andererseits über Funkempfänger n 1, von Bandstationen n 2 und von Studios n 3.

Bei ATD werden, wie Fig. 2 zeigt, die Informationen der Quellen zu "Paketen" c gebündelt, die mit Adressen d des Partners versehen sind (genaugenommen Verbindungsnummern, die bis zur nächsten Vermittlungsstelle gelten und während des Verbindungsaufbaus zugeteilt werden) und in einen Sendespeicher gefüllt, den man sich als Trichter vorstellen kann - wie dargestellt. Der Gesamtübertragungskanal des Teilnehmer-Anschlußsystems a wird über einen Sendespeicher e entsprechend dem Angebot an Informationspaketen gefüllt ohne Unterteilung in Teilkanäle. Es können beliebig viele Quellen mit unterschiedlichem Bitratenaufkommen angeschlossen werden (d. h. den Sendespeicher e füllen). Allerdings kann bei "Überlauf" des Sendespeichers e bereits hier Informationsverlust auftreten, wenn die Summe der angebotenen Bitraten die Kapazität des Gesamtkanals überschreitet bzw. wenn, zeitlich gesehen, mehr "Pakete" angeboten werden, als der Speicher fassen kann, trotz Abfluß durch das Anschlußsystem a. Eine ATD-Vermittlung f befördert die eintreffenden "Pakete" entsprechend ihrer Adresse zu einem abgehenden Sendespeicher g des gewünschten Partners, der seinerseits die bei ihm eintreffenden "Pakete" an die Endgeräte weiterleitet entsprechend der Adresse d. Damit können im Prinzip von einem Teilnehmeranschluß der ATD-Vermittlung gleichzeitig an alle anderen Teilnehmer Informationen gesendet werden bzw. "virtuell" Teilkanäle vermittelt werden.

Die ATD-Vermittlung ist im Prinzip ein großer Speicher, der Adressen erkennt und die zugehörigen "Pakete" entsprechend ihrer Adresse in den richtigen abgehenden Sendespeicher g (bzw. "Trichter") zur Sendung an den Adressaten selbsttätig abgibt. Überschreitet das Informationsangebot aller kommenden Gesamtkanäle (zeitlich gesehen) das Fassungsvermögen oder die Verarbeitungsgeschwindigkeit der ATD-Vermittlung (bzw. des vermittelnden Speichers), dann treten wiederum Verluste auf. Das gleiche ist der Fall, wenn von verschiedenen Teilnehmer-Anschlußsystemen insgesamt zeitlich mehr Informationspakete geliefert werden, als der zugehörige abgehende Sendespeicher g oder sein zugehöriger Gesamtkanal verarbeiten kann. Es können also im Prinzip in e, f und g Informationspakete verloren gehen. Dieser Verlust kann durch hinreichend große Speicher und hohe Kapazität der Gesamtkanäle minimiert werden. Dies führt dann zu der genannten ca. 30fachen Komplexität im Vergleich zu einer STD-Vermittlung.

Durch ein nicht angeschlossenes Fernsehendgerät ist hier symbolisch dargestellt, daß bei ATD keine Verteileinrichtungen bekannt sind. Selbstverständlich sich auch hier, wenn auch nicht dargestellt, sowohl weitere Teilnehmer als auch weitere Vermittlungen angeschlossen. Ebenfalls nicht dargestellt sind diejenigen Einrichtungen, die die beim Teilnehmer ankommenden Pakete wieder den einzelnen Endgeräten zuordnen und gegebenenfalls wieder einen synchronen Datenfluß herstellen. All diese Einrichtungen sind aber an sich bekannt.

Die Nachteile beider Systeme werden erfindungsgemäß weitgehend eliminiert durch ein Hybridsystem, bei dem den Adressen der Pakete eine Kennung beigefügt wird, ob es sich um Information von Datenquellen (Rechner, Datenterminals, Datenspeicher etc.) oder von Analogquellen (Sprach-, Ton-, Videosignale) handelt (analog und digital bei den Teilnehmern A und B in Fig. 3). Die kommenden Pakete werden in einer Hybrid-Vermittlung h durch einen (nur symbolisch durch einen Punkt dargestellten) Detektor i identifiziert und, gesteuert über eine Steuerung j, mit Hilfe einer Umleiteinrichtung k in einen leitungsvermittelnden Teil l (Bife, DIV, ISDN) mit verschiedenen Teilkoppelfeldern (Bife, DIV/ISDN) oder einen paketvermittelnden Teil m (ATD) geleitet. Für die Analogquellen-Signale werden damit Verluste durch die Vermittlung vermieden, vorhandene STD-Teilnehmeranschlüsse können weiter benutzt werden, für die Mehrzahl der Teilnehmeranschlüsse (<99%) wird der kleinere Aufwand in der Vermittlung benötigt, und ATD kann nach Bedarf parallel zu den bestehenden Netzen eingeführt werden.

Der Detektor i und die Steuerung j werten nicht nur das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Kennung aus, sondern auch die in den Paketen enthaltenen Adressen (Verbindungsnummern). Durch die Kennung wird also am Eingang der Hybrid-Vermittlung umgeschaltet; durch die Adressen innerhalb der einzelnen Teile, einschließlich der Umschaltung zwischen den Teilkoppelfeldern mittels einer Umleiteinrichtung p. Die zum leitungsvermittelnden Teil l geleiteten Pakete müssen selbstverständlich zunächst in synchrone Datenströme umgewandelt werden, in denen aber die Adressen enthalten bleiben können. Die hierfür erforderlichen Einrichtungen weichen grundsätzlich nicht von den entsprechenden bei den Teilnehmern ab.

Am Ausgang der Hybrid-Vermittlung j werden nun, wie bei der reinen ATD-Vermittlung oder wie auch beim Teilnehmer, die einzelnen Datenströme wieder in abgehenden Sendespeichern g zusammengefaßt.

Beim empfangenden Teilnehmer B erkennt wiederum ein Detektor q, welchem Endgerät ein eintreffendes Paket zugeführt werden soll, so daß eine Steuerung r über Umleiteinrichtungen s, t und u die Öffnung des gewünschten Pfades einstellen kann. Die Datenströme mit synchronem Ursprung werden wieder in synchrone Datenströme rückgewandelt.

Der Übergang von einer STD-Leitung zu einer ATD-Leitung erfordert, wie in Fig. 4 dargestellt, an der von der Vermittlung abgehenden Seite einen Paketierer n und der Übergang von einer ATD-Leitung zu einer STD-Leitung einen Depaketierer o. Hier werden Adressen zugefügt, so wie es auf der ATD-Tln.-Seite geschieht, oder Adressen eliminiert und gleiche zeitliche Abstände erzeugt. In beiden Fällen entsteht somit die Signalfolge, wie sie der jeweils angeschlossene Teilnehmer oder die jeweilige ferne Vermittlung benötigen.

Verluste durch Überlauf der Sendespeicher e und g sind noch nicht vermieden, deshalb wird in Weiterentwicklung der Erfindung den von synchronen Endgeräten kommenden Analogquellen-Signalen in diesen Speichern absolute Priorität eingeräumt und der Gesamtkanal mit einer Bitrate ausgelegt, die größer als die Summe aller gleichzeitig zu betreibenden Analogquellen-Bitraten ist. Verluste können nun nur noch für Datenquellen auftreten, diese sind durch Numerierung der Datenpakete auf der Empfangsseite aber leicht erkennbar, so daß eine nochmalige Sendung angefordert werden kann. Dies ist für Analogquellen-Signale nicht möglich, da diese in Realtime beim Empfänger rekonstruiert werden müssen.

Dies gilt entsprechend für Paketverbindungsleitungen zwischen Vermittlungseinrichtungen. Hier muß die Anzahl der jeweils zugelassenen Verbindungen entsprechend beschränkt werden.

Für reine Verteilung von Fernseh- und Rundfunkprogrammen dient ein Verteilkoppelfeld v (TV + Radio). Erfindungsgemäß wird für diesen Dienst auf der Teilnehmerleitung ein Beipaß nach einem konventionellen Verfahren - wie z. B. Zeit- oder Wellenlängenmultiplex - geschaltet, da hier eine Paketierung unnötigen Aufwand darstellt. Will man dagegen auch diese Kapazität in den ATD-Info-Austausch miteinbeziehen, dann können natürlich auch die TV- und Hörrundfunkprogramme in adressierte Pakete umgewandelt und dem abgehenden Sendespeicher g zugeführt werden.

Claims (4)

1. Fernmeldevermittlungsnetz für Sprache, Bild und Daten, mit einer Vermittlungseinrichtung, die einen in Zeitmultiplextechnik arbeitenden synchronen Teil und einen in Paketvermittlungstechnik arbeitenden asynchronen Teil enthält, mit daran über Paketverbindungsleitungen direkt oder über weitere Vermittlungseinrichtungen angeschlossenen Teilnehmern mit synchronen und asynchronen Endgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Teilnehmern (A) die abgehenden Pakete hinsichtlich ihrer Herkunft von Endgeräten mit kontinuierlichem (analog) oder diskontinuierlichem (digital) Verkehrsaufkommen mit einer Kennzeichnung versehen werden und daß am Eingang der Vermittlungseinrichtung (h) eine Umleiteinrichtung (k) und ein auf diese Kennzeichnung ansprechender Detektor (i) vorhanden sind, durch die die Pakete zum synchronen (l) bzw. asynchronen (m) Teil der Vermittlungseinrichtung (h) geleitet werden.

2. Fernmeldevermittlungsnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am synchronen Teil (l) der Vermittlungseinrichtung (h) auch synchron arbeitende Zeitmultiplexleitungen (STD) zu und von anderen Teilnehmern oder Vermittlungseinrichtungen angeschlossen sind und daß Übergangseinrichtungen mit Paketierern (n) und Depaketierern (o) zum Übergang zwischen synchron arbeitenden Zeitmultiplexleitungen (STD) und asynchron arbeitenden Paketverbindungsleitungen (ATD) vorhanden sind (Fig. 4).

3. Fernmeldevermittlungsnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Paketverbindungsleitung nur jeweils so viele Verbindungen zugelassen werden, daß alle von synchronen Endgeräten (analog) kommenden, auf dieser Paketverbindungsleitung zu übertragenden Pakete und darüber hinaus noch weitere Pakete übertragen werden können und daß den von synchronen Endgeräten (analog) kommenden Paketen gegenüber anderen Paketen absolute Priorität eingeräumt wird.

4. Fernmeldevermittlungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zu den Teilnehmern (A, B) führenden Leitungen zusätzlich (Zeit-, Frequenz-, Amplituden-, Wellenlängenmultiplex, Phantomschaltung) Verteildienste (Hörfunk, Fernsehen) übertragen werden.