DE3919012A1 - Universales netzwerk - Google Patents

Description

Lokale Netzwerke sind für die Datenerfassung, für die Verbindung zwischen Rechnern und ihren peripheren Einheiten, für den Rechnerverbund sowie für alle Arten der Informationsübertragung -Daten, Text sowie Sprache und Bewegtbild- im Inhouse-Bereich in vielfältiger Form in den letzten zwei Jahrzehnten entwickelt worden. Besondere Bedeutung kommt den Ringsystemen und den unidirektionalen Bussen zu, wobei letztere natürlich auch in Ringform oder flächendeckend verlegt werden können. Lokale Netzwerke in mehreren Ebenen gehen in ihren Einsatzzielen weit über die ursprünglichen Anwendungen hinaus, wie Abb. 1 erkennen läßt (s. d.). Im Zuge der aus wirtschaftlichen Gründen notwendigen Digitalisierung der öffentlichen Netze sind auch für diese die Vorteile der paketvermittelten lokalen Netzwerke erkannt, da sich die dem augenblicklichen Bedarf anpassungsfähigen Übertragungsraten künfig nicht nur für Rechnerkopplungen und andere Dialogdienste eignen, sondern die Dynamik dieser Übertragungsart wird künftig für die Bewegtbildübertragung und sogar für Telefondienste bevorzugt werden. Bei den für die öffentlichen Netze entwickelten Netzformen übernimmt die Hauptstelle eines Netzwerkes, z. B. eines unidirektionalen Busses (s. Abb. 2) die gesamte Steuerung des Zugriffs aller Koppelstellen auf freie Sätze oder Zellen des von der Hauptstelle ausgesandten Rahmens für das Absetzen von Informationsteilen in Sätzen (Zellen). Das bedingt nun seinerseits, daß von den Koppelstellen zuvor die Art der Übertragung der Hauptstelle gemeldet wird. Die Freigabe von Sätzen und deren Satznummer (auch logische Zellennummer genannt) müssen der Koppelstelle auf einer gesonderten Leitung mitgeteilt werden. Da Informationen auch über Brücken (s. Abb. 2) in andere Netzebenen oder parallelen Netze geleitet werden, die Übertragungsrate sehr hoch ist, ist der Steuerungsaufwand entsprechend groß. Die Erfindung löst die Aufgabe der höheren Effektivität, der höheren Dynamik und der höheren Sicherheit. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Steuerung des Informationsverkehrs durch das enge Zusammenspiel von Haupt- und Koppelstellen erfolgt, indem die Hauptstelle einen wiederkehrenden Impulsrahmen aussendet und jeweils Sätze für vorgesehene Verkehrsarten - Echtzeitdienste verschiedener Übertragungsarten über virtuelle Verbindungen, paketvermittelte Dialogdienste und Verteildienste (Fernsehen, Hörfunk) - in optimal gemischter Folge am Beginn des Satzes (auch Zellenkopf genannt) kennzeichnet sowie die Satznummer im Übertragungsrahmen, ggf. in gekürzter Form. Außerdem ist ein Frei-/Besetzt-/Freigabezeichen an den Satzanfang zu setzen. Die Koppelstelle sucht nun im Bedarfsfall einen freien, für die vorgegebene Verkehrsart gekennzeichneten Satz, und wenn der Sensor einen solchen erkennt, fordert er den Sender auf, mit dem Senden der in einem Durchlaufspeicher (FIFO) bereitstehenden Meldung, deren Kopf aus der Teilnehmernummer des Empfängers und des Absenders besteht, zu beginnen. Durch die Umwegleitung, die sich zwischen den Kopplern von Sensor und Sender befindet (s. Abb. 3), erhält der Sender genügend Reaktionszeit, um das Besetztzeichen an die Stelle des erkannten Freizeichens zu setzen. Alle Sätze, die von den Koppelstellen und Brücken ausgesandt werden, können auf der Empfangsleitung gelesen werden, das beinhaltet die Kontrolle der ordnungsgemäßen Formatierung des Satzes durch den eigenen Sender sowie die Weiterleitung der Information an die Teilnehmerendgeräte oder über Brücken in andere Netze. Die von der den Informationsfluß leitenden Hauptstelle vorgenommene Rahmeneinstellung ist den Koppelstellen und Brücken bekannt, und es ist bei den im allgemeinen langen Übertragungsrahmen zweckmäßig, die für virtuelle Verbindungen mit höheren Übertragungsraten notwendigen Folgesätze dem ersten Satz fest zuzuordnen.

Für virtuelle Verbindungen werden Gruppen mit jeweils maximalen Übertragungsraten gebildet. Aus der höchsten Übertragungsrate ergibt sich die benötigte Satzzahl im Übertragungsrahmen, deren Plätze festzulegen sind. Dem ersten Satz im Rahmen kommt besondere Bedeutung zu. Er muß als erster besetzt werden, damit danach von den Folgesätzen diejenigen besetzt werden können, die für die virtuelle Verbindung maximal benötigt werden. Für die Hauptstelle und das Weiterleiten der Information ist es gleichgültig, ob es sich bei der virtuellen Verbindung um eine rahmensynchrone Übertragung oder eine asynchrone handelt. Damit alle für eine virtuelle Verbindung festgelegten Sätze für die nächste Rahmenbesetzung frei bleiben, ist es die Aufgabe der Hauptstelle, besetzte Sätze von virtuellen Verbindungen bereits beim Aussenden des nächstfolgenden, von Informationsinhalt freien Rahmens von vornherein als besetzt zu kennzeichnen. So ist es möglich, zu verhindern, daß für eine virtuelle Verbindung bereits in Anspruch genommene Sätze, Leitsatz und Folgesätze, beim nächsten Rahmen noch vor Erreichen der Koppelstelle belegt werden. Da Dialogdienste im allgemeinen nur Pakete aussenden, die mit Empfänger- und Absendeadresse versehen sind und nur Einzelübertragung verlangen, d. h. es kann auf den Aufbau einer virtuellen Verbindung verzichtet werden, müssen diese die Sätze mit einem "Einmal-Besetztzeichen" markieren. Dies wird von der Hauptstelle "gelöscht". Es ist zweckmäßig, daneben noch ein "Vorbereitend-Besetztzeichen" und ein "Dauer-Besetztzeichen" zu definieren. Auch ein "Freigabe-Zeichen" ist zu vereinbaren, um der Hauptstelle zu signalisieren, daß diese beim nächsten Rahmenaussenden diesen Satz mit dem Freizeichen versieht. Da die Sender der Koppelstellen und der Brücken lediglich L-bits dort hinzufügen können, wo O-bits stehen, müssen die Frei-/Besetzt-Zeichen logisch aufeinander aufbauen. Das kann in folgender Weise geschehen:

• 1. Freizeichen: alle 8 bits eines Bytes sind O-bits
• 2. Einmal-Besetzt: bit 1, 2, 3 sind L-bits
• 3. Vorbereitd.-Besetzt: bit 3, 4, 5 sind L-bits
• 4. Dauernd-Besetzt: bit 1 bis 5 sind L-bits
• 5. Freigabezeichen: bit 1 bis 8 sind L-bits

Es sind auch andere Kombinationen denkbar. Bei auftretenden Ein-bit- Fehlern sind Irrtümer entweder nicht möglich, oder sie können durch Plausibilitätsprüfung ausgeschaltet werden.

Die Überprüfung der Exaktheit der Sendevorgänge erfolgt einmal durch die Selbstkontrolle der Koppelstellen; dann wird der gesamte Informationsfluß von der Hauptstelle beobachtet. Sie kann Anlagenteile, die sie als defekt erkennt, ausschalten, auf Ersatzgeräte umschalten und/ oder den Service alarmieren. Um den erfolgten Lesevorgang der Hauptstelle mitzuteilen, ist am Ende jeden Satzes ein Kontrollbyte vorzusehen, das von einem speziellen Kontrollmeldungssender des Empfängers die Kontrollmeldung direkt im Anschluß an den Sendevorgang aufnimmt. In diesem Falle wäre, ähnlich wie auf der Sendeseite, zwischen Empfangskoppler und Sendekoppler eine Umwegleitung vorzusehen, oder das Kontrollbyte ist vom Sender der Sendeseite in den gleichen Satz des nächsten Übertragungsrahmens zu schreiben. - Wie erfahren nun die Koppelstellen und die Brücken die Rahmenaufteilung? Das geschieht am Kopf des auszusendenden Übertragungsrahmens. Dort ist der aktuelle Stand ersichtlich. Je nach Veränderung des Verkehrsaufkommens teilt die Hauptstelle den zur Verfügung stehenden Sätzen des Übertragungsrahmens mehr oder weniger Plätze für virtuelle Verbindungen der verschiedenen Geschwindigkeitsgruppen zu und verändert auch die nur für Dialogdienste vorgesehene Platzzahl. Die Veränderung kann durch Verwendung der verschiedenen Frei-/Besetzt-Zeichen in kleinen Schritten, ohne Unterbrechung von virtuellen Verbindungen geschehen.

Eine Taktkopplung aller Netzebenen ist nicht erforderlich. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sollten jeweils mehrere Netze zu einer Taktinsel zusammengeschlossen werden. Um die dann noch vorhandenen minimalen Taktdifferenzen bei Übergängen zwischen Netzen verschiedener Taktinseln bei Echtzeitdauerverbindungen auffangen zu können, ist mit dem Weiterleiten des ersten Paketes dann zu beginnen, wenn der (1+a) * Pakete aufnehmende Durchlaufspeicher etwa mit (1+a/2) * Paketen gefüllt ist. Eine Berechnung ergibt, daß bei einer angenommenen maximalen Taktdifferenz von 1*10 exp-10, einer Paketlänge von 64 Bytes und a=1 in einer Echtzeitverbindung von 2048 Mb/s erst nach ca. 6 Std. ein zusätzliches Paket übertragen werden müßte oder eine Pause von der Länge eines Paketes entstünde. Der bei einer virtuellen Festverbindung für Datenübertragung gefürchtete Verlust eines Paketes kann voll ausgeschaltet werden.

Claims (13)

1. Universelles Netzwerk mit Übergängen zu anderen Netzebenen oder Nachbarnetzen für die Übertragung und/oder die Vermittlung aller Informationsdienste - Sprache, Bild, Text und Daten - zwischen Koppelstellen, die mit ihren Sensoren und Sendeeinrichtungen passiv an die von der Hauptstelle abgehende Sendeleitung - wobei sich zwischen Sensor und Sender eine Umwegleitung befindet - sowie mit ihren Empfangseinrichtungen passiv an die an der Hauptstelle endende Empfangsleitung angeschlossen sind, wobei beide Leitungen zu einem unidirektionalen Bus gehören, der auch die Form eines geteilten Ringes annehmen kann, wobei ferner von der Hauptstelle bit-, Byte- und Satztakt ausgesendet werden dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Informationsverkehrs durch das enge Zusammenspiel von Hauptstelle und Koppelstellen erfolgt, indem die Hauptstelle einen wiederkehrenden Rahmen aussendet und jeweils Sätze für vorgesehene Verkehrsarten bzw. Informationsdienste in optimal gemischter Folge kennzeichnet, sowie die Nummern der Sätze, die sie im bit-Rahmen besitzen, ganz oder zumindest die letzten Digitalstellen derselben und das Frei/Besetztzeichen am Satzanfang hinzufügen, die Koppelstelle ihrerseits mittels Sensors bei Bedarf einen freien Satz sucht und dieser im Erfolgsfall den Sender auffordert mit dem Senden des im Durchlaufspeicher bereitstehenden Satzes zu beginnen, nachdem das Freizeichen zuvor zu einem Besetztzeichen ergänzt wurde, was durch die Zeitverzögerung mittels Umwegleitung zwischen Sensor und Sender ermöglicht wird, wobei der erste Satz die volle Adresse des Empfängers und des Absenders aufnehmen muß, während die nächsten im Rahmen zugehörigen Folgesätze nur Information aufzunehmen brauchen, während die Empfangseinheiten alle Informationen, die auf dieser Netzebene ausgetauscht werden, lesen und die die Koppelstelle selbst betreffenden an die adressierten Teilnehmer weiterleitet.

2. Universelles Netzwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein vereinbartes Byte am Satzanfang die Satzart kennzeichnet, ein weiteres Byte die niederwertigsten bits der Satznummer enthält und ein weiteres Byte das Frei/Besetzt-Zeichen darstellt. Für dieses Byte sind 5 Zeichen zweckmäßig: 1. Frei - 2. Einmal-Besetzt - 3. Besetzt-Vorbereitung - 4. Besetzt - 5. Freischalt-Zeich.

3. Universelles Netzwerk nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Sätze für die Dialog-Dienste so lang sind, daß sie die vollen Adressen von Empfänger und Sender aufnehmen können und darüberhinaus noch genügend Platz für die Information selbst besitzen. Hierfür können auch Doppelsätze vorgesehen werden.

4. Universelles Netzwerk nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß für alle durch den Satzanfang gekennzeichneten Echtzeitdienste maximale Übertragungsbitraten festgesetzt werden, wodurch gleichzeitig die Anzahl der Folgesätze in einem Rahmen festgelegt wird, wobei alle im Belegungsfall maximal benötigten Folgesätze mit dem Besetztzeichen zu versehen sind. Wird bei der Übertragung das Einfügen eines Leersatzes erforderlich, so verhindert das Besetztzeichen, daß dieser Satz von einem Dialogdienst belegt wird. Die Differenz zwischen den maximal im Rahmen möglichen und den maximal benötigten Folgesätze durch das Nichtbesetzen für den Zugriff durch Dialogdienste freigegeben.

5. Universelles Netzwerk nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß Plätze für Dialogdienste nur jeweils für eine Übertragung besetzt werden, es sei denn, daß ein Dialogdienst über einen auszuwählenden Echtzeitdienst-Kanal abgewickelt werden soll.

6. Universelles Netzwerk nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstelle bei Rahmenende unmittelbar, bitsynchron den neuen Rahmen anfügt. Dabei sind alle Satzinhalte gelöscht, lediglich die Besetztzeichen von Echtzeitdiensten sind vom vorhergehenden Rahmen beim Senden zu übernehmen.

7. Universelles Netzwerk nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß bei Übertragung des letzten Satzes das Besetztzeichen durch Ergänzen auf 8 bit zum Freischaltzeichen ergänzt wird. Dadurch wird erreicht, daß die Hauptstelle beim nächsten Rahmen den ersten Satz und alle dazugehörenden Folgesätze mit dem Freizeichen versieht. Dies wird erst durch Besetzen wieder geändert.

8. Universelles Netzwerk nach Abspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Rahmens die aktuelle Einteilung des Rahmens den Koppelstellen in geeigneter Weise mitgeteilt wird.

9. Universelles Netzwerk nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang der Rahmenaufteilung von einer Form auf eine andere von der Hauptstelle in kleinen Schritten vorgenommen wird, was z. B. im direkten Zusammenhang mit der Zunahme von Echtzeitdiensten oder deren Abnahme geschehen kann, indem die Sätze von Echtzeitdiensten incl. der zugehörigen Folgesätze für Dialogdienste zur Verfügung gestellt werden und ungekehrt, wodurch die beabsichtigte Wandlung ohne Unterbrechung einer virtuellen Verbindung vonstatten gehen kann.

10. Universelles Netzwerk nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß Übergänge zu parallelen Netzen gleicher Ebene, zu Netzen höherer oder niederer Ebenen über Brücken an beliebigen Koppelstellen erfolgen können. Erforderliche Taktausgleiche, die bei Netzübergängen notwendig sein können, werden durch Speichern z. B. eines Satzes oder durch Aussenden eines Leersatzes von den Brücken vorgenommen.

11. Universelles Netzwerk nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß das letzte Wort eines Satzes durch ein Kontrollwort gebildet wird, das von einem zusätzlichen Sender auf der Empfangsleitung nach ordnungsgemäßem Lesevorgang hinzugefügt wird oder das bei Echtzeitdiensten im nächstfolgenden Satz vom Sender der Sendeleitung abgesetzt wird. Die Hauptstelle überwacht den ordnungsgemäßen Ablauf aller Schreib- und Lesevorgänge. Sie kann nicht voll funktionstüchtige Anlageteile vorübergehend außer Betrieb setzen, auf eine Ersatzanlage umschalten und die Wartung sowie die Reparatur auslösen.

12. Universales Netzwerk nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß für Verteildienste die benötigten Sätze fest zugeordnet werden oder daß für diese Dienste zusätzliche Empfangsleitungen verwendet werden.

13. Universales Netzwerk nach Anspruch 1-12 dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Netze zu Taktinseln zusammengefaßt werden. Die in den Netzübergängen angeordneten Durchlaufspeicher mit einer Länge von (1+a) * Pakete in Bytes sind so zu dimensionieren, daß das zusätzliche Aussenden eines Daten- Paketes oder eines Leerpaketes erst nach längerer Betriebszeit erforderlich werden könnte, wobei der Verlust eines Datenpaketes ausgeschaltet wird. Mit dem Weiterleiten des ersten Paketes ist dann zu beginnen, wenn der Durchlaufspeicher mit etwa (1+ a/2) * Paketen gefüllt ist.