DE4132518A1 - Schaltungsanordnung fuer die uebertragung von digitalen nachrichtensignalen ueber ein nach einem asynchronen tranfermodus arbeitendes breitband-kommunikationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Übertra­ gung von digitalen Nachrichtensignalen über ein nach einem asyn­ chronen Transfermodus arbeitendes Breitband-Kommunikationssy­ stem gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits im Zusammenhang mit der Übertragung von Sprachsignalen über ein Breitband-Kommu­ nikationsnetz bekannt (EP-A-8 81 15 727). Bei der Übertragung von Nachrichtensignalen, die zunächst in einer bestimmten Folge von einer Teilnehmereinrichtung her abgegeben werden, treten einerseits durch eine Umsetzung dieser Nachrichtensignale in Nachrichtenpakete und durch eine entsprechende Auflösung der­ artiger Nachrichtenpakete nach Durchlauf eines Breitband-Kom­ munikationssystems konstante Verzögerungszeiten auf. Darüber hinaus ergeben sich beim Durchlauf der einzelnen Nachrichten­ pakete durch ein solches nach einem asynchronen Transfermodus arbeitendes Breitband-Kommunikationssystem variable Verzöge­ rungszeiten. Diese sind beispielsweise auf das Aufstauen von Nachrichtenpaketen in sogenannten Warteschlangen zurückzufüh­ ren. Damit ergibt sich das Problem, daß ohne spezielle schal­ tungstechnische Maßnahmen aus dem Auflösen von über das Breit­ band-Kommunikationssystem übertragenen Nachrichtenpaketen Nach­ richtensignale resultieren, die hinsichtlich ihrer zeitlichen Folge nicht mehr den ursprünglich dem Breitband-Kommunikations­ system zugeführten Nachrichtensignalen entsprechen. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn als Nachrichtensignale beispielsweise Bildsignale bzw. Sprachsignale in digitaler Form übertragen werden.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg zu zeigen, wie eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ausgebildet werden kann, um Nachrichtensignale nach einer Übertragung über ein nach einem asynchronen Transfermodus arbei­ tendes Breitband-Kommunikationssystem hinsichtlich ihrer zeit­ lichen Folge originalgetreu rückgewinnen zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebe­ nen schaltungstechnischen Merkmale.

Die Erfindung bringt dabei den Vorteil mit sich, daß einer­ seits die für einen Ausgleich von Laufzeitunterschieden für übertragene Nachrichtenpakete vorgesehenen verbindungsindivi­ duellen Pufferanordnungen jeweils eine geringe Speicherkapazität aufweisen und damit jeweils eine geringe Empfangsverzögerung verursachen. Andererseits werden durch die Selbstsynchronisierung der die Pufferanordnungen steuernden Zähleranordnungen synchron zueinander laufende Zähleranordnungen an den Orten der Bildung und Auflösung von Nachrichtenpaketen vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 und 3. Diese Ausgestaltungen betreffen zweckmäßige schaltungstechnische Maß­ nahmen zur Selbstsynchronisierung der den Pufferanordnungen je­ weils zugeordneten Zähleranordnung.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand von Zeichnungen bei­ spielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Übertragungs- bzw. Ver­ mittlungssystems, bei dem die Erfindung angewandt ist,

Fig. 2 zeigt einen möglichen Aufbau einer in Fig. 1 schematisch dargestellten Paketiereinrichtung und

Fig. 3 zeigt einen möglichen Aufbau einer in Fig. 1 schematisch dargestellten Pufferanordnung.

In Fig. 1 ist ein als Breitband-Kommunikationssystem dienendes Übertragungs- bzw. Vermittlungssystem UES, über welches eine Vielzahl von sogenannten virtuellen Verbindungen verlaufen mag, dargestellt, an welches eine Mehrzahl von Teilnehmereinrich­ tungen angeschlossen sein mag. Diese Teilnehmereinrichtungen, die jeweils mit TLn bezeichnet sind, mögen dabei jeweils über Übertragungsleitungen Nachrichtensignale abgeben und aufnehmen können. Beispielsweise kann es sich bei diesen Nachrichten­ signalen um Datensignale, Videosignale oder auch um Sprach­ signale handeln, die kontinuierlich bzw. in einer festgelegten zeitlichen Folge abgegeben und aufgenommen werden sollen.

Das Übertragungs- bzw. Vermittlungssystem UES weist als Schnitt­ stelle zu den zuvor genannten Übertragungsleitungen jeweils eine Paketier/Depaketiereinrichtung P/D auf. Eine erste Gruppe dieser Paketier/Depaketiereinrichtungen ist dabei an eine Multi­ plex/Demultiplexeinrichtung MUX/DEMUX1, eine zweite Gruppe dagegen an eine Multiplex/Demultiplexeinrichtung MUX/DEMUX2 angeschlossen. Die Paketier/Depaketiereinrichtungen P/D bilden einerseits auf von der zugehörigen Übertragungsleitung zugeführte Nachrichtensignale hin Pakete fester Länge, die der jeweiligen Multiplex/Demultiplexeinrichtung MUX/DEMUX1 bzw. MUX/DEMUX2 zugeführt sind. Andererseits löst eine solche Paketier/Depake­ tiereinrichtung von der jeweiligen Multiplex/Demultiplexein­ richtung bereitgestellte, zunächst eine Pufferspeicheranordnung PA durchlaufende Pakete in Nachrichtensignale auf, die dann der jeweiligen Teilnehmereinrichtung TLn zugeführt werden.

Die genannten Multiplex/Demultiplexeinrichtungen stehen miteinander über Zeitmultiplexleitungen in Verbindung, die ent­ sprechend den beiden Übertragungsrichtungen gerichtet betrieben sind. Die Verbindung kann dabei über für einen asynchronen Zeitmultiplexbetrieb ausgelegte Übertragungseinrichtungen oder Vermittlungseinrichtungen hergestellt sein bzw. werden. In Fig. 1 ist als Beispiel ein Vermittlungsnetz Verm mit wenigstens einer Vermittlungseinrichtung angenommen. An dieses Vermittlungsnetz können eine Vielzahl von den zuvor erwähnten Zeitmultiplexlei­ tungen entsprechenden Zeitmultiplexleitungen angeschlossen sein. Dabei können über diese Zeitmultiplexleitungen nicht nur die zuvor genannten Nachrichtensignale enthaltende Pakete, sondern auch beliebige Digitalsignale enthaltende Pakete über­ tragen werden.

Nachdem vorstehend der Aufbau dem in Fig. 1 dargestellten Über­ tragungs- bzw. Vermittlungssystems UES erläutert worden ist, wird nunmehr auf dessen Wirkungsweise unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 eingegangen. Hierzu sei angenommen, daß zwi­ schen zwei Teilnehmereinrichtungen TLn über die genannten Multi­ plex/Demultiplexeinrichtungen MUX/DEMUX1 und MUX/DEMUX2 im Zuge einer bestehenden Verbindung Nachrichtensignale zu übertra­ gen sind. Wie bereits erwähnt, werden diese Nachrichtensignale zunächst einer in Fig. 2 ausschnittweise dargestellten Paketier­ /Depaketiereinrichtung P/D zugeführt. In dieser durchlaufen die Nachrichtensignale zunächst einen Serien-Parallel-Wandler SPU, der eine festgelegte Anzahl von kontinuierlich aufeinanderfol­ genden Nachrichtensignalen jeweils in eine parallele Nachrichten­ signalgruppe umsetzt und diese einem Paketspeicher PASP in Form eines FIFO (First-In-First-Out)-Speichers zuführt. Einer solchen Nachrichtensignalgruppe, die den Informationsteil INF eines Paketes darstellt, wird dabei noch ein sogenannter Paketkopf beigefügt. Dieser enthält unter anderem eine Adresse ADR, durch die die jeweilige virtuelle Verbindung bzw. die für das zu über­ tragende Paket als Empfänger in Frage kommende Teilnehmerein­ richtung bezeichnet ist, sowie eine Laufnummer LN. Diese Lauf­ nummer wird von einem Laufnummerngeber LG bereitgestellt. Die­ ser ist beispielsweise als periodischer Zähler mit einer fest­ gelegten Zählperiode z. B. 0, . . ., 255 ausgebildet, dessen mo­ mentaner Zählerstand, der als Laufnummer benutzt ist, auf jedes Auftreten einer Nachrichtensignalgruppe in dem Serien-Parallel-Wan­ dler SPU hin um einen Zählschritt verändert ist. Der Lauf­ nummerngeber LG erhält dafür von dem Serien-Parallel-Wandler SPU her entsprechende Zählsignale zugeführt.

Die in dem Paketspeicher PASP gespeicherten Pakete werden an­ schließend über einen Parallel-Serien-Wandler PSU zu der in Fig. 1 dargestellten Multiplex/Demultiplexeinrichtung MUX/DEMUX1 hin weitergeleitet.

In den einzelnen Paketier/Depaktiereinrichtungen P/D gespei­ cherte Pakete werden von der in Fig. 1 dargestellten Multiplex­ /Demultiplexeinrichtung MUX/DEMUX1 durch Abgabe entsprechender Auslesesignale abgerufen und über eine zuvor erwähnte Zeitmulti­ plexleitung zu dem Vermittlungsnetz Verm hin übertragen. In diesem erfolgt dann eine Weiterleitung der einzelnen Pakete im asynchronen Zeitmultiplexbetrieb, d. h. für die einzelnen Verbindungen besteht keine feste Zeitschlitzzuordnung. Bei der Übertragung der Pakete innerhalb des Vermittlungsnetzes Verm, bei dem es sich beispielsweise um ein sogenanntes ATM (asynchro­ nous transfer mode)-Vermittlungsnetz handeln möge, ergeben sich für die einzelnen Pakete unterschiedliche Übertragungslauf­ zeiten, die auf variierende Verzögerungszeiten für die Pakete beispielsweise beim Durchlaufen von Warteschlangenspeichern innerhalb des Vermittlungsnetzes zurückzuführen sind. D. h. die bei dem oben angenommenen Beispiel nach Durchlauf des Vermitt­ lungsnetzes Verm der Multiplex/Demultiplexeinrichtung MUX/DEMUX2 zugeführten Pakete einer bestimmten virtuellen Verbindung wei­ sen nicht mehr die zeitliche Lage zueinander auf, mit der diese ursprünglich dem Vermittlungsnetz Verm zugeführt worden sind.

Die Multiplex/Demultiplexeinrichtung MUX/DEMUX2 leitet die ihr zugeführten Pakete nach Maßgabe der in diesen jeweils enthalten­ en Adresseninformation über einen der jeweiligen Adresse zuge­ ordneten Ausgang an eine mit diesem verbundene Pufferanordnung PA weiter. Diese hat nun die Aufgabe, die zuvor erwähnten Lauf­ zeitunterschiede für die einzelnen Pakete auszugleichen. Die diese Pufferanordnung durchlaufenden Pakete werden dann nachein­ ander an eine Paketier/Depaketiereinrichtung P/D zeitlich so weitergeleitet, daß die zeitliche Lage der weitergeleiteten Pakete zueinander den Zeitpunkten der zuvor erläuterten Abgabe der betreffenden Pakete durch eine in Fig. 2 dargestellte Pake­ tier/Depaketiereinrichtung P/D entspricht. Die Paketier­ /Depaktiereinrichtung löst dann die ihr zugeführten Pakete in Nachrichtensignalgruppen auf, die der nachgeschalteten Teil­ nehmereinrichtung TLn zugeführt sind. Damit treten in dieser Teilnehmereinrichtung Nachrichtensignale in einer solchen Form auf, wie sie ursprünglich von der an der in Frage kommenden virtuellen Verbindung beteiligten Teilnehmereinrichtung abge­ geben worden sind.

Den gerade erläuterten Steuerungsvorgängen entsprechende Steue­ rungsvorgänge laufen auch für im Zuge der als Beispiel ange­ nommenen Verbindung in der Gegenrichtung bzw. für im Zuge einer beliebigen, über das Übertragungs- bzw. Vermittlungssystem UES (Fig. 1) verlaufenden Verbindung zu übertragende Nachrichten­ signalen ab.

Im folgenden wird nun noch anhand der Fig. 3 auf einen möglichen Aufbau der zuvor erwähnten Pufferanordnung PA näher eingegangen. Nach Fig. 3 werden der Pufferanordnung PA zugeführte Pakete in einen Pufferspeicher PS übernommen, der eine Speicherkapazität aufweist, die wenigstens den maximalen Laufzeitunterschieden für die einzelnen Pakete entspricht. Dabei ist angenommen, daß in dem Pufferspeicher PS entsprechend den maximalen Laufzeitunter­ schieden insgesamt eine Anzahl von L Paketen speicherbar ist. Die einzelnen Pakete werden darüber hinaus einer Auswerteein­ richtung AE zugeführt, die die in den Paketen jeweils enthaltene Laufnummer einem Subtrahierer SUB1 zuführt. An einem weiteren Eingang dieses Subtrahierers ist ein Empfangszähler EZ ange­ schlossen, der als periodischer Zähler ausgebildet ist und eine Zählschrittfolge sowie eine Zählperiode aufweist, die der Zähl­ schrittfolge und Zählperiode des zuvor erwähnten, in Fig. 2 dar­ gestellten Laufnummerngebers LG entsprechen. Die dafür erfor­ derlichen Taktsignale stellt ein Taktgenerator TG bereit. Syn­ chronisiert wird der Empfangszähler EZ zunächst auf eine Lauf­ nummer eines beliebigen, der Pufferanordnung PA zugeführten Paketes (Bezugspaket), die von der Auswerteeinrichtung AE her bereitgestellt ist. Von diesem Zählerstand aus verändert er dann mit jedem Auftreten eines Taktsignals seinen momentanen Zählerstand um einen Zählschritt.

Der Subtrahierer SUB1 bildet auf jedes Bereitstellen einer Lauf­ nummer durch die Auswerteeinrichtung AE hin einen Differenzwert aus der jeweiligen Laufnummer und dem momentanen Zählerstand des Empfangszählers EZ. Der Differenzwert ist somit ein Maß für die relative Laufzeit des jeweiligen Paketes bezüglich des Be­ zugspaketes. Eine negative Differenz bedeutet dabei, daß die Laufzeit des jeweiligen Paketes niedriger war als die des Bezugs­ paketes. Bei einer positiven Differenz lag dagegen die Laufzeit des jeweiligen Paketes höher als die des Bezugspaketes. Die auf diese Weise nacheinander gebildeten Differenzwerte werden an­ schließend einer Einrichtung MW zur Bildung eines Mittelwertes dieser Differenzwerte zugeführt. Dabei wird für diese Mittelwert­ bildung eine festgelegte Anzahl von aufeinander folgenden Diffe­ renzwerten berücksichtigt. Ein negativer Mittelwert bedeutet, daß die mittlere Laufzeit aller berücksichtigten Pakete kleiner war als die Laufzeit des Bezugspaketes. Bei einem positiven Mittelwert lag dagegen die mittlere Laufzeit aller berück­ sichtigten Pakete über der des Bezugspaketes.

Darüber hinaus ist mit dem momentanen Zählerstand des Empfangs­ zählers EZ ein Subtrahierer SUB2 beaufschlagt, der von diesem momentanen Zählerstand einen konstanten Wert L/2 (halbe Spei­ cherkapazität des Pufferspeichers PS) subtrahiert. Von dem da­ raus resultierenden Differenzwert wird anschließend mit Hilfe eines weiteren Subtrahierers SUB3 der von der Einrichtung MW gebildete Mittelwert subtrahiert. D. h. es wird ein Synchroni­ sierwert K = (momentaner Zählerstand des Empfangszählers EZ - ermittelter Mittelwert - L/2) gebildet, der einem Auslese­ zähler AZ als Setzinformation zugeführt ist. Dieser Auslesezähler ist darüber hinaus von dem Taktgenerator TG her getaktet und weist die gleiche Zählperiode auf wie der Empfangszähler EZ.

Durch das zunächst vorgenommene gezielte Setzen des Auslese­ zählers auf den Wert K läuft dieser entsprechend den zugeführ­ ten Taktsignalen mit einem nacheilenden Zählversatz von L/2 synchron zu den Laufnummern der mit mittlerer Laufzeit übertra­ genen Pakete. Nach Maßgabe der auf diese Weise von dem Auslese­ zähler AZ bereitgestellten momentanen Zählerständen werden dann die in dem Pufferspeicher PS gespeicherten Pakete jeweils ledig­ lich zu einem solchen Zeitpunkt an die nachfolgende Paketier­ /Depaketiereinrichtung P/D weitergeleitet, zu welchem eine Über­ einstimmung zwischen dem momentanen Zählerstand des Auslese­ zählers AZ und der in dem jeweiligen Paket enthaltenen Laufnum­ mer besteht. Durch den festgesetzten Zählversatz der momenta­ nen Zählerstände des Auslesezählers AZ gegenüber den Laufnum­ mern der Pakete mit mittlerer Laufzeit werden dabei Laufzeit­ unterschiede für die einzelnen Pakete ausgeglichen, ohne daß der Pufferspeicher PS über oder leerlaufen kann. Auf diese Weise werden durch die in Fig. 3 dargestellte Pufferanordnung PA einerseits Paketverluste vermieden und andererseits eine zeit­ richtige Rückgewinnung von Nachrichtensignalen sichergestellt.

Die erläuterte Synchronisierung des Auslesezählers AZ wird im übrigen zumindest zu Beginn der in Frage kommenden virtuellen Verbindung durchgeführt und kann ggf. in periodischen Zeitab­ ständen wiederholt werden.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die zuvor er­ läuterte Signalverarbeitung für die Synchronisierung des Aus­ lesezählers AZ auch mit Hilfe einer von der in Fig. 3 darge­ stellten Schaltungsanordnung abweichenden Schaltungsanordnung realisierbar ist. So kann beispielsweise diese Signalverarbei­ tung durch eine einen Mikroprozessor enthaltende Steuereinrich­ tung vorgenommen sein.

Außerdem sei noch darauf hingewiesen, daß bezüglich des in Fig. 1 dargestellten Übertragungs- bzw. Vermittlungssystems UES ledig­ lich als Beispiel angenommen wurde, daß deren Systemschnitt­ stellen durch die Paketier/Depaketiereinrichtungen P/D gebildet sind. Diese Systemschnittstellen können jedoch auch beispiels­ weise durch die systemseitigen Ein- und Ausgänge dieser Paketier /Depaketiereinrichtungen, die teilnehmerseitigen Ein- und Aus­ gänge der Multiplex/Demultiplexeinrichtungen MUX/DEMUX1 und MUX/DEMUX2 oder durch die mit diesen verbundenen Zeitmultiplex­ leitungen vorgegeben sein.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung für die Übertragung von digitalen Nach­ richtensignalen in Form von Nachrichtenpaketen im Zuge von über ein nach einem asynchronen Transfermodus arbeitendes Breitband-Kom­ munikationssystem (UES) verlaufenden virtuellen Verbindungen, mit an dessen Systemschnittstellen vorhandenen Paketier/Depa­ ketiereinrichtungen (P/D), dadurch gekennzeichnet,
daß den Paketier/Depaketiereinrichtungen (P/D) jeweils eine Zähleinrichtung (LG) mit festgelegter Zählperiode zugehörig ist, welche in der minimalen zeitlichen Folge von zu übertragenden Nachrichtenpaketen entsprechenden Zeitabständen sich fortlaufend verändernde Zählerstände bereitstellt und welche dadurch den von der zugehörigen Paketier/Depaketiereinrichtung abzugeben­ den Nachrichtenpaketen jeweils den gerade aktuellen momentanen Zählerstand als Zeitmarkierung beizufügen gestattet,
daß den Paketier/Depaketiereinrichtungen (P/D) weiterhin je­ weils eine für die Zwischenspeicherung von über das Breitband-Kom­ munikationssystem (UES) übertragenen Nachrichtenpaketen die­ nende Pufferanordnung (PS) zugeordnet ist,
daß die jeweilige Pufferanordnung (PS) eine Speicherkapazität aufweist, welche wenigstens der Anzahl der Nachrichtenpakete entspricht, die innerhalb eines den maximalen Paketlauf­ zeitschwankungen entsprechenden Zeitintervalls übertragbar sind,
daß der jeweiligen Pufferanordnung (PS) eine Pufferzähleran­ ordnung (ZA) zugeordnet ist,
welche einerseits zumindest zu Beginn der jeweiligen virtuellen Verbindung nach Maßgabe der Zeitmarkierungen der der Pufferan­ ordnung (PS) zugeführten Nachrichtenpakete und nach Maßgabe der Paketlaufzeitschwankungen der betreffenden Nachrichtenpakete derart einstellbar ist, daß deren momentane Zählerstände den Zeitmarkierungen von mit mittlerer Paketlaufzeit im Zuge der jeweiligen virtuellen Verbindung über das Breitband-Kommunika­ tionssystem (UES) übertragenen Nachrichtenpaketen mit einem der halben Speicherkapazität der Pufferanordnung (PS) entsprechen­ den nacheilenden Zählversatz entsprechen,
und welche andererseits nach ihrer Einstellung ihre momentanen Zählerstände mit einer der Zählfolge der zuvor genannten Zähl­ einrichtung (LG) entsprechenden Zählfolge verändert
und daß die in der jeweiligen Pufferanordnung (PS) zwischenge­ speicherten Pakete unter der Steuerung der zugeordneten Puffer­ zähleranordnung (ZA) jeweils lediglich zu einem solchen Zeit­ punkt an die zugeordnete Paketier/Depaketiereinrichtung (P/D) weiterleitbar sind, zu welchem eine Übereinstimmung zwischen der Zeitmarkierung des jeweiligen Nachrichtenpaketes und dem momentanen Zählerstand der Pufferzähleranordnung (ZA) vorliegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die der jeweiligen Pufferanordnung (PS) zugeordnete Puffer­ zähleranordnung (ZA) einen Empfangszähler (EZ), einen Auslese­ zähler (AZ) sowie eine mit diesen verbundene Steuereinrichtung (ST) aufweist, daß der Empfangszähler (EZ) zunächst von der Steuereinrichtung (ST) her auf einen der Zeitmarkierung eines beliebigen in die Pufferanordnung (PS) aufzunehmenden Nachrich­ tenpaketes entsprechenden Anfangszählerstand setzbar ist,
daß der Empfangszähler (EZ) ausgehend von diesem Anfangszähler­ stand seine momentanen Zählerstände mit einer der Zählfolge der genannten Zähleinrichtung (LG) entsprechenden Zählfolge fortlaufend verändert,
daß die Steuereinrichtung (ST) bei Auftreten eines in der zuge­ ordneten Pufferanordnung (PS) zwischenzuspeichernden Nachrich­ tenpaketes den Differenzwert zwischen dem momentanen Zähler­ stand des Empfangszählers (EZ) und der Zeitmarkierung des jewei­ ligen Nachrichtenpaketes bildet und aus einer festgelegten An­ zahl aufeinanderfolgender Differenzwerte einen Mittelwert bil­ det, welcher zusammen mit einem der halben Anzahl der in der zugeordneten Pufferanordnung speicherbaren Nachrichtenpakete entsprechenden Zahlenwert von dem momentanen Zählerstand des Empfangszählers (EZ) für die Bildung eines Einstellwertes sub­ trahiert ist,
und daß mit dem Einstellwert der genannte, die zugeordnete Pufferanordnung (PS) steuernde Auslesezähler (AZ) beaufschlagt ist, der ausgehend von diesem Einstellwert seine momentanen Zählerstände mit einer der Zählfolge des Empfangszählers (EZ) entsprechenden Zählfolge verändert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (ST) aus einer Mikroprozessoranordnung gebildet ist.