DE4309000C2 - Verfahren zur Bestimmung der Zuverlässigkeit von Datenübertragungsleitungen und zugehörige Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zuverlässigkeit von Da­ tenübertragungsleitungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine zu­ gehörige Schaltungsanordnung.

Datenübertragungssysteme verwenden typischerweise Kupfer- oder optische Faser­ kabel zwischen Sender-Empfängern, wobei bei diesen Leitungen von Zeit zu Zeit Fehler bei der Datenübertragung auftreten. Systeme, an welche solche Leitungen angeschlossen sind, überprüfen diese Leitungen auf Zuverlässigkeit.

Eine Form der Zuverlässigkeitsüberprüfung, welche in Telefonanlagen weit verbrei­ tet ist, besteht darin, daß eine zu testende Leitung zurückgekoppelt wird auf den Sender-Empfänger, der die Überprüfung ausführt. Vom Sender-Empfänger abge­ hende Signale werden in die Leitung eingespeist und über eine Rückkopplungsleitung zurück zum Sender-Empfänger geführt. Ein Vergleich der abgehenden Signale mit den empfangenen rückgekoppelten Signalen gibt eine Anzeige für die Zuverlässigkeit der Leitung.

In dem zuvor beschriebenen Rückkopplungsverfahren wird zum Signalvergleich ein Prozessor verwendet. Weiterhin muß das Rückkopplungsverfahren zu dem Zeitpunkt stattfinden, wo Übertragungsfehler auftreten, da sonst der Fehler nicht erfaßt wer­ den kann. Demzufolge wird das Rückkopplungsverfahren relativ häufig ausgeführt, um insbesondere zufällig auftretende Fehler erfassen zu können. Die Verwendung ei­ nes Prozessors und die Häufigkeit des Schaltens von Rückkopplungen oder Schleifen mindert den Wirkungsgrad des gesamten Systems, was kostspielig ist. Außerdem ist eine Leitung, die geprüft wird, nicht für andere Dienste, wie beispielsweise Tele­ fonanrufe, verwendbar.

Ein weiteres Prüfsystem verwendet eine zyklische Redundanzcode(CRC)-Datensequenz im zu übertragenden Datenstrom. Prozessoren an den Enden der Leitung erfassen die CRC-Sequenz und tauschen Informationen über erfaßte Fehler aus.

Der Wirkungsgrad eines solchen Systems wird vermindert infolge des Erfordernis­ ses der Verwendung von Prozessoren an den Enden der Leitung zum Erfassen der CRC-Daten und des Austauschs von Mitteilungen über erfaßte Fehler. Da die CRC- Sequenz im Datenstrom jedoch wiederholt übermittelt wird, ist dieses Verfahren besser geeignet, Fehler in der Leitung zu erfassen, als wie dies beim Rückkopplungs­ verfahren der Fall ist.

Die DE 27 05 951 C3 beschreibt einen Fehlerzähler, der fortlaufend die Anzahl der Fehlerbits feststellt und ein Sperrsignal erzeugt, wenn eine vorgegebene Anzahl von Fehlerbits erfaßt wurde. Die Informationsweitergabe wird dadurch unterbunden. Es werden jedoch nur die Bitfehler innerhalb eines Datenblocks erfaßt. Der Fehlerzähler toleriert also eine vorgebene Anzahl von Bitfehlern in jedem Datenblock, summiert aber nicht die Bitfehler in aufeinanderfolgenden Datenblöcken.

Die DE 37 29 882 A1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem die in aufeinander­ folgenden Datenblöcken auftretenden Fehler über vorgegebene Intervalle summiert werden. Die vorgebbaren Intervalle sind variabel und hängen von der Anzahl der erfaßten Fehler ab.

Die US 4,713,810 beschreibt schließlich eine Vorrichtung, bei der in jeder Station erfaßte Übertragungsfehler gespeichert werden. Die summierten Fehler werden peri­ odisch an eine Zentralstelle weitergeleitet. In der Zentralstelle werden die summier­ ten Fehler gespeichert und mit der gespeicherten Fehlersumme der vorangegangenen Periode verglichen. Aufgrund dieses Vergleichs können Stationen erkannt werden, bei denen sich eine Fehlfunktion abzeichnet.

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren so auszubilden, daß Fehler bei der Datenüber­ tragung in Leitungen auch über einen längeren Zeitraum sicher erfaßt werden können, auch wenn diese nur selten und zufällig auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Zuverlässigkeit der Datenübertragung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Das vorliegende Verfahren ermöglicht eine konstante Überwachung der Datenüber­ tragungsleitung so häufig, wie das System eine CRC-Sequenz verwendet, erhöht jedoch den Wirkungsgrad des Systems beträchtlich, da keine Prozessoren an jedem Ende der Leitung erforderlich sind. Weiterhin kann das System dazu verwendet werden, alle Leitungen im System kontinuierlich zu überprüfen.

Das Auftreten von Leitungsfehlern ist relativ selten und meist rein zufällig. Es hat sich daher gezeigt, daß es für die Überprüfung des Auftretens von Fehlern unnötig ist, an jedem Ende jeder Leitung einen Prozessor vorzusehen und die fehlerhafte Lei­ tung zu isolieren, falls die Überprüfung mittels der CRC-Sequenz nicht korrekt ist. Eine Zählung der bestimmten Datenfehler unter Verwendung einer CRC-Sequenz oder einer anderen Übertragungsfehler erfassenden Sequenz wird als Teil des Daten­ stroms beibehalten. Zu beliebigen Zeitpunkten werden periodisch die Anzahl der gezählten Fehler einer zentralen Überwachungsstation zur Analyse zugeführt. Es ist weiterhin möglich, die Analyse durchzuführen, wenn die Anzahl der erfaßten Fehler eine bestimmte Zahl erreicht hat.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Systems, bei dem das vorliegende Verfahren ver­ wendet werden kann;

Fig. 2 ein Blockdiagramm von zwei miteinander verbundenen Sender-Empfängern;

Fig. 3 eine Darstellung der zwischen den Sender-Empfängern ausgetauschten Da­ ten und

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer in den Sender-Empfängern verwendbaren Schal­ tungsanordnung.

Die Fig. 1 zeigt ein repräsentatives System, welches Leitungen zur Übermittlung von Daten verwendet. Das System besteht aus peripheren Zweigendpunkten 1, an welche ankommende und abgehende Datenübermittlungsleitungen 2 und 3 ange­ schlossen sind. Die Übermittlungsleitungen sind zwischen den peripheren Zweigend­ punkten 1 und einem zentralen Knoten 4 geschaltet, der einen Prozessor 5 aufweist. Der Prozessor 5 steuert Schalter 6, um die Übermittlungsleitungen miteinander zu einer Schleife zu verbinden.

Zwischen den peripheren Zweigendpunkten werden Daten über die ankommenden und abgehenden Leitungen in einem Datenstrom übermittelt, der beispielsweise aus Datenzügen oder Datenblocks gebildet wird, wobei jeder Datenzug aus Paketen be­ steht. Im Falle einer fehlerhaften Leitung in einem Leitungspaar kann der Prozessor 5 dieses Leitungspaar abschalten und dafür die restlichen Zweigendpunkte zu einer Schleife schalten, wodurch die fehlerhafte Leitung oder das fehlerhafte Leitungspaar umgangen werden. Es ist auch möglich, daß der Prozessor 5 eine fehlerhafte Lei­ tung abschaltet und sie durch eine redundante Leitung ersetzt. Der Prozessor kann natürlich die über die Leitungen übertragenen Daten überwachen.

Das zuvor beschriebene System dient lediglich der Erläuterung. Die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt. Die Erfindung kann alternativ in irgendeiner Form eines Systems verwendet werden, wo Übertragungsleitungen Zweigendpunkte miteinan­ der verbinden, beispielsweise wo ein peripherer Zweigendpunkt mit einem anderen Endpunkt, wie beispielsweise einem zentralen Knoten, oder mit einem peripheren Steuersystem, oder einem anderen peripheren Zweigendpunkt usw. verbunden wird.

Gemäß Fig. 2 verbinden zwei Übermittlungsleitungen 2, 3 zwei Sender-Empfänger 6, 7 miteinander und übermitteln Datensignale zwischen diesen beiden Sender- Empfängern 6, 7. Die Sender-Empfänger sind jeweils mit oder mit einem Teil einer Einheit am jeweiligen Ende der Übermittlungsleitungen verbunden. Beispielsweise ist der Sender-Empfänger 6 mit dem Zweigendpunkt 1 und der Sender-Empfänger 7 mit dem Zentralknoten 4 des zuvor beschriebenen Systems verbunden. Bevorzugt bestehen die Übermittlungsleitungen 2, 3 aus einem einzigen optischen Faserkabel, das in beiden Richtungen durch Wellenlängenteilung übermittelt oder aus zwei ge­ trennten optischen Faserkabeln. Solch eine Leitung kann typischerweise bei 16 mb/s betrieben werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf optische Faserkabel beschränkt.

Gemäß Fig. 3 kann ein Protokoll eines Datenblocks 8 alle 125 µs im gezeigten Beispiel wiederholt werden. Die Fig. 3 zeigt weiterhin die Gruppe von Datenrah­ men in Block 8, welche alle 125 µs wiederholt wird. Ein erster Rahmen 9 enthält Rahmen- und Overheaddaten, welche eine CRC-Prüfsumme 10 über den Inhalt des 125 µs Datenblocks einschließt. Die Rahmendaten sind in dem Teil des Rahmens enthalten, der mit 11 bezeichnet ist.

Gemäß der Erfindung enthält der erste Rahmen eine erste abgehende Datenfehlerzähl­ sequenz OD 12 und eine ankommende Datenfehlerzählsequenz ID 13.

Bei einer ankommenden Datenübermittlungsleitung 2 errechnet der Sender-Empfänger die CRC-Prüfsumme über die Rahmendaten und vergleicht diese mit der übermit­ telten CRC-Prüfsumme innerhalb des Rahmens. Falls ein Fehler gefunden wird, dann addiert der Sender-Empfänger die Zählung zur ID-Sequenz 13.

Der Sender-Empfänger tauscht sodann im ersten Rahmen die OD-Sequenz und die ID-Sequenz miteinander aus. Der Rahmenblock 8 wird sodann der abgehen­ den Leitung 3 zugeführt. Die OD- und ID-Sequenzen werden untereinander aus­ getauscht, da die OD-Fehlerzählsequenz die abgehende Leitung 3 betrifft, welche die ankommende Leitung für den Sender-Empfänger am anderen Ende der Lei­ tung ist, beispielsweise beim zentralen Knoten. Die ID-Fehlerzählsequenz und die OD-Fehlerzählsequenz sind daher im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bei den peri­ pheren Zweigendpunkten den ankommenden und abgehenden Leitungen zugeordnet. Falls ein zur Fig. 1 unterschiedliches System vorliegt, dann bestimmen die ID- und OD-Zählsequenzen die Fehlzählung bei der ankommenden bzw. abgehenden Leitung für das verwendete System.

Durch die Umdrehung wird an die beiden Richtungen der Leitungen angepaßt und ermöglicht einem Prozessor bei der Fehlerzählung zwischen den beiden Leitungen zu unterscheiden. Falls gewünscht kann jedoch eine einzige Fehlerzählung durchgeführt werden, die dann alle Leitungen, über die die Daten übertragen werden, erfaßt.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß eine Zählung der Fehler beim Betrieb der Faserleitungen erhalten wird. Der empfangende Sender-Empfänger bestimmt die Fehler, wobei eine laufende Zählliste der Fehler in der OD-Fehlerzählsequenz und in der ID-Fehlerzählsequenz im ersten Rahmen 9 akkumuliert wird. Dieser erste Rahmen 9 stellt den Overheadrahmen dar.

Auf diese Weise zirkulieren Fehlerzählungen in dem System. Zu einem geeigneten Zeitpunkt wird die Zuverlässigkeit des Systems durch Aufschalten der Kanäle, wel­ che Fehlerzählungen enthalten, auf eine zentrale Überwachungsstation überprüft, wobei es sich bei letzterer um den Prozessor 5 handeln kann. Vor diesem Zeitpunkt ist der Einsatz eines Überwachungsprozessors nicht nötig. Zu diesem Zeitpunkt wird dann die Überwachung durchgeführt, d. h. die betroffenen Leitungen werden ein- oder ausgeschaltet. Im System nach Fig. 1 beispielsweise sind vier ankom­ mende und vier abgehende Leitungen vorhanden. Wird eine erste Fehlerzählung bei der Durchführung eines Überwachungszyklus erfaßt, dann kann der Zentralpro­ zessor das gesamte System an eine redundante Leitung schalten, die durch das ganze System rückgekoppelt wird oder er kann Diagnosetests bei Leitungspaaren oder bei jeder ankommenden oder abgehenden Leitung ausführen, um zu bestimmen, welche spezielle Leitung einen Fehler aufweist. Der Prozessor kann sodann die betreffende Leitung umgehen oder sie durch eine redundante Leitung ersetzen.

Hierbei ist anzumerken, daß die Fehlererfassungsschaltung konventionell aufgebaut sein kann. In einem System wie dem vorliegenden, bei welchem Fehler zufällig und nicht häufig auftreten, ist es nicht erforderlich, daß jeder Fehler erfaßt wird. Es ist lediglich erforderlich, eine Anzeige über die generelle Zuverlässigkeit der Über­ mittlungsleitungen zu erhalten. Deshalb braucht der Fehlererfassungsprozeß nur in einer Folge ausgeführt zu werden, der ausreichend ist, um eine fehlerhafte Leitung zu identifizieren, d. h. er muß nicht bei jedem einen Fehler aufweisenden Rahmen durchgeführt werden. Eine einzige Bitparität, Prüfsummen oder andere Formen von CRC-Sequenzen können verwendet werden. Die Auswahl richtet sich hierbei nach den Kosten, da eine einzige Bitparitättechnik nur die Hälfte der Fehler erfaßt, was jedoch ausreichend ist, um eine Leitung, die beginnt fehlerhaft zu werden, zu erfassen.

Fig. 4 zeigt eine Schaltung, die in der Lage ist, eine zyklische Fehlerzählung aus­ zuführen. Die Schaltung ist symmetrisch und identisch aufgebaut und am Ende einer jeden Übermittlungsleitung angeordnet.

Daten von einer Übermittlungsleitung 2 werden von einem Leitungsempfänger 15 empfangen. Der Empfänger extrahiert Daten- und Taktinformationen vom kodier­ ten Datenstrom.

Die Taktdaten werden einer Rahmen- und Taktschaltung 16 zugeführt, welche die Rahmensynchronisation im Datenstrom erfaßt und geeignete Taktsignale für die restliche Schaltung erzeugt.

Die vom Leitungsempfänger 15 extrahierten Datensignale werden einer Fehlererfas­ sungsschaltung 17 zugeführt. Die Fehlererfassungsschaltung 17 erfaßt die Fehler in bekannter Weise, beispielsweise durch einen Vergleich des empfangenen CRC- Signals mit dem errechneten CRC-Signal, wobei letzteres errechnet wird anhand des gesamten ankommenden Datenblocks von 125 µs. Die resultierende Fehlerzählung, beispielsweise eine "1", falls ein Fehler im vorangegangenen Rahmen errechnet wurde oder eine "0", falls kein Fehler erfaßt wurde, wird dem Eingang eines Addierers 18 zugeführt.

Die ID-Fehlerzählung 13 wird von den ankommenden Daten durch einen Speicher 19 extrahiert, während die OD-Fehlerzählung 12 von den ankommenden Daten durch einen Speicher 20 extrahiert wird. Die ID-Fehlerzählung vom Speicher 19 wird einem Addierer 18 zugeführt und dieser Wert plus eine Zählung von zusätzlichen Fehlern vom Fehlerdetektor 17 wird im Addierer 18 addiert. Die resultierende Summe vom Addierer 18 wird einem Schieberegister 21 zugeführt. Die OD-Fehlerzählung vom Speicher 20 wird in ein Schieberegister 22 eingegeben.

Die Zählungen in den Schieberegistern 21 und 22 werden einem seriellen Multiple­ xer 23 zugeführt, zusammen mit den restlichen Daten, welche von der Leitung 24 des Zweigendpunkts zu übermitteln sind. Der serielle Multiplexer 23 wechselt die Stellung der Zähldaten um. In anderen Worten, die OD-Fehlerzähldaten vom Schie­ beregister 22, die zuvor als Sequenz 12 übermittelt wurden, werden nun als Sequenz 13 übermittelt und die ID-Fehlersequenz 13, nun möglicherweise in der Zahl um die ermittelten Fehler erhöht, wird nunmehr vom Multiplexer 23 vom Schieberegister 21 empfangen und als ID-Fehlerzählsequenz 12 weitergeleitet.

Infolge dieses Datenaustauschs ist die Fehlerzählschaltung unabhängig vom Ende der Übermittlungsleitung, in welcher sie angeordnet ist.

Der neue abgehende Datenstrom wird vom Ausgang des Multiplexers 23 einem Feh­ lercodegenerator 24 zugeführt, der seriell die abgehenden Daten Rahmen für Rah­ men analysiert und im Datenstrom an geeigneter Stelle, beispielsweise am Platz der Sequenz 10, einen Fehlerprüfcode plaziert, bestehend aus einer Datenintegritätsse­ quenz (beispielsweise CRC).

Letztlich werden die Daten einem Leitungstransmitter 25 zugeführt, wo die Daten- und Taktsignale durch einen geeigneten Leitungscode kombiniert werden. Die ko­ dierten Leitungsdaten werden dann in die abgehende Übermittlungsleitung 3 einge­ speist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Bestimmung der Zuverlässigkeit von Datenübertragungsleitun­ gen (2, 3), bei dem die übermittelten Datenblöcke (8) jeweils eine Redun­ danzcodedatensequenz enthalten, die dazu dient, am Ende einer Leitung eine Redundanzprüfung durchzuführen, um die Anzahl der Datenfehler bei der Übermittlung eines Datenblocks (8) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Datenblock (8) eine Fehlerzählsequenz (13) übermittelt wird, die die Summe der zuvor ermittelten Datenfehler darstellt, die Anzahl der am Ende der Leitung (2) ermittelten Datenfehler zu dieser Fehlerzählsequenz (13) zur Bildung einer akkumulierten Fehlerzählsequenz (12) hinzuaddiert wird, dies bei jeder Übermittlung eines Datenblocks (8) erfolgt und periodisch die akkumulierte Fehlerzählsequenz (12) als Maß für die Zuverlässigkeit überprüft wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerzähl­ sequenz aus einer ankommenden Datenfehlerzählsequenz (ID) und einer ab­ gehenden Datenfehlerzählsequenz (OD) besteht, die Zahl der erfaßten Daten­ fehler zur ID-Sequenz hinzuaddiert wird, im Datenstrom die ID- und die OD-Sequenzen miteinander vertauscht werden und dieser Datenstrom der ab­ gehenden Leitung zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ankommende und der abgehende Datenstrom durch das gleiche optische Faserkabel übermit­ telt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dateninte­ gritätssequenz eine zyklische Redundanzüberprüfungssequenz (CRC) ist.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leitungsempfänger (15) vorgesehen ist, dem der ankommende Datenstrom zugeführt wird, der eine Datenintegritätssequenz und mindestens eine akkumulierte Fehlerzählsequenz enthält, ein Fehlerdetektor (17) vorgesehen ist, der anhand der Dateninte­ gritätssequenz die Fehler im Datenstrom ermittelt, ein Addierer (18) vorge­ sehen ist, der die Anzahl der Fehler zur Bildung einer neuen akkumulierten Fehlerzählsequenz der ankommenden akkumulierten Fehlerzählsequenz hinzu­ addiert, eine Schaltung (24) zum Neuberechnen der Datenintegritätssequenz vorgesehen ist, ein Sender den ausgehenden Datenstrom, der die neuberechnete Datenintegritätssequenz und die neue akkumulierte Fehlerzählsequenz enthält, einer abgehenden Leitung zuführt und eine Prüfschaltung vorhanden ist, die die akkumulierten Fehlerzählsequenzen von Zeit zu Zeit überprüft.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (19) zur Erfassung einer ankommenden Fehlerzählsequenz (ID) und ein weiterer Speicher (20) zur Erfassung einer abgehenden Fehlerzählsequenz (OD) vorgesehen sind, mit dem Addierer (18) der eine Speicher (19) und der Fehlerdetektor (17) verbunden sind, der Addierer (18) die neue akkumulierte Fehlerzählsequenz errechnet und ein Multiplexer (23) mit dem Addierer (18) und dem weiteren Speicher (20) verbunden ist, der die abgehende Fehlerzähl­ sequenz (OD) durch die neue akkumulierte Fehlerzählsequenz und die ankom­ mende Fehlerzählsequenz (ID) durch die abgehende Fehlerzählsequenz (OD) ersetzt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ankommenden und abgehenden Datenströme über getrennte optische Faserka­ bel übermittelt werden.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ankommenden und abgehenden Datenströme über getrennte Leitungen des gleichen optischen Faserkabels übermittelt werden.