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