DE4331038C2 - Verfahren zur Zugriffssteuerung für Mehrpunktverbindungen nach Kollisionen von Informationspaketen - Google Patents

Verfahren zur Zugriffssteuerung für Mehrpunktverbindungen nach Kollisionen von Informationspaketen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einschrän­ kung der Zugriffskonkurrenz nach asymmetrischen Kollisionen von Informationspaketen auf einen Koppelpunkt einer Mehr­ punktverbindung in einem Kommunikationssystem, bei dem die Kollisionen von Informationspaketen durch von an das Kommuni­ kationssystem anschließbaren und an der Mehrpunktverbindung beteiligten Kommunikationsendgeräten übermittelte Informa­ tionspakete verursacht werden.

In zunehmendem Maße werden in Kommunikationssystemen - insbe­ sondere Fernmeldenebenstellenanlagen - Mehrpunktverbindungen integriert. Hierbei stellt ein Koppelpunkt der Mehrpunktver­ bindung einen Echobildungspunkt dar, über den beispielsweise ein selektiertes, d. h. entsprechend vorgegebener Selektions­ kriterien ausgewähltes Informationspaket als Echo an die an einer Mehrpunktverbindung beteiligten Kommunikationsendgeräte übermittelt werden. In einem PCM-orientierten, zeitschlitzge­ steuerten Kommunikationssystem ist ein derartiger Koppelpunkt einer Mehrpunktverbindung durch einen Zeitschlitz in einem Raumzeitlagenvielfach realisiert. Liegt in einem der an das Kommunikationssystem angeschlossenen Kommunikationsendgeräte ein auszusendendes Informationspaket vor, so wird nach Erken­ nen des Ruhezustandes des Koppelpunkt es der Mehrpunktverbin­ dung mit dem Aussenden des Informationspaketes begonnen. Auf­ grund der geografischen Verteilung der an das Kommunikations­ system angeschlossenen Kommunikationsendgeräte und der damit verbundenen Signallaufzeiten wird in den Kommunikationsendge­ räten der Ruhezustand des Koppelpunktes der Mehrpunktverbin­ dung zu unterschiedlichen Zeitpunkten erkannt und auszusen­ dende Informationspakete können an den Koppelpunkt der Mehr­ punktverbindung übermittelt werden. Dies kann im Koppelpunkt der Mehrpunktverbindung zu Kollisionen von Informationspake­ ten führen, nach deren Erkennen in den Kommunikationsendgerä­ ten das Senden des jeweiligen Informationspaketes sofort be­ endet wird. Prinzipiell treten am Koppelpunkt der Mehrpunkt­ verbindung zwei unterschiedliche Kollisionen auf, nämlich die symmetrischen und asymmetrischen Kollisionen. Bei einer sym­ metrischen Kollision treffen die Informationspakete am Kop­ pelpunkt einer Mehrpunktverbindung gleichzeitig oder annä­ hernd gleichzeitig ein. Bei einer asymmetrischen Kollision hingegen treffen die Informationspakete am Koppelpunkt der Mehrpunktverbindung zeitlich versetzt ein, weshalb ein Kolli­ sionserkennungszeitpunkt und die Signallaufzeiten bei den an das Kommunikationssystem angeschlossenen Kommunikationsendge­ räten stark voneinander abweichen. In realen, mit Hilfe eines Kommunikationssystems realisierten Mehrpunktverbindungen tre­ ten aufgrund der geographischen Verteilung der einem Kommuni­ kationssystem zugeordneten Kommunikationsendgeräte und der damit unterschiedlichen Laufzeiten der Signale vom Kommu­ nikationsendgerät zum Koppelpunkt überwiegend asymmetrische Kollisionen auf.

Nach dem Erkennen derartiger Kollisionen von Informationspa­ keten ist ein Verfahren aus dem internationalen ANSJ/IEEE Standard 802.3 "Carrier Sense Multiple Access with Collision De­ tection" bekannt, bei dem nach Erkennen einer Kollision das Senden sofort beendet wird und in jedem der sendewilligen Kommunikationsendgeräte ein Zufallsgenerator gestartet wird. Bei dieser zufälligen Zugriffskonkurrenz wird von demjenigen Kommunikationsendgerät ein Informationspaket über den Koppler der Mehrpunktverbindung übermittelt, dessen Zufallsgenerator die kürzeste "Wartezeit" generiert. Dies führt insbesondere bei hohen Verkehrsaufkommen zu vermehrten Kollisionen, die wiederum Kollisionen verursachen und so die Durchsatzrate bzw. die Effizienz einer Mehrpunktverbindung erheblich ver­ ringern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kollisio­ nen von Informationspaketen, insbesondere nach vorhergehenden asymmetrischen Kollisionen von Informationspaketen, auf Kop­ pelpunkten von in Kommunikationssystemen realisierten Mehr­ punktverbindungen zu verringern. Die Aufgabe wird ausgehend von einem Kommunikationssystem gemäß den Merkmalen des Ober­ begriffs des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß in den Kommunikationsendgeräten eine kom­ munikationsendgeräteindividuelle Signallaufzeit gespeichert ist, die durch die Laufzeit eines Signals von dem jeweiligen Kommunikationsendgerät zum Koppelpunkt der Mehrpunktverbin­ dung und zurück bestimmt ist und nach dem Erkennen des freien Koppelpunktes der Mehrpunktverbindung wird von demjenigen Kommunikationsgerät ein Informationspaket an den Koppelpunkt der Mehrpunktverbindung übermittelt, bei dem ausgehend vom Sendezeitpunkt des die Kollision zumindest mitverursachenden Informationspaketes die Zeitspanne bis zum Erkennen der Kol­ lision über der gespeicherten Signallaufzeit liegt. Hierbei wird vorteilhaft der nur bei asymmetrischen Kollisionen auf­ tretende Effekt benutzt, daß nur in einem einzigen Kommunika­ tionsendgerät eine Kollision nach Ablauf der gespeicherten Signallaufzeit festgestellt werden kann. Dies bedeutet, daß zumindest in einem anderen Kommunikationsendgerät, dessen ausgesandtes Informationspaket die Kollision zumindest mit­ verursachte, ein erneutes Aussenden der Informationspakete unterdrückt wird und folglich Kollisionen von Informationspa­ keten vermieden werden, die auf einem erneuten Aussenden von Informationspaketen nach vorhergehenden Kollisionen zurückzu­ führen sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird folg­ lich eine Einschränkung der Zugriffskonkurrenz nach asymme­ trischen Kollisionen von Informationspaketen bewirkt, die zu einer Vermeidung von weiteren Kollisionen führt und damit die Durchsatzrate bzw. die Effizienz von Mehrpunktverbindungen erhöht.

Die Signallaufzeit kann entweder in das Kommunikationsendge­ rät eingegeben und dort gespeichert - Anspruch 2 - oder bei einer Initialisierung des Kommunikationsendgerätes bzw. im Rahmen eines ersten Verbindungsaufbaus gemessen, sowie in diesen gespeichert werden - Anspruch 3. Vorteilhaft wird die Signallaufzeit bei der Initialisierung eines Kommunikations­ endgerätes durch Messung der Zeitspanne vom Aussenden bis zum Empfang eines Informationspaketes bestimmt. Die Eingabe der Signallaufzeit in ein Kommunikationsendgerät kann beispiels­ weise durch kodierte Schaltelemente erfolgen, wobei die Si­ gnallaufzeit durch eine mehrstellige binär kodierte Informa­ tion repräsentiert ist. Die Eingabe kann alternativ in einem programmierbaren Speicher - in der Fachwelt als PROM bezeich­ net - eingegeben und in ein Kommunikationsendgerat eingesetzt werden. Voraussetzung für die schaltungstechnische oder pro­ grammtechnische Eingabe der Signallaufzeit stellt eine vor­ hergehende Messung der Signalzeit mit einer entsprechenden Meßeinrichtung dar.

Bei einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten die an einer Mehrpunktverbindung betei­ ligten Kommunikationsendgeräte jeweils Mittel zum Speichern der Signallaufzeit, Mittel zum Messen der Zeitspanne bis zum Erkennen der Kollision, ausgehend vom Sendezeitpunkt des die Kollision zumindest verursachenden Informationspakets, Mittel zum Vergleich der gemessenen Zeitspanne mit der Signallauf­ zeit und Mittel zum Sperren bzw. Aussenden der auszusendenden Informationspakete in Abhängigkeit von dem Vergleichsergeb­ nissen - Anspruch 4. Für eine Messung der Signallaufzeit im Kommunikationsendgerät sind in diesem Mittel zur Messung der Signallaufzeit von dem jeweiligen Kommunikationsendgerät zum Koppelpunkt der Mehrpunktverbindung und zurück vorgesehen - Anspruch 5.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Blockschaltbildes und zweier Ablaufdiagramme näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 ein Kommunikationssystem mit angeschlossenen Kommuni­ kationsendgeräten,

Fig. 2 ein zu Fig. 1 korrespondierendes Zeitablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer asymme­ trischen Kollision und

Fig. 3 in einem programmtechnischen Ablaufdiagramm eine Rea­ lisierung in einem Kommunikationsendgerät.

Fig. 1 zeigt ein Kommunikationssystem KS, an das Kommunika­ tionsendgeräte KE anschließbar sind. Für die Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Fig. 1 beispielhaft zwei an das Kommunikationssystem KS angeschlossene Kommunikations­ endgeräte KE1, KE2 dargestellt, wobei das zweite Kommunika­ tionsendgerät KE2 über ein Kommunikationsnetz KN mit dem Kom­ munikationssystem KS verbunden ist. Das Kommunikationsnetz KN stellt beispielsweise ein ISDN-Kommunikationsnetz dar. Die Kommunikationsendgeräte KE1, KE2 sind durch bidirektionale Anschlußleitungen ASL an das Kommunikationssystem KS bzw. an das Kommunikationsnetz KN herangeführt. Der Anschluß des Kom­ munikationsnetzes KN an das Kommunikationssystem KS erfolgt durch die bekannten Verbindungsleitungen VL oder alternativ - nicht dargestellt - durch eine weitere Anschlußleitung ASL. Die Bidirektionalität der Anschlußleitung ASL ist durch je­ weils einen Übertragungskanal in Hin- und Rückrichtung reali­ siert. In einem beispielsweise zeitschlitzorientierten Kommu­ nikationssystem KS ist ein Koppelpunkt KP für eine Mehrpunkt­ verbindung MPV beispielsweise durch einen Zeitschlitz in ei­ nem Raumzeitlagenvielfach RZ bestimmt. Das Raumzeitlagenviel­ fach RZ stellt die Koppeleinrichtung des Kommunikationssy­ stems KS dar.

In Fig. 2 ist für die beiden Kommunikationsendgeräte KE1, KE2, für das Kommunikationssystem KS und für das Kommunikations­ netz KN jeweils eine Zeitachse t1 . . . 4 dargestellt. Für das Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß zu einem Sendezeit­ punkt SZP1 im ersten Kommunikationsendgerät KE1 begonnen wird, ein Informationspaket P1 auszusenden. Des weiteren wird im zweiten Kommunikationsendgerät KE2 zu einem etwas späteren Sendezeitpunkt SZP2 begonnen, ein Informationspaket P2 aus zu­ senden. Die Signallaufzeit SL1, SL2 der jeweiligen Kommunika­ tionsendgeräte KE1, KE2 ist an den zugeordneten Zeitachsen t1, t4 dargestellt und ist durch die Zeit bestimmt, in der ein Informationspaket P1, P2 vom jeweiligen Kommunikations­ endgerät KE1, KE2 zum Koppelpunkt KP und zurück übermittelt wird. Die Rückrichtung der jeweiligen Informationspakete P1, P2 ist durch gestrichelte Linien angedeutet. Das vom ersten Kommunikationsendgerät KE1 ausgesandte Informationspaket P1 wird über das Kommunikationssystem KS und das Kommunikations­ netz KN an das zweite Kommunikationsendgerät KE2 übermittelt und in diesem wird eine Kollision K erkannt, worauf im zwei­ ten Kommunikationsendgerät KE2 das Senden des eigenen Infor­ mationspaketes P2 unterbunden wird. Analog hierzu gelangt das vom zweiten Kommunikationsendgerät KE2 ausgesandte Informa­ tionspaket P2 über das Kommunikationsnetz KN an den Koppel­ punkt KP der Mehrpunktverbindung MPV und bewirkt dort eine Überlagerung der beiden Informationspakete P1, P2. Diese Überlagerung wird an die Kommunikationsendgeräte KE1, KE2 übermittelt und dort als Kollision K erkannt, worauf im ersten Kommunikationsendgerät KE1 das Senden des eigenen In­ formationspaketes P1 unterbunden wird. Durch das beidseitige Einstellen des Sendens der Informationspakete P1, P2 wird der Koppelpunkt KP der Mehrpunktverbindung MPV in einen Ruhe zu­ stand, d. h. in einen den Koppelpunkt KP frei anzeigenden Zu­ stand KF gesteuert. Dieser den Koppelpunkt KP frei anzeigende Zustand KF wird an die beiden Kommunikationsendgeräte KE1, KE2 übermittelt - durch strichpunktierte Linien dargestellt.

Erfindungsgemäß darf nun von demjenigen Kommunikationsendge­ rät KE1, KE2 erneut das Informationspaket P1, P2 ausgesandt werden, bei dem ausgehend vom jeweiligen Sendezeitpunkt SZP1, SZP2 die Zeitspanne t bis zum Erkennungszeitpunkt t5, t6 ei­ ner Kollision K über der kommunikationsendgeräteindividuellen Signallaufzeit SL1, SL2 liegt. Beim Ausführungsbeispiel liegt die Zeitspanne t bis zum Erkennungszeitpunkt t5, t6 der Kol­ lision K am ersten Kommunikationsendgerät KE1 über und beim zweiten Kommunikationsendgerät KE2 unter der kommunikations­ endgeräteindividuellen Signallaufzeit SL1, SL2, wobei jeweils der Sendezeitpunkt SZP1, SZP2 den Bezugszeitpunkt für die Si­ gnallaufzeiten SL1, SL2 und die Zeitspanne darstellt. Folg­ lich wird vom ersten Kommunikationsendgerät KE1 das Informa­ tionspaket P1 erneut ausgesandt. Im zweiten Kommunikations­ endgerät KE2 wird das Aussenden des Informationspaketes P2 unterbunden. Das Aussenden dieses Informationspaketes P2 er­ folgt im Rahmen der im Kommunikationssystem KS implementier­ ten Zugriffsverfahren, beispielsweise gemäß dem internationa­ len Standard IEEE 802.3. Dieses implementierte Zugriffsver­ fahren, bei dem nach Ablauf eines durch einen Zufallsgenera­ tor gesteuerten zufälligen Zeitspanne das Informationspaket P1, P2 erneut an den Koppelpunkt KP der Mehrpunktverbindung MPV übermittelt wird, wird auch dann angewandt, wenn der Er­ kennungszeitpunkt t5, t6 der Kollisionen K gleich der kommu­ nikationsendgeräteindividuellen Signallaufzeit SL1, SL2 ent­ sprechen sollte - symmetrische Kollisionen.

In Fig. 3 ist ein Programmablaufdiagramm dargestellt, daß ei­ ne programmtechnische Realisierung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens aufzeigt. Für das Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß die kommunikationsendgeräteindividuellen Signallaufzeiten SL1, SL2 in einem Speicher der Kommunikationsendgeräte KE ge­ speichert sind und der beim Aussenden eines Informationspake­ tes P1, P2 ermittelte Sendezeitpunkt SZP1, SZP2 in einem wei­ teren, temporären Speicher der Kommunikationsendgeräte KE hinterlegt ist. Das im wesentlichen sich selbst erläuternde Programmablaufdiagramm wird nach dem Erkennungszeitpunkt t5, t6 einer Kollision K in dem jeweiligen Kommunikationsendgerät KE gestartet.

Die kommunikationsendgeräteindividuellen Signallaufzeiten SL1, SL2 sind durch Signallaufmessungen bestimmbar, wobei vorteilhaft diese Signallaufzeitmessung durch die jeweiligen Kommunikationsendgeräte KE durchgeführt wird. Hierbei wird beispielsweise vor jeder Mehrpunktverbindung MPV oder bei der Initialisierung eines Kommunikationsendgerätes KE die Messung durchgeführt und die gemessene Signallaufzeit SL1, SL2 in ei­ nem Speicher des Kommunikationsendgerätes KE1, KE2 hinter­ legt. Alternativ ist die Messung durch separate Meßeinrich­ tungen durchführbar und die jeweiligen gemessenen Signallauf­ zeiten SL1, SL2 werden beispielsweise über programmierbare Speichereinrichtungen oder einstellbare Schaltelemente - nicht dargestellt - in die jeweiligen Kommunikationsendge­ räte KE eingespeichert. Da der Koppelpunkt KP einer Mehr­ punktverbindung MPV von Mehrpunktverbindung MPV zu Mehrpunkt­ verbindung MPV unterschiedlich sein kann, ist eine Messung der Signallaufzeiten SL1, SL2 durch die Kommunikationsendge­ räte KE1, KE2 besonders vorteilhaft.

Claims (5)

1. Verfahren zur Einschränkung der Zugriffskonkurrenz nach asymmetrischen Kollisionen (K) von Informationspaketen (P1, P2) auf einem Koppelpunkt (KP) einer Mehrpunktverbindung (MPV) in einem Kommunikationssystem (KS), bei dem die Kolli­ sionen (K) durch von an das Kommunikationssystem (KS) an­ schließbaren und an der Mehrpunktverbindung (MPV) beteiligten Kommunikationsendgeräten (KE) übermittelte Informationspakete (P) verursacht werden, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß in den Kommunikationsendgeräten (KE1, KE2) kommunika­ tionsendgeräteindividuelle Signallaufzeiten (SL1, SL2) ge­ speichert sind, die jeweils durch die Laufzeit eines Si­ gnals vom jeweiligen Kommunikationsendgerät (KE1, KE2) zum Koppelpunkt (KP) und zurück, bestimmt ist,
  • - daß in den Kommunikationsendgeräten (KE1, KE2) nach dem Er­ kennen des freien Koppelpunktes (KP) der jeweiligen Mehr­ punktverbindung (MPV) von demjenigen Kommunikationsendgerät (KE1) erneut ein Informationspaket (P1) an den Koppelpunkt (KP) der Mehrpunktverbindung (MPV) übermittelt wird, bei dem ausgehend vom Sendezeitpunkt (SZ1, SZ2) des die Kolli­ sion (K) zumindest mitverursachenden, ausgesandten Informa­ tionspaket (P1, P2) die Zeitspanne (t) bis zum Erkennungs­ zeitpunkt (t5, t6) der Kollision (K) über der kommunika­ tionsendgeräteindividuellen Signallaufzeit (SL1, SL2) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kommunikationsendgeräteindividuelle Signallaufzeit (SL1, SL2) in das jeweilige Kommunikationsendgerät (KE) ein­ gegeben und gespeichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den jeweiligen Kommunikationsendgeräten (KE) die kom­ munikationsendgeräteindividuelle Signallaufzeit (SL) bei ei­ ner Initialisierung des jeweiligen Kommunikationsendgerätes (KE) oder im Rahmen eines Verbindungsaufbaus gemessen und ge­ speichert wird.
4. Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den an einer Mehrpunktverbindung (MPV) beteiligten Kommunikationsendgeräten (KE1, KE2)
  • - Mittel zum Speichern der kommunikationsendgeräteindividu­ ellen Signallaufzeit (SL1, SL2)
  • - Mittel zum Messen der Zeitspanne bis zum Erkennen der Kol­ lision (K), ausgehend vom Sendezeitpunkt (SZ1, SZ2) des die Kollision (K) zumindest mitverursachenden Informationspake­ tes (P1, P2),
  • - Mittel zum Vergleich der gemessenen Zeitspanne (t) mit der kommunikationsindividuellen Signallaufzeit (SL1, SL2) und
  • - Mittel zum Sperren bzw. erneuten Senden des auszusendenden Informationspaketes (P1) in Abhängigkeit von den Ver­ gleichsergebnissen vorgesehen sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kommunikationsendgeräten (KE) Mittel zur Messung der kommunikationsendgeräteindividuellen Signallaufzeit (SL1, SL2) von dem jeweiligen Kommunikationsendgerät (KE) zum Koppelpunkt (KP) der Mehrpunktverbindung (MPV) und zurück, vorgesehen sind.
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