DE60033006T2

DE60033006T2 - Fehlerratenüberwachungsgerät mit hoher Dynamik

Info

Publication number: DE60033006T2
Application number: DE60033006T
Authority: DE
Inventors: Graham Chilwell BUTLER
Original assignee: Ericsson AB
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 1999-12-11
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: CN1306369A; GB2357230B; AU7210600A; NO20006298L; CN1205796C; EP1107500A2; US6721909B2; EP1107500A3; RU2000130968A; EP1107500B1; HK1035090A1; GB2357230A; DE60033006D1; GB9929250D0; US20010021986A1; ATE352140T1; JP2001203674A; NO20006298D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fehlerratenüberwachungsvorrichtung zur Bereitstellung eines nichtlinearen Messverlaufs.
In herkömmlichen digitalen Kommunikationssystemen umfassend Datenübertragungsleitungen werden entlang der Leitungen fließende Datenströme oftmals in Datenblocks mit festen Längen unterteilt. Jeder Block enthält Daten für die Übertragung zusammen mit einigen zusätzlichen Zusatzinformationen. Diese Zusatzinformationen können beispielsweise ein einfaches Paritätsbit umfassen, ein umfassenderes bitweise verschachteltes Wort oder einen technisch ausgereiften Kodieralgorithmus, wobei die Informationen zum Bestimmen einer geschätzten Fehleranzahl für deren zugehörigen Block verwendbar sind.
Die Bitfehlerratenüberwachung der Ströme in den Systemen wird mittels Sortieren von Fehlerereignisprotokollen durchgeführt, die aus den den Strömen zugehörigen Zusatzinformationen abgeleitet werden. Eine derartige Fehlerratenüberwachung ist wichtig, da die Datenübertragungsleitungen der Systeme, die dem Transport von Datenströmen dienen, auf der Grundlage von niedrigen Fehlerraten auf den Leitungen häufig zu einem Prämiensatz an Kunden vermietet werden. Die Kunden sind oftmals an der Messung der Fehlerrate interessiert, um sicherzustellen, dass sie den Prämiensatz nicht unnötig zahlen bzw. um sicherzustellen, dass sie einen Preisnachlass erhalten, sollten die Übertragungsleitungen unter dem Standard liegen.
Die meisten herkömmlichen digitalen Übertragungssysteme arbeiten mit einer relativ geringen Bitfehlerrate von weniger als 1 Fehler in 10⁶ Bits in ihren jeweiligen Datenströmen. Allerdings können gelegentlich Fehlerbitraten von 1 Fehler in 10⁴ Datenbits in ihren jeweiligen Datenströmen vorkommen. Zur Überwachung derartiger Fehler werden Datenblocks normalerweise in einen Größenbereich von 100 bis 1000 Bits unterteilt. Dieser Bereich wird auf einer relativ niedrigen Anzahl von Bits gehalten, um die Komplexität der Systemhardware zu verringern sowie um die Fehlerratenüberwachung bei hohen Fehlerraten zu verbessern, z.B. bei 1 Fehler in 10⁴ Datenbits.
Zum Erhalt akzeptabler statistischer Schätzungen von Bitratenfehlern werden Blockfehler über eine ausreichend große Anzahl von Blocks gezählt, um einige Fehler im mehrfachen Zehnerbereich zu ergeben; bei 100-Bit-Blocks entspricht eine Fehlerrate von 1 Fehler in 10⁶ Bits durchschnittlich einem Fehler alle 10000 Blocks. Um eine gute statistische Schätzung der momentanen Bitfehlerrate zu erhalten, müssen Blockfehler über 300000 Blocks gezählt werden, um einige Fehler im mehrfachen Zehnerbereich zu ergeben.
In der Praxis sind digitale Fehlerratenüberwachungsvorrichtungen erforderlich, die in der Lage sind, einigermaßen genaue Fehlerschätzungen über einen großen Bereich von Fehlerraten von 1 Fehler in 10⁴ Bits bis zu 1 Fehler in 10¹⁰ Bits bereitzustellen. Ein solcher großer Bereich entspricht einem Bereich von 1 zu 1 Million und ist bei weitem größer als der, den individuelle herkömmliche Fehlerratenüberwachungsvorrichtungen und zugehörige Erkennungsalgorithmen umfassen können. Deshalb umfassen herkömmliche Fehlerratenüberwachungsvorrichtungen, die zur Messung über einen derartigen großen Bereich ausgestaltet sind, eine Gruppe von mehreren Überwachungseinheiten, wobei gewöhnlich eine Einheit für die Überwachung eines Dekadenbereiches in dem großen Gesamtbereich zugeordnet ist.
Die US 5271011 offenbart eine Fehlerüberwachungsvorrichtung, in der die Signalqualität der empfangenen Datenübertragung überwacht wird, und es wird ein vorbestimmter Wert einem Fehlerzähler hinzugefügt, sobald ein Fehler erkannt wird. Der Wert variiert in Abhängigkeit der Art des erkannten Fehlers derart, dass ernstere Fehler größere Fehlerwerte zugeordnet werden. Der Fehlerzähler wird auch mit einem vorbestimmten Intervall gemäß der maximal akzeptablen Fehlerrate vermindert. Die Fehleranzahl wird kontinuierlich mit einer Fehlerschwelle verglichen, und der Ausgang des Übertragungssystems wird deaktiviert, sobald die Schwelle überschritten ist. Der Fehlerzähler wird mit einer unterschiedlichen Rate vermindert, wenn der Ausgang deaktiviert ist.
Der Erfinder hat erkannt, dass es möglich ist, eine alternative Fehlerratenüberwachungsvorrichtung vorzusehen, welche einen großen Bereich von Fehlerraten umfassen kann, ohne dass in dieser eine Vielzahl von Überwachungseinheiten enthalten sein muss, wodurch Kosten und die Komplexität von Übertragungssystemen reduziert werden, die derartige alternative Überwachungsvorrichtungen enthalten, im Vergleich zu denjenigen, die äquivalente herkömmliche Fehlerratenüberwachungsvorrichtungen umfassen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Fehlerratenüberwachungsvorrichtung zum Messen der Rate des Fehlervorkommens in einem Datenstrom gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass sich die Fehleranzahl hinsichtlich des steigenden Fehlervorkommens weniger als linear erhöht, wodurch der Überwachungsvorrichtung ein verbesserter Messbereich bereitgestellt wird.
In vorteilhafter Weise steigen die Raten, mit denen die Dekrementiereinrichtung die Fehleranzahl vermindert, schrittweise im wesentlichen exponentiell in bezug auf Erhöhungen in der Größenordnung der Fehleranzahl, wodurch der Überwachungsvorrichtung ein im wesentlichen logarithmischer Verlauf für die Fehleranzahl in bezug auf das Fehlervorkommen im Datenstrom bereitgestellt wird. Der im wesentlichen logarithmische Verlauf weist den Vorteil eines relativ großen dynamischen Bereiches für die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung auf. Herkömmliche Überwachungsvorrichtungen stellen normalerweise einen linearen Messverlauf bereit.
Alternativ erhöhen sich die Raten schrittweise im wesentlichen in der zweiten, dritten oder vierten Potenz in bezug auf Erhöhungen in der Größenordnung der Fehleranzahl.
Vorzugsweise wird der Datenstrom in Datenblöcke unterteilt, wobei jeder Block ihm zugehörige Zusatzinformationen aufweist, die von der Fehlererkennungseinrichtung für die Bestimmung eines Fehlervorkommens in dem Block verwendbar sind. Eine derartige Unterteilung ermöglicht es, dass die Zähleinrichtung und die Dekrementiereinrichtung mit einer Frequenz getaktet sind, die von einer Empfangsfrequenz von Datenblöcken bei der Fehlererkennungseinrichtung abhängig ist. Der Überwachungsvorrichtung wird dadurch das Kopieren von Blöcken mit variierenden Empfangsfrequenzen bei der Erkennungseinrichtung ermöglicht, und somit das Bestimmen der Fehlerrate im Datenstrom unter Berücksichtigung derartiger variierender Frequenzen.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Erkennungseinrichtung, die Zähleinrichtung und die Dekrementiereinrichtung in Form einer Verarbeitungseinrichtung implementiert, die Software ausführt. Eine derartige Implementierung der Überwachungsvorrichtung ist geeignet, wenn die Überwachungsvorrichtung in Kommunikationssystemen angewendet wird, die in erster Linie verknüpfte Computernetze umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform der in Form von Hardware implementierten Erfindung umfasst die Fehlererkennungseinrichtung in geeigneter Weise eine Anordnung logischer Gatter, die eine Funktion zum Erkennen von Fehlern im Datenstrom aufweisen, die Zähleinrichtung umfasst einen Aufwärts-/Abwärtszähler zum Zählen von Fehlern, die von der Erkennungseinrichtung erkannt werden, sowie zum Bereitstellen einer Zählausgabe, und die Dekrementiereinrichtung umfasst einen Binärzähler und einen Multiplexer zum Bereitstellen von Daten zur Verwendung beim Vermindern des Aufwärts-/Abwärtszählers in Abhängigkeit der Größenordnung der Zählausgabe, wodurch die Zählausgabe die Fehlerrate im Datenstrom anzeigt. Eine derartige Implementierung der Überwachungsvorrichtung ist relativ einfach und kann auf einer einzelnen integrierten Schaltung integriert werden. Beispielsweise kann die Überwachungsvorrichtung derart implementiert sein, dass der Aufwärts-/Abwärtszähler ein 4-Bit-Aufwärts-/Abwärtszähler ist, der Binärzähler ein 16-Bit-Binärzähler ist und der Multiplexer ein 16-zu-l-Multiplexer ist. Bei der Implementierung auf diese Weise ist die Zählausgabe des Aufwärts-/Abwärtszählers vorzugsweise mit Adresseneingaben des Multiplexers für die Auswahl von Zählausgaben des Binärzählers zur Verwendung bei der Erzeugung der Daten zur Verwendung beim Vermindern des Aufwärts-/Abwärtszählers verbunden.
In einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Kommunikationssystem vor, umfassend Kommunikationspfade, die eine Funktion zum Befördern jeweiliger Datenströme aufweisen, wobei einer oder mehrere der Pfade jeweils eine Überwachungsvorrichtung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Aspekt zum Überwachen der Fehlerrate entlang des Pfades enthalten. Der Einschluss der Überwachungsvorrichtung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Aspekt erlaubt die Überwachung von in den Pfaden vorkommenden Fehlerraten über einen potentiell relativ großen Bereich von Fehlerraten. Das System umfasst in vorteilhafter Weise eine Funktion zum Ablenken von Datenströmen weg von Pfaden, deren zugehörige Überwachungsvorrichtungen ein Übermaß in der Rate oder dem Fehlervorkommen erkennen. Eine derartige Funktion ist in der Lage, den Benutzern des Systems eine zuverlässigere Kommunikation zur Verfügung zu stellen.
In einem dritten Aspekt gibt die Erfindung ein Verfahren zum Messen des Fehlervorkommens in einem Datenstrom mittels Verwendung einer Überwachungsvorrichtung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Aspekt an, wobei das Verfahren dem Anspruch 12 entspricht.
Ausführungsformen der Erfindung sollen nun lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die folgenden Diagramme beschrieben werden. Darin zeigen:
1 eine Schaltungsaufbau gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Verlaufsdiagramm, das die Funktion einer Analogie zur ersten Ausführungsform darstellt; und
3 ein Fließdiagramm, das die Funktion einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
In der 1 ist ein Schaltungsaufbau einer einfachen erfindungsgemäßen Fehlerratenüberwachungsvorrichtung gezeigt. Der Schaltungsaufbau ist mit 10 bezeichnet. Der Aufbau 10 hat die Funktion, ein 4-Bit-Fehleranzahlresultat zu erzeugen, nämlich einen „Resultierenden Ausgabecode", und weist einen Fehlerzählbereich von 2¹⁶ auf, nämlich 4 2/3 Dekaden. Für größere Fehlerzählbereiche kann der Aufbau 10 derart angepasst werden, dass er in seinen Zählern und Registern mehrere Arbeitsbits aufweist.
Der Aufbau 10 umfasst eine Schnittstellenlogikeinheit 20, einen 4-Bit-Aufwärts-/Abwärtszähler 30, einen 16-Bit-Binärzähler 40, einen 16-zu-l-Multiplexer 50, ein 2-Bit-Schieberegister 60 sowie ein UND-Gatter 70. Die Zähler 30, 40, die Einheit 20, der Multiplexer 50, das Register 60 und das Gatter 70 sind zur Ausbildung des Aufbaus 10 miteinander verbunden.
Die Schnittstelleneinheit 20 umfasst einen Eingang EIN, einen Ausgang AUS sowie zwei weitere Ausgänge FEHLER und BLOCK SYNC. Der Eingang EIN ist zum Empfang eines Datenstroms von dessen zugehörigem Kommunikationssystem (nicht gezeigt) verbunden, das dem Aufbau 10 Datenblocks bereitstellt.
Der Ausgang AUS ist ebenfalls zur Bereitstellung des Datenstroms weiter hinten im System verbunden. Der Ausgang FEHLER ist mit einem Aufwärtszähleingang AUFWÄRTS des Aufwärts-/Abwärtszählers 30 verbunden. Ferner ist der Ausgang BLOCK SYNC mit den jeweiligen Takteingängen CK des Aufwärts-/Abwärtszählers 30, des Binärzählers 40 und des Schieberegisters 60 verbunden. Die Schnittstelleneinheit 20 umfasst eine Anordnung von miteinander verbundenen festverdrahteten logischen Gattern, um in dem Datenstrom auftretende Fehler zu erkennen. Die Ausgestaltung der Einheit 20 ist dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Logikkonzeption bekannt.
Die Schnittstelleneinheit 20 weist die Funktion zur Erzeugung eines Impulses an ihrem BLOCK SYNC-Ausgang auf, jedes Mal, wenn ein neuer Datenblock am EIN-Eingang empfangen wird. Ferner weist die Einheit 20 auch die Funktion auf, dass bei jedem Datenblock dessen Zusatzinformation überprüft wird und diese Information mit Daten in dem Block verglichen wird, um eine Parität zwischen den beiden zu bestimmen. Liegt ein Paritätsfehler vor, erzeugt die Einheit 20 einen Impuls an ihrem FEHLER-Ausgang.
Der Aufwärts-/Abwärtszähler 30 enthält vier Zählerausgänge Q0 bis Q3, wobei Q0 ein niedrigstwertiger Ausgang und Q3 ein höchstwertiger Ausgang ist. Die Ausgänge Q0 bis Q3 stellen das 4-Bit-Anzahlresultat bereit, nämlich den „Resultierenden Ausgabecode", der das Fehlerratenvorkommen in dem Datenstrom angibt, welcher am Eingang EIN der Schnittstelleneinheit 20 empfangen wurde.
Die Ausgänge Q0 bis Q3 sind jeweils mit entsprechenden Adresseneingängen S0 bis S3 des Multiplexers 50 verbunden. Ferner enthält der Binärzähler 40 sechzehn Ausgänge Q0 bis Q15, die jeweils mit entsprechenden Eingängen D15 bis D0 der Multiplexereinheit 50 verbunden sind. Q0 des Zählers 40 stellt den niedrigstwertigen Ausgang dar und schaltet schneller um als Q15, der den höchstwertigen Ausgang darstellt. Deshalb schaltet bei Betrieb des Aufbaus 10 D15 schneller um als D0.
Der Multiplexer 50 umfasst ferner einen gemultiplexten Ausgang Q. Der Multiplexer 50 hat die Funktion, die Eingänge D0 bis D15 mit Q zu verbinden, in Abhängigkeit eines Adressenwertes, der von dem Zähler 30 an die Eingange S0 bis S3 bereitgestellt wird. Weisen beispielsweise die Eingänge S0 bis S3 sämtlich einen logischen Nullwert auf, so wird der Eingang D0 mit dem Ausgang Q verbunden. Weisen die Eingänge S0 bis S3 sämtlich einen logischen Wert von 1 auf, so wird der Eingang D15 gleichermaßen mit dem Ausgang Q verbunden. Der Ausgang Q ist mit einem Eingang D des Schieberegisters 60 verbunden.
Das Schieberegister 60 umfasst zwei Ausgänge Q0 und Q1, wobei Q0 einen niedrigstwertigen Ausgang und Q1 einen höchstwertigen Ausgang darstellt. Die Ausgänge Q0 und Q1 sind mit einem ersten nichtinvertierenden Eingang des UND-Gatters 70 bzw. einem invertierenden Eingang des Gatters 70 verbunden. Das Gatter 70 umfasst ferner einen Ausgang P, wobei der Ausgang P entsprechend P = Q0 [invertiert Q1] mit einem Abwärtsausgang ABWÄRTS des Aufwärts-/Abwärtszählers 30 verbunden ist.
Der Aufwärts-/Abwärtszähler 30 hat die Funktion aufwärts zu zählen, wenn ein logischer 1-Wert an seinem AUFWÄRTS-Eingang vorliegt und ein Taktimpuls an seinen CK-Takteingang angelegt wird. Er besitzt gleichermaßen die Funktion abwärts zu zählen, wenn ein logischer 1-Wert an seinem ABWÄRTS-Eingang vorliegt und ein Taktimpuls an seinen CK-Takteingang angelegt wird. Der Aufwärts-/Abwärtszähler 30 enthält eine zusätzliche Logik zum Sperren des Zählens, wenn die AUFWÄRTS- und ABWÄRTS-Eingänge gleichzeitig einen logischen Wert 1 aufweisen. Ferner weist die Logik die Funktion auf, den Zähler 30 zu sperren, wenn dieser über eine maximale Anzahl von 1111 und unter eine minimale Anzahl von 0000 zählt.
Es soll nunmehr die Funktionsweise des Aufbaus 10 beschrieben werden. Im Anschluss soll diese unter Bezugnahme auf eine Analogie des mit Wasser implementierten Aufbaus 10 beschrieben werden, wobei der Wasserfluss analog der Fehleranzahl innerhalb des Aufbaus 10 ist.
Gemäß 1 zählt der sich im Betrieb befindliche Aufbau 10 im Aufwärts-/Abwärtszähler 30 das Vorkommen von Fehlern im vom Eingang EIN zum Ausgang AUS der Schnittstellenlogikeinheit 20 durchlaufenden Datenstrom aufwärts. Während der Aufwärts-/Abwärtszähler 30 Fehler aufwärts zählt, wird er ebenfalls aufgrund des Betriebes des Binärzählers 40, des Multiplexers 50, des Registers 60 und des Gatters 70 mit der Zeit vermindert. Der Aufwärts-/Abwärtszähler 30 wird mit einer Rate vermindert, die im Verhältnis zu einem als „Resultierender Ausgabecode" dargestellten, im Aufwärts-/Abwärtszähler gespeicherten Wert im wesentlichen exponentiell ansteigt. Als Konsequenz ist der „Resultierende Ausgabecode" im wesentlichen proportional zu einem Logarithmus der Fehlerrate, die am FEHLER-Ausgang der Schnittstellenlogikeinheit 20 vorliegt. Ferner unterliegt der „Resultierende Ausgabecode" auch einem Mittelungseffekt, dessen Zeitkonstante effektiv verkürzt wird, während der „Resultierende Ausgabecode" steigt.
Tatsächlich funktioniert der Aufwärts-/Abwärtszähler 30 als ein Integrator, welcher Fehlervorkommen in den Datenstrom integriert, und der Binärzähler 40, der Multiplexer 50, das Schieberegister 6d und das Gatter 70 funktionieren als eine Rückkopplungsschleife, die eine Zählrate am ABWÄRTS-Eingang des Aufwärts- /Abwärtszählers 30 an die Fehlerzählrate an dessen AUFWÄRTS-Eingang anpasst. Ein derartiges Verhältnis kann mathematisch durch die Gleichung 1 (Gl. 1) ausgedrückt werden: R = ∫Etd – ∫Pdt + k0 Gl. 1wobei

R: = der "Resultierende Ausgabecode",
E: = Fehlerimpulse bereitgestellt an den AUFWÄRTS-Eingang des Aufwärts-/Abwärtszählers 30;
P: = eine logische Ausgabe aus dem Gatter 70;
k₀: = eine Konstante entsprechend einem Ausgangswert von R.

Durch Aktion des Binärzählers 40, des Multiplexers 50, des Schieberegisters 60 und des Gatters 70 ist P durch die Gleichung 2 (Gl. 2) auf den Ausgang R vom Aufwärts-/Abwärtszähler 30 bezogen:
wobei

k_a, k_b: = skalierende Konstanten.

Eine Kombination der Gleichungen 1 und 2 ergibt die Gleichung 3 (Gl. 3):
Für eine stationäre Situation vereinfacht dR/dt = 0 die Gleichung 3 zu Gleichung 4 (Gl. 4):
In der Gleichung 3 bedeutet das Vorliegen des Differentialglieds dR/dt, dass für höhere E-Werte dR/dt größer ist, wenn Änderungen entsprechend einer kürzeren Messzeitkonstante des Aufbaus 10 auftreten. Ferner zeigt die Gleichung 4 einen logarithmischen Verlauf des Aufbaus, welcher ihm seinen relativ großen Dynamikbereich zum Messen von Fehlern im Datenstrom, der an der Schnittstelleneinheit 20 anliegt, verleiht.
Obgleich die Gleichungen 1 bis 4 kontinuierliche Funktionen darstellen, stellt der Aufbau 10 einen Messbereich von 4 2/3 Dekaden bereit, unterteilt in 16 diskrete Ebenen entsprechend vier Bits des Aufwärts-/Abwärtszählers 30.
Die Funktionsweise des Aufbaus 10 soll nun weiter mit Bezugnahme auf eine Analogie beschrieben werden, wobei der Aufwärts-/Abwärtszähler 30 von einem Wasserkübel dargestellt ist. Der Kübel umfasst einen horizontalen runden Boden, der mit einer umlaufenden vertikalen Wand zylindrischer Form verbunden ist, in welche mit Intervallen eine Reihe von Löchern entlang einer vertikalen, die Wand schneidende Achse eingebracht sind, wobei die Löcher die Funktion haben, Wasser aus dem Kübel abzulassen.
Fehlerimpulse, die von der Schnittstelleneinheit 20 an deren FEHLER-Ausgang ausgegeben werden, entsprechen dem Wasser, das in einen Kübel mit geöffneter oben angeordneter Öffnung gegossen wird. Wird das Wasser in den Kübel gegossen, so sammelt sich in diesem ein Wasserpool, bis ein oberer Meniskus des Pools die Löcher erreicht und das Wasser beginnt, aus den Löchern auszutreten. Die Löcher entsprechen einer Aktion des Binärzählers 40, des Multiplexers 50, des Schieberegisters 60 und des Gatters 70, wobei die Aktion den Aufwärts-/Abwärtszähler 30 vermindern soll.
Der Meniskus des Pools in dem Kübel gibt die Wasserfließgeschwindigkeit in den Kübel an. Fließt das Wasser mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit in den Kübel, so fließt das darin angesammelte Wasser aus den Löchern nahe des Bodenbereiches aus dem Kübel heraus. Eine derartige Situation entspricht einer relativ niedrigen Zählratenausgabe aus dem Aufwärts-/Abwärtszähler 30, z.B. {S3, S2, S1, S0} = {0, 0, 0, 1}, woraus sich ergibt, dass der Eingang D1 des Multiplexers 50 und somit der Ausgang Q14 des Binärzählers 40 für die Erzeugung der Ausgabe P zum Vermindern des Aufwärts-/Abwärtszählers 30 ausgewählt werden. Fließt umgekehrt das Wasser mit einer relativ schnellen Geschwindigkeit in den Kübel, so fließt das darin angesammelte Wasser aus den Löchern im Bodenbereich des Kübels sowie aus den im Kübel weiter oben angeordneten Löchern heraus. Eine derartige Situation entspricht einer hohen Zählratenausgabe aus dem Aufwärts-/Abwärtszähler 30, z.B. {S3, S2, S1, S0} = {1, 0, 1, 1}, woraus sich ergibt, dass der Eingang D10 des Multiplexers 50 und somit der Ausgang Q5 des Binärzählers 40 für die Erzeugung der Ausgabe P zum Vermindern des Aufwärts-/Abwärtszählers 30 ausgewählt werden. Wird der Wasserpool im Kübel aufgrund der erhöhten Wasserfließgeschwindigkeit in den Kübel tiefer, tragen als Reaktion mehrere Löcher zum Abfließen des Wassers aus dem Kübel bei.
Als eine Weiterentwicklung können die Löcher in der Kübelwand der Größe nach geordnet sein, so dass Löcher nahe des Bodenbereiches des Kübels eine relativ kleinere Fläche aufweisen und die Löcher im Bereich hin zum oberen Bereich des Kübels zunehmend größer werden. Tatsächlich können die Löcher derart angeordnet sein, dass sie zugehörige Bereiche aufweisen, die sich in etwa exponentieller Weise vom Bodenbereich zum oberen Bereich des Kübels hin vergrößern. Bei Anwendung einer derartigen Anordnung von Durchmessern wird sich der Meniskuspegel in dem Kübel auf einer Höhe befinden, die im wesentlichen proportional zu dem Logarithmus der Wasserfließgeschwindigkeit in den Kübel ist. In der Analogie werden Auswirkungen der Wasserfließturbulenz ignoriert.
Die 2 ist ein Verlaufsdiagramm, welches die Wirkungsweise des oben erwähnten Kübels zeigt, wobei das Diagramm mit 100 bezeichnet ist. Das Diagramm 100 enthält eine horizontale Achse 110 entsprechend der Wasserfließgeschwindigkeit in den Kübel, wobei die Achse 110 wertmäßig von links nach rechts zunimmt. Das Diagramm 100 enthält weiter eine vertikale Achse 120, die den Löchern entspricht, welche zum Ausfließen des Wassers aus dem Kübel beitragen, wobei sich das Loch 1 im Bodenbereich des Kübels und das Loch 6 über dem Loch 1 weiter oben zum oberen Bereich des Kübels hin befindet. Eine mittels der Achse 120 bestimmbare gestufte Kurve 130 gibt ein Verhältnis zwischen den zum Austritt aus dem Kübel beitragenden Löchern für eine entsprechende Wasserfließgeschwindigkeit in den Kübel an, die mittels der Achse 110 bestimmbar ist. Bei einer Wasserfließgeschwindigkeit von f₀ in den Kübel tritt somit das Wasser nur durch das Loch 1 aus. Im umgekehrten Fall tritt bei einer Wasserfließgeschwindigkeit von f₁ in den Kübel das Wasser durch die Löcher 1 bis 6 aus.
Aus dem Diagramm 100 geht hervor, dass aufgrund der etwa exponentiellen Zunahme der Löcher vom Bodenbereich des Kübels zum oberen Bereich desselben die Kurve 130 im wesentlichen logarithmisch ausgebildet ist. Im Wege der Analogie stellt der Aufbau 10 aufgrund einer im Binärzähler 40 stattfindenden Binärteilung eine ähnliche Kennlinie bereit, wenn die Fehlerrate mit Bezug auf die horizontale Achse 110 aufgetragen wird und der „Resultierende Ausgabecode" mit Bezug auf die vertikale Achse 120 aufgetragen wird.
Der Aufbau 10 stellt eine einfache Ausführungsform der Erfindung dar. In der Praxis kann der Aufbau 10 dahingehend modifiziert werden, dass er den Aufwärts-/Abwärtszähler 30 durch einen entsprechenden Zähler mit mehr Zählerbits ersetzt, dass er den Binärzähler 40 durch einen entsprechenden Zähler mit mehr Zählerbits ersetzt und dass er den Multiplexer 50 mit einem entsprechenden Multiplexer ersetzt, der für mehr Adressenbits ausgestaltet ist sowie zum Multiplexieren mehrerer Eingänge auf den Ausgang Q ausgestaltet ist.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung entspricht dem Aufbau 10, ist jedoch derart modifiziert, dass der Aufwärts-/Abwärtszähler 30 durch einen entsprechenden 8-Bit- Aufwärts-/Abwärtszähler 140 ersetzt wird, der Multiplexer 50 durch einen entsprechenden 32-zu-l-Multiplexer 150 ersetzt wird und der 16-Bit-Binärzähler 40 durch einen entsprechenden 32-Bit-Binärzähler 160 ersetzt wird. In der zweiten Ausführungsform werden lediglich die höchstwertigen 5 Bits, die aus dem Aufwärts-/Abwärtszähler 140 ausgegeben werden, zur Steuerung des Multiplexers 150 an dessen Adresseneingängen verwendet. Die Bezugszeichen 140, 150, 160 werden hier der Deutlichkeit halber verwendet, sind jedoch in der 2 nicht enthalten.
Die 3 umfasst ein Fließdiagramm, das die Funktion der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt, wobei das Diagramm mit 200 bezeichnet ist. Das Diagramm 200 umfasst eine Startfunktion 210 und eine neue Rahmenfunktion 220 entsprechend der Funktion der Schnittstelleneinheit 20 der zweiten Ausführungsform.
Das Diagramm 200 umfasst ferner eine Addierfunktion 230 entsprechend der Funktion des Aufwärts-/Abwärtszählers 140, wobei ein Symbol A eine 8-Bitzahl im Zähler 140 darstellt und ein Symbol E Fehlerimpulse darstellt, die am FEHLER-Ausgang der Schnittstelleneinheit 20 ausgegeben werden. Das Diagramm 200 enthält zusätzlich eine Funktion 240, die in der zweiten Ausführungsform implementiert ist, indem die fünf höchstwertigen Bits des Aufwärts-/Abwärtszählers 140 mit Adresseneingängen des Multiplexers 150 verbunden werden; ein Parameter K entspricht A geteilt durch 8.
Das Diagramm 200 umfasst außerdem eine Abzweigfunktion 250 entsprechend der Funktion des 32-zu-l-Multiplexers 150 der zweiten Ausführungsform. Ferner enthält das Diagramm 200 eine Anzahl von Dekrementierfunktionen, z.B. eine Funktion 260, die parallel von der Funktion 250 zur Funktion 210 verbunden ist. Die Abzweigung zu geeigneten Dekrementierfunktionen von der Funktion 250 aus hängt von einem Wert des Parameters K ab. Hat der Parameter K einen relativ hohen Wert, z.B. K = 31, so wird hierdurch eine relative hohe Rate zum Vermindern des Zählers 140 gewählt, nämlich ein Dekrement von 8 Zahlen. Weist der Parameter K alternativ einen relativ niedrigen Wert auf, z.B. K = 1, so wird hierdurch eine relativ niedrige Rate zum Vermindern des Zählers 140 gewählt, nämlich ein Dekrement von 2^–27 Zahlen. Bei K = 0 wird der Zähler 140 nicht vermindert. Eine gebrochene Verminderung, nämlich A ← A - 1/N ausgeführt in den Dekrementierfunktionen, wird durch Vermindern des Zählers 140 jeden N'ten Datenblock im Datenstrom implementiert.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung funktioniert gemäß dem Diagramm 200 durch Vermehren von A, wenn Fehler in dem Datenstrom auftreten, der durch die Schnittstelleinheit 20 fließt, sowie durch Vermindern von A mit einer Rate, die durch die momentanen Inhalte von A bestimmt wird, wodurch ein logarithmisches Verhältnis zwischen A und E bereitgestellt wird, wobei A ein logarithmisches Maß der Fehlerrate in dem Datenstrom bereitstellt. Aufgrund des logarithmischen Maßes ist die zweite Ausführungsform in der Lage, einen großen dynamischen Messbereich von 2³¹ für Fehler bereitzustellen, die im Datenstrom auftreten. Der Messbereich von 2³¹ entspricht 1 zu 2000 Millionen, was einen beträchtlich erhöhten Bereich im Vergleich zu dem darstellt, der von herkömmlichen Fehlerratenüberwachungsvorrichtungen bereitgestellt wird. Ferner stellen der Aufbau 10 und die oben beschriebene zweite Ausführungsform der Erfindung einfachere Schaltungsanordnungen dar, im Vergleich zu vielen herkömmlichen Fehlerratenüberwachungsvorrichtungen.
Das Diagramm 200 entspricht in seiner Form einem Fließdiagramm für einen Computeralgorithmus. Der Erfinder hat erkannt, dass es auch möglich ist, die Erfindung nicht als Hardware nach 1, sondern in Form eines Hochgeschwindigkeitsmikroprozessors zu implementieren, der in der Lage ist, den Datenstrom abzutasten und daraus die Fehlerzahl pro Datenblock zu bestimmen. Bei Implementierung der Erfindung unter Verwendung einer Software, die in einem Mikroprozessor ausgeführt wird, um einen technischen Effekt des Messens des Fehlervorkommens über einen relativ großen Dynamikbereich bereitzustellen, werden die Zähler 30, 40, der Multiplexer 50, das Schieberegister 60 sowie das UND-Gatter 70 in dem Aufbau mittels Speicher, Registern und Akkumulatoren innerhalb des Mikroprozessors implementiert. Eine derartige erfindungsgemäße Softwareimplementierung ermöglicht eine Erhöhung der Ausgabe P in einem Verhältnis, wie der „Resultierende Ausgabecode" in einer anderen Weise als exponentiell steigt, z.B. als zweite, dritte oder vierte Potenz des „Resultierenden Ausgabecodes". Allerdings sieht die Erfindung ihren Vorteil eines erhöhten Dynamikbereiches nur dann vor, wenn die Rate zur Verminderung des Zählers 40 oder eines Softwareäquivalents hiervon mit Bezug auf die Erhöhung im „Resultierenden Ausgabecode" mit einer Rate steigt, die größer als linear ist.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen modifiziert werden können, ohne dabei vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Bitbreiten von Zählern und Multiplexern, oder Softwareäquivalente hiervon, die in den Ausführungsformen verwendet werden, derart verändert werden, dass sie für bestimmte Fehlermessbereiche geeignet sind. Ferner können die erfindungsgemäßen Ausführungsformen als einzelne integrierte Schaltungen implementiert werden, wobei derartige Schaltungen in Kommunikationssystemen, Funkverbindungen, Computernetzen und ähnlichen Vorrichtungen untergebracht werden können, in denen beträchtliche Datenflüsse vorkommen und in denen eine Fehlerüberwachung erforderlich ist. Beispielsweise kann in einem Kommunikationssystem, das eine Vielzahl von Kommunikationspfaden umfasst, eine erfindungsgemäße Fehlerratenüberwachungsvorrichtung jedem Pfad zugeordnet werden, um die Fehlerrate zu überwachen, die mit durch die Pfade fließenden Datenströmen zusammenhängt. Zeigt einer der Pfade, nämlich ein potentiell fehlerhafter Pfad, eine Fehlerrate in Abweichung von anderen der Pfade, so kann das System den Datenfluss selektiv von dem potentiell fehlerhaften Pfad an die anderen Pfade weglenken, wodurch ein zuverlässiger Betrieb des Systems gewährleistet wird und somit ein hoher Dienststandard gegenüber den Benutzern des System.

Claims

Fehlerratenüberwachungsvorrichtung (10) zum Messen des Vorkommens einer Fehlerrate in einem Datenstrom, wobei die Überwachungsvorrichtung (10) umfasst: (a) eine Fehlererkennungseinrichtung (20) zum Empfangen des Datenstroms und zum Analysieren desselben zur Erkennung, ob Fehler darin auftreten; und (b) eine Zähleinrichtung (30) zum Vorwärtszählen der Fehler, die von der Erkennungseinrichtung erkannt wurden, um eine Fehleranzahl bereitzustellen; gekennzeichnet durch (c) eine Dekrementiereinrichtung (40, 50, 60, 70) zum Auswählen einer Rate aus mindestens drei unterschiedlichen Raten und zum Vermindern der Fehleranzahl auf die ausgewählte Rate, wobei die ausgewählte Rate abhängig ist von der Größenordnung der Fehleranzahl und ausgewählt wird, um eine stufenweise im Vergleich zu einer linearen Erhöhung in bezug auf Erhöhungen in der Größenordnung der Fehleranzahl vorzunehmen.
Überwachungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Rate, mit welcher die Dekrementiereinrichtung (40, 50, 60 70) die Fehleranzahl vermindert, ausgewählt ist, um eine schrittweise Erhöhung im wesentlichen exponentiell in bezug auf Erhöhungen in der Größenordnung der Fehleranzahl vorzunehmen.
Überwachungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Rate ausgewählt ist, um eine schrittweise Erhöhung im wesentlichen in der zweiten, dritten oder vierten Potenz in bezug auf Erhöhungen in der Größenordnung der Fehleranzahl vorzunehmen.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Datenstrom in Datenblöcke unterteilt ist, wobei jeder Block ihm zugehörige Zusatzinformationen aufweist, die von der Fehlererkennungseinrichtung für die Bestimmung eines Fehlervorkommens in dem Block verwendbar ist.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Zähleinrichtung (30) und die Dekrementiereinrichtung (40, 50, 60, 70) mit einer Frequenz getaktet sind, die von einer Empfangsfrequenz von Datenblöcken bei der Fehlererkennungseinrichtung (20) abhängig ist.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Erkennungseinrichtung (20), die Zähleinrichtung (30) und die Dekrementiereinrichtung (40, 50, 60 70) in Form einer Verarbeitungseinrichtung implementiert sind, die Software ausführt.
Überwachungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Erkennungseinrichtung (20) eine Anordnung logischer Gatter umfasst, die eine Funktion zum Erkennen von Fehlern im Datenstrom aufweisen, die Zähleinrichtung (30) einen Aufwärts-/Abwärtszähler (30) zum Zählen von Fehlern, die von der Erkennungseinrichtung (20) erkannt werden, sowie zum Bereitstellen einer Zählausgabe umfasst, und die Dekrementiereinrichtung (40, 50, 60, 70) einen Binärzähler (40) und einen Multiplexer (50) umfasst, zum Bereitstellen von Daten zur Verwendung beim Vermindern des Aufwärts-/Abwärtszählers (30) in Abhängigkeit der Größenordnung der Zählausgabe, wodurch die Zählausgabe die Fehlerrate im Datenstrom anzeigt.
Überwachungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei der Aufwärts-/Abwärtszähler (30) ein 4-Bit-Aufwärts-/Abwärtszähler ist, der Binärzähler ein 16-Bit-Binärzähler (40) ist und der Multiplexer (50) ein 16-zu-l-Multiplexer ist.
Überwachungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Zählausgabe des Aufwärts-/Abwärtszählers (30) mit Adresseneingaben des Multiplexers (50) für die Auswahl von Zählausgaben des Binärzählers (40) zur Verwendung bei der Erzeugung der Daten zur Verwendung beim Vermindern des Aufwärts-/Abwärtszählers verbunden ist.
Kommunikationssystem, umfassend Kommunikationspfade, die eine Funktion zum Befördern jeweiliger Datenströme aufweisen, wobei einer oder mehrere der Pfade jeweils eine Überwachungsvorrichtung (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zum Überwachen der Fehlerrate entlang des Pfades enthalten.
System nach Anspruch 10, das eine Funktion zum Ablenken von Datenströmen weg von Pfaden, deren zugehörige Überwachungsvorrichtungen ein Übermaß in der Rate oder dem Fehlervorkommen erkennen, aufweist.
Verfahren zum Messen des Fehlervorkommens in einem Datenstrom mittels Verwendung einer Überwachungsvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Erkennen eines Fehlervorkommens in dem Datenstrom; (b) Inkrementieren einer Fehleranzahl in der Zähleinrichtung (30) der Überwachungsvorrichtung (10), wenn Fehler im Datenstrom auftreten; (c) Vermindern der Fehleranzahl auf mindestens drei unterschiedliche Raten in Abhängigkeit der Größenordnung der Fehleranzahl; wobei die Rate ausgewählt wird, um eine stufenweise im Vergleich zu einer linearen Erhöhung in bezug auf Erhöhungen in der Größenordnung der Fehleranzahl vorzunehmen; und (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c), bis die Überwachung des Fehlervorkommens abgeschlossen ist.