DE60124869T2

DE60124869T2 - Vermittlungssystem und verfahren mit niedrigerer und deterministischen verzögerung

Info

Publication number: DE60124869T2
Application number: DE60124869T
Authority: DE
Inventors: A. Stephen Sudbury CALDARA
Original assignee: Telica Inc
Current assignee: Telica Inc
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: DE60124869D1; AU2001238593A1; EP1258116B1; WO2001063859A1; ATE347218T1; EP1258116A1; US20010033572A1; US7436815B2

Description

Verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Anmeldung 60/185,011 gemäß Artikel 119.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Nachrichtenvermittlung, genauer gesagt das Zusammenführen von Informationen aus einer Mehrzahl von Schaltungen in ein Paket oder eine Zelle und das zeitliche Planen der Abgabe eines solchen Pakets bzw. einer solchen Zelle über eine paket- oder zellenbasierende Kern-Vermittlungsstruktur zur Erzielung einer geringen und deterministischen Vermittlungswartezeit.
2. Stand der Technik
Herkömmliche Fernsprechnetze „basieren auf Schaltungen", d.h. dass das Netz zur Bildung einer Verbindung von der Quelle (z.B. dem Anrufer) zum Ziel (z.B. dem Angerufenen) Ressourcen zweckbestimmt. Um eine derartige auf Schaltungen basierende Nachrichtenübermittlung herzustellen, ordnet das Netz genauer gesagt bestimmte „Zeitschlitze" oder „Schaltungen" innerhalb einer vorbestimmten Zeitmultiplex-(TDM) – time division multiplexing – Technik zu, wie T1: innerhalb von T1 gibt es z.B. 24 Zeitsegmente, so genannte DS0-Schaltungen, und innerhalb von T3 gibt es 28 Zeitsegmente, so genannte DS1-Schaltungen. (Andere Standards sind analog organisiert). Durch Transportieren von Informationen innerhalb der Zeitschlitze kann eine Verbindung hergestellt werden, die synchron ist und die eine eine bekannte, konsistente Bandbreite aufweist.
Im gesamten Telekommunikationsnetz sind Schalter angeordnet. An Schaltstellen kann eine bestimmte Schaltung auf einer bestimmten Verbindung an eine andere Schaltung auf einer anderen Verbindung „vermittelt" werden. So können Informationen in einem ersten Zeitschlitz auf einer ersten T1-Verbindung in den Schalter übertragen, aber in einem zweiten Zeitschlitz auf einer zweiten T1-Verbindung vom Schalter weg transportiert werden.
Ein Problem liegt beim obigen Ansatz darin, dass ungenützte Zeitschlitze eigentlich vergeudete Bandbreite sind. Diese ungenützte Bandbreite ist insbesondere dann ineffizient, wenn der Schalter zur Übertragung von Daten (im Gegensatz zu Sprache) verwendet wird, was in Bursts geschieht.
Relativ neue Nachrichtenübermittlungsverfahren wie Netze mit asynchronem Transfermodus (ATM) bieten die Möglichkeit, die Bandbreite dynamisch an Verbindungen in einem Schalter zu verteilen. Im ATM sind Informationen als Zellen organisiert, von denen jede einen Kopfsatz und eine Nutzlast (genauso wie andere zellen- und paketbasierende Verfahren) aufweist. Anders als bei TDM-Verfahren, bei denen die Daten durch den Zeitschlitz inhärent identifiziert werden, in welchem sie transportiert werden, werden bei ATM-Verfahren (und anderen zellen- oder paketbasierenden Verfahren) die Daten durch Adressinformationen im Kopfsatz der Zelle erkannt. Die Nutzlast der Zelle wird zum Transportieren der zu übertragenden Daten verwendet.
Bei Verwendung von ATM (oder jedes anderen zellen- oder paketenbasierenden Ansatzes) stellen sich bei der Implementierung von TDM-Schaltungsdiensten mindestens drei Probleme. Erstens braucht es Zeit, eine ATM-Zelle mit einer vollen Schaltungsdaten-Nutzlast zu füllen (und es kommt daher zu Verzögerungen). Wenn beispielsweise eine ATM-Zelle Daten für nur eine DS0-Leitungsverbindung halten muss, ist eine Füllzeitverzögerung von 5 ms erforderlich, um 48 Oktette einer ATM-Zelle zu füllen. Zweitens wird durch das Stellen von Zellen in eine Warteschlange eine Extraverzögerung eingeführt. Bei herkömmlichen ATM-Schaltungsverfahren gibt es per definitionem keine Zeitablaufbeziehung von Informationen in verschiedenen Zellen (daher der Ausdruck asynchron). Folglich können Mehrfachzellen an ein- und demselben Ausgang eines Schalters zusammentreffen (d.h. Mehrfachzellen, die für denselben Ausgang bestimmt sind), und so kann es sein, dass die Zellen eine Warteschlange bilden müssen. Drittens gehen inhärente Zeitablaufinformationen im ATM-Netz verloren, da es asynchron ist. Zur Kompensation gibt es ATM-Adaptationsschichten (AAL-ATM Adaptionenlayers) wie AAL1, die Zeitablaufinformationen enthalten, welche vom Endpunkt extrahiert werden können, um den Zeitablaufbezug zum Eingang wiederherzustellen.
Die WO 95/17789 A offenbart Verfahren zum Umwandeln von Pulscodemodulationsignalströmen (PCM-Signalströmen) in asynchrone Transfermodus-Zellen (ATM-Zellen) zur Vermittlung und Übertragung über ein Telekommunikationsnetz. Zsehong Tsai et al. (XP000446088 ISSN 1063-6692, S. 30-39) offenbaren ATM-Zellen-Nutzlasten, die auf eine Verzögerungsverringerung abzielen.
Zusammenfassung
Ein Merkmal und Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass durch das neuartige Zusammenführen von Schaltungsdaten in eine Zelle oder ein Paket und die neuartige Zeitplanung derselben die Unzulänglichkeiten von Zeitschlitz-Austauschverfahren überwunden und wirkungsvolle Zellverfahren erzielt werden, während gleichzeitig die notwendigen und inhärenten Zeitablaufbeziehungen von Schaltungsdaten erhalten bleiben.
Ein anderes Merkmal bzw. ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine zellen- oder paketbasierende Kern-Vermittlungsstruktur verwendet wird, dabei aber eine geringe und deterministische Vermittlungswartezeit erzielt wird.
Ein anderes Merkmal bzw. ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine minimale Pufferung erforderlich ist, wodurch Informationsverzögerungen und Kosten des Vermittlungssystems gesenkt werden.
Ein weiteres Merkmal bzw. ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der paket- oder zellenbasierende Kern die Integration von verschiedenen Diensten in den Schalter erleichtert.
Die vorliegende Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen dargelegt. Einige fakultative Merkmale sind in den von diesen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß sind ein System und ein Verfahren zum Vermitteln von Informationen in einem Zeitmultiplex-(TDM)-Kommunikationsnetz vorgesehen. Die TDM-Zeitschlitze entsprechen Kanälen von Schaltungsinformationen. Eine Schaltungsschnittstelle empfängt Informationen vom TDM-Kommunikationsnetz, extrahiert daraus Schaltungsdaten und sendet die extrahierten Schaltungsdaten an einen internen Bus. Sie empfängt auch Schaltungsdaten von einem internen Bus und übermittelt die vom internen Bus empfangenen Daten weiter an das TDM-Kommunikationsnetz. Eine Schalt- oder Vermittlungsstruktur („switching fabric") empfängt Pakete mit einem Kopfsatz und einer Nutzlast, wobei der Kopfsatz Informationen zur Erkennung eines Ziels für das Paket enthält und die Struktur ein empfangenes Paket entsprechend der Zielerkennung im Paket-Kopfsatz übermittelt. Eine Adaptationslogik packt als Reaktion auf die Schaltungsschnittstelle Informationen von Mehrfach-Schaltungen in eine Nutzlast eines Pakets und erstellt einen Zeitplan für die Abgabe eines solchen Pakets an die Vermittlungsstruktur. Die Adaptationslogik empfängt Pakete von der Vermittlungsstruktur und extrahiert Schaltungsdaten aus Mehrfachpaketen auf einen identifizierten Kanal.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung sieht die Adaptationslogik Kanalnummern in der Nutzlast des Pakets vor, die den Kanal identifizieren, auf dem die Schaltungsdaten schließlich übertragen werden sollen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung packt die Adaptationslogik Informationen von Mehrfach-Schaltungen in eine Nutzlast und sieht Kanalnummern zur Verschränkung von Schaltungsdaten und Kanalnummern in der Nutzlast vor.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung wird die verschränkte Beziehung durch Vorsehen von zwei Kanalnummern, gefolgt von vier Informationsbytes für jeden Kanal, definiert, wobei die Beziehung für insgesamt acht Kanäle wiederholt wird.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung gibt es Adaptationslogik-Mehrfachinstanzen und erfolgt die Zeitplanung von Paketen in Zusammenarbeit, um zu gewährleisten, dass es für jede Planzeit keine Konkurrenz für ein spezifiziertes Ziel gibt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt:
1 ein Blockschaltbild eines Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 die Adaptationsfunktionen an einem Schaltanschluss gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3 die Schaltungsschnittstellenlogik und die Adaptationslogik gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 die Nutzlastorganisation einer mit Schaltungsdaten gepackten Zelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Beispiel für ein Zellenformat,
6 das in einer Zellen-Nutzlast verwendete Kanalnummernformat gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
7 Beispiele für in einer Kanalnummer verwendete Gruppencodierungen;
8 die Datenorganisation in einem zum Halten von Zellen daten verwendeten Puffer-RAM gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
9 einen Kanaldeskriptor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
10 den Datenfluss zur Bildung einer Schaltungsdaten-Warteschlange in einen Puffer-RAM gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
11 den Datenfluss zum Packen von Schaltungsdaten in Zellen und Senden derselben an die Vermittlungsstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
12A-C ein Beispiel für eine Anordnung des Kontroll-RAM in einer FSU, einen beispielhaften Misch-Deskriptor und ein beispielhaftes Codieren eines Mischselektionsfelds gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
13 den Datenfluss zur Bildung einer Zellendaten-Warteschlange aus der Vermittlungsstruktur in den Puffer-RAM gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
14 den Datenfluss für den Zugriff auf Schaltungsdaten aus dem Puffer-RAM und für das Senden der Daten an eine Schaltungsschnittstelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist eine Logik vorgesehen, die eine zellen- oder paketbasierende Kern-Vermittlungsstruktur (z.B. eine ATM-Kern-Vermittlungsstruktur) umgibt, um eine Vermittlungsmöglichkeit für Schaltungsdaten mit geringer Verzögerung zu schaffen. Die Kernstruktur gewährleistet einen Transport mit großer Bandbreite und gestattet die wirtschaftliche und zuverlässige Anbietung anderer Dienste wie Datenvermittlung. Die die Vermittlungsstruktur umgebende Logik packt Schaltungsdaten in Zellen oder Pakete, so dass Daten von Mehrfach-Schaltungen in einer vorgegebenen Zelle enthalten sind, die für ein vorgegebenes Modul bestimmt ist. Dann erfolgt eine Zeitplanung für die Zelle bzw. das Paket in Bezug auf alle anderen Zellen oder Pakete mit Schaltungsdaten, so dass die Zelle (und keine andere Zelle mit Schaltungsdaten) über die Vermittlungsstruktur an das vorgegebene Modul gesendet wird. Durch Vermeidung von Konkurrenz am vorgegebenen Modul verringert sich die Verzögerung durch eine Warteschlange. Befindet sich die Zelle einmal am Modul, entpackt die Logik die Zelle und/oder das Paket zur Rückgewinnung der Schaltungsdaten aus der Zelle oder dem Paket, so dass die Schaltungsdaten im richtigen, entsprechenden Zeitschlitz auf der richtigen, entsprechenden Nachrichtenverbindung übermittelt werden können. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen enthält die Nutzlast der Zelle sowohl die Schaltungsdaten als auch Leitungserkennungsinformationen.
Systemübersicht
1 zeigt ein Telekommunikationsvermittlungssystem 100, bei dem bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Anwendung kommen können. I/O-Module 103a-m und ein alternatives Modul 106 sind über serielle Verbindungen 110a-n mit einem Vermittlungsstruktur-Kern 102 verbunden. Die I/O-Module können in dieser beispielhaften Ausführungsform über T1- oder T3-Verbindungen od. dgl. (nicht dargestellt) mit dem öffentlichen Fernsprechnetz PSTN (Public Switched Telephone Network) verbunden sein, und das alternative Modul 106 kann mit einem Frame-(Rahmen-)dienst verbunden sein. (Dieses Modul soll veranschaulichen, dass die bevorzugte Ausführungsform nicht auf irgendeinen bestimmten Fernmeldedienst beschränkt ist.) Die I/O-Module 103a-m und das alternative Modul 106 empfangen Steuer- und zentralisierte Taktinformationen über Steuerverbindungen 111 vom Systemprozessor 109. (Alternative Ausführungsformen können redundante Konfigurationen des Systemprozessors 109 und/oder der Vermittlungsstruktur 102 verwenden).
Der Vermittlungsstruktur-Kern 102 führt Zellenvermittlungsfunktionen aus. Insbesondere empfängt der Kern an seinen Ports (Anschlüssen) serielle Daten, die als Zellen (z.B. ATM-Zellen) oder Pakete angeordnet sind. Diese Zellen enthalten Informationen in ihrem Kopfsatz, die anzeigen, an welche Ports die empfangenen Daten geschickt werden sollen. Der Kern 102 übermittelt dann die Zelle an den angezeigten Port. Auf diese Weise kann das I/O-Modul 103a eine Datenzelle an das I/O-Modul 103b senden, indem im Kopfsatz der Zelle Informationen enthalten sind, die anzeigen, dass der Port b (d.h. der Port, an den das I/O-Modul 103b angeschlossen ist) die Zelle empfangen soll. Bestimmte Ausführungsformen verwenden Atlanta-Chips der Firma Lucent zur Implementierung des Kerns 102. Wenn Zellen um einen Port konkurrieren, löst die Struktur 102 eine solche Konkurrenz auf.
Jedes der I/O-Module 103a-m kann an eine oder mehr Nachrichtenverbindung(en) wie T1- oder T3-Verbindungen od. dgl. angeschlossen sein. Jedes I/O-Modul 103 enthält eine Schaltungsschnittstelle 104 entsprechend der Art von Nachrichtenverbindung(en), an die das Modul angeschlossen ist. Die Schaltungsschnittstellen sind für die Beendigung von Schaltungsdaten von einer Nachrichtenverbindung und für die Übermittlung von Daten auf eine Nachrichtenverbindung verantwortlich. Sie sind auch für die Durchführung einer Parallelisierung von empfangenen Schaltungsdaten und einer Serialisierung von an eine Nachrichtenverbindung zu übermittelnden Daten verantwortlich. Sie sind weiters für die Durchführung von Begrenzungs- und Synchronisationsfunktionen verantwortlich.
Für von einer Nachrichtenverbindung empfangene Daten übermitteln die Schaltungsschnittstellen Daten über den Bus 112 an eine Adaptationsfunktion 105. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen entspricht das Protokoll von Bus 112 der TDM-Organisation von Informationen auf den Nachrichtenverbindungen. So führt der Bus 112 beispielsweise DS0-Daten, u.zw. immer nur ein Byte oder Oktett, für eine T1-Nachrichtenverbindung.
Die Adaptationsfunktion 105 wandelt die auf Schaltungen basierenden Daten von der Nachrichtenverbindung in eine Form um, die sich für die Kern-Vermittlungsstruktur 102 eignet. In Ausführungsformen, die einen ATM-Zellkern 102 verwenden, wandelt die Adaptationsfunktion beispielsweise die auf Schaltungen basierenden TDM-Daten in ein Zellformat zur Übermittlung an den Vermittlungsstruktur-Kern 102 um.
Umgekehrt wandelt die Adaptationsfunktion 105 zellen- oder paketbasierende Daten aus dem Kern 102 in die auf Schaltungen basierende Form um, die von der an die Schaltungsschnittstelle 104 angeschlossenen Nachrichtenverbindung erwartet wird.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen führt die Adaptationsfunktion die folgenden neuen Operationen durch. Zuerst packt die Adaptationsfunktion 105 Daten aus einer Mehrzahl von Schaltungskanälen in eine vorgegebene Zelle. So werden beispielsweise, wenn ein bestimmtes Modul X. an eine T1-Verbindung angeschlossen wird und drei Schaltungen von dieser Verbindung an mit einem anderen Modul Y verbundene Nachrichtenverbindungen zu schalten sind, die Schaltungsdaten dieser drei Schaltungen in eine an das Modul Y zu übermittelnde Zelle gepackt. Das Modul Y entpackt (d.h. demultiplext) die Daten beim Empfang und stellt sicher, dass die Daten im richtigen, entsprechenden Zeitschlitz für die Schaltungsdaten auf der richtigen, entsprechenden Verbindung übermittelt werden. Zweitens sendet die Adaptationsfunktion 105 die Zelle zum Schalter auf zeitlich vorherbestimmte Weise, so dass eine Konkurrenz mit anderen Schaltungsdaten enthaltenden Zellen vermieden wird. Genauer gesagt erfolgt, wenn das Modul X eine Zelle an das Modul Y übermittelt, die Zeitplanung derart, dass das Modul X, und nur das Modul X, eine Zelle mit Schaltungsdaten an den Kern 102 mit dem Ziel des Moduls Y zu diesem Zellen-Zeitpunkt sendet.
Der Systemprozessor 109 ist für die systemweite Zeitplanung und Vermittlung verantwortlich. Er fungiert als Vermittlungsressourcen-Manager für die Zuweisung von Schaltungen und führt die notwendige globale Ressourcenzuordnung als Reaktion auf verschiedene Formen von Signalisierungsnachrichten durch, die z.B. einen Anruf-Aufbau oder einen Anruf-Abbruch anzeigen. Als Reaktion auf einen Anruf-Aufbau bestimmt der Systemprozessor 109 beispielsweise, welche TDM-Schaltungen die Anrufdaten bearbeiten sollen, und informiert dementsprechend die entsprechenden I/O-Module. Wie nachstehend erläutert, informiert der Systemprozessor 103 dann die relevanten I/O-Module entsprechend, so dass sie die Schaltungsdaten in die entsprechenden Zellen packen bzw. diese entpacken und die Zellen konkurrenzlos zeitgesteuert werden. Er ist auch zur Gewährleistung einer Tongenerierung verantwortlich, und zum geeigneten Zeitpunkt werden andere Nachrichtendienste abgewickelt.
Wie nachstehend erläutert, werden Signalisierungsinformationen verschiedenartig behandelt. Beispielsweise werden Niederpegelsignalisierungen lokal in einem I/O-Modul 103 behandelt. Dabei wird das I/O-Modul 103 vorn Systemprozessor 109 so konfiguriert, dass derartige Signalisierungsinformationen in bekannten Zeitschlitzen erwartet werden. Das I/O-Modul extrahiert dann solche Signalisierungsinformationen und bearbeitet sie lokal, beispielsweise über einen lokalen Prozessor, der noch später beschrieben wird. Höherpegelsignalisierungen werden vom Systemprozessor 109 bearbeitet. Dabei werden die Signalisierungsinformationen an den Systemprozessor 109 über die Vermittlungsstruktur 102 gesendet. IP-Nachrichten werden beispielsweise unter Verwendung von AAL5 in Zellen ein gekapselt und über die Struktur 102 an den Systemprozessor 109 gesendet.
2 ist ein Architekturschema, das den Informationsfluss für Schaltungsdaten und Niederpegelsignalisierungsinformationen veranschaulicht. In dieser Figur sind nur die relevanten Abschnitte der Adaptationsfunktion 105 gezeigt.
Schaltungsdaten werden von der Schaltungsschnittstelle 104a des Moduls 103a empfangen und an eine Hin-Schalteinheit (TSU – To Switch Unit) 205a innerhalb der Adaptationsfunktion 105 gesendet. Wenn die Daten als gebundene Signalisierungsinformationen vorliegen (wie in einer Konfigurationsoperation durch den Systemprozessor 109 identifiziert, wie nachstehend erläutert), z.B. als SS7-Signalisierung, dann werden die Informationen an einen lokalen Prozessor 215a zur Verarbeitung gesendet. Dabei kann der lokale Prozessor 215a mit dem Systemprozessor auf eine oder mehr Arten kommunizieren, wie nachstehend erläutert. Sind die Daten Schaltungsdaten, dann werden die Daten an einen Puffer 207 als Teil eines Schaltungsdaten-Warteschlangenaufbauschritts gesendet.
Parallel dazu liest die TSU gleichzeitig Daten aus dem Puffer 207 als Zellendaten-Warteschlangenauflöseschritt aus. Diese Zellendaten wurden zuvor in die Warteschlange eingereiht. Sie sind als ATM-Zelle, genauer gesagt als Zelle gepackt mit Daten aus Mehrfach-Schaltungen, organisiert, wie nachstehend erläutert. Der Kopfsatz der Zelle enthält Informationen, die anzeigen, welches I/O-Modul die Zelle empfangen soll. Bei diesem Beispiel zeigt der Kopfsatz den Port b an, nämlich jenen Port, an den das I/O-Modul angeschlossen ist. Die Zelle wird dann an den Zellvermittlungskern 102 übermittelt, der diese Zelle an den Port b sendet. Weil die I/O-Module so gesteuert sind, dass sie miteinander synchron funktionieren, und zeitlich so festgelegt sind, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt (Zellenzeit), nämlich wenn das I/O-Modul 103a die Zelle an den Kern 102 sendet, Konkurrenz vermieden wird, sendet keines der anderen I/O-Module eine Zelle, die für den Port b bestimmt ist. (Die anderen Module können zwar Zellen an den Kern senden, aber sie richten sich an andere Ports und somit I/O-Module im Kopfsatz.)
Die Zelle wird über den Kern 102 an das Modul 103b gesendet, und eine Her-Schalteinheit (FSU – From Switch Unit) 210b empfängt die Zelle und speichert sie im Puffer 212 als Teil eines Zellendaten-Warteschlangenaufbauschritts. Die FSU extrahiert Schaltungsdaten und speichert die Daten in ungepackter Form im Puffer 212. (Der Entpackungsschritt wird nachstehend im Detail beschrieben.)
Parallel zum Zellen-Warteschlangenaufbauschritt durch die FSU 210b liest die FSU Daten aus dem Puffer 212 als Teil eines Schaltungsdaten-Warteschlangenauflöseschritts aus. Diese Daten wurden zuvor in die Warteschlange eingereiht. Die Daten werden derart gesteuert und zeitlich geplant aus dem Puffer gelesen, dass die Daten im entsprechenden Zeitschlitz für diese Schaltungsdaten an die Schaltungsschnittstelle 104b gesendet werden können. Darüber hinaus kann die FSU Signalisierungsinformationen vom lokalen Prozessor 215b empfangen, um Signalisierungsinformationen zur Schaltungsschnittstelle 104b zu senden.
Wie nachstehend erläutert, steuern die I/O-Module ihre Arbeitsgänge in Übereinstimmung mit einer Zellen-Zeitplantabelle (CST – cell scheduling table). Die CST jedes Moduls wird durch den Systemprozessor 109 derart verwaltet, dass die gesamte den Kern 102 umgebende Logik synchron arbeitet. Beispielsweise arbeiten die TSUs synchron, wie oben beschrieben, um Konkurrenz an einer gegebenen FSU zu vermeiden.
Weiters arbeiten gemäß bevorzugten Ausführungsformen sämtliche TSUs und FSUs über eine (zur besseren Klarheit nicht dargestellte) synchronisierte Takt- und Rahmen-Schaltungsanordnung synchron.
TSU
3 ist ein detaillierteres Architekturschema der Schaltungsschnittstelle 104, der TSU 205, des Puffers 207 und des lokalen Prozessors 215. Genauer gesagt bilden die Empfangs- und Sende-Rahmen-Schaltungsanordnungen 305 und 310 die Schaltungsschnittstelle 104. Die TSU-Gatteranordnung 345 und die PISO-Schaltung 340 bilden die TSU 205. Das Puffer-RAM 330 und das Steuer-RAM 335 bilden den Puffer 207.
Die Empfängerschaltungsanordnung 305 empfängt serielle Ströme für eine Nachrichtenverbindung, z.B. eine T3-Leitung, und sendet die Daten auf dem Bus 112 in serieller Form an die TSU 205.
Jedes an die TSU gehende Daten-Byte entspricht einem unter schiedlichen TDM-Kanal, beispielsweise einer DS0-Leitung. Manche Eingangsdaten sind keine Schaltungsdaten, sondern stattdessen eingebundene Signalisierungsdaten wie SS7- oder LAPD-Daten. Wie nachstehend erläutert, sammelt die TSU gemäß bestimmten Ausführungsformen solche Signalisierungsinformationen und sendet sie über den lokalen Signalisierungsbus 315 an den lokalen Prozessor 215 zur weiteren Verarbeitung.
Die TSU 205 kann auch IP-Frames vom lokalen Prozessor 215 über den Nachrichtenbus 325 empfangen. Bei bestimmten Ausführungsformen wird eine Segmentier- und Wiedervereinigungsschaltung (SAR – segmentation and re-assembly) 347 für solche Frames verendet. In einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Frames zur Übertragung von Nachrichten verwendet, die gemäß dem ATM-AAL5-Protokoll formatiert sind. Typische Verwendungen von AAL5-Nachrichten sind Störungs- und Alarmbericht- und -signalisierungsoperationen bei Anruf-Aufbau und dgl.
Die TSU-Gatteranordnung 345 einer Ausführungsform ist eine feldprogrammierbare Gatteranordnung und implementiert die gesamte Eingangsfunktionalität (d.h. von der Schaltungsschnittstelle) und Ausgangsfunktionalität (d.h. zur Vermittlungsstruktur) für die TSU. Sie bearbeitet Nachrichten vom lokalen Prozessor 215, sendet Signalisierungsnachrichten im TDM-Datenstrom zum lokalen Prozessor 215, führt die Schaltungs-ATM-Adaptation durch sowie verschiedene andere Formen von Prüf- und Steuerfunktionen. Die TSU-Gatteranordnung 345 schreibt TDM-Schaltungsdaten und/oder Nachrichten des lokalen Prozessors in den Puffer 207 ein und liest TDM-Zellen und/oder Nachrichten des lokalen Prozessors aus dem Puffer 207 aus. Die Pufferoperationen sind zeitlich vorgeplant, um zu gewährleisten, dass eine entsprechende Bandbreite für die Adressierung sämtlicher Operationen zur Verfügung steht und die TSU mit deterministischer Verzögerung arbeitet.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist der Puffer 207 durch zwei physikalische Pufferspeicher gebildet, nämlich das Puffer-RAM 330 und das Steuer-RAM 335. Das Puffer-RAM 330 speichert die von der Schaltungsschnittstelle 104 empfangenen Schaltungsdaten und AAL5-ATM-Zellenströme, die für den Systemprozessor 109 bestimmt sind. Das Steuer-RAM 335 wird zum Halten von Datenstrukturen verwendet, die bei der Verarbeitung von Datenströmen eingesetzt werden.
Bei bestimmten Ausführungsformen hat das Puffer-RAM 330 einen Speicherbelegungsplan, so dass Speicherplätze mit höheren Adressen zum Halten von Daten für AAL5-Nachrichten verwendet werden und Speicherplätze mit niedrigeren Adressen zum Halten von Schaltungsdaten herangezogen werden. Weiters wird auf die Speicherplätze mit niedrigeren Adressen phasengesteuert zugegriffen. Auf diese Weise können von der Schaltungsschnittstelle kommende Schaltungsdaten in einer Phase in den Puffer platziert (in Wartestellung gereiht) werden, und die Daten können aus dem Puffer gelesen (aus der Warteschlange genommen) werden, um anschließend in einer zweiten Phase an die Vermittlungsstruktur gesendet zu werden. Dann können die Strukturen ausgetauscht werden, so dass die zur Bildung der Warteschlange verwendeten Puffer für die Auflösung der Warteschlange verwendet werden und umgekehrt.
Daten fließen in das bzw. aus dem Puffer-RAM 330 als zwei separate Prozesse: ein Eingangsprozess und ein Ausgangsprozess. Der Eingangs- und der Ausgangsprozess arbeiten simultan. Im Puffer-RAM 330 gespeicherte Daten werden typischerweise vorübergehend gespeichert, u.zw. gerade lange genug, um sie für die anschließende Auflösung der Zellen-Warteschlange und die Abgabe an die Vermittlungsstruktur 102 zeitlich festzulegen.
Genauer gesagt enthält die Eingangsfunktionalität die folgenden Daten und Steueroperationen, die zum Puffer-RAM 330 durchgeführt werden:

1. Puffer-TDM-Bytes von der Schaltungsschnittstelle 104;
2. Puffer-Nachrichten vom lokalen Prozessor 215.
3. Entfernen eines Puffers aus einer freien Warteschlange von Zellen, die zum Halten von Daten aus Nachrichten vom lokalen Prozessor verwendet werden;
4. Einreihen der Daten aus Nachrichten vom lokalen Prozessor enthaltenden Zelle in eine Warteschlange solcher Zellen; und
5. Einreihen von neu zugeordneten, TDM-Daten haltenden Zellen in eine Warteschlange solcher Zellen.

Diese Operationen werden nachstehend in Verbindung mit der Zeitablaufsteuerung solcher Operationen näher beschrieben.
Bezüglich der Ausgangsfunktionalität werden die folgenden Datenoperationen zum Puffer-RAM 330 von der Gatteranordnung 345 durchgeführt:

1. Lesen von zur Vermittlungsstruktur 102 zu sendenden TDM-Zellen;
2. Lesen von Zellen, die Nachrichten des lokalen Prozessors halten, welche an die Vermittlungsstruktur 102 zu senden sind;
3. Entfernen einer Zelle, die Nachrichten vom lokalen Prozessor hält, aus einer Warteschlange von solchen Nachrichten und Senden derselben an die Vermittlungsstruktur 102;
4. Einreihen einer Zelle, die Nachrichten vom lokalen Prozessor hält, in eine freie Warteschlange von solchen Nachrichten nach Senden der Zelle an die Vermittlungsstruktur 102;
5. Entfernen einer TDM-Zelle aus einer Warteschlange von solchen Nachrichten unter Verwendung einer Round-Robin-(Ring-) Zeitplanung für das Entreihen, und Senden einer solchen Zelle an den Schalter;
6. Einreihen einer TDM-Zelle in eine TDM-Warteschlange unter Verwendung einer Round-Robin-Zeitplanung.

Diese Operationen werden nachstehend in Verbindung mit der Zeitablaufsteuerung solcher Operationen näher beschrieben.
Der lokale Prozessor 215 kann auf das Puffer-RAM 330 auch für diagnostische Zwecke zugreifen, und der Systemprozessor 109 kann unter Verwendung einer (nicht dargestellten) seriellen Verbindung auf das Puffer-RAM zugreifen, um Kanalnummern in einer TDM-Zelle aus den nachstehend angeführten Gründen upzudaten.
Die verfügbaren Zellenpuffer für AAL5-Ströme werden unter Verwendung eines Listenverbundverfahrens mit Hardware-Support in der TSU-Gatteranordnung 345 verwaltet. Darüber hinaus werden die für ATM-Ströme verwendeten Zellenpuffer (mit Schaltungsdaten haltenden Zellen) auch unter Verwendung eines Listenverbunds mit Hardware-Support in der Gatteranordnung 345 verwaltet. Bei dieser Anordnung enthält jede Zelle (wie sie im Puffer-RAM gespeichert ist) einen Zeiger zur nächsten Zelle. Bei bestimmten Ausführungsformen gibt es Mehrfach-Listenverbunde pro Port. Die Zellen auf jeder Liste können, auch wenn sie für denselben Port bestimmt sind, unterschiedliche Schaltungsdatensätze hineingepackt enthalten. Bei bestimmten Ausführungsformen wird, nachdem eine Zelle aus der Warteschlange entfernt worden ist, diese Zelle durch Manipulation des Zeigers zum Ende der Liste „bewegt".
Wie oben ausgeführt, packt die TSU Daten aus Mehrfach- Schaltungen in eine vorgegebene Zelle zur Übermittlung an die Vermittlungsstruktur 102. Wenn nötig, erzeugt die TSU eine Zelle für jedes adressierbare I/O-Modul 103 und somit für jeden Port. Die TSU-Logik packt für irgendeine bestimmte Zelle Schaltungsdaten für bis zu 8 Schaltungen in die Zelle zusammen mit Informationen zur Identifizierung der den Daten entsprechenden speziellen Schaltung. Zellen für einen bestimmten Port werden miteinander verbunden, so dass die Liste die Zellen anordnet, die die Daten für alle TDM-Kanäle zu diesem Port halten.
4 zeigt das in der Zellen-Nutzlast verwendete Format. Bei dieser Anordnung sind Daten für 8 Kanäle CN0-CN7 enthalten, mit 4 Informations-Bytes, z.B. D0a-D0d für CNO, pro Kanal. Die Kanalnummernfelder 405 enthalten Informationen zur Identifizierung des Kanals, auf dem die Daten schließlich übertragen werden sollen, und die Datenfelder 410 enthalten die Kanaldaten. Durch Aufnehmen der Kanalnummerninformationen in die Zellen-Nutzlast wird das anschließende Demultiplexen vereinfacht. Alternative Ausführungsformen können mehr Informationen in eine Zelle packen, indem sie keine Kanalnummerninformationen 405 in die Zelle aufnehmen, aber zu Lasten eines etwas komplizierteren Demultiplexens.
5 veranschaulicht ein beispielhaftes Zellenformat. Die Zellen-Nutzlast 400 der 4 ist im Nutzlastfeld 510 einer solchen Zelle enthalten. Das Feld 515 der Zelle identifiziert den mit der Vermittlungsstruktur 102 verbundenen Port und somit das I/O-Modul, für welches diese Zelle bestimmt ist.
6 zeigt ein beispielhaftes Format für die Kanalnummer 405, die in einem bevorzugten Format der Zellen-Nutzlast 400 enthalten ist. Ein Validitäts-Bit 605 zeigt an, ob die Kanalnummer gültig ist, und damit, ob die entsprechenden Daten gültig sind. Beispielsweise unter Bezugnahme auf 4 entspricht CN0 den mit D 0a, D 0b, D 0c und D 0d bezeichneten Datenfeldern 410. Das Schnittstellengruppenfeld 610 identifiziert eine Gruppe von TDM-Kanälen, wie Leitungsschnittstellendaten (d.h. Schaltungsdaten), Überprüfungs/Überwachungsdaten und Daten aus dem lokalen Mikroprozessor 215. Jede Gruppe enthält 1024 Kanäle. Das DS1-Feld 615 richtet sich an eine DS1 innerhalb einer Gruppe. Das DS0-Feld 620 identifiziert die DS0 innerhalb eines DS1-Stroms. 7 zeigt beispielhafte Codierungen des Gruppenfelds 610.
8 zeigt, wie die Daten im Puffer-RAM 330 für eine bestimmte Zelle intern organisiert werden. Bei dieser Anordnung werden jeder Zelle 64 Bytes Raum im RAM 330 zugeordnet. Von diesen Bytes halten 48 Bytes die in Verbindung mit 4 beschriebenen Nutzlastinformationen. Die Daten werden derart im RAM 330 organisiert, dass sie bei einem sequentiellen Zugriff (beginnend mit der indexierten Adresse 802) in der in 4 gezeigten Organisation wiedergewonnen werden. Zusammen mit den Daten ist ein Zeiger 805 enthalten, der zur nächsten Zelle im RAM 330 zeigt, die für denselben Port bestimmt ist.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen sind zwei Sätze solcher Zellenorganisationen vorgesehen. Jedes Set enthält 1k Zellenorganisationen. Die Zellenanordnungen im Puffer-RAM 330 werden unter Verwendung von Listenverbundverfahren verwaltet, wo es eine fixe Speichermenge von 1k Zellen (64k Bytes) pro Satz gibt, und wo es eine freie Speicherliste von Zellen und individuelle Listen für jeden Port in der Vermittlungsstruktur 102 gibt. Auf die beiden Sätze von derartigen Zellen (und Listen) wird zeitlich getrennt zugegriffen. Bei diesem Ansatz ist eine der Zellen mit einem bestimmten Kanalnummernsatz (und somit für einen entsprechenden Port bestimmt) im Begriff, mit Schaltungsdaten entsprechend diesen Kanalnummern gefüllt zu werden, während eine andere Zelle, die bereits mit Schaltungsdaten für denselben Kanalnummernsatz gefüllt ist, im Begriff steht, aus dem Puffer 330 gelesen und zur Vermittlungsstruktur 102 gesendet zu werden. Ist die eine Zelle gefüllt, werden die Rollen getauscht. Das bedeutet, dass nunmehr aus der einen Zelle gelesen und in die andere Zelle geschrieben wird.
Bei bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Verwaltungsfunktionalität des Listenverbunds (d.h. das Lesen und Schreiben von nächsten Zeigerfeldern etc.) mittels einer Zeigermaschine in der Hardware (nicht dargestellt).
Die Kanalnummerninformationen werden gegebenenfalls bei jedem Anruf-Aufbau modifiziert (gleichzeitig mit der Modifizierung von ähnlichen Informationen im nachstehend beschriebenen Steuer-RAM). Diese Informationen werden vom Systemprozessor 109 transportiert.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird das Steuer-RAM 335 für folgendes verwendet:

1. den TDM-Datenpuffer des lokalen Mikroprozessors
2. Eingangskanaldeskriptoren
3. die Zellen-Zeitplantabelle
4. den TDM-Datenpuffer des Prüfports.

Wie oben ausgeführt, ist der lokale Mikroprozessor 215 für bestimmte Signalisierungsoperationen verantwortlich. Genauer gesagt werden Zeitschlitze innerhalb von SS7- oder PRI-ISDN-Verbindungen (oder anderen) zur Übermittlung von Signalisierungsinformationen verwendet. Der Systemprozessor 109 konfiguriert die TSU so, dass die TSU weiß, welche Zeitschlitze Signalisierungsinformationen enthalten, und dass die TSU diese Informationen extrahieren und an den lokalen Mikroprozessor 215 senden kann. Die TSU 205 sammelt diese Informationen vorübergehend im Steuer-RAM (um die Taktgeschwindigkeiten der verschiedenen Busse abzustimmen) und sendet diese Informationen schließlich an den lokalen Prozessor 215 über den Bus 315.
Der Systemprozessor 109 konfiguriert die Kanaldeskriptoren im Steuer-RAM 335 zusammen mit der Sitzungsverwaltung, wie Anruf-Aufbau und -Abbruch. Unter Anderem erkennen die Kanaldeskriptoren, wie der zugehörigen Eingangs-TDM-Kanal bearbeitet werden soll. Bei bestimmten Ausführungsformen wird auf diese Deskriptoren durch Verwendung einer (nicht dargestellten) seriellen Verbindung zugegriffen, doch bei alternativen Ausführungsformen kann der Zugriff zum Steuer-RAM durch Nachrichtenübermittlung zwischen dem Systemprozessor und dem lokalen Prozessor erfolgen. Die möglichen Operationen, die auf einem Kanal durchgeführt werden können (und somit in einem Kanaldeskriptor beschrieben werden können) sind: (1) Puffern der Daten als Benutzerdaten in einer an die Vermittlungsstruktur 102 zu sendende TDM-Zelle; (2) Abbilden der Daten als Signalisierungskanal auf einen zum lokalen Mikroprozessor 215 wandernden TDM-Strom; und (3) Abbilden der Daten auf einen Prüfport (z.B. zur Implementierung einer Durchgangsprüfung oder Rückschleife).
9 zeigt ein Beispiel eines Kanaldeskriptors 900. Das Test-Bit 905 zeigt an, ob der Kanal für einen Prüfport bestimmt ist. Der TN-Relativzeiger (Offset) 910 identifiziert den Zeitschlitz innerhalb des Prüfport-TDM-Stroms. Das lokale Bit 915 zeigt an, ob der Kanal für den lokalen Prozessor 215 bestimmt ist, und das lokale Schnittstellenfeld 920 schreibt vor, welche lokale Schnittstelle verwendet werden soll, z.B. ein TDM-Strom zum lokalen Prozessor 215 oder zu einem (nicht dargestellten) HDLC-Controllerchip. Der LN-Relativzeiger 925 identifiziert den Zeitschlitz innerhalb des lokalen TDM-Stroms. Das Validitäts-Bit 930 zeigt an, dass der Kanal gültig ist und die entsprechenden Daten im Puffer-RAM 330 gepuffert werden sollen. Der Zellenzeiger 935 zeigt auf den diesem Kanal zugeordneten Zellenpuffer. Der CN-Relativzeiger 940 ist der Relativzeiger innerhalb der TDM-Zelle für den Kanal.
10 ist eine Darstellung des Datenflusses für Schaltungsdaten. Die Daten werden mittels der TDM-Empfangslogik 1005 innerhalb der TSU-Gatteranordnung auf dem Bus 112 empfangen. Die Empfangslogik entnimmt die Eingangskanalnummer dem Zeitschlitz innerhalb des TDM-Schemas. Die entnommene Kanalnummer 1010 wird von der Kanalnachschlaglogik 1015 als Index 1020 in einen Abschnitt des zum Halten von Kanaldeskriptoren 1025 verwendeten Steuer-RAMs 335 herangezogen. Wie oben ausgeführt, enthält der Kanaldeskriptor u.a. einen TDM-Pufferzeiger. Der TDM-Pufferzeiger 1030 wird zur TDM-Kanalpuffer-Verwaltungslogik 1035 der Gatteranordnung retourniert. Neben dem Empfang des Zeigers vom Kanaldeskriptor 1025 empfängt die TDM-Kanalpuffer-Verwaltungslogik die TDM-Daten 1040 vom Bus 112 über die TDM-Empfangslogik 1005. Die Daten werden dann in den entsprechend indexierten Speicherplatz im Puffer-RAM 330 geschrieben. Die Kanalnummern werden in den Puffer-RAM 330 nur zum Zeitpunkt des Verbindungsaufbaus geschrieben.
Die im Steuer-RAM 335 enthaltene Zellen-Zeitplantabelle wird verwendet, um zu gewährleisten, dass die Kernstruktur 102 genügend Bandbreite für die I/O-Module 103 unter Vermeidung von Konkurrenz bietet. Die Verwaltung der Bandbreite erfolgt über eine Kombination aus Hardware und Software. Die am Systemprozessor 109 ausführende Software führt die Ressourcenverwaltung durch und ordnet die Schaltbandbreite unter allen Modulen am System zu. Die Resultate dieser Zuordnung werden in den Zellen-Zeitplantabellen der I/O-Module 103a-m gespeichert. Jedes I/O-Modul hat seine eigene Zellen-Zeitplantabelle, deren Eintragungen nur für diese bestimmte Zellen-Zeitplantabelle gelten.
Jedes Modul greift auf seine Zellen-Zeitplantabelle zu jeder Vermittlungsstruktur-Zellenzeit zu. Genauer gesagt greift jede TSU 205 in bestimmten Ausführungsformen auf seine Zellen-Zeitplantabelle unter Verwendung desselben Relativzeigers (oder Index) innerhalb der Zellen-Zeitplantabelle zu, die jede andere TSU zu diesem Zellenzeitmoment verwendet. Die Eintragungen in der Zellen-Zeitplantabelle speichern den Zielausgangsport, für den eine entsprechende Zelle zeitlich festgelegt ist. Zur Vermeidung von Konkurrenz an FSUs (und damit einem geringeren Bedarf an Warteschlangenpuffern und einer geringeren Warteschlangenverzögerung) gewährleistet die Software am Systemprozessor 109, dass zu keinem Zeitpunkt ein Ausgangsport in mehr als einer Zellen-Zeitplantabelle bei einem bestimmten Relativzeiger erscheint.
In einer Ausführungsform hat eine Zellen-Zeitplantabelle 736 Eintragungen und jede TSU zwei Zellen-Zeitplantabellen, auch wenn nur eine zu einem bestimmten Zeitpunkt „aktiv" ist. (In einem 125-Mikrosekundenrahmen gibt es 184 Zellenzeiten). Während eine Tabelle in Verwendung ist, kann die System-Software die andere Tabelle defragmentieren, so dass sie effizienter genutzt werden kann, wenn sie aktiviert wird. Sobald sie aktiviert worden ist, kann die erste Tabelle defragmentiert werden usw. Die Fragmentierung kann als natürliche Konsequenz eines Anruf-Aufbaus und -Abbruchs erfolgen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Menge der Zeitplaneintragungen je nach gewünschtem Kompromiss für eine akzeptable Verzögerung variieren. Zum Beispiel können bei anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Kanalnummern in eine bestimmte Zelle und dementsprechend weniger oder mehr Kanaldaten-Bytes pro Kanal in eine bestimmte Zelle gepackt werden. Diese Kompromisse wirken sich auf die Anzahl von Eintragungen in der Zeitplantabelle aus.
Der in der Zellen-Zeitplantabelle gespeicherte Portwert identifiziert nicht nur den Ausgangsport, dem eine Zelle zeitlich zugewiesen ist, sondern wird als Index in einer Kopfsatztabelle einer Zellenwarteschlange verwendet, um auf den Listenverbund zu weisen, den die nächste an diesen Port zu sendende Zelle hält. So hat jeder Port, wie oben ausgeführt, einen Listenverbund von Zellen im zugehörigen Puffer-RAM 330. Die nächste Zelle wird aus dem Listenverbund im Puffer-RAM 330 gelesen und an die PISO-Schaltung 340 zur Übertragung an die Vermittlungsstruktur 102 gesendet.
11 veranschaulicht die Steuerung und den Datenfluss für das zeitliche Planen von Zellen zur Vermittlungsstruktur aus der Perspektive eines gegebenen I/O-Moduls 103 (und enthält nicht die Perspektive des Systemprozessors und seiner globalen Software für die Zuweisung von Ressourcen, die zur Programmierung der Zellen-Zeitplantabellen verwendet wird). Die Zeitablauf- und Synchronisierungsschaltung 1105 des Systems gewährleistet, dass alle TSUs einen Zellen-Zeitplantabellenindex (CST-Index) 1110 synchron haben. Der CST-Index 1110 weist auf eine von 736 Zellen-Zeitplantabelleneintragungen 1115 in der Zellen-Zeitplantabelle 1120 hin, die im Steuer-RAM 335 gespeichert sind. Die Tabelleneintragung stellt eine Ausgangsportnummer 1125 zur Verfügung, die zur Identifizierung eines Zellenwarteschlangen-Kopfsatzes 1130 aus einer Mehrzahl von Zellenwarteschlangen-Kopfsätzen (ein Kopfsatz pro Port im System) verwendet wird. Der Zellenwarteschlangen-Kopfsatz 1130 wird von der Puffer-RAM-Zugriffslogik 1135 verwendet, um auf eine TDM-Zelle 1140 im Puffer-RAM 330 zuzugreifen. Ist die Eintragung in der Zellen-Zeitplantabelle als ungültig vermerkt, kann die Logik diese Zellen-Planzeit verwenden, um Nichtschaltungsdaten wie Testdaten oder verzögerungsunempfindliche Zellen zu senden. Diese Zellen werden bei bestimmten Ausführungsformen mit niedriger Priorität vermerkt und zu irgendeinem Port auf der Vermittlungsstruktur gesendet. Eine gegebenenfalls aufgrund dieser Zellen (d.h. Zellen mit niedriger Priorität) resultierende Konkurrenz wird von der Vermittlungsstruktur selbst gelöst. Das bedeutet, dass die Zeitplanung von Schaltungsdatenzellen eine Konkurrenz an jedem Port vermeiden sollte, es aber zu einer Konkurrenz von Nichtschaltungsdaten kommen kann, in welchem Fall die Konkurrenz von der Struktur 102 aufgelöst wird.
Diese TDM-Zelle weist das zuvor beschriebene Format bzw. die zuvor beschriebenen Daten auf. Bei manchen Ausführungsformen verändert die Logik den Kopfsatz der Zellen an dieser Stelle, um den Port zu identifizieren, für den die Zelle bestimmt ist. Darüber hinaus kann die Logik in manchen Ausführungsformen den Kopfsatz modifizieren, um eine entsprechende Prioritätsstufe wiederzugeben, die vom Kern 102 zu verwenden ist. Beispielsweise können Zellen, die Schaltungsdaten übertragen (wozu oft verzögerungsempfindliche Sprachdaten gehören) mit der höchsten Priorität vermerkt sein, aber Zellen, die keine Sprachdaten übertragen (wie für Computer-Computer-Kommunikationen über Rahmen-Relaisschaltungen) mit niedrigerer Priorität vermerkt sein. Die Zelle 1145 wird dann aus dem RAM 330 gelesen und zur Übertragung an die Vermittlungsstruktur 102 an die PISO-Schaltung 340 gesendet.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 3 empfängt eine PISO-Schaltung 340 (parallele Ein- und serielle Ausgabe – Parallel-In-Serial-Out) Byte-Informationen von der TSU und serialisiert sie zur Übermittlung an den Kern der Vermittlungsstruktur 102. Redundante Vermittlungsstrukturen werden in manchen Ausführungsformen unterstützt, indem die seriellen Daten auf zwei separaten seriellen Bussen SF A und SF B gesendet werden.
Zwischen der TSU 205 und der FSU 210 existiert eine Schnittstelle 350. Diese Schnittstelle wird für eine Rückschleife oder Durchgangsprüfung verwendet.
FSU
Unter nochmaliger Bezugnahme auf 3 enthält die FSU 210 eine FSU-Gatteranordnung 360, ein Steuer-RAM 365, ein Puffer-RAM 370 und eine SIPO-Schaltung 375. Die FSU 210 kommuniziert mit dem Übertragungsabschnitt 310 der Schaltungsschnittstelle 104 über den Bus 112.
Eine SIPO-Schaltung (Serial-In-Parallel-Out – seriell ein-parallel-aus) – 375 empfängt serialisierte Zelldaten vom Kern der Vermittlungsstruktur und parallelisiert sie zur Übertragung an die FSU 210. Die serialisierte Form entspricht der oben besprochenen standardisierten Zellenform mit 64 Bytes. Redundante Vermittlungsstrukturen werden in bestimmten Ausführungsformen unterstützt, indem die seriellen Daten auf zwei separaten seriellen Bussen SF A und SF B empfangen werden. Für den Nachweis der Ankunft einer Zelle detektiert die SIPO-Schaltung 375 ein zuvor definiertes Synchronisierungssignal auf der seriellen Schnittstelle. Jede Zelle wird auf CRC-Konformität geprüft, um Fehler zu lokalisieren und zu isolieren. Die SIPO-Schaltung speichert empfangene Zellen vorübergehend in einem internen FIFO-Pufferspeicher (nicht dargestellt).
Die FSU 210 kann auch einen TDM-Strom vom lokalen Mikroprozessor 215 empfangen. Dieser TDM-Strom besteht aus den Signalisierungskanälen, z.B. SS7 und LAPD, wie in Bezug auf die TSU erörtert.
Die FSU-Gatteranordnung 360 einer Ausführungsform ist eine feldprogrammierbare Gatteranordnung und implementiert die gesamte Eingangsfunktionalität (d.h. von der Vermittlungsstruktur) und Ausgangsfunktionalität (d.h. zur Vermittlungs struktur) für die FSU. Unter Anderem implementiert die Gatteranordnung 360 ein lokales Busprotokoll zur Schaffung eines Lese- und Schreibzugriffs zu den Registern und anderen Zuständen, die im Systemadressraum abgebildet sind. Sie bildet auch eine Rahmenschnittstelle zum Bus 112 und sieht verschiedene Formen der Tongenerierung, Signalunterstützung und Rückschleifenprüfung vor. Darüber hinaus ermöglicht sie den ATM-Zellentransfer (d.h. Bildung einer FSU-Warteschlange) und TDM-Rahmentransfers (d.h. Abbau einer FSU-Warteschlange).
Das Puffer-RAM 370 wird auch zur Speicherung von AAL5-Zellendaten für die Schnittstelle 325 des lokalen Prozessors verwendet, ähnlich wie für die TSU beschrieben. Das RAM 370 speichert auch TDM-Daten, die für die Schaltungsschnittstelle 104 bestimmt sind. Das Steuer-RAM 365 wird zum Halten von Signalisierungsinformationen und Prüfdaten, z.B. für Kontinuitätsprüfung, verwendet.
Für den lokalen Mikroprozessor bestimmte Zellen werden auf Listenverbunden, die eine Liste von freien Zellpuffern enthalten, verwaltet. Die Hardware bereitet die für den Listenverbund verwendeten Zeiger ähnlich wie für die TSU auf.
Die TDM-Daten kommen in Zellen an, die die oben dargelegte und in Verbindung mit 4 beschriebene Nutzlastkonfiguration aufweisen. Die Kanalnummern innerhalb der Nutzlast liegen in der oben in Verbindung mit der Beschreibung der 6 beschriebenen Form vor. Die Kanalnummer identifiziert den spezifischen Ausgangs-DS0-Kanal, auf dem die entsprechenden Daten übertragen werden sollen.
Das Puffer-RAM 370, das die vom Vermittlungsstruktur-Kern 102 empfangenen Daten hält, ist ähnlich wie oben für das TSU-Puffer-RAM beschrieben mehrphasig (d.h. zeitlich getrennt) gesteuert.
Für Zellen, die Schaltungsdaten halten, schneidet die FSU die Schaltungsdaten aus und speichert sie in den entsprechend gephasten Pufferspeicherplätzen des RAM 370 auf Basis der in der Nutzlast enthaltenen Kanalnummerinformationen. Die Kanalnummern in der Nutzlast werden beispielsweise zur Bildung von Indices in das Puffer-RAM verwendet, damit die Speicherplätze die entsprechenden Daten halten.
Gleichzeitig mit dem Schreiben in das Puffer-RAM können Daten auch aus dem RAM gelesen und entweder zur Schaltungs schnittstelle 104 oder zum lokalen Prozessor 215 gesendet werden. Die FSU-Logik iteriert durch ausgehende Zeitschlitze, und während des Prozesses durch das Puffer-RAM 370 auf organisierte Weise, um zum entsprechenden Zeitpunkt auf die für die relevanten Zeitschlitze relevanten Daten zuzugreifen. Die Logik startet mit der niedrigsten Nummer DS0 und liest diese für alle DS1 für alle DS3-Schaltungen aus; dann wiederholt die Logik dasselbe für die nächst hohe Nummer DS0 usw. Beim Lesen der Daten werden diese auf dem Bus 112 zur Schaltungsschnittstelle zur Verfügung gestellt. RAM-Zyklen sind reserviert, um zu gewährleisten, dass die Signalisierungsnachrichten gelesen und zum lokalen Prozessor gesendet werden können. Sobald die Daten für alle DS3 gelesen worden sind, werden die Puffer ausgetauscht (d.h. zeitlich getrennt) und der Prozess wiederholt.
Für ATM-Zellen (d.h. AAL5-Nichtschaltungsdaten) puffert die FSU die Zelle im Puffer-RAM 370 vorübergehend, bis sie zum lokalen Prozessor gesendet werden kann.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird das Steuer-RAM 365 für folgendes verwendet:

1. Mischen von Deskriptoren
2. Puffern von Signalisierungsdaten aus dem lokalen Mikroprozessor 215
3. Puffern von Daten aus einem Prüfport
4. Puffern von Daten für die Kontinuitätsrückschleife
5. Nachschlagen von Tabellen zur Tongenerierung

12A zeigt eine beispielhafte Partition des Steuer-RAM 365.
12B zeigt eine Beispiel eines Mischdeskriptors 1200 und wie dieser in Bezug auf andere Mischdeskriptoren für eine DS3-Schaltung organisiert ist. Jeder TDM-Schaltung ist ein einziger Mischdeskriptor mit 2 Bytes zugeordnet. Das untere Byte 1205 des Deskriptors wählt eine von 16 möglichen Quellen aus. 12C zeigt beispielhafte Codierungen auf diesem Gebiet und die entsprechenden Informationsquellen für Daten für die entsprechenden Zeitschlitze. Das obere Byte 1210 wird nur dann verwendet, wenn das untere Byte 1205 für Prüfport- oder Signalisierungskanal-Codierungen eingestellt ist. In diesem Fall spezifiziert das obere Byte einen Zeitschlitz, wann der Prüfport oder Signalisierungsdaten in den TDM-Strom gemischt werden sollen.
13 veranschaulicht den Datenfluss empfangender Zellen vom Kern der Vermittlungsstruktur. Die Zellen werden von der SIPO-Schaltung 375 empfangen. Die SIPO-Schnittstelle 1305 empfängt die Zellendaten in parallelisierter Form von der SIPO-Schaltung 375 und extrahiert eine Kanalnummer 1310 aus den Zelldaten. Die Kanalnummer wird als Index in das Puffer-RAM 370 zu spezifischen Speicherplätzen 1315 für TDM-Daten verwendet.
13 veranschaulicht auch den Datenfluss für den Empfang von Signalisierungsinformationen vom lokalen Prozessor 215. Die Signalisierungsinformationen werden über die Verbindung 325 an die Signalisierungsschnittstelle 1320 der FSU-Gatteranordnung 360 gesendet. Diese Informationen werden dann im Signalisierungsabschnitt 1325 des Steuer-RAM 365 gespeichert. Rückschleifeninformationen von der TSU können über die FSU-Gatteranordnung 360 in den Kontinuitätsprüfabschnitt 1330 des Steuer-RAM 365 gesendet werden.
14 veranschaulicht den Datenfluss zur Übertragung von Schaltungsdaten von der FSU 210. Die Ausgangskanalnummer 1410 (nämlich zu Nachrichtenverbindungen wie T1, T3 od. dgl.) wird durch die Zeitablauflogik 1405 des Systems festgelegt. Die Zeitablaufsteuerung des Systems kann durch global verteilte Zeitablaufsteuerimpulse zur Synchronisierung von Übertragungen gesteuert werden. Die Kanalnummer 1410 wird zur Indexierung in den Mischdeskriptorabschnitt 1415 des Steuer-RAM 365 verwendet. Der ausgewählte Mischdeskriptor enthält Ausgangsselektorinformationen 1420, um die Quelle der zu mischenden Informationen anzuzeigen. Die Ausgangsselektorinformationen 1420 werden von der TDM-Mischeinheit 1425 empfangen. Die Mischeinheit 1425 empfängt auch TDM-Daten 1430 vom TDM-Kanal-Puffermanager 1435, und sie empfängt Daten von den Signalisierabschnitten und Kontinuitätsabschnitten des Steuer-RAM. Wie oben ausgeführt, legen die Selektorinformationen fest, welche dieser Quellen angesteuert werden sollen. Bei bestimmten Ausführungsformen durchläuft der Manager 1335 sämtliche Schaltungen unabhängig davon, ob der Kanal gültig ist oder nicht. Die Mischeinrichtung positioniert die TDM- oder andere Daten in der richtigen Zeitschlitzorganisation und sendet sie zur TDM-Übertragungsschnittstelle 1340, die dann die Daten über den Bus 112 zur Über tragungsschaltungsanordnung der Schaltungsschnittstelle 104 sendet.
In der gesamten Beschreibung wird von „Rahmen" („Frame") gesprochen. Zum Beispiel arbeiten sämtliche FPGAs synchron miteinander und mit einem TDM-Rahmen. Auch wenn dieser Ausdruck zur Bezeichnung eines Zeitraums entsprechend Telekommunikationsrahmen verwendet wird, heißt das nicht, dass die Zeiträume mit den Telekommunikationsrahmen phasenabgeglichen sind. Es wird nämlich erwartet, dass die verschiedenen Nachrichtenverbindungen Rahmen mit gleicher oder ähnlicher Sequenz haben, nicht aber phasenabgeglichen sind, und dass alle ihre eigenen Rahmenbegrenzung aufweisen.
In der vorliegenden Beschreibung wurden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine Kern-Vermittlungsstruktur beschrieben, die ATM-Zellen fixer Größe verwendet. Die Konzepte und Verfahren erstrecken sich jedoch auf paketbasierende Vermittlungskerne, und in diesem Sinn wird der Ausdruck „Paket" im weiter Sinn als „Zelle" verwendet. Analog zu Zellen enthalten Pakete Nutzlasten und Kopfsätze, sie können aber größenmäßig variieren.
Auch wenn eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben worden ist, sollte dem Fachmann klar sein, dass Änderungen an der beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von dem in den angeschlossenen Patentansprüchen definierten Bereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

System zum Vermitteln von Informationen in einem Zeitmultiplex-(TDM)-Kommunikationsnetz, in dem die TDM-Zeitschlitze Schaltungsinformationskanälen entsprechen, mit: einer Schaltungsschnittstelle enthaltend eine Logik für den Empfang von Informationen vom TDM-Kommunikationsnetz zum Extrahieren von Daten aus diesem und für das Versehen eines internen Busses mit den extrahierten Schaltungsdaten, und eine Logik für den Empfang von Schaltungsdaten von einem internen Bus und für die Übertragung der vom internen Bus empfangenen Daten an das TDM-Kommunikationsnetz (104a-104m); einer Vermittlungsstruktur („Switching-Fabric") (102), die geeignet ist, Pakete mit einem Kopfsatz und einer Nutzlast zu empfangen, wobei der Kopfsatz Informationen zum Identifizieren eines Ziels für das Paket enthält, und wobei die Struktur geeignet ist, ein empfangenes Paket entsprechend der Zielidentifikation im Kopfsatz zu übertragen; einer Adaptationslogik (105a-105m), die auf die Schaltungsschnittstelle anspricht, enthaltend eine Logik zum Packen von Informationen von Mehrfach-Schaltungen in eine Nutzlast eines Pakets; eine Zeitplanlogik für die Steuerung der Abgabe eines Pakets mit einer mit Informationen von Mehrfach-Schaltungen gepackten Nutzlast; eine Logik für den Empfang von Paketen von der Schaltstruktur; und eine Logik für die Extraktion von Schaltungsdaten aus Mehrfach-Paketen auf einen identifizierten Kanal; welches System dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Adaptationslogik (105a-105m) weiters eine Logik zum Vorsehen von Kanalnummern in der Nutzlast des Pakets enthält, wobei die Kanalnummern den Kanal identifizieren, auf dem die Schaltungsdaten schließlich übertragen werden sollen; und das System weiters mindestens eine andere Adaptationslogik-Instanz mit einer Zeitplanlogik enthält, wobei die Zeitplanlogiken innerhalb aller Adaptationslogik-Instanzen zusammenarbeiten, um zu gewährleisten, dass es für jede Planzeit keine Konkurrenz für ein spezifiziertes Ziel gibt; und wobei jede Adaptationslogik-Instanz eine zugeordnete Anschlussidentifikation aufweist, und wobei die identifizierten Ziele eines Pakets Anschlussidentifikationen sind, und wobei die Zeitplanlogik eine Zellen-Zeitplantabelle mit Eintragungen enthält, die den Anschluss spezifizieren, an den ein Paket gesendet werden soll, und wobei auf jede Zellen-Zeitplantabelle über einen synchronisierten Index zugegriffen wird, und wobei die Tabelleneintragung für jeden Indexwert einen Anschluss spezifiziert, der sich von den von allen anderen Zellen-Zeitplantabellen spezifizierten Anschlüssen unterscheidet.
System nach Anspruch 1, wobei die Logik zum Packen von Informationen von Mehrfach-Schaltungen in eine Nutzlast und die Logik zum Vorsehen von Kanalnummern zur Verschränkung von Schaltungsdaten und Kanalnummern in der Nutzlast zusammenwirken.
System nach Anspruch 2, wobei die verschränkte Beziehung durch Vorsehen von zwei Kanalnummern, gefolgt von vier Informationsbytes für jeden Kanal, definiert ist und die Beziehung für insgesamt acht Kanäle wiederholt ist.
System nach Anspruch 1, wobei jedes Paket eine ATM-Zelle (ATM – Asynchroner Transfer-Modus) fixer Größe ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Logik für die Extraktion von Schaltungsdaten eine Logik für den Zugriff auf die Nutzlast eines empfangenen Pakets und für die Speicherung von Schaltungsdaten darin an vorbestimmten Stellen in ein RAM entsprechend dem Zeitschlitz der Schaltungsdaten und weiters eine Logik für die Iteration durch das RAM in Verbindung mit der Zeitrelation der Schaltungen, zum Auslesen der Daten aus dem RAM und zur Weiterleitung derselben an den Kanal, enthält.
System nach Anspruch 5, wobei das RAM eine Mehrphasenanordnung ist, wobei Daten in einen Teil des RAMs geschrieben werden können, während gleichzeitig Daten aus einem anderen Teil ausgelesen werden können, und wobei nach dem Schreiben von Daten in den einen Teil und Lesen von Daten aus dem anderen Teil aus dem einen Teil gelesen und in den anderen Teil geschrieben wird.
Verfahren zum Vermitteln von Informationen in einem Zeitmultiplex-(TDM)-Kommunikationsnetz, in dem die TDM-Zeitschlitze Schaltungsinformationskanälen entsprechen, umfassend die folgenden Vorgänge: Empfangen von Informationen vom TDM-Kommunikationsnetz, Extrahieren von Schaltungsdaten daraus, Packen von Informationen von Mehrfach-Schaltungen in eine Nutzlast eines Pakets, zeitliches Planen der Abgabe eines Pakets mit einer Nutzlast, in der Informationen von Mehrfach-Schaltungen gepackt sind, an eine Vermittlungsstruktur, welche geeignet ist, Pakete mit einem Kopfsatz und einer Nutzlast zu empfangen, wobei der Kopfsatz Informationen zum Identifizieren eines Ziels für das Paket enthält, und wobei die Struktur ein empfangenes Paket entsprechend der Zielidentifikation im Kopfsatz übertragen kann, Empfangen von Paketen von der Vermittlungsstruktur und Zusammenmischen von Schaltungsdaten aus mehrfachen empfangenen Paketen auf einen identifizierten Kanal des TDM-Kommunikationsnetzes, dadurch gekennzeichnet, dass Kanalnummern in der Nutzlast des Pakets vorgesehen werden, wobei die Kanalnummern den Kanal identifizieren, auf dem die Schaltungsdaten schließlich übertragen werden sollen; und wobei das zeitliche Planen die Gewährleistung beinhaltet, dass es für jede Planzeit keine Konkurrenz für ein spezifiziertes Ziel gibt; und wobei weiters die identifizierten Ziele in einem Paket Anschlussidentifikationen sind, und wobei der Schritt des zeitlichen Planens durch Zugriff, mit einem Index, auf eine Zellen-Zeitplantabelle mit Eintragungen erfolgt, die den Anschluss spezifizieren, an den ein Paket gesendet werden soll, und wobei die Tabelleneintragung für jeden Indexwert einen Anschluss spezifiziert, der sich von den von allen anderen Zellen-Zeitplantabellen spezifizierten Anschlüssen unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Vorgang des Packens von Informationen von Mehrfach-Schaltungen in eine Nutzlast und die Logik und der Vorgang zum Vorsehen von Kanalnummern zwecks Verschränkung von Schaltungsdaten und Kanalnummern in der Nutzlast zusammenwirken.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Vorgang des Vorsehens von Kanalnummern zwei Kanalnummern vorsieht und der Vorgang des Packens vier Informationsbytes für jeden Kanal vorsieht, und wobei die obigen Vorgänge für insgesamt acht Kanäle wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei jedes Paket eine ATM-Zelle fixer Größe ist.