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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Vorliegende
Erfindung betrifft faseroptische Kommunikationssysteme im allgemeinen,
und insbesondere ein System zum Fortleiten von Daten zwischen Quellen-
und Bestimmungspunkten über
ein optisches Metro-Zugriffs-Kommunikationssystem.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Zugriffs-Kommunikationssysteme
sind in den vergangenen Jahren immer mehr in Einsatz gekommen. Diese
Systeme ermöglichen
die Übertragung
von Informationen von einer Stelle zu einer anderen nach einer Vielzahl
von Protokollen über
unterschiedliche Netzwerke, üblicherweise
das IP (Internet-Protokoll) Netzwerk, das TDM (Time Division Multiplexing)
Netzwerk, und das ATM (Asynchronous Transmission Mode) Netzwerk.
Typischerweise werden Daten nach diesen Protokollen optisch über Lichtleiter,
z. B. mit Hilfe von DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) übertragen,
die die Übertragung
von erheblich größeren Bandbreiten
als über
traditionelle Kupferleiter ermöglichen.
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Netzwerke
sich ändernder
Größen und
Datenmengen sind zur Übertragung
von Daten über
die gesamte Welt errichtet worden. Solche Netzwerke sind schematisch
in 1 dargestellt. Die kleinsten Netzwerke auf lokalem
Pegel sind als lokale oder Enterprise-Netzwerke bekannt. Eine Vielzahl von
lokalen Netzwerken, die räumlich
eng beieinander angeordnet sind, werden typischerweise in einem
Metro-Zugriffs-Netzwerk 14 verbunden,
das z. B. eine Stadt umfassen kann. Eine Vielzahl von Metro-Zugriffs-Netzwerken 14 sind
miteinander in einem Metro-Stütz(backbone)-Netzwerk 16 verbunden,
das eine Mehrzahl von Städten
oder ein ganzes Land umfasst und schließlich einem Weitverkehrs-Stütz(backbone)-Netzwerk 18,
das mehrere Länder
oder Metro-Stütz(backbone)-Netzwerke
für eine Übertragung über große Entfernungen
koppelt.
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Um
Informationen auf diese Netzwerke aufzugeben, werden eine Vielzahl
von Schaltern verwendet. Teilweise sind diese Schalter erforderlich, um
die Datengeschwindigkeit zu verändern,
mit der die Daten transportiert werden. Dies ist jedoch nicht über die
ganze Welt gleichbleibend. So werden unterschiedliche Datengeschwindigkeiten
bei entsprechenden Pegeln von Netzwerken an unterschiedlichen Stellen
verwendet. Beispielsweise übertragen lokale
Zugriffs-Netzwerke über
begrenzte Bandbreiten mit Datengeschwindigkeiten, die sich von T1,
E1 (1,5–2
Megabits pro Sekunde) bis Gigabit Internet ändern, und Metro-Zugriffs-Netzwerke
zwischen etwa OC-12 (622 Megabits pro Sekunde) bis OC-48 (2,5 Gigabits
pro Sekunde), während
Metro-Stütz-Netzwerke
und Weitverkehrs-Stütz-Netzwerke
Datenübertragungsgeschwindigkeiten
von 2,5 Gigabits pro Sekunde und dem OC-48 fachen der Anzahl von
verfügbaren
Wellen-längen
haben und bis zu 10 Gigabits pro Sekunde bei wahlweiser DWDM Netzwerk-Bandbreiten-Expansion
reichen, so dass die Übertragung
von zunehmenden Mengen an Daten ermöglicht wird.
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Um
die Anzahl von Benutzern bei einem gegebenen System zu erhöhen, ist
es entscheidend geworden, die Bandbreite der Übertragungen zu erhöhen und/oder
die Übertragungsgeschwindigkeit
zu vergrößern, während die
Qualität
des Service (QoS), die jedem Kunden geboten wird, berücksichtigt
werden muß.
Zusätzlich übertragen
unterschiedliche Übertragungs-Netzwerke
mit unterschiedlichen Bitraten aufgrund unterschiedlicher Netzwerk-Topologien. Es
gibt Wavelength Division Multiplexing (WDM) Netzwerke, bei denen
Daten über
eine Vielzahl von Wellenlängen übertragen
werden, wobei jede Wellenlänge
einem unterschiedlichen Service zugeordnet ist. Es gibt Telefonleitungen,
die effektiv eine Vielzahl von Benutzern auf einer einzelnen Leitung
kombinieren, als T1 und T3 bekannt. Das Synchronous Optical Network,
bekannt als SONET und international als SDH, ist ein internationaler
Standard zum Verbinden von faseroptischen Übertragungssystemen. Der Standard
legt eine Hierarchie von Schnittstellen-Geschwindigkeiten fest,
die es ermöglichen,
dass Datenströme
mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten im Multiplex-Verfahren betrieben
werden. Mit der Implementation von SONET können Kommunikations-Carrier über die
ganze Welt ihre vorhandenen digitalen Carrier- und faseroptischen
Systeme miteinander verbinden.
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Eine
weitere derzeitige Lösung
ist die Dense Wavelength Division Multiplexing Technologie (DWDM).
DWDM ist eine optische Technologie, die verwendet wird, um die Bandbreite über vorhandene faseroptische
Stützen
(backbones) zu erhöhen. DWDM
arbeitet dadurch, dass Mehrfach-Signale gleichzeitig bei unterschiedlichen
Wellenlängen
auf dem gleichen Lichtleiter kombiniert und übertragen werden. Im Prinzip
wird ein Lichtleiter in virtuelle Mehrfach-Lichtleiter umgeformt.
Man kann sechzehn OC-48 Signale in einen Lichtleiter multiplexen
und die Trägerkapazität dieses
Lichtleiters von 2,5 Gigabits/sec auf 40 Gigabits/sec erhöhen. Derzeit
sind dank DWDM einzelne Fasern in der Lage, Daten mit Geschwindigkeiten
von bis zu 400 Gigabits/sec und darüber zu übertragen. Da die Betreiber
jedes Lichtleiters mehr Kanäle
hinzufügen,
sind Terabit-Kapazitäten
absehbar.
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Der
Aufsatz von Masetti et al „Photonic
Access Concentrator for ATM Gigabit Switching Fabrics", Journal of Light
Wave Technology IEEE, New York, Band 13, Nr. 11 vom 01. November
1995, Seiten 2142–2151
beschreibt einen photonischen Zugriffs-Konzentrator für ATM Gigabit-Schaltsysteme. Der
photonische Zugriffs-Konzentrator
weist einen Verkehrs-Konzentrator und einen Zellen-Multiplexer auf.
Der Konzentrator nimmt den ankommenden Verkehr, der aus ATM-Zellen
besteht, auf und führt
Konzentrations- und Multiplex-Vorgänge durch. Daten, die in das
System eingehen, sind in ATM-Zellen umgewandelt worden.
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Der
Aufsatz von Eng, K. Y, et al „A
Framework for a National Broadband (ATM/B-ISDN) Network", International Conference
on Communications, in Verbindung mit Supercomm Technical Sessions, Atlanta,
15.–19.
April 1990, New York, IEEE, Band 2, 15. April 1990, Seiten 515–520 beschreibt
einen Rahmenaufbau für
ein nationales Breitband ATM/B-ISDN Netzwerk. Jeder Netzwerkknoten
ist ein ATM Paket-Schalter hoher Leistung, der Eingangszellen mit einer
ausgewählten
Geschwindigkeit annimmt und sowohl als „LAN-LAN-Zwischenverbindung" wie auch als Paket-Konzentrator
für Verkehr
dient, der für andere
Netzwerkknoten und LANs bestimmt ist.
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Alle
diese bekannten Systeme sind dadurch beschränkt, dass Daten nach jedem
getrennten Protokoll in einem zentralen Büro aufgenommen und verarbeitet
werden müssen,
um eine Verbindung mit einem Netzwerk zu ermöglichen. Wie vorstehend ausgeführt, ist
ein getrenntes Netzwerk für
IP-, ATM- und TDM-Übertragungen
erforderlich. Um die Übertragung
von Daten, die nicht unter eine dieser Kategorien fallen, zu ermöglichen,
ist es notwendig, die Daten an der Quelle und an der Bestimmungssstelle in
eines der Protokolle oder von einem der Protokolle umzuwandeln,
die über
das Netzwerk übertragen werden
können.
Damit muss jeder Endnutzer Geräte zur
Umwandlung des Protokolls benutzen. Ferner nutzt keines dieser Systeme
die volle Kapazität
von optischen Lichtleitern aus.
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Es
besteht seit langem der Bedarf, ein Metro-Zugriffs-Kommunikationssystem
zur Verfügung zu
haben, das die Anwendung von optischen Lichtleitern optimiert, und
es ist außerordentlich
erwünscht, solche
Systeme bereit zu stellen, die eine erhöhte Bandbreite, jedoch bei
weniger Komplexität
im Gesamt-Kommunikationssystem.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Mit
vorliegender Erfindung wird ein Datenübertragungssystem vorgeschlagen,
das die Verwendung der Bandbreitenkapazität von optischen Lichtleitern
optimiert und den Aufwand an Geräten,
die an jeder lokalen Stelle im Netzwerk erforderlich sind, reduziert.
Dies wird dadurch erreicht, dass ein neuartiges Verfahren zum Organisieren
von Daten, die in Paketen übertragen
werden sollen, implementiert wird, das die Übertragung von Daten nach unterschiedlichen
Protokollen ohne Umwandlung von einem Protokoll in ein anderes ermöglicht.
Die verschiedenen Dienstleistungen werden an einer lokalen Service-Erfassungs-Einheit
gesammelt, die in vorliegender Beschreibung auch als optisches Netzwerk-Terminal
(ONT) bezeichnet wird, in Pakete verarbeitet und an eine Zusammenführvorrichtung übertragen,
die die Serviceleistungen von jeder Service-Erfassungseinheit sortiert
und ähnliche
Serviceleistungen aus den verschiedenen Service-Erfassungseinheiten
zur Übertragung über das
geeignete Netzwerk verbindet.
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Gemäß der Erfindung
wird ein System für
die Datenübertragung über ein
optisches Netzwerk vorgeschlagen, das mindestens eine Service-Erfassungseinheit
mit einem Erfassungs-Modul zum Erfassen einer Vielzahl von Service-Daten,
die übertragen
werden sollen, einem Verarbeitungs-Modul zum Verarbeiten der Serviceleistungen
in ihren Original-Protokollen in Pakete, einem Paket-Übertragungs-Modul
zur Umwandlung der Service-Leistungen in optische Signale auf einem
Lichtleiter zur Übertragung
in ein Metro-Netzwerk, und einem Aggregator bzw. einer Zusammenführ-Vorrichtung, die mit
einer Vielzahl von Service-Erfassungseinheiten zur stromauf und
stromab erfolgenden optischen Kommunikation gekoppelt sind, und
mit einem Sortier-Modul
zum Sortieren der Service-Leistungen aus einer Vielzahl von Paketen
entsprechend dem Service-Typ, und einem Service-Zusammenführ-Modul zum
Kombinieren gleicher Serviceleistungen für die Übertragung über ein geeignetes Service-Netzwerk, aufweist.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung besitzt die Service-Erfassungseinheit des
Systems mindestens eine Service-Schnittstelle, ein Paketier-Modul zur Aufnahme
von Services aus der Schnittstelle und zum Einführen der Services in Pakete,
ein Markier-Modul zur Markieren der Pakete, und einen Paketschalter,
der zwischen Markier-Modul und einem Trunk eingekoppelt ist, um
die Pakete auf mindestens einen optischen Empfänger der Service-Erfassungseinheit
zu schalten.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist das System eine Service-Erfassungseinheit mit mindestens einer
Service-Schnittstelle, ein Paketierungs-Modul zum Segmentieren eines
Bit-Flusses und zum Hinzufügen
eines eine Identifizierung einer Verbindung für jeden Service angebenden
Kennzeichens, einen Paketschalter zum Aufnehmen einer Vielzahl von
markierten Segmenten und zum Einsetzen dieser Segmente in Übertragungs-Rahmen
von z. B. 2,5 Gigabits pro Sekunde, vorzugsweise von synchronen Übertragungs-Rahmen,
wie z. B. Paket über
SONET/SDH, und einen optischen Empfänger für eine Service-Erfassungseinheit
zum Übertragen
der Übertragungs-Rahmen auf.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Service-Erfassungseinheit
ferner einen Übertragungsstrom-Schalter
der zwischen den Paketschalter und den optischen Empfänger der
Service-Erfassungseinheit zum Schalten zwischen einer Vielzahl von
optischen Lichtleitern gekoppelt ist.
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Des
weiteren wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der optische
Empfänger
der Service-Erfassungseinheit ferner einen Wellenlängen-Teilungs-Multiplexer
(WDM) zum Multiplexen der Daten auf einen einzelnen optischen Lichtleiter
enthält.
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Schließlich weist
nach einer anderen Ausführungsform
der Erfindung das System eine Aggregator-Einheit auf, die zur Stromauf-
und zur Stromab-Kommunikation mit der Service-Erfassungseinheit
gekoppelt ist, die einen optischen Sender/Empfänger für den Aggregator besitzt, ein
Rahmen-Modul zum Entfernen von Paketen aus einem Übertragungs-Rahmen,
einen Paketschalter, der Pakete aus einem Stamm entsprechend der
Destination richtet, ein Sortier-Modul zum Sortieren von aus den
Paketen entfernten Serviceleistungen, ein Aggregations-Modul zum
Aggregieren gleicher Serviceleistungen und zum Senden aggregierter
Serviceleistungen an ein entsprechendes Netzwerk auf.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachstehend
wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen anhand von
Ausführungsbeispieles
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer Netzwerk-Positionierung,
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2 ein
Funktions-Blockschaltbild einer Service-Erfassungseinheit nach einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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3 ein
Funktions-Blockschaltbild einer Aggregator-Einheit nach einer Ausführungsform
der Erfindung,
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4 ein
Blockschaltbild, das eine Service-Erfassungseinheit nach einer Ausführungsform der
Erfindung zeigt, und
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5 die
Darstellung eines Blockschaltbildes einer Aggregator-Einheit nach
einer Ausführungsform
der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Vorliegende
Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Datenübertragung
und zum Aufnehmen von Daten über
ein optisches Kommunikationssystem, insbesondere bei dem lokalen
Metro-Zugriff und Metro-Stütz(backbone)-Pegeln,
die die Verwendung der vollen Bandbreite einer optischen Kommunikations-Faser
ermöglichen.
Das Verfahren umfasst ferner das Einschließen von Service-Daten, gleichgültig, in
welchem Protokoll es aufgenommen wird, in ein Paket, das dem Aussehen und
der Funktion eines herkömmlichen
Paketes über SONET
(PoS) oder einem ählichen Übertragungsrahmen
entspricht, ohne dass eine Umwandlung der Daten in einem Protokoll
in ein anderes in einer Service-Erfassungseinheit erforderlich ist.
Die Pakete werden von einer Vielzahl von Service-Erfassungseinheiten
an einen Aggregator bzw. eine Sammelvorrichtung übertragen. Der Aggregator sortiert
die Serviceleistungen aus einer Anzahl von Paketen aus, die von
einer Mehrzahl von Service-Erfassungseinheiten stammen und nimmt
gleiche Dienstleistungen zur Übertragung über das
entsprechende Netzwerk auf. Die Dienstleistungen werden somit über das
entsprechende Netzwerk übertragen,
wie dies heute bekannt ist, jedoch ohne dass eine Umwandlung in
ein anderes Protokoll während
des Vorgangs erforderlich ist. Zusätzlich ermöglicht dieses Verfahren die
Verwendung der vollen Bandbreite einer optischen Faser durch effiziente
Nutzung eines Paketschalters.
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In 2 ist
ein funktionales Blockschaltbild einer Service-Erfassungseinheit
nach einer Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Serviceleistungen, die über ein
Netzwerk gesendet werden sollen, werden über eine Service-Schnittstelle
(Block 20) als ein Bitfluss aufgenommen. Der Bit-Fluss
ist in Segmente unterteilt und in Pakete (Block 22) zur
weiteren Verarbeitung geordnet, ohne dass der Inhalt der übertragenen
Daten berücksichtigt
wird.
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Ein
besonders geeignetes Verfahren zur Verarbeitung von Paketen arbeitet
kurz wie folgt: Der gesamte ankommende Verkehr, d. h. der ankommende Datenfluss,
der an einem Service-Port aufgenommen wird, wird in Segmente unterschiedlicher
Länge geteilt.
Die Segmente können
eine vorbestimmte, fest vorgegebene Länge haben, oder aber die Segmente können eine
variable Länge
innerhalb der jeweiligen Serviceleistung haben, beispielsweise die
Länge eines
Ethernet-Pakets. Jedes System weist typischerweise eine Bestimmungsadresse
innerhalb des Quellen-Netzwerkes, eine Quellen-Adresse innerhalb
des Quellen-Netzwerkes, Informationen, die die Länge oder Type des Rahmens darstellen,
und Daten, die in dem Rahmen übertragen
werden, auf. In den meisten Fällen
bildet eine Vielzahl von Rahmen die gesamte Datenübertragung.
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Eine
Kopfzeile oder Kennung ist dem Segment (Block 26) zugeordnet.
Die Kennung weist Informationen auf, die die Verbindungs-Identifizierung für den Verkehr
beinhalten, die verwendet wird, um die Verbindung zwischen der Verkehrsquelle
und den Bestimmungs-Endpunkten festzulegen, um den Verkehr von seiner
Ursprungsquelle an seinen Endpunkt zu richten. Während des übrigen Teils des Paket-Verarbeitungs-Vorgangs
wird das ursprüngliche
Segment als ein einzelner Block von Daten behandelt. Um die Netzwerke,
die MPLS (Multi-Protocol-Label-Switching) Protokoll verwenden, zu
verbinden, kann die Kennung auf MPLS basieren.
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Als
nächstes
wird das mit Kennung versehene Segment auf den entsprechenden Übertragungsweg
(Trunk) durch einen Paketschalter (Block 28) geschaltet.
Der Trunk kapselt das mit Kennung versehene Segment in ein Punkt-für-Punkt-Protokoll
(PPP) Paket in einem Rahmen, vorzugsweise einen Digital Link Control
(HDLC)-artigen Rahmen mit hoher Bit-Rate ein.
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Unterschiedliche
Serviceleistungen, ob PDH, Frame-Relay, SONET (hierbei handelt es
sich immer CBR-Services) oder ein anderer Service, der über optische
Fasern übertragen
werden kann, haben unterschiedliche innere Konstruktionen, wie sie durch
den speziellen Service erforderlich sind. Es ist ein spezielles
Merkmal vorliegender Erfindung, dass die interne Struktur des Rahmens
oder Segmentes nicht relevant ist, soweit es eine Einkapselung und Paket-Verarbeitung
nach der Erfindung betrifft. Stattdessen wird jedes Service-Segment
als ein Block oder eine Einheit zu Zwecken der Einkapselung und Übertragung über den
optischen Lichtleiter behandelt, ohne Berücksichtigung des Inhalts oder
der Form der Daten und ohne die Notwendigkeit, eine Umwandlung von
Protokoll zu Protokoll vorzunehmen.
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Die
Pakete werden nunmehr in einen Übertragungs-Rahmen
eingeführt,
der hier als OC-48c PoS (Paket oder SONET/SDH) Rahmen (Block 28) dargestellt
ist. Die HDLC-artigen
Rahmen werden auf eine Nutzlast abgebildet und dann an ihre Bestimmung
transportiert, als wenn sie herkömmliche PoS-Rahmen
wären.
Falls erwünscht,
kann das eingekapselte Segment verzerrt werden, wie dies bekannt
ist, bevor eine Abbildung auf Übertragungs-SONET-Rahmen
erfolgt.
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Die Übertragungs-Rahmen
werden nunmehr an einen optischen Sender/Empfänger (Block 30) einer
Service-Erfassungs-Einheit, vorzugsweise einen 2,5 Gb-Sender/Empfänger zur Übertragung über optische
Lichtleiter gesendet. Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann
ein OC-48c Fluss-Schalter zwischen dem Framer und dem Sender/Empfänger vorgesehen
sein, damit der Operator in der Lage ist, auszuwählen, an welchen Sender/Empfänger die verschiedenen
Rahmen gesendet werden. Dieser Sender/Empfänger kann einen WDM-Laser mit
einer speziellen Wellenlänge
enthalten. Eine Vielzahl solcher WDM-Sender/Empfänger können über einen Lichtleiter kombiniert
werden. In diesem Fall hat das System die Standard-Eigenschaften eines WDM-Übertragungssystems.
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Die
Service-Erfassungseinheit funktioniert sowohl stromauf als auch
stromab, wobei die inversen Funktionen durchgeführt werden. Der Betrieb der Einheit
in Stromab-Richtung wird nachstehend im einzelnen erläutert.
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Aus
dem optischen Sender/Empfänger
der Service-Erfassungs-Einheit werden die Daten über das lokale oder Metro-Zugriffs-Netzwerk
an einen Aggregator geschickt, dessen Betriebsweise in Blockdiagrammform
in 3 dargestellt ist. Es können eine Anzahl von Lasern,
deren jeder seine eigene Wellenlänge
hat, in Verbindung mit einem WDM-Multiplexer vorgesehen sein, um
sie alle auf einen einzelnen optischen Lichtleiter zu vereinigen.
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Der
Aggregator dient zur Erfüllung
zweier Stromauf-Funktionen: Sortieren der Serviceleistungen, die
in OC-48c Rahmen aus einer Vielzahl von Service-Erfassungseinheiten
aufgenommen werden, und Aggregieren gleicher Serviceleistungen zur Übertragung
auf das entsprechende Service-Netzwerk. Der Aggregator nimmt die
ankommenden Signale aus den Service-Erfassungseinheiten in einem optischen
Sender/Empfänger
eines Aggregators auf. Das optische Signal wird z. B. mit Hilfe
eines Fluss-Schalters auf einen entsprechenden Übertragungs-Framer (Block 32)
geschaltet, der hier als ein OC-48c Framer dargestellt ist. Im Falle
eines WDM-Multiplex-Systems demultiplext der Aggregator die optischen
Signale, bevor die Signale an den optischen Sender/Empfänger des
Aggregators gesendet werden.
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In
dem Übertragungs-Framer
werden die PPP-Pakete aus den Übertragungs-Rahmen
(Block 34) entfernt. Die Kennungen der verschiedenen Pakete
werden ausgelesen und die Pakete werden von einem Übertragungsweg
(Trunk) auf einen anderen Trunk oder einen Aggregator geschaltet,
entsprechend der Verbindungs-Identifizierung, die in der Kennung
des Pakets (Block 36) angegeben ist. Im Service-Erfassungsteil
des Aggregators wird die Kopfzeile oder Kennung aus dem Paket (Block 38) entfernt,
was zu einer Vielzahl von Segmenten im Verkehr der verschiedenen
Serviceleistungen führt. Jeder
Service wird in seinen ursprünglichen Bit-Strom
(Block 40) wieder eingeführt und der Aggregator kombiniert
gleiche Serviceleistungen miteinander zur Übertragung auf das entsprechende
Netzwerk, z. B. ATM, IP, TDM, WDM (Block 42). Der Aggregator
kann die Serviceleistungen durch einfaches Aggregieren kombinieren
und Serviceleistungen der gleichen Art (und im gleichen Protokoll)
zusammen auf das Netzwerk laden.
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Alternativ
kann der Aggregator die Serviceleistungen durch Multiplexen verschiedener
Services auf einen einzelnen Lichtleiter über unterschiedliche Wellenlängen kombinieren.
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Der
Aggregator funktioniert sowohl stromauf als auch stromab, wobei
die inversen Funktionen durchgeführt
werden. Die Betriebsweise des Systems nach vorliegender Erfindung
in der Stromab-Richtung ist wie folgt, wobei auf die 3 und 2 Bezug
genommen wird. Der Aggregator nimmt viele Serviceleistungen zusammen
aus jedem Netzwerk, z. B. ATM, IP, TDM, WDM auf und zwar jedes im
eigenen Protokoll und mit der eigenen Bit-Rate. Wenn der Aggregator
diese Serviceleistungen aus dem Netzwerk aufgenommen hat, sortiert
er zuerst die Serviceleistungen (Block 44) entweder durch
Demultiplexieren oder durch Trennen von aggregierten Services entsprechend
ihrer Endstelle im Netzwerk oder ihrer Bestimmungs-Netzwerk-Information. Die verschiedenen
Services werden nunmehr im Aggregator (Block 46) in der
gleichen Weise segmentiert und paketiert, in der die Stromauf-Services
in der Service-Erfassungseinheit segmentiert und paketiert werden.
Eine Kopfzeile oder Kennung wird jedem Paket (Block 48)
hinzugefügt,
die die Verbindungs-Identifizierung angibt. Entsprechend seiner
Kennung wird nun jedes Paket dem geeigneten Trunk (Block 50) aufgeschaltet,
und die Pakete werden in einen Übertragungs-Rahmen
(Block 52) eingesetzt, der hier als ein OC-48c PoS-Rahmen
dargestellt ist. Die Übertragungs-Rahmen werden nunmehr
auf einen oder mehrere optische Lichtleiter zur Übertragung an eine Service-Erfassungseinheit
(Block 54) geschaltet. Falls erwünscht, können die optischen Signale über einen
WDM-Multiplexer auf den oder die Lichtleiter gemultiplext werden.
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Es
ist ein spezielles Merkmal vorliegender Erfindung, dass, wie in
der Stromauf-Übertragung, die
Serviceleistungen in Übertragungs-Rahmen
in ihrer ursprünglichen Form
und ihren originalen Protokollen eingesetzt werden. Mit anderen
Worten heißt dies,
dass der Inhalt der verschiedenen Pakete vollständig unabhängig von dem Übertragungssystem und
Verfahren ist (mit Ausnahme der Information der Kopfzeile oder Kennung).
Auf diese Weise lassen sich erhebliche Einsparungen an Resourcen
bei jedem Pegel über
das gesamte System erzielen.
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Nach 2 werden
die ankommenden Übertragungs-Rahmen
von verschiedenen Trunk-Ports aufgenommen und von dem optischen Sender/Empfänger auf Übertragungs-Framer
geschaltet, die hier als OC-48c Framer (Block 60) dargestellt
sind. Wenn die ankommenden Signale gemultiplext waren, müssen sie
zuerst vor dem Empfänger
entmultiplext werden. In den Framern werden die Übertragungs-Pakete oder andere Übertragungs-Nutzlasten
aus den OC-48c Rahmen (Endpaketen) entfernt (Block 62).
Das eingekapselte PPP-Paket wird dadurch entkapselt, dass die Kennung,
die Adresse und die Steuerparameter entfernt werden. Wenn das Paket
vor dem Abbilden verzerrt wurde, wird es nunmehr entzerrt, was zu
einem entkapselten Paket oder Segment führt. Entsprechend der Kennung
an jedem Paket wird jedes Paket von dem Trunk auf das lokale Netzwerk
(Block 64) geschaltet.
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Die
Kennung des resultierenden, mit Kennung versehenen Segments wird
abgestreift (Block 66) und es verbleibt das ursprüngliche
Segment. Alle Segmente eines jeden Service werden in ihren ursprünglichen
Bit-Fluss neu zusammengesetzt (Block 68), der an einen
Schnittstellen-Sender/Empfänger
in einer Service-Karte (Block 70) geleitet wird, und über den
entsprechenden Bestimmungs-Service-Port zur Übertragung an eine Endbestimmung über das
lokale Netzwerk, das für
diesen Service ausgelegt ist, gesendet.
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Es
ist ein spezielles Merkmal vorliegender Erfindung, dass der Endnutzer
bei dem Zugriffspegel und dem Metro-Zugriffspegel keine komplizierten Vorrichtungen
zur Umwandlung aller Arten von Service-Daten aus einem Protokoll
in ein anderes für
die Übertragung über ein
Netzwerk installieren muss. Vielmehr reicht es aus, dass er in der Lage
ist, Serviceleistungen in ihren ursprünglichen Protokollen zu übertragen
und aufzunehmen.
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Ein
System zum Übertragen
von Serviceleistungen über
Netzwerke nach einer Ausführungsform der
Erfindung ist schematisch in den 4 und 5 dargestellt.
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4 zeigt
ein Blockschaltbild einer Service-Erfassungseinheit 80,
die nach einer Ausführungsform
der Erfindung ausgelegt ist und betrieben wird. Die Service-Erfassungseinheit 80 weist
mindestens eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Service-Karten 82 auf.
Die Anzahl von Serviceleistungen hängt von der Geschwindigkeit
der Übertragung
und der Anzahl von Ports an dem Schalter ab, wie vorstehend beschrieben.
Jede Service-Karte 82 weist eine Service-Schnittstelle 84 auf,
um eine Schnittstellenverbindung mit einer Gruppe von Serviceleistungen zu
erreichen, die durch ein gemeinsames Zugriffs-Protokoll gekennzeichnet
ist. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist die Service-Erfassungseinheit in der Lage, Serviceleistungen
in SONET, PDH, Lichtleiterkanal und Ethernet-Form zu empfangen. Eine
Service-Schnittstelle 84 kann
beispielsweise ein optischer oder elektrischer Sender/Empfänger sein, beispielsweise
ein Gerät,
wie es von Lucent Technologies, New Jersey, USA und Sumitomo Electric Lightwave,
N.C., USA für
SONET UND PDH Services hergestellt und vertrieben wird, oder aber
eine Ethernet Physical Schnittstelle für Ethernet und Lichtleiterkanal-Services.
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Die
Serviceleistungen werden über
die Schnittstelle als ein Bit-Fluss empfangen. Der Bit-Fluss wird
segmentiert und in Pakete in einem Paketisier-Modul 86 geordnet.
Das Paketisier-Modul 86 kann beispielsweise ein FPGA oder
ASIC für
SONET- und PDH-Services,
oder eine MAC für
Ethernet oder Lichtleiterkanal-Services sein, die die Services in
Segmente unterteilt und die Segmente in Pakete zur weiteren Verarbeitung
formt, unabhängig
von dem Inhalt der übertragenen
Daten.
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Eine
Kennungs-Einheit 88 ist vorgesehen, damit dem Segment ein
Kennzeichen hinzugefügt werden
kann. Eine Kennungs-Einheit kann beispielsweise ein FPGA zum Hinzufügen einer
Verbindungs-Kennung aufweisen, die eine Verbindungs-Identifizierung zwischen
der Verkehrs-Quelle und den Bestimmungs-Endpunkten umfasst.
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Die
Kennungs-Einheit 88 ist mit einem N × M Paketschalter 90 gekoppelt,
um die mit Kennung versehenen Pakete an einen entsprechenden Trunk
zu schalten. Vorzugsweise ist ein Paketschalter 90 eine nicht
blockierende Konstruktion mit N = M. Ein besonders geeigneter Paketschalter
ist ein 16 × 16 Schalterfabrikat,
bei dem jeder Port 2,5 Gigabit/sec hat, beispielsweise ein Fabrikat
Chipset Prizma EP (PRS 64), wie es von IBM Corp., NY, USA
hergestellt und vertrieben wird. Dieser Paketschalter hat eine Aggregat-Bandbreite
von 40 Gigabit pro Sekunde, die in flexibler Weise durch die Serviceleistungen
gefüllt
werden kann. So kann der Operator festlegen, wie viel an Service
oder an Paketen auf welchen Port gegeben werden, damit ein Gesamtbetrag
von 2,5 Gigabit pro Sekunde pro Port erreicht wird, ohne dass er
sich um die Form oder das Protokoll des ursprünglichen Dateninhalts kümmern muss.
M Ports des Schalters 90 sind üblicherweise mit bis zu M Trunks
verbunden, deren jeder eine Aggregatkapazität von 2,5 Gigabit pro Sekunde
besitzt. N Ports des Schalters 90 sind mit N Service-Karten
verbunden. Jede Service-Karte hat verschiedene Service-Ports, die
mit Hilfe eines geeigneten Multiplexers/Demultiplexers miteinander
gemischt werden können.
Die Anzahl solcher Ports hängt
von der Bandbreite der Service-Ports ab (von 2 Megabit pro Sekunde
bis zu 1 Gbs). Wenn beispielsweise ein Service ein OC-12 mit einer
Bandbreite von 622 Mbps ist, kann die Anzahl von Ports vier betragen,
um den gesamten 2,5 Gbps Aggregateingang des Schalters zu füllen.
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Im
Trunk sind die mit Kennung versehenen Segmente in ein Punkt-für-Punkt-Protokoll
(PPP) Paket in einen Rahmen eingekapselt, vorzugsweise einen Digital
Link Control (HDLC)-artigen Rahmen mit hoher Bit-Rate. Der Rahmen
weist auch ein Kennzeichen auf, um den Beginn einer Übertragung,
Quellen- und Bestimmungsadressendaten innerhalb des Kommunikationssystems,
Steuerparameter und ein Rahmenkorrektursignal (FCS) und damit das
Ende der Übertragung
anzuzeigen.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist der Paketschalter 90 seinerseits mit einer Vielzahl von
Framern 92, und zwar jeweils einem für jeden 2,5 Gb/sec Bit-Fluss
gekoppelt. Jeder Framer 92 kann beispielsweise ein SONET
OC-48c Framer, Katalognummer VSC 9112, hergestellt von Vitesse Semiconductor
Corp., CA, USA sein, oder der OC-48c Framer kann ein von Lucent
Microelectornics, New Jersey, USA hergestellter Framer sein. Im
Framer 92 sind die HDLC-artigen Rahmen auf einer Nutzlast
abgebildet, z. B. einer SONET OC-48c Nutzlast, und zwar als ein Übertragungsrahmen,
vorzugsweise ein Paket über SONET/SDH
(PoS) Rahmen, und werden dann an ihre Bestimmungsstelle transportiert,
so, als ob sie herkömmliche
PoS Rahmen wären.
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Framer 92 sind
mit einer Vielzahl von optischen Sender/Empfängern 94 gekoppelt,
deren Type von der Type des Übertragungs-Rahmens
abhängt. Entsprechend
der dargestellten Ausführungsfom
ist jeder Sender/Empfänger 94 vorzugsweise
ein 2,5 Gb Sender/Empfänger,
wie er z. B. von Lucent Technologies, New Jersey (USA) und Sumitomo
Electric Lightwave NC, (USA) oder OCP Inc., CA (USA) hergestellt wird.
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Dies
gilt deshalb, weil 2,5 Gbps Sender/Empfänger in der Lage sind, mit
nahezu allen Bit-Raten in dem gewünschten Bereich, z. B. 10 Mbps
bis 2,5 Gbps zu arbeiten. Diese Bit-Rate (2,5 Gbps) ist heutzutage
sehr üblich
und kosteneffektiv im Vergleich zu SONET/SDH hierarchischen Systemen.
Zusätzlich
können
Rahmen und Bit-Raten, die auf Gigabit-Internet bezogen sind, stattdessen
verwendet werden, z. B. 10 Gbps.
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Wenn
gewünscht
wird, einen WDM-Multiplexer in dem System zu verwenden, sind andere
Sender/Empfänger
erforderlich. Während
WDM-Sender/Empfänger
die gleiche Bit-Rate haben können, haben
sie eine andere Struktur, und die Wellenlänge muss entsprechend den auf
DWDM bezogene Standards spezifiziert werden.
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Ein
frei wählbarer
OC-48c Fluss-Schalter 96 kann zwischen Framern 92 und
Sender/Empfängern 94 vorgesehen
sein, um zwischen den verschiedenen Sender/Empfängern zu schalten. Ein geeigneter Fluss-Schalter
ist eine Kreuzungspunkt- Matrix,
vorzugsweise ein VSC834 17 × 17
2,5 Gb/s Kreuzungspunkt-Schalter, hergestellt von Vitesse Semiconductor
Corp., CA, USA.
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Alternativ
kann ein Paketschalter 90 Pakete direkt in Paketrahmen
richten, die auf die optischen Sender/Empfänger geladen werden, ohne dass
dazwischenliegende Übertragungs-Framer
vorgesehen sind. In diesem Fall kann ein frei wählbarer Fluss-Schalter 96 direkt
zwischen den Paketschalter und den optischen Sender/Empfängern der
Service-Erfassungseinheit gekoppelt werden, um Wellenlängen-Services
von dem Paketschalter auf Sender/Empfänger mit unterschiedlichen
Wellenlängen zu
erhalten.
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Ein
CPU-Steuergerät 99 kann
mit den Elementen der Service-Erfassungseinheit gekoppelt werden,
um alle verschiedenen Funktionen darin zu steuern.
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Aus
den Sender/Empfängern 94 werden
die Daten über
das Zugriffs- oder Metro-Zugriffs-Netzwerk
an einen Aggregator 100 gesendet; eine Ausführungsform
hiervon ist im Blockschaltbild in 5 dargestellt.
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Der
Aggregator 100 erfüllt
zwei Stromauf-Funktionen: Das Sortieren der Serviceleistungen, die
in OC-48 Rahmen aus einer Vielzahl von Service-Erfassungseinheiten
aufgenommen werden, und das Aggregieren gleicher Serviceleistungen
für die Übertragung
auf das entsprechende Service-Netzwerk, und die inversen Funktionen
stromab (das Sortieren von Serviceleistungen, die von einem Service-Netzwerk
aufgenommen werden und das Aggregieren von Services entsprechend
der Bestimmung). Deshalb weist der Aggregator viele der gleichen
Elemente wie die Service-Erfassungseinheit auf.
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So
weist der Aggregator 100 eine Vielzahl von optischen Sender/Empfängern 102 des
Aggregators auf, im wesentlichen ähnlich optischen Sender/Empfängern 94,
um eine Übertragung
auf die Metro-Stütz(backbone)-
oder Metro-Zugriffs-Netzwerke zu den Service-Erfassungseinheiten
zu erreichen. Optische Sender/Empfänger 102 sind mit
einer Vielzahl von Framern 104 gekoppelt, die im wesentlichen ähnlich den
Framern 92 sind. Ein frei wählbarer Fluss-Schalter 106,
der hier als ein OC-48c Fluss-Schalter dargestellt ist, kann zwischen
Sender/Empfängern 102 und
Framern 104 vorgesehen sein, um ein Schalten von Rahmen
zwischen Empfängern
und Framern zu ermöglichen.
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Framer 104 sind
mit einem R × S
Paketschalter 108 gekoppelt, der im wesentlichen ähnlich dem Paketschalter 90 ist.
Der Paketschalter 108 ergibt einen Schaltvorgang zwischen
Framern 104 und einer Vielzahl von Service-Karten 110,
deren jede einen unterschiedlichen Service darstellt und entsprechend der
Art von Serviceleistungen gruppiert ist, wie durch die Kennung auf
dem Paket angegeben. Der Paketschalter 108 führt somit
die meisten der Service-Sortierungen im Aggregator durch. Jeder
Aggregator 100 weist ein Kennungsmodul 112 zum
Hinzufügen oder
Wegnehmen der Kennung an einem paketisierten Service auf. Das Kennungs-Modul 112 ist
im wesentlichen ähnlich
einem Kennungs-Modul 88. Die Kennungs-Moduls 112 sind
jeweils mit einem Paketisierungs-Modul 114 zur Segmentierung
eines Bit-Stromes und zum Neuordnen von Segmenten gekoppelt, abhängig davon,
ob die Daten stromauf oder stromab geschickt werden. Das Paketisierungs-Modul 114 ist
im wesentlichen ähnlich
dem Modul 86. Jedes Paketisierungs-Modul 114 ist
mit einer Service-Schnittstelle 116 gekoppelt. Da jede
Service-Karte 110 eine einzelne Type von Service aufnimmt,
ist nur die Schnittstelle für
die geeignete Schnittstelle auf der Karte 110 erforderlich.
Die Service-Schnittstellen 116 sind im wesentlichen ähnlich den
Service-Schnittstellen 84.
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Zusätzlich zu
den Elementen der Service-Erfassungseinheit weist der Aggregator 100 auch
eine Vielzahl von Service-Aggregat-Modulen 118, 120, 122 auf.
Bei der dargestellten Ausführungsform
sind drei Aggregat-Module dargestellt. Ein Aggregat-Modul ist zum Aggregieren
von ATM-Services 118 vorgesehen, es kann ein ATM Multiplexer
auf der Basis einer Schaltmatrix sein, z. B. der IBM „Prizma" oder der Lucent „Atlanta" Chipset. Ein weiteres
Aggregations-Modul ist zum Aggregieren von IP-Services 120 vorgesehen, das
ein IP-Schalter sein kann, der beispielsweise auf einem Galnet 2L2/L3
Schalter basiert, wie er von Galileo Technology (Israel) hergestellt
wird.
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Ein
drittes Aggregations-Modul ist zum Aggregieren von TDM-Services 122 vorgesehen,
das ein TDM-Multiplexer/Demultiplexer sein kann, der beispielsweise
auf einem VSC 8005 basiert, das von Vitesse Semiconductor Corp.,
CA, USA hergestellt wird. Es können
jedoch auch andere Aggregations-Module hinzugefügt werden, wenn dies erforderlich
ist. Jedes Aggregations-Modul ist mit dem entsprechenden Netzwerk
für eine
Stromauf- und Stromab-Übertragung
von Daten in dem bezeichneten Protokoll gekoppelt.
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Wahlweise
können
im Falle von Serviceleistungen, wie z. B. Gigabit-Internet oder
Fibre Channel die Services direkt mit dem Netzwerk verbunden sein,
und es ist keine Aggregation (z. B. Multiplexen) erforderlich.
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Ein
CPU Steuergerät 124 ist
beispielsweise mit den Elementen des Aggregators gekoppelt, um alle
verschiedenen, darin vorkommenden Funktionen zu steuern. Der Fachmann
ist in der Lage, das Verfahren nach vorliegender Erfindung auch
mit Hilfe anderer geeigneter Hardware und Software auszuführen.
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Wie
sich weiter aus 1 ergibt, ist das System nach
der Erfindung insbesondere zweckmäßig im Einsatz bei Zugriff-
und Metro-Zugriff-Netzwerken. ONT-Einheiten 80 können effektiv
auf dem Unternehmens- oder lokalen Zugriffspegel wie auch auf dem Metro-Zugriffspegel
eingesetzt werden, während
Aggregatoren 100 insbesondere geeignet sind für Metro-Zugriffs-
und Metro-Stütz-Netzwerke.
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Die
Erfindung ist nicht auf die an Hand von Ausführungsbeispielen beschriebenen
Merkmale beschränkt,
sondern ist ausschließlich
durch den Umfang der nachstehenden Ansprüche bestimmt.