DE60313416T2

DE60313416T2 - Mehrfachübertragungssystem und -Verfahren zur Verwendung in einer ATM-Vermittlung eines Netzzugangsknotens

Info

Publication number: DE60313416T2
Application number: DE60313416T
Authority: DE
Inventors: Mudhafar A. Rohnert Park Hassan-Ali; Jeff Petaluma Mendelson; Annie Rohnert Park Rastello; Li-Chen Petaluma Sheng; Radimir Rohnert Park Shilshtut; Sina Rohnert Park Soltani; Francisco Petaluma Moreno
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: ATE360942T1; EP1414197B1; EP1414197A3; DE60313416D1; EP1414197A2; US7280542B2; CN100413278C; US20040081156A1; CN1499786A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich der Telekommunikation. Konkret und ohne Einschränkung betrifft die vorliegende Erfindung ein System und Verfahren zur Implementierung eines Mehrfachübertragungsverfahrens in einer ATM-Vermittlung („Asynchronous Transfer Mode, asynchroner Übertragungsmodus) eines Netzzugangsknotens.
Beschreibung zum Stand der Technik
Der Markt für Fernzugriffe ist derzeit einem starken Wandel unterworfen. Drei Faktoren bilden die Katalysatoren für diesen Wandel. Der erste Faktor ist die steigende Anzahl von Benutzern, beispielsweise Benutzer in kleinen Büros und Home-Offices („SOHO"), die eine hohe Leistung beim Internet-Zugang und bei Fernzugriffen auf Multimedia-Inhalte fordern. Die Liberalisierung der behördlichen Aktivitäten hinsichtlich der Telekommunikation ist ein weiterer Faktor, der einen breiteren Wettbewerb durch Deregulierung überall in lokalen Märkten fördert. Der dritte und letzte Faktor ist der Engpass im öffentlichen Telefonnetz (Public Switched Telephone Network, PSTN), das ursprünglich für die reine Sprachübertragung konzipiert und entwickelt wurde.
Im Bereich der Telekommunikationstechnologie gab es eine Reihe entscheidender Fortschritte, die eine hohe Durchsatzrate bei den Backbone-Verbindungen der Netzbetreiber ermöglichen. Durch die Implementierung der ATM- Netzwerktechnologie (Asynchronous Transfer Mode, asynchroner Übertragungsmodus) über die physische Schicht eines SONET-Netzwerks (Synchronous Optical Network, synchrones optisches Netzwerk)/SDH-Netzwerks (Synchronous Digital Hierarchy, synchrone digitale Hierarchie) können Betreibernetze Datenraten bis zu mehreren Hundert Megabits pro Sekunde (Mbps) erzielen. Das Erfüllen der Nachfrage nach einer hohen Bandbreite für Fernzugriffe wird jedoch erschwert durch die Begrenzungen der bestehenden Infrastruktur der Twisted-Pair-Kupferkabel (z. B. bei Zugangsnetzen) zwischen den Zentralstationen (CO) der Betreiber und dem fernen Standort der Teilnehmer; dieser Abschnitt wird meist als „lokale Schleife" bezeichnet. In der Telekommunikationstechnik werden diese Begrenzungen gelegentlich allgemein als das Problem der „letzten Meile" bezeichnet.
Bei den derzeitigen Zugangsnetzlösungen zur Überwindung des Problems des Engpasses auf der letzten Meile kommt die Glasfasertechnologie auch in der lokalen Schleife zum Einsatz. Wie bei Hochgeschwindigkeits-Betreibernetzen weist die Glasfaser-Infrastruktur der lokalen Schleife normalerweise eine Architektur mit SONST als der Technologie der physischen Schicht auf. Mit den jüngsten Entwicklungen bei optischen Komponenten und der damit verbundenen Optoelektronik sowie Verbesserungen in der Netzwerkkonzeption wird Breitbandzugriff allmählich zum Standard.
Darüber hinaus hat sich in Verbindung mit der phänomenal steigenden Beliebtheit des Internet enormes Interesse an der Nutzung von Paketvermittlungsnetz-Infrastrukturen (PSN) entwickelt, beispielsweise an den Infrastrukturen auf der Basis der IP-Adressierung (Internet Protocol) als Ersatz für die derzeitigen Infrastrukturen leitungsvermittelter Netze („Circuit-Switched Network", CSN) in den heutigen Telekommuni kationsnetzen. Aus der Sicht des Betreibers ermöglicht die inhärente Datenverkehrsbündelung in paketvermittelten Infrastrukturen eine Reduzierung Übertragungs- und Infrastrukturkosten pro Endanwender. In letzter Zeit ermöglichen solche Kostenreduzierungen dem Netzbetreiber die Weitergabe der damit verbundenen Kosteneinsparungen an die Endanwender.
Entsprechend wurde eine neue Art serviceorientierter Netze (im Unterschied zu den derzeitigen sprachorientierten und datenorientierten Netzen) untersucht zur Implementierung in einer so genannten NGN-Infrastruktur (Next-Generation Network), wobei integrierte Sprach/Daten/Videoanwendungen bereitgestellt werden können über einen Paket-Transportmechanismus über ein PSN in einem End-to-End-Übertragungspfad. Wie oben erwähnt, ist davon auszugehen, dass die Verwendung einer Paketnetzwerkinfrastruktur in Zugangsnetzen eine höhere Übertragungseffizienz, niedrigere Betriebs- und Wartungskosten und einen vereinheitlichten Zugriff ermöglicht.
Herkömmliche Zugangssysteme erlauben den Zugriff auf eine digitale lokale Sprachumschaltung, beispielsweise einen Klasse-5-Switch, durch die Erweiterung einer Vielzahl metallischer Schleifen und die Bündelung dieser Schleifen für eine effiziente Übertragung des TDM-Sprachdatenverkehrs (Time-Division Multiplexing). Typischerweise weisen solche Zugangsnetze eine Architektur mit einem oder mehreren Netzzugangsknoten in einer Vielzahl von Konfigurationen auf, z. B. Punkt-zu-Punkt-Ketten, Ringe, etc., wobei ein Netzzugangsknoten selbst verschiedene Kanal-Bänke umfassen kann mit Leitungsschnittstellen, die eine große Anzahl von Teilnehmern bedienen können.
Um einen höheren Funktionsumfang bieten und bessere Services bereitstellen zu können, müssen die Zugangsnetze von Heute erweiterte Transportmechanismen wie beispielsweise SONST auch für die interne Architektur der Knoten unterstützen. In solchen Knoten wird ATM zum Transport des Großteils des Teilnehmer-Datenverkehrs verwendet mit Ausnahme der traditionellen TDM-Services wie beispielsweise T1- und TDM-DS3-Services. Entsprechend müssen TDM- wie auch ATM-Vermittlungsnetze in der Konzeption der Netzzugangsknoten unterstützt werden.
Das ATM-Forum bietet ein Set von Spezifikationen zur Regelung der verschiedenen Aspekte einer ATM-Vermittlung einschließlich der Verbindungsarten, z. B. Verbindungen über virtuelle Kanäle (Virtual Channel Connections) und Verbindungen über virtuelle Pfade (Virtual Path Connections) und ihrer Topologie, beispielsweise Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (Einfachverbindungen) und Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen (Mehrfachverbindungen). Wie allgemein bekannt ist, sendet bei Unterstützung von Mehrfachverbindungen in einer Umgebung eine einzige Datenverkehrsquelle (z. B. ein Root) Zellen oder Pakete an eine Reihe von Zielen (d. h. „Blätter"), die den replizierten Datenverkehr empfangen. Für eine robuste Implementierung darf der Blattfluss keine Konflikte mit der Übertragung an die anderen Blätter aufweisen und diese Übertragung nicht beeinträchtigen. Außerdem sollten Warteschlangen, die den Mehrfachübertragungsfluss unterstützen müssen, eine effiziente Nutzung des Speichers ermöglichen.
Es gibt zwar verschiedene Techniken zur Implementierung von Mehrfachübertragungsabläufen in einer ATM-Umgebung, diese sind jedoch mit bestimmten Schwächen behaftet. Zunächst sind die derzeitigen Mehrfachverbindungslösungen sehr speicherintensiv, da die Warteschlangen der einzelnen Blätter mit einem separaten Zellenpuffer implementiert werden. Darüber hinaus ist die Leistung der Blätter so gekoppelt, dass ein einzelner Blattknoten den Mehrfachverbindungsprozess aufhalten kann, wenn der Knoten aus irgend einem Grund nicht betriebsbereit ist.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 111 858 A2 bezieht sich auf ein System zur gewichteten Round-Robin-Einplanung (Weighted Round-Robin Scheduling, WRR) mit Komponenten zum Senden von ATM-Zellen, die verschiedenen Abläufen zugeordnet sind, nach einem Zuteilungsprinzip. In einer als dienstgüteübergreifenden WRR bezeichneten Ausführungsform sind die Abläufe mit den Dienstgüteparameter (Quality of Service, QoS) verknüpft. Jedem Dienstgüteparameter ist außerdem ein Tag-Wert zugeordnet. Bei jeder Auswahl der Dienstgüte durch ein dienstgüteübergreifendes WRR, um einen Fluss zum Senden einer ATM-Zelle zu veranlassen, wird der Tag-Wert für die Dienstgüte um eine der Dienstgüte zugeordnete Gewichtung hochgezählt. Die vom dienstgüteübergreifenden WRR ausgewählte Dienstgüte ist die Dienstgüte mit dem niedrigsten Tag. In einer weiteren Ausführungsform eines flussübergreifenden WRR sind Flüsse entsprechend einem ihnen unabhängig von ihrer Dienstgüte zugeordneten Tag-Wert verknüpft; dies ermöglicht die Kontrolle der Bandbreite der Flüsse, die der gleichen Dienstgüte zugeordnet sind. Die zuerst verknüpften Flüsse werden als erste gesendet, wenn der flussübergreifende WRR arbeitet.
Die internationale Patentanmeldung WO 97/04558 beschreibt eine Struktur mit verknüpften Listen für mehrere Kontrollebenen in einer ATM-Vermittlung, die darin in adaptiver Weise hocheffiziente und somit preisgünstige integrierte Dienste bereitstellen kann. Die Struktur mit verknüpften Listen umfasst das Erstellen einer Liste mit Zeigern auf eine nachfolgend ver knüpfte Liste als Listeneinträge. Innerhalb der nachfolgend verknüpften Liste kann jeder Eintrag ein Zeiger auf eine weitere verknüpfte Liste sein. Die Struktur kann nach Bedarf auf weitere Stufen verknüpfter Listen ausgedehnt werden. Die Verteilung der Bandbreite wird somit über die Listenmitglieder auf den einzelnen Stufen hinweg erzielt. Die Struktur mit verknüpften Listen wird im vorliegenden Switch verwendet; dieser Switch umfasst einen Eingangs-Port-Prozessor, einen Bandbreiten-Zuteiler und einen Ausgangs-Port-Prozessor für die Bandbreiten-Einplanung der Vermittlung für Punkt-zu-Punkt-, Mehrpunkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Zellenübertragungen vom Eingangs-Port-Prozessor und für die Einplanung der Ausgangsverbindungen am Ausgangs-Port-Prozessor.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bietet entsprechend ein Mehrfachübertragungsschema für die Einplanung eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung, beispielsweise einer Vermittlung, wobei eine Vielzahl von Ausgangsschnittstellen von einer entsprechenden Anzahl von Blattflüssen mit minimalen Pufferanforderungen und einer verbesserten Trennung zwischen den Blattflüssen bedient wird. Ein Puffersystem mit einer Speicherindexstruktur kann so eingesetzt werden, dass es eine Vielzahl von Blattfluss-Indizes umfasst, die den Blattflüssen zugeordnet sind, und einen Root-Flussindex von der Eingangsschnittstelle. Eine Zeiger-Speicherstruktur wird bereitgestellt, wobei eine Vielzahl zirkulär verknüpfter Zeiger von den Blatt- und Root-Abläufen indiziert wird. Es wird eine Zellen-Speicherstruktur bereitgestellt mit einer Vielzahl von Zellenspeicherorten, auf die die verknüpften Zeiger verweisen. Die in der ATM-Umgebung empfangenen Root-Flusszellen werden in den Zellenspeicherorten entsprechend dem Root-Flussindex gespeichert. Wenn ein bestimmter Fluss zur Einplanung ansteht, wird eine Kopie einer Root-Zelle zum Senden abgerufen, wobei die Root-Zelle sich an einem Zellenspeicherort befindet, auf den ein verknüpfter Zeiger verweist, auf den der spezifische Blattfluss indiziert ist.
In einer Hinsicht richtet sich die vorliegende Erfindung an ein Verfahren zur Mehrfachübertragung zum Steuern eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung an eine Vielzahl von Ausgangsschnittstellen unter Verwendung einer entsprechenden Anzahl von Blattflüssen. Eine Liste zirkulär verknüpfter Zeiger wird in einem Zeigerspeicherpuffer initialisiert, wobei eine Vielzahl verknüpfter Zeiger auf eine entsprechende Anzahl von Zellenspeicherorten in einem Zellenspeicherbereich verweist. Nach dem Empfangen der Root-Flusszellen in der ATM-Umgebung werden die Zellen entsprechend einem dem Root-Fluss zugeordneten Root-Flussindex in den Zellenspeicherorten abgelegt. Der Root-Flussindex wird zum Speichern einer Kopf-Flusszelle auf einen bestimmten Zeiger der Liste verknüpfter Zeiger initialisiert, und er wird nach dem Empfang zusätzlicher Root-Flusszellen über die verknüpften Zeiger aktualisiert. Eine Vielzahl von Blattfluss-Indexwerten wird in einem Indexspeicherbereich initialisiert, wobei jeder Indexwert einem Blattfluss entspricht und anfänglich auf den spezifischen Zeiger initialisiert wird, der auf einen Zellenspeicherort verweist, der die Kopf-Root-Flusszelle enthält. Wenn ein spezifischer Blattfluss zur Einplanung ansteht, wird eine Kopie der Kopf-Root-Zelle abgerufen zum Senden an eine Ausgangsschnittstelle, die dem spezifischen Blattfluss zugeordnet ist. Anschließend wird der jeweilige Blattfluss-Indexwert aktualisiert, sodass er auf den nächsten Zeiger in der Liste der verknüpften Zeiger verweist. Nach der Einplanung einer spezifischen Root-Flusszelle für jeden der Blattflüsse kann mithilfe des Root-Flussindex eine neue Root- Flusszelle in die Position dieser Root-Flusszelle geschrieben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung lässt sich mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erzielen, wobei gilt:
1 zeigt einen exemplarischen Zugangsknoten mit einer ATM-Vermittlung, wobei die Vorgaben der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise genutzt werden können;
2 zeigt eine Ausführungsform eines mehrschichtigen Schedulers in mehreren Ebenen, der zur Implementierung der Einplanungsfunktionen für Mehrfachverbindungsflüsse in der in 1 dargestellten ATM-Vermittlung betrieben werden kann;
3 zeigt ein Funktionsblockdiagramm auf hoher Ebene, das ein „Leaky Bucket"-Modul („Undichter Eimer") und ein Prioritäts-Warteschlangenmodul des Schedulers zur Implementierung der Vorgaben der vorliegenden Erfindung verdeutlicht;
4 zeigt einen exemplarischen Mehrfachübertragungsablauf, bei dem ein Root-Fluss entsprechend den Vorgaben der vorliegenden Erfindung an eine Vielzahl von Ausgangsschnittstellen (d. h. Blätter) übertragen wird;
5 zeigt eine Speicherausführungsform zur Implementierung des Puffersystems für Mehrfachübertragungs-Warteschlangen der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt eine Ausführungsform eines zirkulär verknüpften Zeigersystems, das einen Mehrfachübertragungs-Warteschlangenpuffer mit einer Tiefe von acht Zellenspeicherorten versorgt; und
7 ist ein Flussdiagramm zum Betrieb in einer Ausführungsform des Mehrfachübertragungsverfahrens der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben vor dem Hintergrund der Vorgaben in der gemeinsamen anstehenden US-Patentanmeldung mit dem Titel "Hierarchical Scheduler Architecture For Use With An Access Node" ("Hierarchische Scheduler-Architektur zur Verwendung mit einem Netzzugangsknoten"), die zum gleichen Datum wie das vorliegende Papier zum Patent angemeldet wurde unter der Anmeldungsnummer: 10/280,894 (Anwaltsliste Nr.: 1285-0103US ), im Namen von Mudhafar Hassan-Ali et al., (nachfolgend als „Anmeldung zur hierarchischen Scheduler-Architektur" bezeichnet). Wie in dieser Anmeldung ausführlich beschrieben, kann ein Telekommunikationsknoten in einem Zugangsnetz eine skalierbare Architektur umfassen, in der sowohl TDM- als auch ATM-Vermittlungen bereitgestellt werden zur Unterstützung eines breiteren Funktionsumfangs. Darüber hinaus kann die der ATM-Vermittlung zugeordnete Einplanungsfunktionalität nach Servicekategorie (d. h. nach Dienstebenen) und über eine Vielzahl hierarchischer Leitungsbündelungen (d. h. Subport, Bus-Ebene, Shelf-Ebene, Stackplane-Ebene und Leitungsebene etc., die als Bündelungsschicht behandelt werden) hinweg partitioniert werden, was für die skalierbare Hardwarearchitektur eventuell erforderlich ist, sodass die Einhaltung der Datenverkehrsvereinbarung wie auch die erforderliche Verbindungsisolierung und die faire Bandbreitenzuordung in einer ATM-Vermittlung eines Netzzugangsknotens effektiv erzielt werden kann.
Mit Bezug auf die Zeichnungen zu der vorliegenden Patentanmeldung, in denen gleiche oder ähnliche Elemente über die verschiedenen Ansichten hinweg mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und in denen die verschiedenen dargestellten Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet wurden, und mit Bezug insbesondere auf 1, ist hierin ein exemplarischer Netzzugangsknoten 100 mit einer funktionalen Darstellung auf hoher Ebene einer ATM-Vermittlung 102 illustriert, wobei die Vorgaben der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise genutzt werden können. Wie in der oben referenzierten Anmeldung zur hierarchischen Scheduler-Architektur angegeben, umfasst die Gesamtfunktionalität der Vermittlung 102 Folgendes: Überwachung; Betrieb, Verwaltung und Wartung (Operation, Administration and Maintenance, OAM); Kopfdaten-Übersetzung; Warteschlangenverarbeitung; Einplanung und Datenverkehrsformung; und Verbindungs-Zugangskontrolle (Connection Admission Control, CAC). Wie einfach zu erkennen, erfolgt der Datenverkehr zum Netz 102 über eine Reihe von Schnittstellen. Eine Transportschnittstelle 104 ist betriebsbereit zur Verbindung des Knotennetzes mit dem Backbone-Netzwerk, z. B. dem ATM-Netzwerk 105. Eine Stackplane-Schnittstelle 106 ist betriebsbereit zum Transport des Datenverkehrs von einer sekundären Shelf-Bank-Kette 107 (z. B. mit den in 5 der Anmeldung zur hierarchischen Scheduler-Architektur dargestellten Kanalbänken 506-1 bis 506-4 und den Kanalbänken 508-1 bis 508-4) zum Netz 102. Eine Vielzahl von Teilnehmerschnittstellen über die Leitungseinheiten (LUs) 107-1 bis 107-N zeigen beispielhaft verschiedene Dienstquellen wie xDSL, Tl, ISDN, DS-3/OC-3, etc., die eine Schnittstelle mit dem Netz 102 durch die entsprechenden Bus-Level-Ports 109-1 bis 109-N bilden kann. Einer der Ports einer Leitungseinheit kann mit einem RT 111 gekop pelt werden als Teil eines Zugangsnetzes (in dieser Figur nicht dargestellt).
Hinsichtlich des internen ATM-Datenverkehrs können zwei Arten von ATM-Verbindungen definiert werden: Virtuelle Kanalverbindungen (Virtual Channel Connections, VCCs) und Virtuelle Pfadverbindungen (Virtual Path Connections, VPCs). Ein VCC weist typischerweise die niedrigste Fließkörnung auf, die eine ATM-Verbindung haben kann; sie wird angegeben durch einen eindeutigen Wert, der ein Paar von Kennungen in einer physischen Schnittstelle umfasst, d. h. die Kennung des virtuellen Kanals (Virtual Channel Identifier, VCI) und die Kennung des virtuellen Pfads (Virtual Path Identifier, VPI). Eine VPC ist dagegen definiert als eine Gruppe aller Flüsse, die den gleichen VPI-Wert verwenden, und einen gemeinsamen Pool von Ressourcen (z. B. Bandbreite, etc.). Es ist somit klar zu erkennen, dass ein VP eine Bündelung von VCs darstellt, was die Verwaltung der Verbindungen in einer ATM-Umgebung vereinfachen kann durch Verringerung der Anzahl der zu verwaltenden Elemente, wobei jede Verbindung durch ihr eindeutiges VPI/VCI-Paar gekennzeichnet ist.
Vom Standpunkt der Technologie aus gesehen, kann ein VVC oder ein VPC einen der beiden folgenden Typen haben: (i) Punkt-zu-Punkt-Verbindung, wobei bidirektionale Verbindungen aufgebaut werden und die Quellen in die verschiedenen Richtungen unterschiedlich sein können, und (ii) Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung, die typischerweise eine Vielzahl von eindirektionalen Verbindungen für eine Mehrfachübertragung (Multicast, MC) über das Netz verwenden. Wie nachfolgend ausführlicher erläutert, bietet die vorliegende Erfindung ein vorteilhaftes Schema zur Einplanung von MC-Flüssen durch die Verwendung einer minimalen Speichermenge bei gleichzeitiger Entkopplung der Leistung der Blattflüsse voneinander.
Zusätzlich kann eine weitere Stufe einer ATM-Verbindungshierarchie, eine so genannte virtuelle Gruppenverbindung (Virtual Group Connection, VGC) in Verbindung mit den Vorgaben der vorliegenden Erfindung implementiert werden. Weitere Details zur VGC-Implementierung finden Sie nachfolgend in der gemeinsamen anstehenden US-Patentanmeldung mit dem Titel "Virtual Group Connection Scheme For ATM Architecture In An Access Mode" ("Schema für Virtuelle Gruppenverbindungen für ATM-Architektur in einem Netzzugangsknoten"), die zum gleichen Datum wie das vorliegende Papier zum Patent angemeldet wurde unter der Anmeldungsnummer: 10/280,604 (Anwaltsliste Nr.: 1285-0099US ), im Namen von Mudhafar Hassan-Ali et al.
Die Verwaltung des eingehenden Datenverkehrs hinsichtlich der Flüsse, die der Vermittlung 102 (deren Funktionalität als ATM-Kreuzverbindungskarte (XCF-Karte) implementiert werden kann) präsentiert werden, umfasst demzufolge im Allgemeinen drei Stufen: Überwachung, Zuordnung von VC-Warteschlange/Puffer und Formung/Einplanung. In einer Implementierung kann die Hardware zu den verschiedenen Stufen innerhalb der XCF-Karte implementiert werden. Die wichtigste Funktion einer Überwachung ist es sicherzustellen, dass die empfangenen Zellen den relevanten Verbindungsbeschreibungen entsprechen. Ist dies nicht der Fall, können die eingehenden Zellen gelöscht oder markiert (d. h. gekennzeichnet) werden durch Aufheben bzw. Setzen der Markierung eines Felds „Priorität des Zellenverlusts" (Cell Loss Priority, CLP) im Kopfabschnitt der Zelle. Im Allgemeinen wird die Überwachungsfunktionalität implementiert durch Verwendung bekannter Algorithmen, die in den Standards ITU-T 1.371 und ATM Forum ATMF-TM-121 beschrieben sind. Im Wesentlichen verwenden diese auch als GCRA („Generic Cell Rate Algorithm", Allgemeiner Algorithmus für das Zellenkontingent) kategorisierten Algorithmen einen so genannten _"Credit Counter Called Bucket" und das bekannte Guthaben (_"Credit") als Wertmarken („Tokens"). Falls nach dem Empfang einer Zelle ein ausreichend hohes Guthaben (d. h. genügend Wertmarken) im Zähler (d. h. dem Eimer) vorhanden ist, wird die Zelle zugelassen; andernfalls wird die Zelle als eine Zelle mit niedrigerer Priorität gekennzeichnet oder gelöscht. Darüber hinaus können, wie in der Anmeldung zur hierarchischen Scheduler-Architektur beschrieben, die GCRA-basierten Algorithmen in einem so genannten Leaky Bucket Module (LBM) implementiert werden für Datenverkehrsüberwachung („Policing") und Datenverkehrsformung („Shaping"), d. h. Einplanung, im Hinblick auf verschiedene ATM-Datenverkehrsklassen; diese Klassen werden kategorisiert auf der Basis einer Serviceklasse („Class of Service", CoS), die definiert ist durch Faktoren wie die zeitliche Empfindlichkeit, die Bandbreiten-Garantien in der Spitze und kontinuierlich, die Burst-Fähigkeit und die Zustellungsgarantien.
Die hierarchische Einplanungsfunktionalität wird über ein in dieser Figur nicht dargestelltes PQM-Modul (Priority Queue Module, Prioritäts-Warteschlangenmodul) implementiert, wobei jede Schicht die Einplanungsfunktion für einen Eintrag durchführt; hierbei kann es sich entsprechend der Flussbündelung um eine der folgenden Schichten handeln: Subport, Bus, Port und Leitung. Beim Empfang einer Zelle eines neuen Flusses durch das Netz wird dieser Datenfluss im Wesentlichen durch einen Eintrag im Scheduler wie folgt dargestellt: Eine Fluss-ID („FID") wird vom LBM empfangen, und entsprechend der CoS/QoS werden die Daten des Flusses (d. h. FID und der Zeit stempel „TS") in der relevanten Schicht-1-Datenstruktur gespeichert. Unter allen in Konkurrenz stehenden Subports in Schicht 1 (beispielsweise verschiedene Flüsse einer Leitungseinheit) wird nur einer mit dem niedrigsten TS vom Schichtzuteiler ausgewählt und anschließend an die Zuteilung der nächsten Schicht weitergeleitet, d. h. an die Zuteilung der Schicht 2. Die Schicht-2-Datenstruktur enthält entsprechend "Winner FID/TS"-Daten von verschiedenen Subports. Wiederum wird nur ein Eintrag mit dem niedrigsten TS zur Weiterleitung an Schicht 3 ausgewählt. Das Szenario wird somit für zusätzliche Bündelungsschichten sukzessive wiederholt, was schließlich dazu führt, dass für jede Serviceprioritätskategorie ein Gewinner (d. h. die FID/TS-Daten der erfolgreichen Zelle) nominiert wird. Wie in der Anmeldung zur hierarchischen Scheduler-Architektur beschrieben, wird des Weiteren für jede Servicekategorieebene die schichtorientierte Zuteilung durchgeführt, um für jede Ebene einen Gewinner zu nominieren; anschließend wählt ein CoS-orientierter Zuteiler auf der Basis des Zeitstempels durch Zuteilung unter den Nominierten aus den einzelnen Serviceebenen einen letzten Gewinner aus.
Es sollte daher klar sein, dass die Zuteilung auf den einzelnen Schichten zur Auswahl eines Gewinners für die jeweilige Ebene die Verwaltung der diesen Ebenen zugeordneten PQ-Strukturen umfasst. Im Allgemeinen sind die PQ-Strukturen als Baumstruktur implementiert, wobei die Datenknoten (die beispielsweise die TS/FID der zugelassenen Zelle oder die aus der unteren Schicht ausgewählte Zelle darstellen) nach bestimmten Regeln zum Einfügen/Löschen angeordnet sind. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Schedulers 200 mit mehreren Schichten und mehreren Ebenen, der zur Implementierung der Einplanungsfunktionalität für die Bedienung der MC-Flüsse in der in 1 dargestellten ATM-Vermittlung betrieben werden kann.

Jede der PQ-Einheiten des Schedulers 200 an jeder Bündelungsschicht wird als Baumstruktur dargestellt, sodass für jede Serviceebene eine verschachtelte Gesamt-Baumanordnung entsteht. Die folgende Tabelle zeigt verschiedene exemplarische Serviceklassen und die ihnen zugeordneten parametrischen Informationen: Tabelle I

Serviceklasse	Anwendungen	Parameter
Echtzeit Konstante Bitrate (CBR), Echtzeit Variable Bitrate (rt-VBR)	Sprache (Einkanal oder Trunk), VBR Video, Spiele	Spitzen-Zellenrate (PCR), Toleranz bei Abweichungen der Zellenverzögerung (CDVT)
Nicht-Echtzeit Variable Bitrate (nrt-VBR)	Daten, Multimedia, E-Mail, Video-Streaming	PCR, CDVT, Kontinuierliche Zellenrate (SCR), Maximale Burst-Größe (MBS)
Garantierte Frame-Rate (GFR)	Premium-Daten, Web-Browsing, Internet	PCR, CDVT, MBS, Maximale Zellenrate (MCR), Maximale Frame-Größe (MFS)
Bester Versuch (Nicht angegebene Bitrate oder UBR)	Preisgünstige Daten, Web-Browsing und Internet	PCR, CDVT

Weitere Einzelheiten zu den parametrischen Daten und Dienstgütestufen sind in der Anmeldung zur hierarchischen Scheduler-Architektur enthalten. Bei der Fortsetzung mit 2 verweisen die Bezugszeichen 206-1 bis 206-6 auf die folgenden Serviceebenen: rt[CBR/VBR] – HOHE Ebene, rt[CBR/VBR) – MITTLERE Ebene, rt[CBR/VBR] – NIEDRIGE Ebene, nrt-VBR- und GFR-Ebene, GFR-Ebene und UBR (d. h. Bester Versuch) Ebene. Das Bezugszeichen 208 verweist auf den PQ-Baum zu einem Subport- Zuteiler 1305-i, wobei der PQ-Baum gemäß den vom entsprechenden Subport unterstützten VC-Verbindungen gebildet wird. Im Wesentlichen verwendet (bzw. erzeugt) jeder Subport des Schedulers einen PQ, bei dem es sich um eine Datenstruktur handelt, in der alle aktiven FIDs gespeichert sind (d. h. die der FID zugeordnete VC-Warteschlange hat mindestens eine Zelle in dieser Struktur). Die Gewinner aus allen Subport-Zuteilungen (z. B. Subport-Zuteiler 222-i und 222-j) werden weitergeleitet, um die einem Busebenen-Zuteiler 224-1 zugeordnete PQ-Baumstruktur 210 der nächsten Ebene zu füllen. Ebenso leiten die Busebenen-Zuteiler 224-1 und 224-k die entsprechende Auswahl an eine PQ-Struktur 212 der Shelf-Ebene weiter. Ein Zuteiler 214 der Shelf-Ebene, eine Stackplane-Schnittstelle 216 und eine Transportebenen-Schnittstelle 218 leiten ihre Auswahl an einen Leitungsebenen-Zuteiler 220 weiter, der einen Gewinner für eine bestimmte Serviceebene auswählt.
Eine Reihe von Datenstrukturen kann bereitgestellt werden zur Implementierung der baumorientierten PQs, die im Zusammenhang mit der hierarchischen Einplanung gemäß der vorliegenden Patentanmeldung verwendet werden. In einer exemplarischen Implementierung der vorliegenden Erfindung können die PQ-Einheiten als Heap-Struktur ausgeführt sein. Die Heap-Implementierung eignet sich im Allgemeinen optimal hinsichtlich der Speicherauslastung, sie leidet jedoch unter der Komplexität des Algorithmus, die den Durchsatz in einer Hochgeschwindigkeitskonzeption begrenzt. In einer weiteren Implementierung werden die schichtspezifischen PQ-Einträge entsprechend als Hybrid-„Calendar-Heap"-Struktur ausgeführt, die ausführlich beschrieben ist in der gemeinsamen anstehenden US-Patentanmeldung mit dem Titel "Calendar Heap System And Method For Efficient Sorting," (Kalender-Heap-System und Verfahren für eine effiziente Sortierung), die zum gleichen Datum wie das vorliegende Papier zum Patent angemeldet wurde unter der Anmeldungsnummer: 10/281,033 (Anwaltsliste Nr.: 1285-0101US ), im Namen von Mudhafar Hassan-Ali et al.
Bezug nehmend auf 3 ist hier ein Funktionsblockdiagramm auf hoher Ebene dargestellt, das eine Vermittlungskarte 300 zeigt, die einen Scheduler-Block 310 zur Implementierung eines Fluss-Einplanungsverfahrens mit Mehrfachübertragung in einem Netzzugangsknoten gemäß den Vorgaben der vorliegenden Erfindung umfasst. Der Scheduler-Block 310 umfasst ein PQM 302 und ein LBM 308 mit einer Reihe von Schnittstellen dazwischen zur Kommunikation von Nachrichten/Daten zu den Scheduler-Operationen. Diese Schnittstellen umfassen eine Zeitablaufschnittstelle 314, eine Schnittstelle 316 für den Gewinnablauf, eine Heap/Fluss-Neuverbindungsschnittstelle 318 und eine Heap/Fluss-Einfügeschnittstelle 320. Der PQM-Block 302 ist des Weiteren über eine Schnittstelle mit einer Vielzahl von Speicherblöcken 304-1 bis 304-4 zum Speichern der verschiedenen PQ-Datenstrukturen zu der oben beschriebenen hierarchischen Scheduler-Architektur verbunden. Ein mit dem PQM-Block 302 verbundener Kontrollspeicher 306 kann zum Speichern des Kontrollprogrammcodes zu den Operationen des PQM betrieben werden.
Der LBM-Block 308 ist ebenfalls über eine Schnittstelle mit einem oder mehreren Speicherblöcken verbunden, z. B. mit Speicher 312, der zum Speichern von Informationen über die vom LBM verwendeten algorithmischen Prozesse zur Überwachung und zur Formung betrieben werden kann. In einer Implementierung kann der LBM betrieben werden zur Ausführung eines "Leaky Bucket"-Rechners als Statussystem, das die Gültigkeit einer Zelle gemäß der Datenverkehrsvereinbarung und die Historie der Verbindung, zu der sie gehört, ermittelt.
Wenn es für die Überwachung verwendet wird, ermittelt das Statussystem die Konformität der eingehenden Zellen, während es bei Verwendung im Rahmen der Formung den Zeitpunkt ermittelt, zu dem die Zelle für Services verwendet werden kann. Je nach der Serviceklasse werden ein oder mehrere spezifische algorithmische Prozesse mit bestimmten Parametern (d. h. Datenverkehrsbeschreibungen, "Leaky-Bucket"-Parameter, theoretische Ankunftszeit (TAT), TS-Werte, Zellenankunftszeit, etc.) bereitgestellt zur Durchführung der Überwachungs- und Formungsoperationen des LBM. Wie nachfolgend ausführlich beschrieben, wird der GFR-Service der vorliegenden Erfindung über zwei separate algorithmische LB-Prozesse mit je einem Parameter-Set implementiert, wobei diese Prozesse zur Regulierung eines garantierten und eines nicht garantierten Flussanteils betrieben werden können.
Der LBM-Block 308 ist ebenfalls über eine Schnittstelle mit einem Kontext-Speichermodul 332 (Context Memory Module, CMM) und einem Warteschlangen-Kernmodul 322 (Queue Core Module, QCM) verbunden; so erzielt er seine Gesamtfunktionalität zur Aufrechterhaltung der Leaky Bucket-Informationen für alle vom ATM-Netz versorgten Flüsse einschließlich der MC-Flüsse, wobei ein Root-Fluss an eine Vielzahl von Ausgangs-Ports oder Blätter geleitet wird. Eine dem CMM-Block 332 zugeordnete Zellenankunfts-Schnittstelle 348 agiert als Eingangspunkt für eingehende Zellen. Ein dem CMM-Block 332 zugeordneter Kontextspeicher 334 kann zum Speichern der flussorientierten Informationen wie beispielsweise QoS, FID, "Leaky-Bucket"-Parameter, Zielpfadmarkierung ("Destination Path Tag", DPT) etc. verwendet werden. Außerdem kann ein Statistik-Speicherblock 336 bereitgestellt werden zum Erfassen von Leistungsüberwachungsdaten in Verbindung mit den von der ATM-Vermittlungskarte 300 bedienten Verbindungen. Informationen zum Eingangsfluss und Kontextinformationen zum Ausgangsfluss werden dem QCM-Block 322 über die Schnittstellen 338 bzw. 340 bereitgestellt. Ein Kopf-/Ende-Zeigerspeicher 352 und ein Statistikspeicher 354 sind mit dem QCM-Block 322 gekoppelt. Eine diesem Block zugeordnete Zellenzeiger-Schnittstelle 356 wird zum Verweis auf Zellen verwendet, die für Services auf der Basis der Einplanungsoperationen zur Verfügung stehen. Die Funktionalität des Kopf-/Endespeichers und der Zellenzeiger ist nachfolgend im Kontext eines Mehrfachübertragungsflusses beschrieben.
Die Schnittstellen zwischen dem QCM-Block 322 und dem LBM-Block 308 umfassen Folgendes: eine Flussaktivierungs-Schnittstelle 324, eine Fluss-Neuverbindungs- und -Deaktivierungs-Schnittstelle 326, eine Verbindungsabschluss-Schnittstelle 328 und eine Timeout-Schnittstelle 330. Eine Gewinnerzellen-Schnittstelle 342 zwischen dem LBM-Block 308 und dem CMM-Block 332 kann zur Übertragung von Informationen zu den Gewinnerzellen verwendet werden. Darüber hinaus werden auch ein Uhr-Verwaltungsblock 344 und ein Prozessor-Schnittstellenmodul mit einer Prozessor-Schnittstelle 350 bereitgestellt.
Im Hinblick auf die verschiedenen oben beschriebenen Strukturblöcke umfasst die Gesamtfunktionalität des LBM-Blocks 308 Folgendes:
S – Flussaktivierung: Wenn eine Zelle ankommt und der Zellenpuffer zu ihrer FID zuvor leer war, wird vom QCM eine Flussaktivierungsnachricht an das LBM gesendet. Dieses Schnittstelle enthält die Informationen, die sich im Kontextspeicher zu dem Fluss befinden.
S – Gewinnerfluss und Fluss-Neuverbindung/Deaktivierung: Wenn ein Fluss vom PQM als Gewinner ausgewählt ist, wird er aus den verschiedenen Heaps, zu denen er gehört (beispielsweise in Abhängigkeit von Bündelungsschichten), gelöscht. Wenn noch Zellen im Zellenpuffer dieses spezifischen Flusses verbleiben, berechnet der LBM die TS-Werte neu und verbindet den Fluss in den PQ-Datenstrukturen neu. Falls keine Zellen verbleiben, berechnet der LBM die TS-Werte für diesen Fluss und speichert sie im „Leaky-Bucket"-Speicher, bis eine weitere Zelle für diesen Fluss ankommt.
S – Verbindung schließen: Wenn der CAC einen Fluss unterdrückt, wird der Zellenpuffer gelöscht, und die FID kann wieder für eine andere Verbindung verwendet werden. Damit nicht die alten Parameter für die neue Verbindung verwendet werden, muss der LBM darüber informiert werden, dass dieser Fluss nicht mehr gültig ist.
S – Zeitüberschreitung/Timeout: Der „Leaky-Bucket"-Speicher wird vorzugsweise regelmäßig überprüft, um das Speichern abgelaufener Zeiten zu verhindern.
4 zeigt eine exemplarische Mehrfachübertragungs-Flussanordnung (MC), bei der ein Root-Fluss in eine ATM-Umgebung gelangt, beispielsweise in die ATM-Vermittlung des in 1 dargestellten Zugangsknotens 100, und an eine Vielzahl von Ausgangsschnittstellen mit einer entsprechenden Anzahl von Blattflüssen übertragen wird. In einer Ausführungsform kann ein Scheduler wie der in der oben erwähnten Anmeldung zur hierarchischen Scheduler-Architektur beschriebene zur Implementierung der erforderlichen Funktionalität verwendet werden. Das Bezugszeichen 402 bezieht sich auf eine Schnittstelle, die einen Eingangsfluss 403 erhält (d. h. den Root), der zum Senden an N Ausgangsschnittstellen 406-1 bis 406-N eingeplant werden soll. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, wird der Eingangsfluss 403 als Root-Fluss bezeichnet und die an die Ausgangsschnittstellen gesendeten MC-Flüsse als Blattflüsse. Das Bezugszeichen 404 verweist auf eine Illustrations-Warteschlange, die dem Root-Fluss 403 zugeordnet ist, der eine Vielzahl von Root-Flusszellen aufweist. Ebenso verweisen die Bezugszeichen 408-1 bis 408-N auf die N Blattflüsse, die der entsprechenden Anzahl von Ausgangsschnittstellen (d. h. Blättern) zugeordnet sind. Wie nachfolgend ausführlich beschrieben, wird jeder Blattfluss mit einem Indexzeiger auf einen Zeigerspeicher initialisiert, der eine zirkulär verknüpfte Liste von Zeigern zur Ausführung der Mehrfachübertragungs-Funktionalität der vorliegenden Erfindung implementiert. Die Bezugszeichen 410-1 bis 410-N verweisen beispielsweise auf N Blattindex-Zeigerwerte, die den N Blattflüssen zugeordnet sind. Darüber hinaus werden zu jedem Blattfluss eine FID und entsprechende LB-Parameter (z. B. TS) bereitgestellt, die vom Scheduler zur Übertragung des replizierten Ausgangsdatenverkehrs (d. h. der Root-Zellen) zu der zugeordneten Ausgangsschnittstelle verwendet werden, wenn der Blattfluss gültig wird.
Im Kontext des oben beschriebenen QCM 322 mit Bezug auf 3 können bis zu 256 MC-Roots eingerichtet werden mit einem Maximum von 2.048 Blättern pro Root. Sobald ein Root-Fluss im ATM-Netz eingerichtet wurde, können MC-Blätter der MC-Session hinzugefügt oder aus der MC-Session gelöscht werden. Bevor ein Root-Fluss im QCM zugelassen wird, muss jedoch eine Mehrfachübertragungs-Session (MC-Session) eingerichtet werden, beispielsweise von einer Software. In einer Implementierung umfasst der Prozess zur Erstellung der MC-Session die Programmierung des dem CMM 332 zugeordneten Kontextspeichers mit Kontextdaten für die Root-Flüsse und die Blätter, die zu den entsprechenden MC-Sessions gehören. Sobald der Kontextspeicher programmiert wurde, werden die Blätter innerhalb des Scheduler-Moduls 310 aktiviert. Jedes Blatt kann vom Prozessor über das CPU-Schnittstellenmodul 346 einzeln aktiviert werden durch Schreiben der erforderlichen Register innerhalb des QCM-Blocks 322, der zum Senden einer Blattaktivierungsnachricht an das Scheduler-Modul 310 verwendet werden kann, sofern keine Aktivierung zur Einfachübertragung erforderlich ist. Jeder einzelne MC-Root kann auch mit einer bestimmten MC-Warteschlangentiefe, z. B. 256, 512, etc., programmiert werden. Wie nachfolgend gezeigt, besteht ein Zusammenhang zwischen der MC-Warteschlangentiefe und der Anzahl der in einer zirkulär verknüpften Pufferstruktur verwendeten Zeiger; diese Zeiger verweisen auf eine Vielzahl von Positionen in einem Zellenspeicherpuffer, der zum Speichern der Root-Flusszellen verwendet wird, beginnend mit der Kopfzelle des Flusses. Außerdem können für jeden MC-Root ein MC-Gruppenwert und ein MC-Bit gesetzt werden, um anzugeben, dass der Fluss zu einer MC-Session gehört. Dabei sollte klar sein, dass die Programmierung der MC-Blätter die Zuordnung der Blätter zum richtigen Root umfasst. In einer Ausführungsform wird dies durch die Programmierung der MC-Blätter und des MC-Root der gleichen Session mit der gleichen MC-Gruppennummer erzielt. Außerdem werden das MC-Bit und das MC-Active-Bit gesetzt, um anzugeben, dass ein MC-Blatt hinsichtlich eines Root aktiv ist. Die MC-Warteschlangentiefe kann für jedes der Blätter programmiert werden; dies ist jedoch im Allgemeinen nicht erforderlich. Wenn das MC-Active-Bit für ein Blatt nicht gesetzt ist und der Scheduler ein nicht-aktives Blatt sendet, erzeugt das QCM einen Befehl zum Schließen der Verbindung für das Blatt.
In einem Beispiel können hinsichtlich des QCM die folgenden Operationen ausgeführt werden, um mithilfe der in 3 dargestellten Funktionsblöcke eine MC-Zelle in die Warteschlange des ATM-Netzes einzufügen. Während der Kontextsuche wird der FID zum Abrufen des Flusskontexts verwendet, der über die Flusskontext-Eingangsschnittstelle an das QCM gesendet wird. Die zum Einreihen des MC-Flusses in die Warteschlange erforderlichen Kontextdaten sind das MC-Bit, die MC-Warteschlangentiefe und die MC-Gruppennummer. Das CMM kann vorzugsweise zum Aktualisieren des Zählers der Zellenankunft pro Fluss eingesetzt werden. Mithilfe des MC-Bits innerhalb der Flusskontext-Eingangsschnittstellen kann das QCM erkennen, dass der Fluss zu einem MC-Fluss gehört. Das QCM erzeugt eine Adresse, die die richtige MC-Tabelle innerhalb der Kopf-/Endespeicher und der Zeigerspeicher indiziert; dies wird nachfolgend ausführlich erläutert. Der Kopf-/Endespeicher ist so indiziert, dass er das Root-Sequenzbit und den aktuellen Root-Flussindex abruft; dies ist der Root-Schreibindexzeiger. Anfänglich kann der gesamte Kopf-/Endespeicher auf Nullen gesetzt werden, wodurch der aktuelle Root-Indexwert für alle MC-Sessions auf Null gesetzt wird. In einer Implementierung kann die MC-Adresse für den Zeigerspeicher aus der MC-Gruppennummer, dem aktuellen Root-Index und einem Versatzwert gebildet werden. Somit wird deutlich, dass der Zeigerspeicher mit der erzeugten MC-Zeigerspeicheradresse indiziert wird, wobei die Root-Zellenzeiger nach der Überprüfung der Gültigkeit der Positionen in den Zeigerspeicher geschrieben werden.
Zum Entfernen einer MC-Zelle aus der Warteschlange des ATM-Netzes werden die folgenden Operationen mit Bezug auf den QCM-Block ausgeführt. Das Scheduler-Module gibt einen Fluss zum Senden über die Schnittstelle für die Gewinnerzelle 342 aus. Unter Verwendung der FID des Gewinnerflusses als Adresse wird der Kontext abgerufen und über die Ausgangsfluss-Kontextschnittstelle 340 an den QCM-Block gesendet. Die zum Entfernen einer MC-Zelle aus der Warteschlange erforderlichen Kontextdaten sind das MC-Bit, das MC-Active-Bit, das Blattsequenz-Bit, die MC-Warteschlangentiefe und die MC-Gruppennummer. Der CMM-Block kann zum Aktualisieren des Zellen-Sendezählers pro Fluss betrieben werden, da die Zellen zum Senden nach erfolgter Zuteilung eingeplant werden. Mithilfe des MC-Bits innerhalb der Schnittstelle kann der QCM-Block erkennen, dass der Fluss zu einem MC-Fluss gehört. Wenn das MC-Active-Bit = 0 ist, wird an den Scheduler ein Befehl zum Schließen der Verbindung ausgegeben; andernfalls erzeugt der QCM-Block eine Adresse, die die aktuelle MC-Tabelle innerhalb des Kopf-/Endespeichers und der Zeigerspeicher indiziert. Das QCM indiziert den Kopf-/Endespeicher mit der erzeugten Adresse und ruft das Root-Sequenzbit und den aktuellen Root-Index ab. Diese Informationen werden in Verbindung mit den Ausgangsfluss-Kontextdaten verwendet, um eine Zelle aus der MC-Warteschlange zu entfernen. Der QCM-Block erzeugt anschließend eine Adresse, die die entsprechende MC-Tabelle indiziert, und gibt eine Kopie der vom Blattindexzeiger, der als Lesezeiger agiert, indizierten Zelle aus. Ähnlich wie beim Prozess zum Einreihen der Root-Zelle in die Warteschlange wird die MC-Adresse für den Zeigerspeicher aus der MC-Gruppennummer, dem Blattindexwert und einem Versatzwert gebildet.
Nach dem Senden einer Kopie einer Zelle werden der Blattindexwert und die Blattsequenz wie folgt aktualisiert. Wenn ein Blattindex mit der MC-Warteschlangentiefe übereinstimmt, hat das Blatt das Ende der MC-Warteschlange erreicht, daher muss ein Umbruch erfolgen. Wenn der Blattindex mit dem aktuellen Root-Index übereinstimmt, stimmt der Blatt-Lesezeiger mit dem Root-Zellen-Schreibzeiger überein, es wird keine Root-Zellenkopie für das Blatt gesendet, sondern es wird eine Idle-Zelle aus dem Netz gesendet. Stimmt der Blattindex dagegen nicht mit dem aktuellen Root-Index überein, so stimmt der Blatt-Lesezeiger nicht mit dem Root-Zellen-Schreibzeiger überein, es gibt kein Out-of-Sequence-Problem, und die Zellenkopie, auf die der Zeiger verweist (auf die der Blattindex verweist), wird aus dem Netz gesendet, und der Blattindex wird um Eins hochgezählt.
Wenn ein Blatt und der Root nicht in der richtigen Folge stehen („Out of Sequence"), wird eine Kopie der Zelle am aktuellen Root-Index gesendet, und der Root-Index wird wie folgt aktualisiert. Wenn der aktuelle Blattindex mit der MC-Warteschlangentiefe übereinstimmt, wird der Blattindex auf Null initialisiert. Stimmt der aktuelle Blattindex dagegen nicht mit der MC-Warteschlangentiefe überein, so entspricht der Blattindex dem aktuellen Root-Index, hochgezählt um Eins.
In einer Implementierung wird nach dem Senden einer Kopie der Zelle kein Zeiger an die freie Liste der Zeiger zurück gegeben, die auf die vom MC-Zeiger adressierte Zellenspeicherposition verweist. Sowohl der Blattindexwert als auch das Blattsequenz-Bit werden innerhalb des Kontextspeichers pro Blatt-FID aktualisiert.
Bezug nehmend auf 5 ist hier eine Speicherausführungsform 500 zur Implementierung des MC-Warteschlangenpuffersystem der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Speicherausführungsform 500 umfasst einen Kopf-/Endespeicher 502, einen Zeigerspeicher 504 und einen Zellenspeicher 506 zur Durchführung der nachfolgend ausführlich beschriebenen Operationen zur MC-Einplanung. Wie weiter vorn beschrieben, entsprechen die Blattindexwerte 410-1 bis 410-N den N Blattflüssen, die dem Root-Fluss 403 zugeordnet sind und die im Kopf-/Endespeicher 502 initialisiert werden. Der Zeigerspeicher 504 umfasst einen zirkulär verknüpften Zeigerpuf fer 510 mit einer Vielzahl von Zeigern 512-1 bis 512-M zur Unterstützung einer MC-Warteschlange der Tiefe M. Die Positionen des Blattindexzeigers enthalten die Indexwerte, die auf die verknüpften MC-Zeiger verweisen und die daher als Blattlesezeiger agieren, wie oben beschrieben. Entsprechend können die Blattindexwerte als Indizierung auf die Kopfdaten der Zellenpositionen der entsprechenden Blattflüsse angesehen werden, von denen sie nach dem Gewinn der Zuteilung Kopien empfangen. Ebenso verweist der Root-Index auf eine Zeigerposition, die als Root-Zellen-Schreibzeiger agiert und die daher als das Ende der MC-Warteschlange betrachtet werden kann, an das Zellen bei ihrer Ankunft in der ATM-Vermittlungsumgebung angehängt werden.
Die Zeiger 512-1 bis 512-M können zirkulär in jeder bekannten oder bisher unbekannten Weise verknüpft werden. Der verknüpfte Puffer 510 umfasst einen Indexbereich 514A mit Bezug auf die Blatt- und Root-Flussindexwerte, und einen Zeigerpositionsbereich 514B mit Zeigern auf die Zellenspeicherpositionen 516-1 bis 516-K, die zusammenhängend, verteilt oder anderweitig organisiert sein können. Die Root-Zellen werden mithilfe des Root-Index gespeichert oder in die Zellenspeicherpositionen geschrieben, beginnend mit der Kopf-Root-Zelle und weiteren Root-Flusszellen in der Folge, in der sie für den MC-Service in die Warteschlange eingereiht werden. Wenn ein bestimmter Blattfluss für die Einplanung verfügbar wird (z. B. auf der Basis seiner LB-Parameter wie beispielsweise TS), so wird eine Kopie der Kopf-Root-Zelle zum Senden abgerufen, und der Blattindex des Gewinner-Blattindex wird aktualisiert. Wenn der Fluss erneut die Zuteilung gewinnt, wird eine Kopie der nächsten Zelle im Zellenspeicher zum Senden eingeplant.
6 zeigt ein Beispiel eines zirkulär verknüpften Zeigerpuffersystems 600 zur Versorgung einer MC-Warteschlange mit einer Tiefe von acht Speicherzellenpositionen, auf die jeweils von einem verknüpften Zeiger verwiesen wird. Zunächst verweisen die Blattfluss-Indexwerte und der Root-Flussindex auf einen gemeinsamen Zeiger. Nach der Ankunft einer Kopf-Root-Zelle zeigt der Zeiger, auf den der Root-Flussindex verweist, auf die Zellenspeicherposition, an der die Kopf-Root-Zelle gespeichert werden kann. Der Root-Flussindex wird aktualisiert, sodass zusätzliche Root-Zellen bei ihrer Ankunft an geeigneten Zellenpositionen gespeichert werden. Nach dem Speichern von acht Root-Zellen kann der Root-Flussindex am aktuellen Root-Flussindex stoppen. Die Blattflüsse beginnen, nach dem Gewinn der Zuteilung gemäß ihren entsprechenden LB-Parametern, mit dem Abrufen von Kopien der Zellen entsprechend den jeweiligen Indexwerten, die ebenfalls um den zirkulären Zeigerpuffer herum aktualisiert werden. Während die Zuteilungen für die einzelnen Zeitschlitze unabhängig voneinander durchgeführt werden, können die Blattflüsse unabhängig voneinander Kopien der Root-Zellen erhalten, ohne sich gegenseitig zu beeinträchtigen. Sobald die MC-Session beginnt, können die Blattfluss-Indexwerte daher mit variabler Rate hochgezählt und auf verschiedene zirkuläre Zeiger indiziert werden. Blattfluss-ID2 und Blattfluss-ID3 sind beispielsweise beide auf Zeiger-1 indiziert, und Blattfluss-ID1, Blattfluss-ID5, Blattfluss-ID4 und Blattfluss-ID6 sind auf Zeiger-2, Zeiger-3, Zeiger-4 und Zeiger-6 indiziert.
7 ist ein Flussdiagramm zum Betrieb in einer Ausführungsform des Mehrfachübertragungs-Einplanungsverfahrens der vorliegenden Erfindung. In den Blöcken 702, 704 und 706 werden verschiedene Initialisierungsprozeduren durchgeführt im Hinblick auf den Beginn einer MC-Session in einer ATM- Umgebung, z. B. einer ATM-Vermittlung eines Netzzugangsknotens. Der Fachmann erkennt, dass diese Initialisierungsprozeduren in einer Reihe von Schritten mit beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden können. Entsprechend ist die nachfolgende Beschreibung der Initialisierungsprozesse lediglich als Verdeutlichung zu sehen. Nach dem Empfang der Root-Flusszellen für die Einplanung durch das Vermittlungsnetz des Knotens wird eine Reihe von Blattfluss-IDs initialisiert entsprechend den dem MC-Session-Block (Block 702) zugeordneten Ausgangsschnittstellen. Eine zirkulär verknüpfte Zeigerliste einer MC-Warteschlange (MCQ) wird initialisiert, wobei jeder verknüpfte Zeiger auf eine Zellenspeicherposition verweist. Mithilfe eines Flussindex werden die Root-Flusszellen in die Zellenspeicherpositionen geschrieben, beginnend mit der Kopf-Root-Zelle (Block 704). Blattfluss-IDs werden auf den MCQ-Zeiger indiziert, der auf die Position der Kopf-Root-Zelle verweist, um das Senden der Zellen am richtigen Anfang des Root-Flusses (Block 706) zu beginnen.
Wenn ein spezifischer Blattfluss zur Einplanung ansteht, wird eine Kopie des Inhalts der Kopfzelle abgerufen zum Übertragen an die Ausgangsschnittstelle, die dem Gewinner-Blattfluss zugeordnet ist. Der Indexzeiger des Blattflusses wird so aktualisiert, dass er auf den MCQ-Zeiger der nächsten Zelle des MCQ (Block 708) verweist. Sobald eine bestimmte Zelle für alle Blattflüsse eingeplant ist (d. h. alle Ausgangsschnittstellen haben eine Kopie der spezifischen Zelle erhalten), kann die Zellenspeicherposition dieser Zelle mithilfe des aktualisierten (d. h. aktuellen) Root-Flussindex (Blockindex 710) zum Schreiben einer neuen Root-Zelle verfügbar gemacht werden. Diese Operationen können fortgesetzt werden, bis alle Root-Flussindizes für jeden Blattfluss durch das Netz gesendet wurden.
Basierend auf dieser Erläuterung sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung ein innovatives Schema zur Implementierung des Mehrfachübertragungsverfahrens in einer ATM-Umgebung bietet, ob in einer in einem Netzzugangsknoten oder in einem bereichsweiten Transportnetz angeordneten Vermittlung, wobei die Schwächen und Nachteile der derzeitigen Implementierungen in vorteilhafter Weise überwunden werden. Durch die Bereitstellung eines einzelnen MC-Zellenpuffers, der unabhängig für eine Vielzahl von Blattflüssen zugänglich ist, wird die Unterstützung mehrerer Warteschlangen überflüssig. Darüber hinaus erlaubt eine solche unabhängige Anordnung getrennte Flüsse und eliminiert dadurch die gegenseitige Beeinträchtigung verschiedener Flüsse. Auch wenn das Mehrfachübertragungsschema der vorliegenden Erfindung im Kontext eines hierarchischen Schedulers mit dem ATM-Netz des Netzzugangsknoten vorgestellt wurde, erkennt der Fachmann sofort, dass die hier vorgestellten Vorgaben nicht nur auf einen solchen Kontext begrenzt sind, sondern auch in anderen ATM-Anwendungen genutzt werden können.
Es wird davon ausgegangen, dass der Betrieb und die Konstruktion der vorliegenden Erfindung aus der vorangegangenen ausführlichen Beschreibung klar ist. Obwohl die Ausführungsformen der gezeigten und im vorliegenden Papier beschriebenen Erfindung exemplarisch vorgestellt wurden, sollte klar sein, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung gemäß den folgenden Patentansprüchen abzuweichen.

1

105: ATM-NETZWERK
107: BANK-KETTE
100: NETZ ZUGANGSKNOTEN
104: TRANSPORT-SCHNITTSTELLE
106: STACKPLANE-SCHNITTSTELLE
102: ATM-VERMITTLUNG 1. ÜBERWACHUNG 2. OAM 3. KOPFDATEN-ÜBERSETZUNG 4. WARTESCHLANGENVERARBEITUNG UND ZUGANGSKONTROLLE 5. EINPLANUNG 6. DATENVERKEHRSFORMUNG 7. VERBINDUNGSZUGANGSKONTROLLE (CAC)
109-1: BUS-SCHNITTSTELLE
107-1: LU (ADSL) PORT-1 PORT-N
109-2: BUS-SCHNITTSTELLE
107-2: LU (DS3/OC3)PORT PORT RT PORT PORT
109-N: BUSSCHNITTSTELLE
107-N: LU (HDSL) PORT-1 PORT-N

2

208: PQ-BAUM
210: PQ-BAUM
212: PQ-BAUM
220: LEITUNG GEWINNER GEWINNER GEWINNER GEWINNER GEWINNER GEWINNER
206-1: PQ: PRIORITÄTS-WARTESCHLANGE

3

334: KONTEXT-RAM
336: STATISTIK-RAM
352: KOPF-/ENDE-RAM
354: STATISTIK-RAM
348: ZELLENANKUNFTS-SCHNITTSTELLE
350: PROZESSOR-SCHNITTSTELLE
304-1: RAM-1
304-2: RAM-2
304-3: RAM-3
332: KONTEXT- SPEICHERMODUL
338: FLUSSKONTEXT-EINGANGSSCHNITTSTELLE
340: FLUSSKONTEXT-AUSGANGSSCHNITTSTELLE
322: WARTESCHLANGEN-KERNMODUL
356: ZELLENZEIGER-SCHNITTSTELLE
346: CPU-SCHNITTSTELLENMODUL
344: UHRZEITVERWALTUNG
302: PRIORITÄTS-WARTESCHLANGENMODUL
320: HEAP-EINFÜGE-SCHNITTSTELLE
318: HEAP-NEUVERBINDUNGS-SCHNITTSTELLE
316: GEWINNERFLUSS-SCHNITTSTELLE
314: ABLAUF-SCHNITTSTELLE
310: SCHEDULER
324: FLUSSAKTIVIERUNGS-SCHNITTSTELLE
326: FLUSSNEUVERBINDUNGS- UND DEAKTIVIERUNGS-SCHNITTSTELLE
328: VERBINDUNGSABSCHLUSS-SCHNITTSTELLE
330: TIMEOUT-SCHNITTSTELLE
308: LEAKY-BUCKET-MODUL
312: LEAKY-BUCKET-RAN
304-4: RAM-4
306: KONTROLL-RAM

4

403: EINGANGSFLUSS
402: ROOT
406-1: AUSGANGS-SCHNITTSTELLEN (BLÄTTER)
410-1: BLATTINDEXZEIGER-1
410-2: BLATTINDEXZEIGER-2
410-3: BLATTINDEXZEIGER-3
410-4: BLATTINDEXZEIGER-4

5

502: KOPF-/ENDE-SPEICHER
410-1: BLATTFLUSS-1 KOPF BLATTINDEX
410-2: BLATTFLUSS-2 KOPF
410-3: BLATTFLUSS-3 KOPF
410-N: BLATTFLUSS-N KOPF
403: ROOT-FLUSS ENDE AKTUELLER ROOT-INDEX
504: ZEIGERSPEICHER
514B: ZEIGER-1 ZEIGER-2 ZEIGER-3 ZEIGER-(M-2) ZEIGER-(M-1) ZEIGER-M
506: ZELLENSPEICHER

6

ZEIGER-1: BLATTFLUSS-ID2 BLATTFLUSS-ID3
ZEIGER-2: BLATTFLUSS-ID1
ZEIGER-3: BLATTFLUSS-ID5
ZEIGER-4: BLATTFLUSS-ID4
ZEIGER-5
ZEIGER-6: BLATTFLUSS-ID6
ZEIGER-7: ANKUNFT ROOT-ZELLE
ZEIGER-8

7

702: EMPFANG VON ROOT-FLUSSZELLEN ZUR EINPLANUNG DURCH DIE ATM-VERMITTLUNG DES NETZZUGANGSKNOTENS; INITIALISIEREN DER BLATTFLUSS-IDS
704: INITIALISIEREN EINER ZIRKULÄR VERKNÜPFTEN MCQ ZEIGERLISTE, JEDER ZEIGER VERWEIST AUF EINE ZELLENSPEICHERPOSITION; SPEICHERN DER ROOT-FLUSSZELLEN IN ZELLENSPEICHERPOSITIONEN MITHILFE DES ROOT-FLUSSINDEX
706: INDIZIEREN DER FLUSS-IDS ZU DEM DER KOPFZELLENPOSITION ZUGEORDNETEN MCQ-ZEIGER
708: WENN EIN BESTMMTER BLATTFLUSS ZUR EINPLANUNG ANSTEHT, ABRUFEN EINER KOPIE DES INHALTS DER KOPFZELLENPOSITION ZUR ÜBERTRAGUNG AN DIE DEM BLATTFLUSS ZUGEORDNETEN AUSGANGSSCHNITTSTELLE; AKTUALISIEREN DES INDEXZEIGERS DES BLATTFLUSSES ZUM VERWEISEN AUF DEN MCQ-ZEIGER DER NÄCHSTEN ROOT-ZELLE
710: NACH DEM EINPLANEN EINER BESTIMMTEN ZELLE FÜR ALLE BLATTFLÜSSE (D. H. NACH DEM ABRUFEN VON KOPIEN DER ZELLE), SCHREIBEN EINER NEUER ROOT-ZELLE AN DIESE POSITION MITHILFE DES ROOT-FLUSSINDEX

Claims

Mehrfachübertragungsverfahren zur Weiterleitung eines Root-Flusses (403) in einer Asynchronous Transfer Mode-Umgebung, nachfolgend als ATM-Umgebung bezeichnet, an eine Vielzahl von Ausgangsschnittstellen (406-1, ...-N) mithilfe einer entsprechenden Anzahl von Blattflüssen (408-1, ...-N), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Initialisierung einer Liste zirkulär verknüpfter Zeiger, wobei eine Vielzahl verknüpfter Zeiger (512-1, ...-N) auf eine entsprechende Anzahl von Zellenspeicherpositionen (516-1, ...-K) in einem Speicherbereich (506) verweist; – nach dem Empfang von Root-Flusszellen in dieser ATM-Umgebung die Speicherung dieser Zellen an diesen Zellenspeicherpositionen (516-1, ...K) entsprechend einem Root-Flussindex, der diesem Root-Fluss zugeordnet ist, wobei dieser Root-Flussindex auf einen bestimmten Zeiger dieser Liste verknüpfter Zeiger zum Speichern einer Kopf-Root-Flusszelle initialisiert ist und nach Ankunft zusätzlicher Root-Flusszellen über diese verknüpften Zeiger (512-1, ...-N) aktualisiert wird; – Initialisierung einer Vielzahl von Blattfluss-Indexwerten (410-1, ...-N), wobei jeder Indexwert einem Blattfluss (408-1, ...-N) entspricht und auf diesen bestimmten Zeiger, der auf eine Zellenspeicherposition verweist, die diese Kopf-Root-Flusszelle umfasst, initialisiert ist; – wenn ein bestimmter Blattfluss (408-1, ...-N) zur Einplanung bereitsteht, Abrufen einer Kopie dieser Kopf-Root-Zelle zum Senden an eine Ausgangsschnittstelle (406-1, ...-N), die diesem bestimmten Blattfluss (408-1, ...-N) zugeordnet ist, und Aktualisierung seines Blattfluss-Indexwerts (410-1, ...-N), sodass er auf einen nächsten Wert in dieser Liste der verknüpften Zeiger verweist, und – nach dem Einplanen einer bestimmten Root-Flusszelle für jeden dieser Blattflüsse (408-1, ...-N) das Schreiben einer neuen Root-Flusszelle in die Speicherposition dieser bestimmten Root-Flusszelle.
Mehrfachübertragungsverfahren zum Weiterleiten eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung gemäß Anspruch 1, wobei diese Operation zum Ermitteln, wann ein bestimmter Blattfluss zur Einplanung bereit steht, von einem hierarchischen Scheduler durchgeführt wird, der eine Reihe von Bündelungsschichten aufweist, die über eine Vielzahl von Serviceprioritätskategorien partitioniert sind.
Mehrfachübertragungsverfahren zum Weiterleiten eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung gemäß Anspruch 2, wobei eine dieser Vielzahl von Serviceprioritätskategorien einer konstanten Trefferrate-Serviceklasse, nachfolgend als CBR bezeichnet, zugeordnet ist.
Mehrfachübertragungsverfahren zum Weiterleiten eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung gemäß Anspruch 2, wobei eine dieser Vielzahl von Serviceprioritätskategorien einer variablen Echtzeit-Bitraten-Serviceklasse, nachfolgend als rt-VBR bezeichnet, zugeordnet ist.
Mehrfachübertragungsverfahren zum Weiterleiten eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung gemäß Anspruch 2, wobei eine dieser Vielzahl von Serviceprioritätskategorien einer variablen Nicht-Echtzeit-Bitraten-Serviceklasse, nachfolgend als nrt-VBR bezeichnet, zugeordnet ist.
Mehrfachübertragungsverfahren zum Weiterleiten eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung gemäß Anspruch 2, wobei eine dieser Vielzahl von Serviceprioritätskategorien einer nicht spezifizierten Bitraten-Serviceklasse, nachfolgend als UBR bezeichnet, zugeordnet ist.
Mehrfachübertragungsverfahren zum Weiterleiten eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung gemäß Anspruch 2, wobei eine dieser Vielzahl von Serviceprioritätskategorien einer garantierten Frame-Raten-Serviceklasse, nachfolgend als GFR bezeichnet, zugeordnet ist.
Mehrfachübertragungsverfahren zum Weiterleiten eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung gemäß Anspruch 1, wobei jeder Blattfluss durch eine Fluss-ID angegeben ist, die nachfolgend als FID bezeichnet wird.
Mehrfachübertragungsverfahren zum Weiterleiten eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung gemäß Anspruch 1, das des Weiteren den Schritt zum Hinzufügen einer zusätzlichen Anzahl von Blattflüssen umfasst, die zum Empfangen dieses Root-Flusses betrieben werden können.
Mehrfachübertragungsverfahren zum Weiterleiten eines Root-Flusses in einer ATM-Umgebung gemäß Anspruch 1, das des Weiteren den Schritt zum Löschen einer Anzahl vorhandener Blattflüsse umfasst.