DE69030033T2

DE69030033T2 - Verbessertes Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE69030033T2
Application number: DE69030033T
Authority: DE
Inventors: Ellen L Hahne; Nicholas Frank Maxemchuk
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: EP0410636A2; EP0410636B1; ES2098251T3; CA2020236C; US5072443A; JPH0793629B2; DE69030033D1; CA2020236A1; JPH03132127A; EP0410636A3

Description

Diese Erfindung betrifft Verfahren zur Verwendung in einer Anordnung zur Paketübermittlung sowie Endgeräte.
Ein Übermittlungsnetzwerk wird physisch durch die Verbindung von Endgeräten mit Übertragungskanälen geschaffen. Es gibt viele derartige Anordnungen. Für das Betreiben dieser Anordnungen muß ein Protokoll eingerichtet werden, um eine ordnungsgemäße Übermittlung zu gewährleisten. Es sind viele Protokolle möglich und natürlich sind einige besser als andere. Seit langem ist bekannt, daß eine Standardisierung von Protokollen für die Industrie vorteilhaft ist und in den Vereinigten Staaten ist das Protokoll IEEE 802.6 ein solches Protokoll. IEEE-Norm, Distributed Queue Dual Bus (DQDB) Metropolitan Area Network (MAN), 1988, Version D.0, 24. Juni 1988.
Das IEEE 802.6 Protokoll ist bestimmt für die Übertragung von paketweise zusammengefaßten Daten in einer Anordnung, die der in Figur 1 gezeigten nicht unähnlich ist. Dort sind eine Mehrzahl von Endgeräten 10.1, 10.2, 10.3, ... 10.N über unidirektionale Busse 11 und 12 verbunden. Der Bus 12 beginnt bei Endgerät 10.1 und verläuft in Richtung auf Endgerät 10.N in Art einer "Reihenschaltung", indem er über die dazwischenliegenden Endgeräte verläuft. Der Bus 11 ist ähnlich angeordnet, abgesehen davon, daß die Daten vom Endgerät 10.N in Richtung auf Endgerät 10.1 fließen. Die Information auf den Bussen 11 und 12 ist in Zeitschlitzen angeordnet. Jeder Zeitschlitz ist dazu bestimmt, in einem Datenbereich ein Paket aus Information zu halten. Jeder Zeitschlitz weist außerdem einen Steuerbereich auf, der ein Besetzt-Bit und ein Reservierungsbit umfaßt. Jedes Endgerät wie beispielsweise Endgerät 10.2 umfaßt wenigstens drei Elemente: eine Datenquellenvorrichtung 13, ein Sender-Empfänger-Modul 14 und ein Sender- Empfänger-Modul 15. über das Modul 14 kann die Datenquelle 13 eines Endgeräts Pakete auf den Bus 12 einkoppeln, wenn sie Information zu einem Endgerät zu ihrer Rechten (d.h. stromabwärts) übertragen möchte und wenn auf dem Bus leere Zeitschlitze vorhanden sind. Die Datenquelle 13 kann natürlich ein "unintelligentes" Endgerät, ein Computer oder ein Gateway zu einem anderen Netzwerk sein. Wenn ein Endgerät ein Paket auf dem Bus 12 verschicken möchte, koppelt Modul 15 ein Reservierungsbit in den Bus 11 ein. Das Plazieren eines Reservierungsbit auf Bus 11 bewirkt, daß alle stromaufwärts liegenden (in Bezug auf Bus 12 und hinsichtlich des Endgeräts, welches das Reservierungsbit sendet) Endgeräte sicherstellen, daß jedes von ihnen einen leeren Datenschlitz unbesetzt passieren läßt. Dies gewährleistet das Vorhandensein eines leeren Schlitzes auf Bus 12 und daher kann das Endgerät, welches das Reservierungsbit gesendet hat, Daten in solch einen leeren Schlitz laden. Das Protokoll ist genau dasselbe, wenn ein Endgerät Pakete zu einem Endgerät zu seiner Linken übertragen möchte, abgesehen davon, daß die Rollen der Busse 11 und 12 und der Module 14 und 15 vertauscht sind.
Aus Gründen der Einfachheit nimmt die folgende Erörterung nur eine Übertragung von Paketen auf Bus 12 an und die Bezeichnungen "stromab" und "stromauf" beziehen sich auf Bus 12.
Im Betrieb bringt Endgerät i nur dann ein Paket von Daten auf den Bus 12 auf, wenn ein freier Schlitz verfügbar ist und es genug reservierten, leeren Schlitzen erlaubt war, unbesetzt zu passieren, so daß Endgeräte zur Rechten von Endgerät i (stromab von Endgerät i) die leeren Schlitze mit anstehenden Paketen besetzen können. Wenn Information in einen leeren Schlitz eingefügt wird, wird das Besetzt-Bit auf 1 gesetzt. Die Tatsache, daß ein Paket darauf wartet, übertragen zu werden, wird den Endgeräten stromauf mittels eines Reservierungsbits mitgeteilt, das auf die Reservierungsbitposition eines Schlitzes eingekoppelt (d.h. auf 1 gesetzt) wird, der Modul 15 auf Bus 11 passiert und der ein ungesetztes Reservierungsbit hat.
Insbesondere enthält jedes Sender-Empfänger- Modul eines Endgerätes einen Anforderungszähler und einen Abwärtszähler. Wenn keine Daten von dem Endgerät zu übertragen sind, wird der Abwärtszähler nicht genutzt. Auf Bus 11 ankommende Reservierungsbit erhöhen den Anforderungszähler und leere Schlitze, die auf dem Bus 12 unbesetzt durchlaufen, vermindern den Anforderungszähler. Auf diese Weise zeigt der Zählerstand des Anforderungszählers die Zahl der Datenschlitze an, die noch unbesetzt vorbeigelassen werden müssen, um den Bedürfnissen der Endgeräte stromab Genüge zu tun. Wenn das Endgerät ein Paket auf dem Bus 12 übertragen möchte, wird der Inhalt des Anforderungszählers auf den Abwärtszähler übertragen, wodurch der Zählerstand des Anforderungszählers erfaßt wird. Der Anforderungszähler wird zu diesem Zeitpunkt zurückgesetzt und bei jedem auf Bus 12 durchlaufenden leeren Schlitz wird anstelle des Anforderungszählers der Abwärtszähler vermindert. Auf Bus 11 eintreffende Reservierungsbit erhöhen den Anforderungszähler weiterhin. Wenn der Zählerstand des Abwärtszählers 0 erreicht, wird das anstehende Paket des Endgeräts auf dem unmittelbar nächsten freien Schlitz von Bus 12 plaziert. Sollte zu diesem Zeitpunkt ein weiteres Paket vorhanden sein, das zu übertragen ist, wird der Inhalt des Anforderungszählers wiederum in den Abwärtszähler übertragen und der Vorgang wiederholt sich. Wenn keine zusätzlichen Pakete zu übertragen sind, kehrt der Betrieb in den ursprünglichen Modus zurück, bei dem der Anforderungszähler bei jedem durchlaufenden, unbesetzten Schlitz auf Bus 12 vermindert wird.
Wenn Endgeräte durch einen beträchtlichen Abstand von einander getrennt sind und jedes so schnell wie möglich Pakete übertragen möchte, kann bei dem Protokoll IEEE 802.6 ein Problem auftreten. Um das potentielle Problem zu verstehen, ist es hilfreich, einige typische Systemparameter im Kopf zu haben. Bei einem typischen System beträgt die Übertragungsrate 150x10&sup6; Bit pro Sekunde, die Lichtgeschwindigkeit in dem Medium beträgt 2,4x10&sup8; Meter pro Sekunde und die Schlitzgröße beträgt 64 Byte (zu jeweils 8 Bit). Dies entspricht annähernd 60 Paketen im Durchlauf auf einer Verbindung von 50 km. Tatsächlich sind mehr Pakete als diese Zahl im Durchlauf, da der Kopplungsvorgang in jedem Endgerät in der Anordnung der Figur 1 eine gewisse Verzögerung einführt (in den Modulen 15 und 14). Dies bedeutet, daß für eine Strecke von 50 Kilometern zwischen den Endgeräten 10.1 und 10.N der Kanal, der die Busse 11 und 12 umfaßt, vielleicht 126 Pakete im Durchlauf enthalten kann. Diese Zahl wird in der folgenden Erörterung um der Zweckdienlichkeit willen unterstellt.
Bei dem IEEE 802.6 Protokoll tritt ein Problem auf, wenn zwei oder mehr weit voneinander entfernte Endgeräte große Dateien übertragen möchten (d.h. sie wollen eine große Datenmenge übertragen) und ein stromaufwärts gelegenes Endgerät seine Übertragung um mehr als 63 Zeituchlitze vor dem anderen beginnt. Ein solches Endgerät überträgt auf allen Zeitschlitzen, weil keine Schlitze von anderen Endgeräten reserviert wurden. Wenn Endgerät 10.N-1 etwas später Information übertragen möchte (beispielsweise zu Endgerät 10.N), findet es alle ankommenden Schlitze belegt. Gemäß Protokoll IEEE 802.6 plaziert es für sein erstes Paket ein Reservierungsbit auf Bus 11 und wartet, bis ein leerer Schlitz auf Bus 12 erscheint. In der Zwischenzeit besetzt Endgerät 10.1 weiterhin leere Schlitze, bis es 63 Schlitze später das vom Endgerät 10.N-1 eingesetzte Reservierungsbit auf Bus 11 erkennt und einen leeren Schlitz auf Bus 12 unbelegt passieren läßt. Es dauert 63 weitere Zeitschlitze bevor der leere Zeitschlitz schließlich beim Endgerät 10.N-1 ankommt. Das Resultat ist, daß das Endgerät 10.1 für jedes von dem Endgerät 10.N-1 übertragene Paket 125 Pakete übertragen kann.
Diese offensichtliche Unausgewogenheit bei der Zuteilung verfügbarer Kapazität (Zeitschlitze) muß gelöst werden.
Die EP-A-0 241 113 beschreibt eine Anordnung, bei der Endgeräte an zwei unidirektionale Busse angeschlossen sind und über diese Busse Datenpakete austauschen. Wenn ein Endgerät ein Datenpaket zu einem anderen Endgerät senden möchte, greift es sich den einen Bus heraus, für den das sendende Endgerät stromauf vom Zielendgerät liegt, (angenommen Bus A), sucht einen Schlitz, der nicht belegt ist, und solange das Endgerät seine Quote nicht verbraucht hat, bringt es das zu sendende Paket an dem unbelegten Schlitz ein und markiert den Schlitz als belegt. Das Endgerät am Ende von Bus A beobachtet die eingehenden Schlitze und markiert für jeden eingehenden, belegten Schlitz einen Schlitz auf dem anderen Bus (Bus B) mit einem Belegtzeichen. Auf diese Weise kann jedes Endgerät herausfinden, wie belegt Bus A war, indem es Bus B beobachtet und die Anzahl der Belegtzeichen zählt. Die Patentanmeldung schlägt vor, daß jedes Endgerät auf der Grundlage einer solchen Zählung von Belegtzeichen für sich selbst eine Paketquote setzen kann und bis zu einer nächsten Zählperiode nur höchstens ebensoviele Pakete senden kann.
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren nach Anspruch 1 vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung ist ein Endgerät nach Anspruch 10 vorgesehen.
Die potentielle Unausgewogenheit bei der Aufteilung der Übertragungskapazität, die gegenwärtig bei dem Protokoll IEEE 802.6 festzustellen ist, kann dadurch überwunden werden, daß jedes Endgerät auf der Grundlage des Aktivitätsniveaus seiner Datenquelle und des Aktivitätsniveaus anderer Endgeräte ein Maß für die Übertragungsbelastung ermittelt, die es in Anspruch nehmen kann. Als Reaktion auf diese Bestimmungen drosselt jedes Endgerät seine eigene Übertragungsrate, um die Gesamtausgewogenheit des Protokolls zu verbessern. Bei einer Ausführungsform drosselt das Endgerät, das auf mehr als der Hälfte der Schlitze in der Umlaufverzögerung überträgt, sich einfach selbst auf die Hälfte der Schlitze, wenn es feststellt, daß ein anderes Endgerät überträgt oder übertragen möchte. Bei einer anderen Ausführungsform bestimmt sogar ein Endgerät, das auf weniger als der Hälfte der Schlitze in der Umlaufverzögerung überträgt, die Anzahl der verfügbaren Schlitze und drosselt sich selbst, so daß es auf nicht mehr als der Hälfte der Zahl der unbelegten Schlitze überträgt. Bei noch einer anderen Ausführungsform bringt ein Endgerät, das viele Pakete übertragen möchte, eine Anzahl von Reservierungsbit auf den Übertragungskanal auf, um sich eine gewisse Übertragungskapazität zu sichern. Die Anzahl der gesendeten Reservierungsbit entspricht einem Bruchteil der verfügbaren Schlitze. Bei noch einer anderen Ausführungsform drosselt jedes Endgerät sich selbst, so daß es nicht mehr als einen bestimmten Bruchteil der verbliebenen Übertragunsgkapazität in Anpruch nimmt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 veranschaulicht die Infrastruktur der Datenübertragung des Protokolls IEEE 802.6;
Figuren 2, 4-7 geben verschiedene Flußdiagramme wieder, die die Modifizierungen des Protokolls beschreiben, die beim Vorhandensein von Endgeräten, die große Datenmengen übertragen möchten, die Ausgewogenheit bei der Kapazitätszuteilung verbessern; und
Figur 3 zeigt eine in jedes Endgerät einzufügende Schaltung zum Bestimmen der Anzahl verfügbarer Schlitze in einem gewählten Zeitintervall.

Ausführliche Beschreibung

Der grundlegende Lösungsweg der vorliegenden Erfindung zur Überwindung des potentiellen Problems einer unausgewogenen Zuteilung der Übertragungskapazität besteht darin, jedes aktive Endgerät dazu zu bringen, seine eigene Übertragung zu drosseln, so daß es daran gehindert ist, einen unangemessenen Anteil an der Kapazität des Netzwerkes anzuhäufen.
In Figur 2 ist ein Flußdiagramm wiedergegeben, das die von einem der Lösungswege nach der Erfindung gebotenen Verbesserungen darstellt. In Block 30 wird eine Entscheidung getroffen, ob ein unausgewogener Zustand auf Bus 12 besteht. Wenn ein solcher Zustand besteht, entscheidet Block 31, ob das Endgerät möglicherweise seine eigene Übertragungsrate ändern muß. Wenn festgestellt wird, daß das Endgerät mit mehr als der Hälfte der Übertragungskapazität überträgt, dann drosselt Block 34 die Übertragungsrate des Endgeräts auf die Hälfte der Übertragungsrate des Netzwerks. In allen anderen Fällen, geht die Steuerung auf Block 33 über, der eine Übertragung gemäß Protokoll 802.6 erlaubt.
In Verbindung mit Block 30 ist ein offensichtliches Kriterium, um zu entscheiden, daß ein "unausgewogener Zustand" besteht, dann gegeben, wenn alle Schlitze genutzt werden und wenn es mehr als eine Datenquelle gibt, die Information überträgt oder übertragen möchte. Ein Endgerät kann diese Einschätzung treffen, indem es die von den stromaufwärts liegenden Endgeräten eingesetzten Belegt-Bit, die von der lokalen Datenquelle eingesetzten Belegt-Bit und die von Modul 15 gesehenen Reservierungsbit (die zuvor von Endgeräten stromab auf Bus 11 eingesetzt wurden) aufaddiert (über eine Periode T von Schlitzzeiten, wobei T größer als eine Umlaufverzögerung ist). Die resultierende Summe stellt, verglichen mit der Anzahl der verfügbaren Schlitze in T, ein Maß für die Belastung auf Bus 12 dar. Wenn während einer Periode T, die größer ist als die Unlaufverzögerung, der Wert der Summe beim Endgerat i kleiner ist als die Zahl der Schlitze, die innerhalb der Periode T verfügbar sind, dann besteht kein unausgewogener Zustand. Andernfalls kann gesagt werden, daß ein unausgewogener Zustand besteht, es sei denn, es gibt nur ein Endgerät, das überträgt. Der letztere Zustand kann am übertragenden Endgerät festgestellt werden, wenn beobachtet wird, daß Bus 12 keine Belegt- Bit von Endgeräten stromauf und Bus 11 keine Reservierungsbit von Endgeräten stromab enthält.
Die Periode T, die überprüft wird, sollte gleich oder größer als die maximale Umlaufverzögerung in dem Netzwerk sein, damit alle Reservierungsbit von jedem Endgerät wenigstens einmal gesehen werden.
Figur 3 veranschaulicht eine einfache Schaltung, die innerhalb jedes Moduls 14 die zuvor genannte Summe bestimmen kann. Gemäß Figur 3 werden die Belegt- beziehungsweise Reservierungsbit der Leitungen 34 und 38, die Gatter 35 durchlaufen, dazu verwendet, den Zähler 36 zu erhhen. Das Gatter 35 bewirkt, daß der Zähler 36 sich um Eins erhöht, wenn entweder ein aktives Reservierungsbit oder ein aktives Belegt-Bit vorliegt, oder er sich um Zwei erhöht, wenn beide vorliegen. Die aus Gatter 35 austretenden Bit werden auch in das Schieberegister 37 eingegeben, dessen Länge der Anzahl der Schlitze im Zeitintervall T entspricht. Nach dem Zeitintervall T treten dieselben Bit aus dem Schieberegister 37 aus und vermindern den Zähler 36. Auf diese Weise enthält Zähler 36 stets einen genauen Zahlenwert für die Anzahl der Belegt- und Reservierungsbit, die auf den Leitungen 34 und 38 auftreten. Eine Grenzwertschaltung 39 am Ausgang des Zählers 36 kann auf einfache Weise auf Leitung 40 ein Ausgangssignal liefern, das anzeigt, ob die Summe kleiner als die Anzahl der Schlitze in T ist. Für das obige Beispiel von 126 Schlitzen in der Umlaufverzögerung kann für T 128 gewählt werden. Wenn diese Zahl gewählt wird, kann, da sie binär ist, auf Schaltung 39 verzichtet werden, weil das achte Bit von Zähler 36 die gewünschte Information bereitstellt.
Zusammenfassend besteht ein Lösungsweg zum Lösen des Problems der Flußsteuerung darin, daß ein Endgerät feststellt, ob es sich selbst drosseln sollte, indem es bestimmt, ob seine Rate größer als ein gewisser Bruchteil (beispielsweise größer als 1/2) ist, ob Reservierungs- oder Belegt-Bit auf den Bussen zu finden sind und das System voll ist. Wenn dieser Zustand festgestellt wird, vermindert das Endgerät seine eigene Übertragungsrate auf einen vorbestimten Bruchteil (beispielsweise 1/2) der Anzahl der in T verfügbaren Schlitze. Da nur ein Endgerät mehr als die Hälfte der Schlitze in Anspruch nehmen kann, folgt für den Fall, daß der Bruchteil 1/2 ist, daß nur ein Endgerät seine Übertragungsrate anpassen muß. Daher spielt es keine Rolle, daß verschiedene Endgeräte den unausgewogenen Zustand zu unterschiedlichen Zeiten feststellen können und es besteht keine Gefahr einer Überkompensierung.
Wenn zwei Endgeräte sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befinden, nimmt bei dem obigen Lösungsweg das eine Endgerät die Hälfte der Kapazität in Anspruch und der Rest der Kapazität wird unter die verbleibenden Endgeräte aufgeteilt, was das andere Endgerät, welches sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befindet, einschließt. Obwohl ein solcher Betrieb ausgewogener ist als der Betrieb eines vollkommen unbeschränkten Systems, kann er noch ausgewogener gestaltet werden, indem man ein Endgerät darauf beschränkt, höchstens die Hälfte derjenigen Datenschlitze in Anspruch zu nehmen, die noch nicht von stromaufwärts gelegenen Endgeräten genutzt werden. Natürlich sollte eine solche Einschränkung nur dann vorgenommen werden, wenn eine Unausgewogenheit auftritt und wenigstens ein aktives Endgerät stromab verbleibt. Wenn drei Endgeräte sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befinden, wird auf diese Weise die Kapazität unter ihnen mit 1/2 für das erste Endgerät, mit 1/4 für das zweite Endgerät und mit dem verbleibenden 1/4 für das dritte und weitere Endgeräte aufgeteilt. Das in Figur 4 gezeigte Flußdiagramm für diesen modifizierten Lösungsweg ist demjenigen von Figur 2 ähnlich, mit Ausnahme davon, daß Block 44 auf ein anderes Niveau drosselt als Block 34.
Verallgemeinernd lösen die oben beschriebenen speziellen Ansätze das potentielle Problem der Unausgewogenheit des Protokolls, indem sie einem Endgerät gestatten, seine Übertragungsrate durch Beobachtungen des Gesamtzustands der Übertragungen im Netzwerk (d. h. des tatsächlichen und des erwarteten Besetzungsniveaus auf Bus 12) zu steuern. Dies ist jedoch nicht der einzige Lösungsweg, der gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung eingeschlagen werden kann. Es läßt sich insbesondere sagen, daß die Übertragungsrate eines Endgeräts gesteuert werden kann, indem lediglich die Reservierungsbit berücksichtigt werden, die auf Bus 11 empfangen werden, weil diese Reservierungsbit das Endgerät dazu veranlassen, eine Anzahl leerer Schlitze passieren zu lassen, ohne sie zu besetzen. Auf diese Weise kann ein stromabwärts gelegenes Endgerät die Übertragungsrate eines stromaufwärts gelegenen Endgerätes steuern.
Eine Technik zur Flußsteuerung gemäß des Reservierungsbit-Lösungsweges kann zum Beispiel darin bestehen, daß jedes Endgerät, das eine große Datenmenge übertragen möchte, Reservierungsbit auf Bus 11 proportional zur Anzahl nicht gesetzter Reservierungsbit auf Bus 11 sendet. Beispielsweise könnte jedes solche Endgerät das Reservierungsbit jedes zweiten Schlitzes, der kein gesetztes Reservierungsbit aufweist, auf Bus 11 setzen. Die Schaltung hierfür (in Modul 15 enthalten) ist gänzlich Stand der Technik.
Falls beispielsweise die Endgeräte 10.N und 10.N-2 (in Figur 1 nicht gezeigt) in einem Einpaket- Zustand wären und die Endgeräte 10.N-4 (ebenfalls in Figur 1 nicht gezeigt) und Endgerät 10.3 in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen wären, dann würde folgendes auftreten: Die Endgeräte 10.N und 10.N-2 würden jedes ein Reservierungsbit senden, weil jedes über ein Paket verfügt, das es übertragen möchte, und das Endgerät 10.N-4 würde ein Reservierungsbit auf jedem zweiten Schlitz senden, der ein ungesetztes Reservierungsbit aufweist, wodurch es während eines Intervalls von 126 Zeitschlitzen 62 Reservierungsbit senden würde. Das Endgerät 10.3 würde ein Reservierungsbit auf jedem zweiten verbleibenden Schlitz senden, der ein ungesetztes Reservierungsbit aufweist, wobei dies bedeutet, daß während eines Intervalls von 126 Zeitschlitzen 31 Reservierungsbit gesendet würden. Das Endgerät 10.2 würde dann dazu veranlaßt werden, 95 unbesetzte Zeitschlitze durchzulassen, das Endgerät 10.3 würde 31 Zeitschlitze besetzen und 64 unbesetzte Zeitschlitze durchlassen und Endgerät 10.N-4 würde 62 Zeitschlitze besetzen und zwei unbesetzte Zeitschlitze für die Endgeräte 10.N-2 und 10.N durchlassen.
Diese Technik zur Flußsteuerung zwingt grundsätzlich jedes Endgerät, das sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befindet, dazu, für stromaufwärts von sich liegende Endgeräte eine bestimmte Kapazität sicherzustellen. Diese bestimmte Kapazität ist gleich der Kapazität, die es sich selbst zuteilt. Leider kann es geschehen, daß diese ungenutzte Kapazität ungenutzt bleibt, wobei dies dann vorkommen wird, wenn die stromaufwärts gelegenen Endgeräte nicht übertragen. Da es nicht sinnvoll ist, diese Extrakapazität ungenutzt zu lassen, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren jedem Endgerät gestattet, alle Datenschlitze zu besetzen, die es unbesetzt vorfindet, nachdem es die erforderliche Anzahl unbesetzter Schlitze hat passieren lassen.
Ein Flußdiagramm, das diese Ausführungsform der Flußsteuerung beschreibt, ist in Figur 5 gezeigt. Block 48 bestimmt, ob die Datenquelle des Endgerätes sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befindet. Falls sie das nicht ist, wird von Block 47 ein Reservierungsbit für das in der Datenquelle 13 wartende Paket gesendet. Falls die Datenquelle sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befindet, setzt Block 49 jedes K-te verfügbare Reservierungsbit.
Gemäß dem obigen ergibt das Setzen jedes K-ten ungesetzten Reservierungsbits effektiv eine Folge von Reservierungsbitraten, die für jedes der sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befindenden Endgeräte verschieden ist. Wie oben erläutert wurde, ist die Folge 1/2, 1/4, 1/8 etc., falls K = 2.
In Wirklichkeit kann die Folge von Reservierungsbitraten nicht so sehr zur Bestimmung der Zahl der Datenschlitze verwendet werden, die zu besetzen einem Endgerät erlaubt sein wird, als vielmehr zur Bestimmung der Zahl stromabwärts gelegener Endgeräte, die sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befinden. Das bedeutet, daß, wenn eine gewisse gewählte Folge {x&sub1;, x&sub2;, xj} gegeben ist, man die von jedem Endgerät gesendete Reservierungsbitrate steuern kann und daß durch diese Steuerung von jedem Endgerät lokal die Anzahl der stromabwärts gelegenen Endgeräte, die sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befinden, ermittelt werden kann. Das Konzept besteht darin, daß eine Reservierungsbitrate von x&sub1; einem einzelnen Endgerät in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen entspricht, eine Reservierungsbitrate x&sub2; zwei Endgeräten in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen entspricht, usw. Wenn Endgerät M entsprechend bestimmt, daß die eingehende Reservierungsbitrate größer gleich xk aber kleiner als xk+1 ist, dann schließt das Endgerät daraus, daß sich k Endgeräte stromab in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befinden. Falls sich Endgerät M ebenfalls in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befindet, dann setzt es Reservierungsbit in einer ausreichenden Anzahl, um die Reservierungsbitrate insgesamt auf xk+1 zu erhöhen. Gesondert und unabhängig von der Anzahl der Reservierungsbit, die von dem Endgerät gesetzt wurden, werden auf dem Bus 12 Daten gemäß der Kenntnis der Zahl der stromabwärts von ihm gelegenen Endgeräte übertragen, die sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befinden. Falls ein Endgerät beispielsweise weiß, daß es drei stromabwärts von ihm gelegene Endgeräte gibt, die sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befinden, dann kann es selbst 1/4 der verfügbaren Kapazität in Anspruch nehmen und 3/4 der verfügbaren Kapazität für die Endgeräte stromab übriglassen. Dieser Lösungsweg ist in Figur 6 dargestellt.
Ein anderer Lösungsweg zur Bereitstellung einer ausgewogenen Zuteilung der Übertragungsmöglichkeiten besteht darin;
1) einen Teil der Übertragungskapazität ungenutzt zu lassen und
2) die ungenutzte Übertragungskapazität als treibende Kraft für das Drosseln der Endgeräte einzusetzen, die einen übermäßigen Teil der Kapazität nutzen wollen.
Bei diesem Lösungsweg drosselt sich jedes Endgerät selbst, so daß es nur einen Bruchteil α der von den anderen Endgeräten ungenutzten Schlitze nutzt, wobei die Bezeichnung "ungenutzt" sich auf Datenschlitze bezieht, die weder belegt sind noch von anderen Endgeräten reserviert sind. Zum Beispiel überträgt in einer Situation, in der nur zwei Endgeräte aktiv sind, ein Endgerät mit Rate X und das andere überträgt mit Rate Y. Das eine, das mit Rate X überträgt, drosselt X auf (1-Y)α und gleichermaßen drosselt das eine, das mit Rate Y überträgt, Y auf (1-X)α. Eine Lösung dieser zwei Gleichungen ergibt, daß sowohl X als auch Y gleich α/(1+α) sind. Im Falle, daß a gleich 0,95 ist, sind X und Y jeweils gleich 0,95/1,95 und die verbleibende, ungenutzte Kapazität ist gleich 0,05/1,95.
Die obige Anwendung des Lösungswegs "zwei Gleichungen - zwei Unbekannte" dient natürlich nur zur Erläuterung. Der beabsichtigte Lösungsweg erfordert keinerlei komplexe Berechnungen und jedes Endgerät arbeitet nur mit der Information, die ihm lokal zur Verfügung steht. Das Drosseln jedes Endgerätes erfolgt in einer iterativen Abfolge, jedoch gelangt jedes Endgerät unabhängig zu seiner ordnungsgemäßen Übertragungsrate.
Die Konvergenzgeschwindigkeit ist für kleinere Werte von a besser. Je mehr ungenutzte Kapazität hinzunehmen man bereit ist, desto schneller wird die Kqnvergenz. Wenn zum Beispiel für ein α gleich 0,9 zuerst ein Endgerät A zu übertragen beginnt, überträgt es mit 0,9 der Kanalkapazität und läßt 0,1 ungenutzt. Wenn ein Endgerät B zu übertragen beginnt, sieht es nur 0,1 ungenutzte Kapazität und daher überträgt es nur mit 0,09 der Kanalkapazität. Nun sieht Endgerät A nur 0,91 ungenutzte Kapazität, so daß es sich selbst auf 0,819 der Kanalkapazität drosselt. Das läßt 0,181 ungenutzte Kapazität für Endgerät B übrig, so daß es seine Übertragungsrate auf 0,1629 der Kanalkapazität erhöht.
Der Vorgang dauert an, bis sich bei einer Rate von 0,9/1,9 für jedes der beiden Endgeräte ein Gleichgewicht eingestellt hat. Wenn α auf 0,8 gesetzt ist, nähert sich Endgerät A der Endrate von 0,8/1,8 schneller (die Folge ist 0,8, 0,672, 0,590 ...). Somit muß ein Endgerät nur die verfügbare Kapazität ermitteln und sich selbst entsprechend drosseln.
Ein Aspekt des oben beschriebenen iterativen Selbstdrosselns besteht darin, daß jedes der Endgeräte in dem Netzwerk unabhängig den Wert von α wählen und diesen Wert verändern kann, wenn das Bedürfnis dafür entsteht. Wenn eine plötzliche Änderung der Belastung des Netzwerkes festgestellt wird, wenn beispielsweise ein neues Endgerät beginnt, in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen zu arbeiten, können die Endger-te daher ein kleineres α annehmen, um schneller ins Gleichgewicht zu kommen, und anschließend α erhöhen, um die Ausnutzung der Übertragungskapazität des Systems zu verbessern.
Figur 7 zeigt das Flußdiagramm, welches den obigen Lösungsweg beschreibt. Block 51 ermittelt den Anteil der Übertragungskapazität, der ungenutzt ist. Auf der Grundlage dieser Ermittlung paßt Block 52 die Übertragungsrate des Endgeräts an, so daß sich der angegebene Bruchteil der ungenutzten Übertragungskapazität ergibt.
Bei einer weiteren Verbesserung kann ein gewisses Maß ungenutzter Kapazität dadurch sichergestellt werden, daß einfach jedes Endgerät dazu veranlaßt wird, einige der leeren und nicht reservierten Schlitze nicht zu besetzen. Wenn ein Endgerät von allen n+1 verfügbaren Schlitzen nur n Schlitze besetzt, bleibt eine gewisse Kapazität ungenutzt.
Dieser Lösungsweg unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Lösungsweg dadurch, daß der vorhergehende Lösungsweg das Ermitteln der tatsächlichen und der erwarteten Belastung auf Bus 12 berücksichtigt (d.h. Besetzt-Bit und Reservierungsbit); auf der Basis dieser Ermittlung werden die dem Endgerät eigene Reservierungsrate und Übertragungsrate bestimmt. Es sind, mit anderen Worten, einige Berechnungen erforderlich. Gemäß dem letzten Lösungsweg, werden die Reservierungsbit der stromabwärts gelegenen Endgeräte nur in dem Sinn berücksichtigt, als man sicherstellt, daß eine hinreichende Anzahl leerer Schlitze unbesetzt bleibt. Für die Übertragungsrate des Endgerätes selbst bedeutet dies einfach nur die Entscheidung, n leere und nicht reservierte Schlitze aus jeweils n+1 solchen Schlitzen zu besetzen.
Es gibt zwei einfache Ausführungsformen dieses Verfahrens. Bei der ersten Ausführungsform bedient ein Endgerät die Anforderungen von stromabwärts gelegenen Endgeräten mit absoluter Priorität. In jedem Sender- Empfänger-Modul ist nur der Anforderungszähler erforderlich. Der Zähler wird bei dem Eintreffen von Anforderungsbit auf Bus 11 erhöht und bei dem Passieren unbesetzter leerer Schlitze auf Bus 12 vermindert. Wenn der Wert des Zählers 0 erreicht, werden von jeweils n+1 leeren Schlitzen n Schlitze besetzt.
Man kann erkennen, daß der Wert von n von Zeit zu Zeit verändert werden kann. Diese Veränderung macht das System hinsichtlich des n/(n+1) Bruchteils frei. Dadurch kann jeder Bruchteil angenähert werden.
Die andere Implementierung ist dem Protokoll der 802.6 Norm darin ähnlich, daß der Anforderungszähler und der Abwärtszähler verwendet werden. Der einzige Unterschied besteht darin, daß wenn der Abwärtszähler 0 erreicht, das Endgerät das Paket überträgt und der Anforderungszähler künstlich um eins erhöht wird.
Die für die verschiedenen, oben beschriebenen Bestimmungen benztigte Hardware ist recht einfach, da meist Akkumulierungen von Bit (und Zählen) erforderlich sind. Die Anmeldung ist nicht mit herkömmlichen Schaltungseinzelheiten befrachtet, da erwartet wird, daß Praktiker keinerlei Schwierigkeiten bei der Zusammenstellung der nötigen Schaltungen haben werden. Es sollte sich natürlich verstehen, daß die speziellen, oben offenbarten Einzelheiten die Erfindung lediglich veranschaulichen und daß an den Besonderheiten der vorliegenden Implementierungen verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können.

Claims

1. Verfahren zur Verwendung in einer Anordnung zur Paketübermittlung, wobei Endgeräte über zwei unidirektionale Busse Pakete austauschen, die ein Besetzt-Bit enthalten, und wobei die Übermittlungsrate durch Besetzt-Bit in den Paketen beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

jedes der Pakete ein Reservierungsbit enthält, sowie durch die folgenden Schritte:

jedes Endgerät (10.1) bestimmt lokal allein aus dem Besetzt-Bit jedes Pakets auf dem ersten Bus (12) sowie dem Reservierungsbit jedes Pakets auf dem zweiten Bus (11) den Anteil der Schlitze des ersten Busses, die entweder von Paketen anderer Endgeräte belegt oder für diese reserviert sind, und

steuert (Figur 2) aufgrund des Schrittes des Bestimmens seine Paketübertragungsrate so, daß sie einen vorherbestimmten Teil der Übertragungkapazität der Übermittlungsanordnung nicht überschreitet, wenn der Schritt des Bestimmens anzeigt, daß der erste Bus stärker belegt ist als nur durch die Übertragung seiner eigenen Pakete.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Steuerns eine Obergrenze für die Übertragungsrate des Endgeräts setzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Obergrenze ein ausgewähler Bruchteil der Übertragungskapazität der Übermittlungsanordnung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Steuerns die Übertragungsrate des Endgeräts beeinflußt, wenn das Endgerät oberhalb eines ausgewählten Teils der Übertragungskapazität der Übermittlungsanordnung überträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Obergrenze die Hälfte der Zeitschlitze auf dem ersten Bus ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Obergrenze die Hälfte der Zeitschutze auf dem ersten Bus ist, die nicht belegt sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Steuerns der Paketübertragungsrate die Übertragung aktiv drosselt, um ein Übertragen über der verfügbaren Kapazität zu vermeiden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Steuerns der Paketübertragungsrate die Anzahl der Endgeräte stromab feststellt, die sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befinden, und seine Übertragungsrate drosselt, um eine relativ gleichmäßige Verteilung der Übertragungskapazität auf die Endgeräte, die sich in einem Zustand der Übertragung großer Datenmengen befinden, zu ermöglichen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Drosseln der Übertragung die folgenden Schritte aufweist:

jedes Endgerät setzt eine erste Rate für seine eigene Übertragung von Information auf ein Niveau, das nicht mehr als einen vorgewählten Teil der unbenutzten Kapazität belegt, wobei die erste Rate eingesetzt wird, wenn

1) das Endgerät dazu aufgefordert wird, einen Block von Paketen über eine vorgewählte Anzahl von Paketen hinaus zu übertragen, und

2) andere Endgeräte mit einer Rate übertragen, die größer als ein ausgewählter Grenzwert ist, und

wobei jedes Endgerat eine zweite Rate für seine Übertragung von Information setzt, die höher als die erste Rate ist, wenn

2) andere Endgeräte nicht mit einer Rate übertragen, die größer als der ausgewählte Grenzwert ist.

10. Endgerät (10.1) mit einer ersten Anschlußstelle zum Ein- und Auskoppeln von Information in/aus eine(r) erste(n) Übermittlungsleitung (in Leitung 12 einkoppelnde Anschlußstellen) und einer zweiten Anschlußstelle zum Ein- und Auskoppeln von Information in/aus eine(r) zweite(n) Übermittlungsleitung (in Leitung 11 einkoppelnde Anschlußstellen), welches aufweist:

ein erstes Mittel (13) zum Erfassen von zu übertragender Information,

ein zweites Mittel (14), das auf das erste Mittel anspricht, zum Übermitteln der Information zur ersten Anschlußstelle, jedesmal wenn das erste Mittel die Information erfaßt, die über die erste Anschlußstelle zu übertragen ist, und wenn die erste Anschlußstelle nicht mit Information von anderen, an die erste Übermittlungsleitung angeschlossenen Endgeräten belastet ist, sowie gekennzeichnet durch

ein drittes Mittel (14, 15), das auf Daten über Information anspricht, die einen Teil der Übertragungskapazität der ersten Übermittlungsleitung belegt, sowie auf Daten über Information, die dafür eingeplant ist, einen Teil der Übertragungskapazität der ersten Übermittlungsleitung zu belegen, sowie

ein viertes Mittel (14, 15), das auf das dritte Mittel anspricht, zum Steuern des ersten und zweiten Mittels, um die Rate der Übermittlung der Information zu der ersten Anschlußstelle auf einen ausgewählten Bruchteil der Übertragungskapazität der ersten Übermittlungsleitung zu begrenzen.

11. Endgerät nach Anspruch 10, wobei das dritte Mittel dazu dient, von der zweiten Anschlußstelle Daten über Information abzuleiten, die dafür eingeplant ist, einen Teil der Übertragungskapazität der ersten Übermittlungsleitung zu belegen.

12. Endgerät nach Anspruch 11, wobei die Daten über Information, die dafür eingeplant ist, einen Teil der Übertragungskapazität der ersten Übermittlungsleitung zu belegen, die Form von Reservierungsbit hat, wobei jedes Reservierungsbit einen leeren Schlitz reserviert und wobei das vierte Mittel dazu dient,

a) die Übermittlungsrate auf einen ausgewählten Bruchteil der Übertragungskapazität der ersten Übermittlungsleitung zu begrenzen, wenn Reservierungsbit vorhanden sind, wobei der Bruchteil einem Teil der Kapazität entspricht, der nicht bereits belegt ist, sowie

b) die Übermittlungsrate zu begrenzen, wenn keine Reservierungsbit vorhanden sind, um ein Übertragen auf der gesamten nichtbelegten Übertragungskapazität der ersten Übermittlungsleitung zu ermöglichen.

13. Endstelle nach Anspruch 10, wobei das vierte Mittel dazu dient, die Rate auf einen ausgewählten Bruchteil der Gesamtkapazität vermindert um die Summe

a) der Übertragungskapazität der ersten Übermittlungsleitung, die bereits belegt ist, und

b) der Übertragungskapazität, die dafür eingeplant ist, belegt zu werden,

zu begrenzen.

14. Endgerät nach Anspruch 13, wobei der ausgewählt Bruchteil einstellbar ist.

15. Endgerät nach Anspruch 10, wobei das dritte Mittel auf Daten über Information anspricht, die einen Teil der Übertragungskapazität der ersten Übermittlungsleitung belegt, sowie auf Reservierungsbitdaten an der zweiten Anschlußstelle, und wobei das dritte Mittel aus den Reservierungsbitdaten die Anzahl der Endgeräte stromab von dem Endgerät bestimmt, die sich im Zustand der Übertragung großer Datenmengen befinden.