Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Paketieren von Daten in Rahmen von Quellen kontinuierlicher
Dateninformation zusammen mit Informationspaketen von Quellen
von Paketinformation in Rahmen, umfassend das Bereitstellen
von ersten Feldern für die kontinuierliche Dateninformation
in vorgegebenen Positionen in jedem Rahmen, und das
Bereitstellen von zweiten Feldern für die Informationspakete
in vorgegebenen Positionen in jedem Rahmen.
Stand der Technik
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Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP-A-
0320772 bekannt.
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Traditionell verwendeten digitale Telekommunikationssysteme
kontinuierliche Datenflüsse zum Übertragen von Information.
In diesen kontinuierlichen Flüssen kann Steuerinformation
beispielsweise in der Form von Rahmenverriegelungswörtern mit
einem Minimum von Bits kodiert werden, da das Rahmenformat in
dem Empfänger bekannt ist. Eine Informationsübertragung kann
dann auf einer Anzahl von unterschiedlichen Medien und mit
einem Minimum von Redundanz ausgeführt werden.
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In lokalen Datennetzen (LAN) wird die Information jedoch
paketiert, unter anderem um einer größeren Anzahl von
Benutzern einen Zugriff auf das Übertragungsmedium zu
gestatten. Mehrere verschiedene Paketierungsverfahren sind
verfügbar, um die Information auf dem lokalen Datennetz zu
senden.
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Wenn LAN-Daten zusammen mit Telekommunikationsdaten (z.B. von
Multiplexern, Schaltern etc.) übertragen werden sollen, soll
der sich ergebende zusammengesetzte Fluß so effektiv wie
möglich paketiert werden, um den Bandbreitenbedarf, die
Speicherkapazität etc. zu minimieren. Die heute verfügbare
Technik zum Paketieren von Paketinformationen in LAN-Netzen
kann jedoch nicht zusammen mit einer kontinuierlichen
Information verwendet werden und gleichzeitig die
Anforderungen für die Paketierungsdichte und Einfachheit
erfüllen. Dies kann anhand der folgenden drei Beispiele
erläutert werden.
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1. Als ein erstes Beispiel kann das Format erwähnt werden,
welches von der International Organization for
Standardization (ISO) in einer Hochniveau-
Datenverbindungssteuerung (Highlevel Data Link Control
oder HDLC) beschrieben wird. Das betreffende Verfahren
kann beispielsweise in der CCITT Rec. X. 25 verwendet
werden. Zum Trennen der Pakete wird eine sogenannte
Null-Einführung verwendet. Die Sequenz "01111110" ist
einzigartig und wird als eine Start- und Endflagge
verwendet und kann somit in dem Datenfeld nicht
angetroffen werden. Dies bedeutet, daß 0-en in jeder
fünften Position in Informationsfeldern mit vielen 1-en
eingeführt werden müssen. Das Verfahren arbeitet
hervorragend in einem Netz, welches für Paketinformation
vorgesehen ist. In einem System, welches Information
kontinuierlich überträgt und welches große Anforderungen
für eine Informationsdichte aufweist, ist jedoch eine
informationsabhängige Redundanz, die fast 20% sein kann,
vollständig inakzeptabel.
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2. Ein Ether-Netz oder IEEE 802.3, ISO 8802/3 ist eine Form
eines LANs unter Verwendung eines CSMA/CD-Protokolls, um
den Benutzern einen Zugriff auf das Übertragungsmedium
zu gestatten. Das Übertragungsmedium kann wenigstens
vier Zustände "1", "0", "frei" und "Kollision" annehmen.
Wenn diese Information zusammen mit einem
kontinuierlichen Datenfluß übertragen werden soll,
bedingt dies, daß vier Zustände benötigt werden. Dies
ist ein zu kompliziertes Verfahren und erfordert eine
hohe Bandbreite, alternativ eine große
Speicherkapazität. Auch in diesem Fall wird ein
einfacheres und effektiveres Verfahren somit benötigt.
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3. Ein Token-Ring oder IEEE 802/5, ISO 8802/5 verwendet ein
"Token-Weitergabe-" Verfahren, um die Übertragung von
Information zwischen den Netzknoten zu ermöglichen.
Diese Information wird Manchester-kodiert und ein
Paketbeginn bzw. ein Paketende werden durch eine
Verletzung gegenüber dem "Manchester-Kodierungsprinzip"
"Verletzung 1" bzw. "Verletzung 0" getrennt. Auf dem
Übertragungsmedium existieren somit die Symbole "1",
"0", "Verletzung 1" und "Verletzung 0". In der gleichen
Weise wie im Fall (2) benötigt das Verfahren eine
größere Bandbreite und Speicherplatz als dies
wünschenswert ist.
Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Verfahrens zum Paketieren von kontinuierlicher
Dateninformation zusammen mit Paketdaten in einem System mit
so hohen Anforderungen an die Informationsdichte, daß
Verfahren der voranstehend beschriebenen Art, die in LAN-
Netzen verwendet werden, nicht akzeptabel sind.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in einem Verfahren der
definierten Art mittels einer Einführung durch Bereitstellung
von Zeigerfeldern in jedem Rahmen gelöst, wobei jedes
Zeigerfeld Information entweder darüber enthält, wo ein
Informationspaket in einem der zweiten Felder für die
Informationspakete endet, oder darüber, wo ein
Informationspaket in einem der zweiten Felder für die
Informationspakete beginnt.
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Mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung werden alle
kontinuierlichen und Paket-Informationen zusammen in einer
leicht realisierbaren Weise paketiert. Die Menge von
redundanten Informationen kann minimiert werden, wenn die
Eigenschaften der Quelle der Paket-Information bekannt sind.
Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachstehend eingehender unter Bezugnahme
auf die Ausführungsformen, die aus den Zeichnungen
ersichtlich sind, beschrieben.
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In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 - 5 Beispiele von Rahmen, in denen kontinuierliche
Dateninformation und Paketdaten zusammen paketiert sind;
und
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Fig. 6a und 6b in einer Blockdiagrammform den Senderabschnitt
bzw. den Empfängerabschnitt eines Gerätes zum Paketieren
gemäß der Erfindung von Daten von einer Quelle einer
kontinuierlichen Dateninformation zusammen mit Daten von
einer Quelle von Paketinformation für eine Übertragung
in einem Telekommunikationsnetz.
Bevorzugte Ausführungsformen
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Gemäß der Erfindung werden Daten von kontinuierlichen und
diskontinuierlichen Quellen in Rahmen mit bestimmten
Positionen für Felder für kontinuierliche Information bzw.
für Paketfelder für Paketinformation paketiert. Diese Felder
können vorzugsweise miteinander über den gesamten Rahmen
gemischt werden, und sind jeweils mit KF bzw. PF in den Fig.
1-5 bezeichnet worden. Eine Rahmensynchronisation wird in
einer traditionellen Weise bereitgestellt, d.h. einem
Kompromiß zwischen einer Erfassungsgeschwindigkeit, der
kleinstmöglichen Redundanz sowie bezüglich eines internen
Jitters etc.. Sämtliche kontinuierlichen Daten werden in die
Felder eingebracht, die in dem Rahmen dafür vorgesehen sind,
zusammen mit Rahmenflaggen, einer Taktadaption, soweit
vorhanden, und anderer Steuerinformation. Paketdaten, die in
den Fig. 1-5 mit DP bezeichnet sind, sind in die Paketfelder
PF eingebracht, die in dem festen Rahmen reserviert worden
sind. Der Beginn und/oder das Ende des Informationspakets,
alternativ freie Stellen zwischen derartigen Paketen, von
einem Paketnetz werden mit Zeigern markiert, die nachstehend
in Abhängigkeit von der Art und Weise einer Verwendung mit D,
R bezeichnet sind. Diese Zeiger werden eine Anzahl von n-Bits
verwenden, die durch die Eigenschaften der Quelle bestimmt
sind. Ein Feld (1 Bit), welches nachstehend mit A bezeichnet
ist, kann zur Bereitstellung von Information hinsichtlich der
Tatsache verwendet werden, ob Paketfelder in einer bestimmten
Position Information führen oder leer sind. Dies eliminiert
die Unsicherheit beim Start und kann deshalb als eine
Überprüfungseinrichtung in dem Empfänger wirken. Die Frequenz
des Felds A wird durch das gewünschte Verriegeln in der Zeit
für Paketdaten und eine Übertragungssicherheit in dem Kanal
bestimmt.
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Beim Dimensionieren des Zeigers D oder R sollte die Anzahl
von Bits der Paketdaten für jede Quantisierung und die
kleinste Anzahl von Bits n eines Pakets bzw. einer Leerstelle
zwischen Paketen berücksichtigt werden. Insbesondere kann die
Anzahl von Bits n wie folgt berechnet werden:
n = log (M/N) / log (2)
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wobei:
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M = die Anzahl von Bits in dem kleinsten Paket oder der
kleinsten Leerstelle zwischen Paketen;
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N = die Anzahl von Bits für jede Quantisierung von Paketdaten
bzw. einer Leerstelle.
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Wenn beispielsweise Daten von einem ETHERNetz LAN-Netz mit
einem 8 Mbit/s PCM-Fluß gemischt wird, wird der sich
ergebende zusammengesetzte Rahmen ungefähr: 10 Mbit/s (Ether-
Netz) + 8448 kbit/s (PCM) + Rahmensynchronisation +
Fehlerdetektion, soweit vorhanden, etc. benötigen.
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Es ist nunmehr möglich, die Tatsache zu verwenden, daß Ether-
Netz-Information immer in 8 Bit (1 Byte) quantisiert ist und
daß die kleinste Paketlänge 64 Bytes ist. Es sei angenommen,
daß die Leerstelle zwischen Paketen immer größer als 64 Bytes
ist und auch in 8 Bit quantisiert ist. In diesem Fall zeigt
das Zeigerfeld D auf die Stelle, an der sich der nächste
Transitdatenwert/die nächste Leerstelle und eine
Leerstelle/ein Datenwert befindet, mit einer Auflösung von 8
Bit. Die kleinste Paketlänge/Leerstellenlänge beträgt 64
Bytes, wobei dies auch die größte Anzahl von Paket-Bits, 512,
zwischen zwei D- oder R-Feldern angibt. Mit der Verwendung
der oben angegebenen Formel wird n in diesem Fall somit 6
Bits sein. In dem zusammengesetzten Rahmen können natürlich
mehr Bits zwischen den D- bzw. R-Feldern vorhanden sein, aber
diese sind in einem derartigen Fall PCM-Bits,
Rahmenverriegelungsbits, Fehlererfassungsbits oder andere
Steuerinformation.
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Als ein erstes Beispiel zeigt Fig. 1 einen Abschnitt eines
Rahmens, der gemäß der Erfindung erzeugt ist. Der fragliche
Abschnitt enthält gemäß der obigen Erläuterungen Felder KF1-
KF7, die für eine kontinuierliche Information reserviert
sind, und Paketfelder PF1, PF2, PF3, die für Daten von
Paketnetzen reserviert sind, sowie Zeigerfelder D1 und D2.
Die Felder PF können Daten oder Leerstellen enthalten.
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In dem dargestellten Rahmenabschnitt ist ein Abschnitt eines
Datenpakets DP1 von einem Paketnetz, beispielsweise dem
voranstehend erwähnten LAN-Netz, sowie ein Abschnitt von
einem anderen Datenpaket DP2 für das gleiche oder ein anderes
Paketnetz enthalten. Das Ende des Pakets DP1 wird von dem
Zeiger D1 angezeigt und der Beginn des nächsten Pakets DP2
von dem Zeiger D2. Das Paket DP1 beginnt in einem nicht
gezeigten Paketfeld und setzt sich in Paketfeldern
dazwischen, soweit vorhanden, die nicht gezeigt sind, fort,
bevor es PF1 erreicht und dort endet. Zwischen diesen
erscheinen KF-Felder z.B. KF1-KF3. Das Paket DP2 startet wie
ersichtlich in PF3 und setzt sich in einem oder mehreren
nicht gezeigten Paketfeldern fort, zwischen denen KF-Felder
angeordnet sein können, z.B. KF7. Wie sich aus den
vorangehend beschriebenen Erläuterungen ergibt, ist der
letztere Abschnitt des Felds PF1, das Feld PF2 und der Beginn
des Felds PF3 leer.
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Das Feld A wird in Fig. 1 verwendet, um Information
dahingehend bereitzustellen, ob der Beginn des Paketfelds PF1
Information trägt oder leer ist.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, die von der Annahme
ausgeht, daß in einem Paketnetz die kürzeste
Leerstellenperiode viel kürzer als das kleinste Paket ist
oder umgekehrt oder alternativ, daß irgendeine der fraglichen
Längen unbekannt ist. Die Anzahl der Bits des D-Felds und
Abstände zwischen D's werden für die größere dieser Längen
dimensioniert. Das D-Feld wird verdoppelt, wodurch selbst
sehr kurze Felder angezeigt werden können. Das A-Feld kann
aufgrund der Tatsache gelöscht werden, daß eines der D-Felder
immer Paketbeginne anzeigt und das andere immer Paketenden
anzeigt. Demzufolge zeigt D1 das Ende des Pakets DP1 an, D2
den Beginn des Pakets DP2, D3 das Ende von DP2 und DP4 den
Beginn des Pakets DP3.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 geht von der Annahme aus,
daß die maximale Paketlänge unbekannt ist, daß die Frequenz
von Paketen klein ist und daß es tolerierbar ist, daß die
Pakete verzögert werden. Es ist dann möglich, zuzulassen, daß
ein Start von Paketen, z.B. DP1, DP2 mit einem Start von
Paketfeldern, z.B. PFI und P2 übereinstimmt, und daß der D-
Zeiger, z.B. D1, D2 das Ende der Pakete anzeigt, z.B. DP1
bzw. DP2. Kein A-Zeiger wird in diesem Fall benötigt.
Alternativ ist es möglich, zuzulassen, daß der Start von
Paketen mit dem Ende von Paketfeldern übereinstimmt, und den
Zeiger zum Markieren des Starts des Pakets zu verwenden.
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In Fig. 4 ist der Fall gezeigt, bei dem die maximale
Leerstelle in einem Paketfeld kleiner als ein bestimmter Wert
p ist und das kleinste Paket immer größer als ein bestimmter
Wert q ist. Der Abstand zwischen den D-Feldern ist
dimensioniert, so wie er von q abhängt, und D zeigt nur einen
Start von Leerstellenfeldern an. Ein Zeiger R wird eingeführt
und so ausgelegt, daß er immer den nächsten Paketstart
anzeigt. Da das größte Freiraumfeld bekannt ist, kann R
diesbezüglich dimensioniert werden. Kein A-Feld wird
benötigt. Das Verfahren arbeitet genauso im entgegengesetzten
Fall, d.h. daß das maximale Paket kleiner als p ist und die
kleinste Leerstellenperiode größer als q ist. D wird zum
Markieren des Starts eines Pakets verwendet und R wird zum
Markieren des Starts des nächsten Freiraums verwendet, wobei
der Abstand zwischen D-Zeigern in Bezug auf die Länge der
kleinsten Leerstelle dimensioniert ist, und wobei R in Bezug
auf die Größe des größten Pakets dimensioniert ist.
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Wenn sowohl eine Leerstelle als auch Datenfelder in
Paketfeldern kleiner als ein bestimmter Wert p bzw. q sind,
können beide Felder mit Zeigern R1 bzw. R2 versehen werden,
siehe Fig. 5. Diese sind in Bezug auf p bzw. q dimensioniert
und zeigen jeweils den Start der nächsten Leerstelle bzw. des
nächsten Pakets an. Das System wird mit einem D-Zeiger und
einem A-Zeiger, soweit vorhanden, ergänzt, um einen Start
einer Erfassung in dem Empfänger zu ermöglichen. A kann dann
verwendet werden, um anzuzeigen, wenn das erste Bit ein
Datenwert oder eine Leerstelle ist. Alternativ kann A
gelöscht werden und D kann den ersten Übergang
Leerstelle/Daten anzeigen.
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In allen Fällen können die A-, R- und D-Felder untereinander
ausgetauscht oder über dem Rahmen verteilt werden. In
bestimmten Fällen können A und D bei einem kontinuierlichen
Betrieb gelöscht werden oder nur beim Start verwendet werden.
Eine mögliche komplementäre Addition für Übertragungsmedien,
die Bitfehlern ausgesetzt sind, ist dafür vorgesehen, um
einige oder alle Felder (A, R oder D) mittels einer
Fehlerkorrektur oder alternativ mittels Fehlererfassungscodes
zu sichern. Ferner kann die Funktion von A und D kombiniert
werden, alternativ in anderen Abschnitten des Rahmens
eingeführt werden.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 6a und 6b wird eine
ausführlichere Beschreibung des Senderabschnitts bzw. des
Empfängerabschnitts eines Geräts zum Paketieren, gemäß der
Erfindung, von Daten von einer Quelle kontinuierlicher
Dateninformation zusammen mit Daten von einer Quelle von
Paketinformation, für eine Übertragung in einem
Telekommunikationsnetz durchgeführt.
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Zwei Datenflüsse CDF (kontinuierlicher Datenfluß oder
Continous Data Flow) und PDF (Paketdatenfluß oder Packet Data
Flow) treffen in einem Datenwähler CFG (Generator von
zusammengesetzten Rahmen oder Composite Frame Generator) ein,
der in dem Senderabschnitt enthalten ist, wobei einer von dem
kontinuierlichen Typ und der andere von dem Paketdaten-Typ
ist, um zu einem zusammengesetzten Datenfluß CD
(zusammengesetzte Daten oder Composite Data) zusammengefügt
zu werden, wie nachstehend noch näher ausgeführt wird.
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Insbesondere wird zunächst der Datenfluß des kontinuierlichen
Typs mit einer bestimmten Rate in einen Speicher CDM
(kontinuierlicher Datenspeicher oder Continuous Data Memory)
des FIFO-Typs gelesen, von dem er mit einer höheren Rate
durch CFG ausgelesen wird.
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Der Paketdatenfluß kommt zuerst an einem Funktions PFA
(Paket-Rahmenausrichter oder Packet Frame Aligner) an, der
eine Rahmenverriegelngsfunktion zum Erfassen von Beginn und
Ende von Paketen aufweist und in bestimmten Fällen in
Abhängigkeit von dem Typ von Paketnetz den Fluß zum
Minimieren einer Redundanz transformiert und spezielle
Vorzeichen wegnimmt.
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Von PFA kommt ein Paketdatenwert an einem Funktions-PDMT
(Paketdatenspeicher-Sender) an, der die Daten in einen
Speicher einliest und Paketinformation in Abhängigkeit von
der Größe des Paket/der Leerstelle zwischen den Paketen
erzeugt. CFG liest dann die Daten mit einer Rate, die für
einen dadurch erzeugten zusammengesetzten Datenfluß CD
vorbestimmt ist. Die Paketinförmation wird an einen
Zeigergenerator PG (Zeigergenerator) geliefert, der, geleitet
von der Größe von Paketen/Leerstellen zwischen den Paketen
geeignete Zeigerwerte A, D, R erzeugt.
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Zusätzlich zu dem Zusammenfügen der Daten, die von dem CDM
und dem PDMT empfangen werden, zu dem CD-Fluß erzeugt CFG
Rahmenverriegelungswörter, Fehlererfassungs/Korrekturfelder,
eine Taktadaption, soweit vorhanden für den kontinuierlichen
Datenfluß.
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In dem Empfänger kommt der CD-Fluß in einem Funktions-CFA
(Ausrichter zusammengesetzter Rahmen oder Composite Frame
Aligner) an, der durch Erfassen von
Rahmenverriegelungswörtern auf CD synchronisiert. Danach
verteilt CFA kontinuierliche Daten an den Funktions-CDR
(Wiederherstellung von kontinuierlichen Daten) zur
Wiederherstellung von CDF, Zeiger (A, R, D) an einen Zeiger-
Bestimmungsfunktions-PE (Zeigerauswertung) und Paketdaten an
einen Paketdatenspeicher PDMR (Paketdatenspeicher-Empfänger).
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CDR stellt eine Rate und Pegel des kontinuierlichen
Datenflusses wieder her. PE entscheidet über den Start, Stop
von Paketen/Leerstellen und initiiert eine Datenlieferung in
den PDMR hinein.
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Der PDMR liest empfangene Pakete von CFA in den Speicher
hinein, geleitet von PE, und stellt eine Zuführung bei einer
geeigneten Rate und Zeit an einen Funktions-PFG (Paketrahmen-
Erzeugung) bereit, der die empfangenen Paketdaten an das
Protokoll und die von dem Paketnetz benötigten Pegel
adaptiert, mit anderen Worten PDF regeneriert.
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Allgemein ist das Gebiet der Verwendung der Erfindung
Übertragungssysteme unter Verwendung von Kabeln, Fasern, Funk
(Hoch-/Niederfrequenz), optischen Systemen etc. und
Speichermedien wie beispielsweise Halbleiter-, optische,
magnetische oder andere Arten von Speichern. Das Verfahren
ist in allen Systemen verwendbar, bei denen ein
kontinuierlicher Datenfluß mit einem Paketformat gemischt
wird.