DE69215973T2

DE69215973T2 - Multiplexer mit Einfügung von digitalen Paketen mit verschiedenen Prioritäten in einem Übertragungskanal

Info

Publication number: DE69215973T2
Application number: DE69215973T
Authority: DE
Inventors: Jean Mary
Original assignee: Matra Communication SA
Current assignee: Nortel Networks France SAS
Priority date: 1991-06-18
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2012-06-16
Also published as: DE69215973D1; JPH07143203A; EP0519796A1; FR2678121B1; US5280479A; EP0519796B1; ATE146638T1; FR2678121A1; CA2071293A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einfügung von aus verschiedenen Quellen stammenden digitalen Paketen in einen Übertragungskanal, wobei dieser Übertragungskanal eine Durchschnittsleistung aufweist, die wenigstens der Summe der Durchschnittsleistungen der Quellen entspricht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vor allem zum Einfügen von Paketen zur Erzeugung eines digitalen Fernsehsignalmultiplexes der x-MAC/PAQUET-Gruppe eingesetzt.
Bei einem X-MAC/PAQUET-Signal wird der Bitstrom, der dazu dient, Ton und Daten zu übertragen und zu senden, in Pakete von bestimmter Länge unterteilt, von denen jedes eine aus 23 Bit bestehende Adresse besitzt, die es ermöglicht, die Herkunft des Pakets zu bestimmen, sowie einen aus 728 Bits bestehenden Nutzteil. Der Kanal weist eine konstante durchschnittliche Leistung auf (die je nach Fall zwischen 2.050 und 24.600 Paketen pro Sekunde betragen kann), wobei jedoch die jeweilige momentane Leistung variieren kann. Das Eingabeelement des Ausgangskanals, das beispielsweise durch den Zeit-Multiplexer zur Erzeugung des für den Modulator bestimmten Multiplexes bestehen kann, ruft die Pakete entsprechend ihrer jeweiligen Verfügbarkeit ab.
Die jeweilige Leistung einer Quelle weisen jeweils bestimmte Merkmale auf. Außerdem sind die Regeln zum Einfügen in den Ausgangskanal für die einzelnen Quellen typisch. Die Reihenfolge, in der die Pakete in den Ausgangskanal eingefügt werden, muß diesen Elementen Rechnung tragen.
So kann es beispielsweise bei einem D2-MAC/PAQUET-System mit bedingtem Zugriff entsprechend der "EUROCRYPT"-Norm vorkommen, daß der ditigtale Kanal einen oder mehrere Tonkanäle mit jeweils einer Kapazität von 250 bis 1778 Paketen pro Sekunde übertragen muß, bei denen nur eine geringe Verzögerung gegenüber den Bildern auftreten darf (beispielsweise Originalton und Synchronisation), sowie einen oder mehrere Tonkanäle mit hoher Wiedergabetreue, die im Vergleich zu den vorgenannten Tonkanälen eine höhere Leistung erfordern, einen Identifizierungskanal für die Betriebsart, der aus Paketen mit der Adresse "null" besteht, und Pakete, die die Kontrollinformationen für Zugriffsberechtigungen, die sogenannten ECM ("Entitlement Checking Messages"), und die Verwaltungsinformationen für Zugriffsberechtigungen, die sogenannten EMM ("Entitlement Management Massages"), enthalten. Außerdem muß der digitale Kanal auch etwaige Teletext-Signalpakete übertragen.
Die Leistungen der Quellen sind natürlich jeweils verschieden und auch die Einfügungsregeln können variieren.
Aus dem Stand der Technik sind bereits mehrere Einfügungsverfahren bekannt.
In der Veröffentlichung "The EBUC-MAC/PAQUET system for direct broadcasting by satellite", von Mertens u.a., IEEE International Conference on Communications, ICC 84, Band 1, 5.1-9, North-Holland, New York, werden aus verschiedenen Quellen stammende Daten einem Multiplexer zugeführt, der eine der Anzahl der Quellen entsprechende Anzahl von Eingangspufferspeichern aufweist. Immer wenn der Multiplexer dazu bereit ist, ein Paket zu bilden, untersucht er die Pufferspeicher in der Reihenfolge ihrer Priorität, die sich danach richtet, was für die Fortführung des Betriebs notwendig ist, und wählt dabei Daten in dem Speicher aus, der ausreichende Informationen enthält, um ein vollständiges Paket zu bilden.
In der FR-A-2 629 972 ist eine Vorrichtung zur Prioritätsverwaltung beschrieben, die zwei in Kaskadenschaltung angeordnete Warteschleifen aufweist. Der Ausgang der zweiten Warteschleife ist mit einem Eingang eines Multiplexers verbunden, während der Eingang der ersten mit einem Vergleichselement und dem anderen Eingang des Multiplexers verbunden ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Einfügen zu beschreiben, die besser als die genannten, bereits bekannten Vorrichtungen den Anforderungen der Praxis entspricht, und zwar insbesondere, indem sie es ermöglicht, weitere Quellen hinzuzufügen, ohne daß es beim Paket-Multiplexer zu einer merklichen Arbeitsüberlastung kommt, so daß der Paket- Multiplexer nicht umgestaltet werden muß, wobei alle Quellen im wesentlichen die gleiche Anordnung aufweisen und als integrierte Schaltkreise ausgebildet sein können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Einfügung digitaler Pakete in einen Übertragungskanal entsprechend Anspruch 1 vorgesehen.
Bei einer solchen Vorrichtung erfolgt die Paketspeicherung in den Quellen.
Wenn die Durchschnittsleistung des Kanals deutlich höher ist als die durchschnittliche Gesamtleistung der Quellen und die Abweichung der jeweils momentan zur Verfügung stehenden Leistung nur einen geringen Teil der Durchschnittsleistung beträgt, kann jede Quelle den Prioritätsrang des auszusendenden Pakets ein für alle mal festlegen. Andererseits kann es bei einer Durchschnittsleistung des Kanals, die nur geringfügig höher ist als die Summe der Durchschnittsleistungen, sinnvoller sein, die Quellen derart zu gestalten, daß sie den Paketen eine Priorität zuweisen, die sich in Abhängigkeit von der Wartezeit erhöht.
In dem oben bereits angesprochenen, besonderen Fall einer Einfügungsvorrichtung für einen D2-MAC/PAQUET-Modulator mit bedingtem Zugriff ist es möglich, die Zugriffskontrolldaten erheblich zu verzögern, so daß sie nur mehr in Abständen von etwa 500 ms wiederholt werden, wobei die Kontrollwörter alle 10 Sekunden verändert werden und es zu einem zeitlichen Vorsprung gegenüber dem Augenblick der Veränderung des Kontrollworts kommt. Darüber hinaus können auch die Verwaltungsdaten für die Zugriffsberechtigung erheblich verzögert werden, wobei es ausreicht, wenn diese in Abständen übertragen werden, die so gering sind, daß die Empfänger keine übermäßige Verzögerung bemerken.
Die in Kaskadenschaltung angeordneten Quellen können auf das Eingangselement über eine Auswahl-Schnittstelle zwischen mehreren parallelen Eingangskanälen einwirken.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im folgenden ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung genauer erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig.1 einen schematisches Schaltbild der Einfügungsvorrichtung gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel;
Fig.2 eine alternative Ausführungsform;
Fig.3 eine mögliche Rangfolge der Prioritäten im Fall eines D2 -Multiplexes.
Die in Fig.1 dargestellte Einfügungsvorrichtung dient dazu, dem Eingabeelement 10 eines Ausgangskanals die Pakete zuzuführen, die den in duobinärer Form kodierten digitalen Anteil eines von einem Multiplexer 12 erzeugten Basisband-Zeitmultiplexes bilden sollen. Zu diesem Zweck ist das Eingabeelement 10 in herkömmlicher Weise so ausgestaltet, daß es die Paketanforderungen D in Abhängigkeit der Verfügbarkeit der Pakete absendet und die schubweise ankommenden Pakete P verteilt.
Beim in Fig.1 dargestellte Ausführungsbeispiel sind mehrere parallele Eingabekanäle vorgesehen sowie ein Multiplex-Paket-Auswahlelement 14, das es ermöglicht, dem Element 10 das Paket mit der höchsten Priorität zuzuführen. Zu diesem Zweck enthält es ein Auswahlelement 15, Speicher 16&sub1;, 16&sub2;,..., 16n, die jeweils den einem von einem jeweilgen Kanal 1, 2, ... kommenden, zum Absenden bereiten Paket entsprechenden Prioritätsrang speichern, sowie ein Schaltelement 17, das die in den Speichern vorhandenen Pakete und deren Speicherung nach Paketarten verwaltet.
Das Multiplex-Auswahlelement dient dazu, die Quelle auszuwählen, die dem höchsten Prioritätsrang entspricht, und ein Paket (oder auch eine bestimmte Anzahl von Paketen) vom gewählten Eingabekanal zum Ausgangskanal zu senden.
Die dargestellten Kanäle 1 bis n-1 besitzen jeweils eine einzige Quelle. Die Quelle 18&sub1; dient beispielsweise dazu, die von ihr empfangenen Daten zu Paketen umzugruppieren, die alle dieselbe Adresse besitzen, und eine Priorität festzulegen. Insbesondere kann die Quelle einen Pufferspeicher 19 umfassen, in dem sich die Eingangsdaten ansammeln, sowie Mittel zum Umformen dieser Daten in mit einem Titel versehene Pakete, und zum Zuweisen einer Priorität für jedes Paket aufweist. Diese Zuweisung kann nach den folgenden Gesichtspunkten erfolgen:
- in Abhängigkeit von der Art des Pakets, entsprechend einem für die Quelle festgelegten Kriterium,
- nach der Anzahl der wartenden Pakete, wobei der Prioritätsrang umso höher wird, je voller der Speicher der betreffenden Quelle ist,
- nach vorbestimmten Einfügungsregeln, wobei unter Umständen ein vom den Basisband-Multiplex bildenden Multiplexer 12 kommendes Ausführungssignal berücksichtigt wird.
Alle Quellen können dieselbe, im folgenden beschriebene Anordnung aufweisen, wobei jedoch einige Quellen besondere Funktionen besitzen können.
Im dargestellten Fall ist beispielsweise die Quelle 18n-1 eine Quelle für Auffüllpakete mit der niedrigsten Priorität und der Adresse 1023.
Erfindungsgemäß besitzt der Kanal n einen besonderen Aufbaru. Die stromabwärts gelegene Quelle 18n dieses Kanals stellt eine Multiplex-Schnittstelle dar, die es ermöglicht, daß das Paketmultiplex-Auswahlelement 14 ohne materielle oder logische Komplikationen Daten von mehreren Quellen verarbeiten kann. Zu diesem Zweck besitzt die Quelle 18n eine Schaltungsweiche 20, die über ihren Ausgang die höchste von zwei an ihren Eingang angelegten Prioritäten liefert. Alle zusätzlichen Quellen 18n+1, 18n+2, ..., einschließlich der vorletzten Quelle, besitzen denselben Aufbau. Damit wird an das Paketmultiplex-Auswahlelement 14 die höchste Priorität aller zusätzlichen Quellen gesendet. Eine mögliche Anordnung der Quellen wird im weiteren unter Bezugnahme auf Fig.2 beschrieben.
Die Funktionsweise der Vorrichtung ergibt sich direkt aus der vorangegangenen Beschreibung. Wenn das Paketmultiplex-Auswahlelement 14 eine Paketanforderung D empfängt, so bestimmt es die Quelle mit der höchsten Priorität und schickt an diese seinerseits eine Anforderung, beispielsweise D1. Daraufhin sendet die angerufene Quelle ein Paket, beispielsweise P1, zum Ausgang.
Die in Fig.2 dargestellte Multiplex-Vorrichtung (in der die den in Fig.1 dargestellten Elementen entsprechenden Bauteile mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet sind) unterscheidet sich von der vorhergehenden Vorrichtung dadurch, daß sie nur einen einzigen Eingangskanal besitzt, wodurch das Multiplex-Auswahlelement 14 weitaus einfacher aufgebaut ist.
Alle Quellen können denselben Aufbau aufweisen.
Mit Ausnahme der am weitesten stromaufwärts gelegenen Quelle 18n+j, besitzen alle Quellen dieselbe Funktion. Die Quelle 18n beispielsweise umfaßt einen Schaltkreis 19 zum Einteilen der Daten in Pakete und eine Schaltungsweiche 20. Jede Schaltungsweiche kann ein Prioritäts-Vergleichselement 22 sowie zwei Schalter 24 und 26 umfassen, welche vom Vergleichselement 22 gesteuert werden. Letzteres empfängt eine vom Schaltkreis 19 erstellte Angabe über die örtliche Prioritätsreihenfolge und eine Angabe über die stromaufwärtige Prioritätsreihenfolge, die von der stromaufwärts gelegenen Quelle stammt, sendet die höchste Priorität stromabwärts weiter und stellt den Schalter 24 (im in Fig.2 dargestellten Fall) nach oben, wenn die örtliche Priorität gleich groß ist wie die stromaufwärtige Priorität oder diese übertrifft. Im gegenteiligen Fall wird der Schalter nach unten gestellt. Die stromabwärts gesendete Priorität wird einem Element 28 zugeleitet, das die Absendeberechtigung erteilt und ein Bestandteil des Auswahlelements 14 ist. Dieses sendet aufgrund einer Paketanforderung über den nach oben gelegten, geschlossenen Schalter 24 eine an den geeigneten Schaltkreis 19 gerichtete Berechtigung ab. Dieser Schalter sorgt dafür, daß vom Schaltkreis 19 ein Paket abgesendet wird, das über die Schaltungsweichen 20 der aussendenden Quelle und der dazu strömabwärts angeordneten Quellen an das Auswahlelement 14 gelangt. Der Multiplexer 12 kann so ausgeführt sein, daß er ein Empfangssignal ACK aussendet, sobald ein Schub eingefügt wurde.
Im bereits genannten Fall einer Einfügevorrichtung für einen D2-MAC-Modulator, kann der Prioritätsrang wie folgt ansteigen:
- Auffüllpakete,
- Verwaltungsinformationen für Zugriffsberechtigungen,
- Kontrollinformationen für Zugriffsberechtigungen,
- Null-Kanal (dessen Prioritätsrang je nach der Anzahl der über diesen Kanal auszusendenden Pakete verändert werden kann),
- Datenkanal,
- Tonkanal mit hoher Leistung - wobei die Quelle noch nicht damit begonnen hat, eine aus einer bestimmten Anzahl von Paketen bestehende Gruppe auszusenden,
- Tonkanal mit hoher Leistung - wobei gerade eine Sendung erfolgt,
- Tonkanal mit niedriger Leistung.
Die beiden letzten Prioritäten können je nach der Anzahl der zu sendenden Pakete erhöht oder verringert werden.
In Fig.3 sind beispielhaft die Prioritätsniveaus dargestellt, die den verschiedenen Paketen zum Einfügen für einen D2 MAC-Modulator für den bedingten Zugriff "EUROCRYPT" zugeordnet werden können, welcher in der Veröffentlichtung "Système d' accès conditionnel pour la famille MAC/PAQUET : EUROCRYPT", März 1989, Ministère des Postes, des Tèlècommunications et de l'Espace et autres, beschrieben wurde. Die festgelegten, abgestuften Prioritäten werden den Verwaltungsinformationen für die Zugriffsberechtigung (EMM), den Kontrollinformationen für die Zugriffsberechtigung (ECM), dem Nullkanal und den Blöcken BI zur Tonkanalauswertung zugeordnet. Bei dem dargestellten Beispiel steigen die Prioritäten wie folgt an:
- 10 Verwaltungsinformationen für einen Einzelnen, Kleingruppen oder das Gesamtpublikum (EMM-U, EMM-S bzw. EMM-G);
- 20 für Verwaltungsinformationen für größere Gruppen (EMM-C);
- 30 für die Kontrollinformationen für die Zugriffsberechtigungen (ECM);
- 40 für den Null-Kanal;
- 50 für die Blöcke zur Tonauswertung BI;
- 60 für die Auswertungsblöcke, die Veränderungen der Art des BIT-Signals anzeigen.
Stattdessen kann die Priorität des Null-Kanals auch in Abhängigkeit von der Anzahl der abzusendenden Pakete verändert werden. Es kann ein Zählelement vorgesehen werden, um die Anzahl der wartenden Pakete zu speichern und die Priorität von 40 auf 50 oder auf einen noch höheren Wert anzuheben, wenn die Anzahl einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Bei der Priorität für die Tonkanäle muß die Tatsache berücksichtigt werden, daß diese mehreren Kategorien angehören können, bei denen verschiedene Verteilungsregeln gelten. Eine erste Regel, die "90-Bytes-pro- Block"-Regel, enspricht der Tonübertragung in komprimierter Form unter Beibehaltung des ersten Niveaus oder der Übertragung mit linearer Kodierung unter Beibehaltung des zweiten Niveaus.
Die zweite Aufteilungsregel gilt bei 120 Bytes pro Block und einer Einteilung von drei Blöcken für unter Beibehaltung des ersten Niveaus oder einer komprimierten Kodierung unter Beibehaltung des zweiten Niveaus. Die Gruppen von vier Paketen, die bei einer Aufteilung mit 120 Bytes pro Block drei Blöcke bilden, dürfen nicht mit den Paketen eines anderen Kanals der gleichen Art vermischt werden.
Eine Gesamtlösung, die dieser Forderung Rechnung trägt und keinen Kanal ausschließlich gegenüber einem anderen bevorzugt, besteht in der Anwendung der folgenden Prioritätsregel.
- Für jeden Kanal, bei dem die 90-Bytes-Aufteilung gilt, beträgt die minimale Priorität 80. Diese Priorität wird für jedes gespeicherte Paket um eine Einheit erhöht. Bei fünf gespeicherten Paketen erreicht die Priorität also 84. Es wird üblicherweise ein Höchstwert vorgegeben, etwa 89.
- Für jeden Kanal, bei dem eine 120-Bytes-Aufteilung gilt und drei Blöcke für vier Pakete gebildet werden, wird eine niedrigere Ausgangspriorität vorgesehen, beispielsweise 70. Sie kann für jedes wartende Paket um eine Einheit erhöht werden, wobei das Maximum bei 79 liegt, solange keine Aussendung einer Gruppe von drei Blöcken beginnt. Wenn eine solche Aussendung beginnt, wird die Priorität der folgenden Pakete derselben Gruppe um soviele Einheiten erhöht, daß die neue Priorität höher ist als diejeniger aller anderer Kanäle, für die eine 120-Bytes-pro-Block Einteilung gilt. Die Erhöhung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Priorität um die Anzahl ansteigt, die der Differenz zwischen 10 und 1 für jedes bereits gesendete Paket entspricht.
Damit steigt die Priorität beispielsweise auf
- 83 für vier gespeicherte Pakete,
- 82 für drei gespeicherte Pakete
- 81 für zwei gespeicherte Pakete.
Sobald die vier Pakete abgesandt wurden, erhält die entsprechende Tonquelle wieder ihren normalen Prioritätsrang, d.h. 70 bei einem wartenden Paket.
Die Auffüllpakete besitzen die niedrigste Priorität.
Ein solches Einfügeverfahren ist äußerst flexibel und ermöglicht es auf einfache Weise, daß die Quellen die mittleren Prioritäten beeinflussen.

Claims

1. Multiplexer zur Einfügung von aus mehreren verschiedenen Quellen stammenden digitalen Paketen in denselben Übertragungskanal, wobei dieser Übertragungskanal eine Durchschnittsleistung aufweist, die wenigstens der Summe der Durchschnittsleistungen der Quellen entspricht, enthaltend ein Eingabeelement (10) für den Paketabruf, das mit dem Übertragungskanal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- wenigstens mehrere dieser Quellen in Kaskadenschaltung angeordnet sind, wobei die stromabwärts gelegene Quelle (18n) eine Anschlußstelle für das Eingabeelement bildet,

- jede Quelle (18) Mittel zum Speichern der Pakete und Mittel zur Ausarbeitung einer Reihenfolge der Einfügungspriorität für jedes Paket in Abhängigkeit von der Paketart, der Anzahl der im Speicher befindlichen Pakete und der durch die Art der auszusendenden Pakete bestimmten Einfügungsregeln aufweist, und

- daß jede der in Kaskadenschaltung angeordneten Quellen, mit Ausnahme der am weitesten stromaufwärts gelegenen Quelle (18n+2), eine Schaltungsweiche (20) enthält, die zum einen an ihrem Ausgang die höhere der beiden ihr an ihrem Eingang zugeführten Priortiäten liefert, wobei die eine Priorität von der betreffenden Quelle selbst stammt und die andere von der gegenüber dieser

Quelle stromaufwärts gelegenen Quelle, und die zum anderen den Paketabruf nach der höchsten Priorität ausrichtet.

2. Multiplexer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschnittsleistung des Kanals deutlich höher ist als die durchschnittliche Gesamtleistung der Quellen und daß die Abweichung der jeweils momentan zur Verfügung stehenden Leistung nur einen geringen Teil der Durchschnittsleistung beträgt, und daß jede Quelle in der Lage ist, den Prioritätsrang des auszusendenden Pakets ein für alle mal festzulegen.

3. Multiplexer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschnittsleistung des Kanals nur geringfügig höher ist als die Summe der Durchschnittsleistungen und daß die Mittel zur Ausarbeitung einer Reihenfolge wenigstens einiger Quellen solche Mittel umfassen, die die Priorität der Pakete in Abhängigkeit von der Wartezeit der Pakete erhöhen.

4. Multiplexer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Quelle, mit Ausnahme der stromaufwärts gelegenen Quelle, eine Schaltungsweiche (20) mit einem Prioritäts-Vergleichselement (22) umfaßt, das einen Schalter (24) für die Sendefreigabe und einen Schalter (26) für die Paketübertragung umfaßt, wobei die Schalter der Quellen derart in Kaskadenschaltung angeordnet sind, daß ein Aussenden eines Paketes durch diejenige Quelle erfolgt, deren erstes im Speicher befindliches Paket die höchste Priorität aufweist.

5. Multiplexer nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Einfügung von Paketen zur Verwendung als Digitalmultiplexer eines Fernsehsignals der Art X MAC/PAQUET mit bedingtem Zugriff, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen der Tonkanäle, die für vier Pakete drei digitale Blöcke liefern, so ausgeleget sind, daß sie ihre Priorität bei Beginn des Aussendens einer Gruppe von drei Blöcken erhöhen.

6. Multiplexer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Quelle eines Tonkanals in der Lage ist, ihre Priorität um eine Einheit für jedes gespeicherte Paket zu erhöhen, wobei die Prioritätserhöhung beim Beginn des Aussendens einer Gruppe von drei Blöcken ausreichend groß ist, daß die Quelle, die mit den Aussenden begonnen hat, eine höhere Priorität aufweist, als alle anderen Tonquellen zum Aussenden von Tönen in Gruppen von drei Blöcken für vier Pakete.

7. Multiplexer nach Anspurch 5 oder 6 für ein Femsehsignal mit bedingtem Zugriff entsprechend der Norm EUROCRYPT, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen für Verwaltungsinformationen für Zugriffsberechtigungen (EMM), die Quellen von Kontrollinformationen für Zugriffsberechtigungen (ECM) und die Quelle des Null-Kanals von festgelegten Prioritäten beeinflußt werden, deren Rang weniger stark ansteigt als der der Tonkanäle.