DE69230217T2

DE69230217T2 - ATM-Vermittlungsanordnung

Info

Publication number: DE69230217T2
Application number: DE69230217T
Authority: DE
Inventors: Mark Jeffrey; Thomas Maddern; Richard Proctor
Original assignee: Marconi Communications Ltd; Marconi Co Ltd
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1992-08-03
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2012-08-04
Also published as: GB2258366B; GB2258366A; GB9116748D0; JP2002335272A; DE69233588D1; DE69233588T2; WO1993003567A1; JP3328780B2; ES2137192T3; EP0551475B1; EP0858192A2; US5459724A; EP0551475A1; EP0858192A3; EP0858192B1; JP3505658B2; JPH06501831A; DE69230217D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vermittlungsanordnung für den asynchronen Übertragungsmodus (ATM), die eine flexible Entwurfsanordnung besitzt, sowohl was die Größe als auch die Rate betrifft, und die Rundsendeübertragung abwickeln kann. Sie kann mit fortschreitender Technologie kompakter und preiswerter gestaltet werden, ohne daß Änderungen im logischen Betrieb vorgenommen werden müssen. Sie arbeitet grundlegend synchron und die interne Bandbreite beträgt nur das doppelte der vermittelten Bandbreite.
Die vorliegende Erfindung soll nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bekannten ATM- Vermittlungseinrichtung zeigt;
Fig. 2 eine konzeptionelle Ansicht einer ATM- Vermittlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer ATM- Vermittlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 die Verwendung von Vorwärtsübertragungsspeichern für Mehrfachsendebetrieb zeigt;
Fig. 5 die grundlegende Abfolge des Betriebs der Ports für Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen zeigt;
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Datenebene einer Vermittlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 eine konzeptionelle Ansicht einer ATM- Vermittlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 eine schematische Ansicht des Kerns der Vermittlungseinrichtung aus Fig. 7 zeigt;
Fig. 9 eine schematische Darstellung des physikalischen Aufbaus einer Vermittlungseinrichtung zeigt, welche die 165-Mbit/s-Technologie verwendet;
Die Fig. 10a, 10b und 10c Beispiele für Konfigurationen einer Vermittlungseinrichtung für die Nutzung in der Vermittlungseinrichtung aus Fig. 7 zeigen;
Fig. 11 eine schematische Ansicht einer weiteren Konfiguration der Vermittlungseinrichtung zeigt;
Fig. 12 eine schematische Ansicht einer Steuerebene für eine übergroße Vermittlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 13 eine schematische Ansicht einer zentralen Steuerung einer wie in Fig. 7 gezeigten Vermittlungseinrichtung zeigt;
Fig. 14 eine mögliche Konfiguration für einen Rotator- ASIC zeigt;
Fig. 15 eine mögliche Konfiguration für einen ASIC für eine zentrale Datenvermittlungseinrichtung zeigt;
Fig. 16 eine mögliche Konfiguration eines Asic für den Speichermanager der zentralen Steuerung zeigt;
Fig. 17 eine mögliche Konfiguration für einen Steuer- Asic für zentrale Ports zeigt;
Fig. 18 eine schematische Ansicht der Arbeitsweise eines Zeitschlitzmanagers zeigt;
Fig. 19 ein Blockdiagramm des die peripheren Ports unterstützenden ASIC zeigt;
Fig. 20 eine mögliche Konfiguration für einen E-Port- ASIC zeigt;
Fig. 21 eine mögliche Konfiguration für einen S-Port- ASIC zeigt;
die Fig. 22a und 22b schematisch einen Vorwärtsübertragungsspeicher zeigen.
Folgende drei Definitionen werden in dieser Beschreibung verwendet:
a) Punkt-zu-Punkt: (P : P) eine Verbindung, die von einem Eingangsport zu nur einem Ausgangsport läuft.
b) Punkt-zu-Mehrpunkt: (P : MP) eine Verbindung, die von einem Eingangsport kommt und zu vielen Ausgangsports (möglicherweise zu allen) geht.
c) Punkt zu wenigen Punkten: (P : FP) eine Verbindung, die von einem Port kommt und zu maximal drei anderen Ports geht.

1. Einführung

Zunächst werden die Funktionen von ATM-Vermittlungsstellen betrachtet (in Abschnitt 2). Wenn schnelle Vermittlungsverfahren in Synchronschaltung verwendet werden, zeigt sich in Schlüsselbereichen des Entwurfs, wie Hochleistungsvermittlungseinrichtungen realisiert werden können. Die Leistungsfähigkeit der vorliegenden Vermittlungseinrichtung wird mit der einer "idealen" ATM-Vermittlungseinrichtung verglichen, um ein genaues Maß der erreichten hohen Leistungsfähigkeit anzugeben. Diese Form von Vermittlungseinrichtungen ist wegen der prädiktiven Art ihres internen Betriebs sehr leicht zu steuern, zu handhaben und instandzuhalten.
Für die Vermittlungseinrichtung wird ein Aufbau aus drei Stufen verwendet, der beinhaltet: Eingangswarteschlange, zentrale Verkehrslenkung und Ausgangswarteschlange, dies ist eine Zeit-Raum-Zeit-Struktur. Dynamische variable Verkehrslenkung kann auf der Verkehrslenkungsstufe wegen der Tatsache genutzt werden, daß für alle Pfade, die eine bestimmte virtuelle Verbindung unterstützen, eine festgesetzte Verzögerung besteht. Der Zeitbereich wird genutzt, um verschiedene zentrale Verkehrslenkungen zur Verfügung zu stellen.
Die beschriebene Vermittlungseinrichtung weist Ähnlichkeiten mit den Vermittlungseinrichtungen auf, die in der UK-Patentanmeldung Nr. GB 2224417A und in den Veröffentlichungen A6.1 "Synchronous ATM Switching Fabrics" der ISS90 und "Advances in Digital Switching Architecture" der 2. IEE- Konferenz zur Telekommunikation beschrieben worden sind.
In "Fast Packet Switch Architectures for Broadband Integrated Services Digital Networks" (Tagungsberichte IEEE, Bd. 78, Nr. 1, Januar 1990, Seiten 133-167) diskutiert Fouad Paketvermittlungsverfahren, insbesondere Vermittlungseinrichtungen, die mehrere Vermittlungsebenen aufweisen. In "Switching Structures for ATM" (Computer Communications 12(1989) Dezember, Nr. 6, Seiten 349-358) diskutieren Listanti et al. die Realisierung unterschiedlicher Vermittlungsarchitekturen für den synchronen Übertragungsmodus, einschließlich Deltanetzwerken und replizierten Deltanetzwerken, die mehrere parallele Stufen aufweisen. EP-A-0224244 offenbart ein Vermittlungssystem, das ein Datenvermittlungsnetzwerk aufweist, welches Lichtleitereinrichtungen und ein separates Steuernetzwerk beinhaltet, wodurch die Verwendung von geeigneteren elektronischen Einrichtungen für die Steuerschaltung ermöglicht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine ATM-Fernmeldevermittlungseinrichtung zur Verfügung gestellt, die mehrere parallele Datenvermittlungsebenen aufweist, wobei die Vermittlungseinrichtung die gleiche Anzahl von Eingangsports und Ausgangsports aufweist, und eine zentrale Vermittlungseinheit zur Vermittlung jedes Eingangsports auf einen der Ausgangsports, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlungseinrichtung durch eine Steuerebene gesteuert wird, die parallel zu den Datenvermittlungsebenen liegt, und daß die Vermittlungseinrichtung Einrichtungen aufweist, durch welche Daten von einem einzelnen Zeitschlitz an der zentralen Vermittlungseinheit in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Betrieb mit mehreren Ausgangsports verbunden werden.
Vorzugsweise weist die Vermittlungseinrichtung einen Mehrpunktspeicher zum Speichern von Informationen auf, welche die Adressen betreffen und einen Vorwärtsübertragungsspeicher, um eine zusätzliche Speicherung für Mehrpunktzellen bereitzustellen.

2. Schlüsselprinzipien

Bevor die Vermittlungseinrichtung detailliert beschrieben wird, listet dieser Abschnitt einige Schlüsselprinzipien auf.
a) Die Vermittlungseinrichtung verwendet die variable Zellenverkehrslenkung, wobei für jede Zelle, sobald wie sie ankommt, ein Pfad durch dem Kern gefunden wird. Die Taktung durch den Kern ist eine Konstante, dies gewährleistet, daß die Integrität der Zellenabfolge aufrechterhalten bleibt. Die variable Zellenverkehrslenkung erlaubt dynamische Änderungen der Bandbreite und trägt dazu bei, niedrige Zellenverlustraten zu gewährleisten.
b) Die Vermittlungseinrichtung sendet, koordiniert von einem Steuerstrom, jede Zelle in sieben parallelen Strömen aus 64 Bit (7 · 8 = 56 Oktette).
c) Die Vermittlungseinrichtung ist vollständig determiniert, wobei die Logikbausteine parallel und verglichen mit den externen Schnittstellen bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten arbeiten. Dies gestattet, daß externe Schnittstellen für 600 Mbit/s und höhere Raten unterstützt werden, ohne daß eine 600-Mbit/s- Technologie erforderlich ist. Der determinierte Betrieb erlaubt eine leichte Fehlerfindung und die schnelle Umschaltung für redundante 1 : 1- und 1 : N-Ports.
d) Die Vermittlungseinrichtung verhält sich wie eine einstufige Vermittlungseinrichtung (mit einer feststehenden zusätzlichen Verzögerung), dies führt zu sehr niedrigen Zellverlustraten, geringen Verzerrungen und geringen Verzögerungen.
e) Die Vermittlungseinrichtung verhält sich wie eine einstufige ATM-Vermittlungseinrichtung mit einer Ausgangswarteschlange. Sie weist eine zentrale Raumvermittlungskapazität mit der doppelten Kapazität der externen Ports auf, um Zellen von den Eingangs- in die Ausgangswarteschlangen zu transportieren. Indem eine Flußsteuerung (und mit kleinen vorhandenen Eingangswarteschlangen) zum Zugriff auf diese Raumvermittlung genutzt wird, kann eine sehr gute Leistungsfähigkeit blockierungsfrei und ohne Zellenverlust erreicht werden.
f) Die Vermittlungseinrichtung kann über eine Anzahl von Konfigurationen von kleinen Vermittlungseinrichtungen mit 16 Ports bis zu gut über 10.000 Ports erweitert werden. Die Erweiterung von einer Konfiguration auf eine andere kann ohne Verlust bestehender oder neuer Anrufe erreicht werden.
g) Die Vermittlungseinrichtung ist weitestgehend technologieunabhängig. Die Vermittlungseinrichtung kann weiterentwickelt werden und kann mit fortschreitender Technologie kosteneffizienter gemacht werden.
h) Die Vermittlungseinrichtung kann die Ausgangslast für Mehrpunktverbindungen von der zentralen Raumvermittlungsfunktion an alle Ports auffächern.
i) Die Vermittlungseinrichtung kann durch Verkettung von Ports an den Kern Ports jeglicher Datenrate handhaben, 150-Mbit/s-, 600-Mbit/s-, 2,4-Gbit/s-, 9,6-Gbit/s-...- Ports können ohne Änderung des Entwurfs des Kerns unterstützt werden.

3. Vermittlungsprinzipien und Anforderungen

3.1. Anforderungen
Die folgenden Anforderungen betreffen eine ATM-Vermittlungseinrichtung mit vollständiger Funktionalität, die für die Entwicklung öffentlicher (oder privater) Netzwerke geeignet ist.
3.1.1. Anforderungen betreffs des Vermittlungskerns
a) Größe von 8 bis 4000 Ports bei 150 Mbit/s (oder äquivalent).
b) In einem breiten Größenbereich ökonomisch.
c) Erweiterung ohne Dienstunterbrechung oder Neuverkabelung.
d) Keine Strukturänderung für den Übergang von 150-Mbit/szu 600-Mbit/s- oder 2,4-Gbit/s-Ports.
e) Beliebige Mischung aus 150-Mbit/s-, 600-Mbit/s- und 2,4- Gbit/s-Ports.
f) Kapazität der Bandbreite der virtuellen Kanäle/virtuellen Pfade von jeweils bis zu 600 Mbit/s oder mehr.
g) Auffächerverbindungen innerhalb der Vermittlungseinrichtung für Rundsende- und Mehrpunktsendeanwendungen.
h) Auffächerverbindungen innerhalb eines einzelnen Ausgangsports, d. h. auf mehrere VCs.
i) Eingangsfächerverbindungen für Anwendungen von Rundsenden mit Rückkopplung
j) Tolerant gegenüber Burstverkehr und uneinheitlicher Last.
k) Virtuell blockierungsfrei für alle Verbindungsarten, sowohl bei Verbindungsaufbau als auch Änderung der Bandbreite:
l) Zellenverlustpriorität basiert auf:
- CLP-Bit im Zellkopf,
- Feld für Nutzlasttyp im Zellkopf,
- Priorität der virtuellen Pfadkennung (VPI)/virtuellen Kanalkennung (VCI).
m) hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit.
n) Geringe feststehende Verzögerungen (einige zehn Mikrosekunden).
o) Geringe Verzögerungsverzerrungen (annähernd die einer einstufigen Vermittlungseinrichtung).
p) Geringe Zellenverlustwahrscheinlichkeit (niedriger als 2E-10, bei 80% Belastung mit einer Verkehrsverteilung nach Bernoulli an jedem Eingang, bei gleichmäßiger Lastverteilung).
3.1.2. Aspekte der Steuerung
a) Dynamischer Wechsel der Bandbreite für existierende Verbindungen ohne Unterbrechung.
b) Flexible Handhabung des Nutzlasttyps.
c) Steuerdurchsatz von mindestens 10 Millionen BHCA.
d) Wiederherstellung von Verkehrslenkungstabellen usw. nach Fehlern.
e) Störungsfreie Vermittlungssicherung/Rekonfiguration (als Ziel, nicht als Voraussetzung).
f) Bereitstellung statistischer Angaben zur Steuerung der Software:
- Zellenzählung auf VPI/VCI
- Zellverlust
- Verletzung der Zellstromkontrolle
- Informationen zum Verkehrszustand
- Fehler des Zellkopf-Fehlerkontrollfeldes - korrigiert
- Fehler des Zellkopf-Fehlerkontrollfeldes - Zellen verworfen
- usw.
g) Ausführung aller Instandhaltungsarbeiten während der Übertragung von Verkehr.
3.1.3. Anforderungen betreffs der Zugriffseinheit (Breitband)
a) Externe ATM-Schnittstellen:
- SDH, SONET, (VC-4, VC-4.4c, VC-4.16c ...)
- plesiochron (1,5 Mbit/s, 2 Mbit/s, 34 Mbit/s, 45 Mbit/s 140 Mbit/s)
b) 1 : 1-Reserve für Vermittlungsziele (exchange terminations); Ziel ist verschwindende Umschaltzeit.
c) 1 : N-Reserve für Vermittlungsziele; Ziel ist eine Umschaltzeit von weniger als 20 ms.
d) Fähigkeit zur 100%igen Fehlererkennung, als Ziel
3.2. Funktionen einer ATM-Vermittlungseinrichtung
Die Funktionen einer ATM-Vermittlungseinrichtung können, wie in Fig. 1 gezeigt und nachfolgend beschrieben, in drei Hauptkomponenten unterteilt werden, jeder Entwurf einer Vermittlungseinrichtung wird ein oder mehrere Komponenten jeder Funktion aufweisen:
a) Eine Zellkopf-Dekodiereinheit an jedem Port, welche die Kennung der eingehenden Leitung in eine Kennung der ausgehenden Leitung und Portnummer übersetzt. Diese Einheit ist auch in der Lage, die Nutzung einer speziellen Leitung entgegen ihre verhandelte Begrenzung des Verkehrsniveaus zu kontrollieren und, wo notwendig, Zellen zu verwerfen, um eine Überlastung der Vermittlungseinrichtung zu vermeiden, welche sich auf den anderen übertragenen Verkehr auswirken könnte.
b) Übertragung der Zellen von den eingehenden Ports zu den ausgehenden Ports gemäß der physischen Port-Verkehrslenkungsinformationen, die durch die Zellkopf- Dekodiereinheit abgeleitet werden. Dies ist im wesentlichen eine Raumvermittlungsfunktion.
c) Statistisches Multiplexen der übertragenen Zellen über die Verkehrslenkungsfunktion auf den Verkehrsstrom des festgelegten Ausgangsports. Wegen der Verkehrsspitzen, die die Kapazität des ausgehenden Stroms überschreiten, wird es notwendig sein, einige Zellen in eine Warteschlange einzureihen. Diese ausgehende Multiplex- und Warteschlangenfunktion kann mit dem Betrieb einer Zeitvermittlung in synchroner Schaltung verbunden sein, gehorcht aber nicht einer vorher festgesetzten zyklischen Zuweisung virtueller Leitungen im Zeitbereich.

4. Existierende ATM-Vermittlungskonfigurationen

Bevor die Arbeitsweise der vorliegenden Vermittlungseinrichtung beschrieben wird, wollen wir die Art und Weise in Erinnerung rufen, in der bestehende Ausführungen die Verkehrslenkungs- und Warteschlangenfunktion realisieren.
Die Verkehrslenkungsfunktion kann durch ein Raumvermittlungsnetzwerk, sehr ähnlich einem Leitungsvermittlungsnetzwerk, realisiert werden, oder es kann der Zeitbereich auf Bussen oder Ringen genutzt werden. Für große Vermittlungseinrichtungen übersteigt das Einpunkt-Austauschmedium eines zeitgemultiplexten Busses bald die praktischen Bandbreitegrenzen.
Die Warteschlangenfunktion kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Die direkteste Methode besteht darin, einen FIFO-Speicher für jeden Ausgangsport vorzusehen. In der Praxis kann die räumliche Verkehrslenkungsfunktion und das Ausgangswarteschlangenelement nicht den Anforderungen einer gleichzeitigen Übertragung von einer großen Anzahl von Eingangsports entsprechen, und die Ausgangswarteschlange wird auf die Eingangsports zurückreflektiert. Es ist auch möglich, eine Warteschlange innerhalb der Raumvermittlungsfunktion zu bilden, insbesondere wenn zum Erreichen des Vermittlungsbetriebs der Zeitbereich genutzt wird. Wenn die Ausgangswarteschlangen zurück in die Vermittlungseinrichtung reflektiert werden, ist es möglich, Einsparungen zu erreichen, indem sich mehrere Warteschlangen einen Speicher teilen.
Es können Einrichtungen entworfen werden, welche sowohl die Verkehrslenkung als auch die Warteschlangenfunktion ausführen, so daß sie eine kleine ATM-Vermittlungseinrichtung bilden, die dann in einer Netzwerkkonfiguration angeordnet werden kann, um große Vermittlungseinrichtungen bereitzustellen.
Sofern die Verkehrslenkungsfunktion nicht in der Lage ist, die volle Last einer Vermittlungseinrichtung an einen Ausgang zu übertragen, ist ein Mechanismus von Lösungsvereinbarungen erforderlich oder es müssen Zwischenwarteschlangen vorgesehen werden. Im allgemeinen gestatten ATM-Vermittlungseinrichtungen nur, virtuelle Leitungen über einen internen Weg zu lenken, um die Integrität der Zellenabfolge aufrecht zu erhalten. Analog gibt es auf der Stufe des Netzwerkes eine feststehende Lenkung der Zellen.
Selbst intelligente Entwürfe von Vermittlungseinrichtungen sind nicht in der Lage, die inhärente Warteschlangenfunktion einer ATM-Vermittlungseinrichtung abzukürzen oder auszuschalten, was zu hohen Spitzenverzögerungswerten und selbst zu Zellenverlusten führen kann (ausgelöst durch die praktischen Grenzen für die Warteschlangengröße). Die Leistungsfähigkeit des Aufbaus einer ATM- Vermittlungseinrichtung sollte deshalb betreffs der Verschlechterung der Leistungsfähigkeit über die funktionelle Verkehrslenkung und Einreihung in Ausgangswarteschlangen und das in Fig. 1 gezeigte Modell der Ausgangswarteschlange definiert werden.

5. Prinzipien der vorliegenden ATM Vermittlungseinrichtung

Obwohl einige ATM-Vermittlungseinrichtungen eine gewisse Ähnlichkeit mit synchronen Leitungsvermittlungseinrichtungen aufweisen, erfordern die unvorhersehbaren Verkehrsmuster Strukturen, die mit dynamischen Änderungen zurechtkommen können. Die Vermittlungseinrichtung der vorliegenden Erfindung behält sehr enge Verbindungen mit synchronen Leitungsvermittlungseinrichtungen bei und fügt sich nicht unmittelbar in die bestehenden Entwurfsfamilien von ATM- Vermittlungseinrichtungen ein.
Die Vermittlungseinrichtung stellt eine gute Näherung des Modells der funktionalen ATM-Vermittlungseinrichtung dar. Sie basiert grundlegend auf der Architektur der "Ausgangswarteschlange", die in Fig. 1 enthalten ist.
Die Schlüsselziele bestehen darin, den "Kern"teil der Vermittlungseinrichtung zu minimieren, so daß auf effiziente Weise große Größenordnungen erstellt werden können, um mit einer einstufigen Warteschlange eine optimale Leistungsfähigkeit zur Verfügung zu stellen.
Das Problem bei Standardstrukturen mit Ausgangswarteschlange besteht darin, daß sie sehr hohe Eingangslastkapazitäten für jede Ausgangswarteschlange erfordern. Eine Lösung besteht darin, mehrere Ausgangswarteschlangen zusammen zu gruppieren, mit einem gemeinsamen Mehrfachzugriff; der erreichte statistische Gewinn verbessert die Effizienz.
Der Entwurfsansatz der Vermittlungseinrichtung vorliegender Erfindung besteht darin, eine Flußsteuerung einzuführen, um die für den Verkehrslenkungsmechanismus erforderliche Kapazität zu begrenzen. Diese Flußsteuerung wirkt zwischen Eingangsports und Kern, was (kleine) Eingangswarteschlangen erfordert, als auch eben diese an jedem Ausgang. Der Kern gibt Zellen auf üblicher Basis in die Warteschlangen aus, d. h. es gibt keine Flußsteuerung zwischen Kern und Ausgang.
Für große Vermittlungseinrichtungen würde eine übersteigerte Durchsatzanforderung auf einen einzigen zentralisierten Flußsteuerungsmechanismus gerichtet. Dies wird verhindert, indem viele identische Mechanismen angewendet werden, die parallel arbeiten. Ein Beispiel einer Vermittlungseinrichtung mit 256 Ports ist in Fig. 2 gezeigt, hier können 18 zentrale Koppelpunktebenen jeweils eine Zelle zu jedem Ausgang übertragen. Jede Ebene hat Zugriff von allen Eingängen auf alle Ausgänge und handhabt so den ihr zukommenden Anteil des Gesamtverkehrs.
Zunächst könnte man meinen, daß die Integrität der Zellenabfolge verloren ginge, wenn unterschiedliche Elemente zentraler Stufen verwendet werden, um Zellen auf einer virtuellen Leitung zu übertragen. Dies wird verhindert, indem die Eingangs- und Ausgangszugriffszeiten der zentralen Stufe stufenweise rotieren, so daß sich eine konstante Speicherverzögerung in der zentralen Stufe ergibt. Unterschiedliche Kombinationen von Eingangs- zu Ausgangsport werden unterschiedliche feststehende Verzögerungen bei der Funktionseinheit für die Verkehrslenkung des Kerns aufweisen, aber jedes beliebige Paar von Ports wird immer zu derselben Verzögerung führen.
Insgesamt kann der Entwurf mit einer T-S-T-Leitungsvermittlungseinrichtung verglichen werden. Die Funktionseinheit für die Verkehrslenkung, die Zellen nicht in Warteschlangen einreiht, wirkt wie eine zentrale Raumvermittlungseinrichtung. Die Eingangs- und Ausgangswarteschlangen können den Zeitvermittlungsstufen gleichgesetzt werden. Die Vermittlung der Verkehrslenkung kann nicht wie bei der Leitungsvermittlung festgelegt sein, sondern muß dynamisch sein, um gemäß der sich ändernden Verkehrsanforderungen, so wie die Zellen an den Eingangsports ankommen, zu übertragen.
Eine blockierungsfreie dreistufige Leitungsvermittlungseinrichtung erfordert eine Verdopplung der Verkehrsübertragungskapazität in der zentralen Stufe. Eben diese Verdopplung der Kapazität besteht bei unserer Vermittlungs einrichtung. Bei einer Leitungsvermittlungseinrichtung ist es beim Aufbau des Pfades notwendig, aus den zentralen Vermittlungselementen eines herauszufinden, das einen freien Eingang und Ausgang aufweist, um die geforderte Leitung durchzuschalten. Die vorliegende Vermittlungseinrichtung beruht auf einem ähnlichen Prinzip, um den Verkehr zu lenken, im vorliegenden Fall muß aber jedesmal gesucht werden, wenn eine Zelle an einem Eingangsport ankommt.
Jede Warteschlange am Eingangsport hat Zugriff auf alle zentralen Verkehrslenkungselemente. Andererseits kann jedes zentrale Verkehrslenkungselement Verkehr auf jede Ausgangswarteschlage der Ausgangsports schicken. Jedes zentrale Vermittlungselement ist deshalb in der Lage, einen Anteil der vollen Verkehrslast zu übertragen und kann jede gewünschte räumliche Verkehrslenkungsoperation ausführen. Der Zugriff auf und von den zentralen Elementen erfolgt auf der Basis einer zyklischen Taktung.
Während jedes Taktzyklus ist jeder Eingangsport in der Lage, eine Zelle zu jedem Element der zentralen Stufe zu senden. Jedes Element der zentralen Stufe kann eine Zelle für jeden der Ausgangsports in einem Pufferspeicher bereithalten. Die Übertragung von Zellen von den zentralen Elementen an die Ausgangswarteschlangen erfolgt zu festgelegten Zeitpunkten des Taktzyklus. Obwohl Zellen in einem Element der zentralen Stufe eine Speicherverzögerung erfahren, ist keine Bildung von Warteschlangen möglich, weil (für Punkt-zu-Punkt-Verkehr) nur eine Zelle von den Eingangsports zur Ladung in den einzigen Zellenpufferspeicher für jeden Ausgangsport akzeptiert wird.
Zwischen der zentralen Stufe und den Ausgangswarteschlangen ist keine Flußsteuerung erforderlich, da immer ausreichend Buskapazität vorhanden ist, um alle gespeicherten Zellen zu übertragen.
Sobald ein Pufferspeicher für einen Ausgangsport in der zentralen Vermittlungseinrichtung belegt ist, kann ihn kein anderer Eingangsport verwenden, bis er geleert ist, indem die Zellen an die Warteschlange des Ausgangs-Ports übertragen werden. Die Eingangsports können den Status der Pufferspeicher der Ausgangsports, die sie in den Elementen der zentralen Stufe benötigen, abfragen. Diese Anfrage wird fließbandartig vor der Zellenübertragung eingefügt, um Zeit für die Rückkehr einer Antwort von der zentralen Stufe zu lassen. Um die Leistungsfähigkeit der Vermittlungseinrichtung zu verbessern ist es möglich, gleichzeitig den Status von mehr als einem Zellenpufferspeicher der zentralen Stufe abzufragen. Dies wirkt sich dahingehend aus, daß die Eingangswarteschlange mehrere Zellköpfe aufweist, aber nur eine Zelle wird für die Übertragung ausgewählt.
5.1. Interne Flußsteuerprotokolle
Um die grundlegenden Protokollprinzipien zu erklären, soll zunächst das Verhalten von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen betrachtet werden.
5.1.1. Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
Jeder Port erkundet rundherum jede der rotierenden zentralen Vermittlungseinrichtungen und kann abfragen, ob Platz in dieser zentralen Vermittlungseinrichtung vorhanden ist, um eine Zelle an eine bestimmte Destination zu senden. Wenn Platz vorhanden ist, liefert die zentrale Vermittlungseinrichtung eine positive Bestätigung und der Port sendet die Zelle an diese zentrale Vermittlungseinrichtung.
Die Daten werden dann parallel an diese zentrale Stufe gesendet. Nachfolgend wird die Zelle an den Ausgangsport übertragen. Die grundlegende Reihenfolge ist in Fig. 4 dargestellt.
In dieser Abfolge ist gezeigt, daß die erste Anfrage blockiert und die zweite Anfrage akzeptiert wird. In der Praxis kann eine Anzahl von Anfragen für unterschiedliche Destinationen gestellt werden, so daß die Eingangswarteschlange mehrere Zellköpfe erhalten kann.
5.1.2. Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen
Die zuvor beschriebene grundlegende Abfolge kann für Punktzu-Punkt-Verbindungen verwendet werden.
Sie könnte jedoch auch für Verbindungen von Punkt zu wenigen Punkten (wie etwa 1 : 2 oder 1 : 3) verwendet werden. In diesen Fällen könnte die Anfrage an zwei oder drei Ports erfolgen, um die eine Zelle zu senden, und die zentrale Stufe wird diese dann tatsächlich auffächern.
Bei Punkt-zu-Vielpunkt-Anwendungen ist es ungünstig, am Eingangsport aufzufächern. Es sollte statt dessen die zentrale Vermittlungseinrichtung genutzt werden. Die Reihenfolge der Zellenübertragung kann so abgeändert werden, daß mehrfache Kopien von der zentralen Vermittlungseinrichtung an jeden der erforderlichen Ausgangsports gesendet werden.
Eine Ausnahme zu eben gesagtem besteht dann, wenn eine Verbindung auf mehr als eine VPI/VCI an einem einzigen Ausgangsport aufgefächert werden muß. Ein anderer Aspekt besteht darin, daß Mehrpunktverbindungen typischerweise unterschiedliche ausgehende VPI/VCI-Werte an jedem Port erfordern. Diesen Anforderungen wird entsprochen, indem in den Ausgangsperipheriegeräten das Kopieren der Zellen und Rückübersetzung des Zellkopfs erfolgt. Wie dies geschieht, wird in dem Abschnitt über die peripheren Ports beschrieben. Diese haben keine Auswirkung auf den Vermittlungskern.
Bei einer Anfrage ist nicht genügend Platz vorhanden, um mehr als sehr wenige, sagen wir drei, Adressen zu beschreiben. Somit ist es notwendig, auf jeder zentralen Stufe einen Mehrpunktspeicher zu verwenden. Dieser zeichnet die einem gegebenen "Kanal" zugehörigen Adressen auf, die mit einem VPC oder VCC zusammenfallen können, aber nicht müssen. Anstatt daß eine Anfrage genutzt wird, um eine Adresse anzugeben, wird der Adreßraum nun verwendet, um den Mehrpunkt"kanal" anzugeben, der in dem Mehrpunktspeicher aufgesucht werden kann.
5.1.2.1. Verwendung von Vorwärtsübertragungsspeichern
Bei einem zentralen Vermittlungselement könnten nicht alle Ports, die in einer Mehrpunktsendeverbindung beteiligt sind, leere Pufferspeicher aufweisen. Abzuwarten, bis eine solche zentrale Stufe gefunden ist, könnte eine lange Zeit beanspruchen. Deshalb wird die Mehrpunktsendezelle in einem Vorwärtsübertragungsplatz wie in den Fig. 22(a) und 22(b) gezeigt, gespeichert.
Für jene Ports, für die leere Pufferspeicher in dem Haupt"rang" vorhanden sind, wird die Zelle in dem augenblicklichen zentralen Zyklus wie eine Punkt-zu-Punkt- Zelle übertragen. Die in dem ersten Vorwärtsübertragungs"rang" gespeicherten Zellen müssen auf den folgenden Betriebszyklus warten, während jene in den höheren "Rängen" eine entsprechende Anzahl von Zyklen warten müssen.
Eine zentrale Tabelle wird in der Einheit aufrechterhalten, um aufzuzeichnen, welche Ränge für jeden Port gefüllt sind, und den Zellenspeicherplatz, der diesem Port/Rang entspricht.
Zellen werden immer in den für den Ausgangsport niedrigsten verfügbaren Rang geschrieben. Somit kann eine einzelne Mehrpunktzelle für Port A im Hauptrang platziert werden, für Port B im obersten Rang und für Port C in einem mittleren Rang.
Jeder Zellenrang wird jeweils einmal pro Takt "vorgeschoben", während andererseits Zellen der Reihe nach zu jedem Ausgangsport übertragen werden.
Punkt-zu-Punkt-Zellen dürfen die Vorwärtsübertragungseinrichtung nicht verwenden, somit werden sie nur akzeptiert, wenn der erste Rang frei ist.
Dieses Verfahren kann dazu führen, daß bei Mehrfachsendeverkehr die Abfolge durcheinander geraten ist, wenn er den Ausgangsport erreicht, da die erste Zelle bis zu 3 Takte verzögert werden kann, während die zweite Zelle überhaupt nicht verzögert wird. Der Betrag der zusätzlichen Verzögerung ist jedoch bekannt und der Ausgangsport kann dies leicht kompensieren, indem die Mehrfachsendezellen, die nicht in der zentralen Vermittlungseinrichtung warten mußten, eingetaktet werden. Die Gesamtverzögerung wird deshalb konstant bleiben. Dies wird später in dem Abschnitt zu den peripheren Ports beschrieben.
Die Anzahl der Vorwärtsübertragungs"ränge" muß aus einer Simulation abgeleitet werden, aber dies macht das vorliegende Verfahren nicht komplizierter. Es muß lediglich eine Quantifizierung erfolgen. Die Verzögerung für Mehrfachsendeverbindungen wird immer auf die festgesetzte maximale Anzahl von Takten, um die sie in der zentralen Stufe verzögert werden könnte, ausgedehnt werden, somit wird die Verwendung überzähliger Ränge eine gegenteilige Wirkung auf die feststehende Verzögerungskomponente für Mehrpunktverbindungen haben.
5.1.2.2. Stark aufgefächerte Verbindungen
Bei einigen Dienstearten, beispielsweise Kabelfernsehen, wird es Punkt-zu-Vielpunkt-Verbindungen geben, die die meisten (wenn nicht alle) der Ausgangsports der Vermittlungseinrichtung ansprechen. "Rundsende"-Zellen, die auf diese Weise vermittelt werden, weisen eine noch höhere Blockierwahrscheinlichkeit auf, als weniger breit aufgefächerte "Mehrport"-Zellen.
Eine Möglichkeit, dies zu vermindern, besteht darin, die Verwendung des obersten Ranges der Vorwärtsübertragungseinrichtung zu beschränken, so daß dieser Raum nur für sehr breit gefächerte (Rundsende-) Verbindungen verwendet wird. Was in diesem Zusammenhang als "Rundsendung" zu bezeichnen ist, muß möglicherweise festlegbar sein, da unterschiedliche Verwaltungen und Orte unterschiedliche Kriterien haben werden.
Dieses Verfahren gestattet eine Abwägung zwischen Blockierung für Mehrpunkt- und Rundsende-Verbindungen, da jede Einsparung, die für die Rundsendung erfolgt, Beschränkung für Mehrpunktzellen verursacht.
5.1.2.3 Vorwärtsflußsteuerung
Wenn der oberste Rang für Rundsendezellen reserviert ist, besteht die Möglichkeit, daß ein Eingangsport Schwierigkeiten haben kann, eine große Anzahl von Mehrpunktzellen zu übertragen, da ein anderer Port, der Rundsendeverkehr erzeugt, die Kapazität binden könnte. Es könnte dann vorkommen, daß die Eingangswarteschlange beginnt, größer zu werden, als für diesen Port gewünscht.
Wenn die Eingangswarteschlange eine programmierte Länge erreicht, könnte der Eingangsport ein "Vorwärtsflußsteuerungs"-Bit in der gestellten "Anfrage" setzen. Dieses Bit würde der zentralen Stufe mitteilen, die Mehrpunktzelle als eine Rundsendezelle zu behandeln, indem ihr der Zugang auf den "obersten Rang" des Vorwärtsübertragungsspeichers gewährt wird.
5.1.2.4. Verzögerungseinsparungen
Wenn der oberste Rang auf Rundsendezellen beschränkt ist, so besteht keine Notwendigkeit, diese Verzögerung bei der Eintaktung von Mehrpunktzellen in Betracht zu ziehen. Dies führt bei weniger breit gefächerten Mehrpunktzellen zu einem besseren Verzögerungsverhalten und reduziert die in der Eintaktungseinrichtung notwendige Kapazität.
Natürlich kann, wenn die Vorwärtsflußsteuerung angewendet wird (um Mehrpunktzellen den Zugang auf den oberen Rang zu gestatten) diese Einsparung nicht erfolgen.
5.1.2.5. Punkt-zu-wenigen-Punkten
Wie zuvor angemerkt, kann Verkehr auf 1 : 2- oder 1 : 3- Verbindungen vermittelt werden, ohne daß Mehrpunkttabellen in dem Vermittlungskern aufgestellt werden müssen, und kann lediglich in dem "Hauptrang" betrieben werden, wie für Punktzu Punkt-Zellen.
Es ist jedoch absolut möglich, die Verwendung der Vorwärtsübertragung auch für diese Zellen zu gestatten, um deren Blockierungswahrscheinlichkeit zu reduzieren. Es ist zweifelhaft, ob dies bei großen Vermittlungseinrichtungen lohnt, da dort eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, daß diese in jedem Fall akzeptiert werden, aber es kann bei kleinen (16, 32 Ports) Vermittlungseinrichtungen lohnen, wo eine Blockierung wahrscheinlicher ist.
5.1.3. Zusammenfassung des Protokolls
Punkt-zu-Punkt-Verbindungen werden von dem Eingangs- zu dem Ausgangs-Port über eine flußgesteuerte zentrale Stufe mit einer feststehenden Verzögerung gesendet;
Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen werden in einer zentralen Stufe aufgefächert und erhalten zusätzlich eine geringe Anzahl diskreter Verzögerungen, was an dem Ausgangsport leicht wieder in Reihenfolge gebracht werden kann;
Verbindungen von Punkt zu wenigen Punkten können von den Eingangs- zu den Ausgangsports über eine flußgesteuerte zentrale Stufe gesendet werden, wo sie aufgefächert werden. Diese weisen eine feststehende Verzögerung auf, dieselbe wie bei dem Punkt-zu-Punkt-Verkehr.
5.2. Grundkonzept einer zentralen Vermittlungseinrichtung
Um die Arbeitsweise der zentralen Vermittlungseinrichtung detaillierter zu beschreiben, soll das Verhalten der Steuer- und einer Datenebene untersucht werden. Es gibt sieben Datenebenen, aber diese leisten alle dasselbe, so daß in Fig. 5 nur eine gezeigt ist.
In der Datenebene sind die 16 Eingänge und Ausgänge zeitversetzt angeordnet. Alle 4 Taktperioden wird eines der 16 Eingangsschieberegister mit 64 Bit voll und die 64 Bit werden in den Zellenspeicher geschrieben, alle 4 Taktperioden wird ein Ausgangsregister leer und wird mit 64 Bit aus dem Zellenspeicher geladen. Die Lese- und Schreib-Zugriffe sind der Einfachheit halber verschachtelt.
In der Steuerebene erfolgen die Anfragen auch zeitversetzt, so daß nur jeweils eine Anforderung aktiviert wird. Diese werden seriell von den 16 Eingängen eingelesen und dann von der Anfragebeantwortungsfunktion behandelt. Diese schaut nach, ob der angeforderte Ausgangspuffer frei ist, und wenn dies der Fall ist, antwortet sie dementsprechend auf die Anforderung. Die Anfragebehandlungseinrichtung speichert dann die von dem Generator für freie Adressen erzeugte Adresse bis zu dem geeigneten Zeitpunkt, wenn sie als Leseadresse in der Datenebene verwendet wird.
Bei Mehrpunktsendeanforderungen wird auf den Rundsendespeicher zugegriffen, um zu bestimmen, für welche Adressen die Zelle bestimmt ist.

6. Logischer Entwurf

Die logische Architektur soll nun detailliert diskutiert werden.
Die grundlegende logische Datenrate, die zwischen anwendungsspezifizierten integrierten Schaltkreisen (ASICs) verwendet wird, beträgt 41,472 Mbit/s, das ist die Rate, mit welcher Daten zwischen Funktionseinheiten weitergeleitet werden müssen, sie kann auf höhere Raten gemultiplext werden oder parallel in geringeren Raten gesendet werden.
Man hat erwogen, eine Rate von 38,88 Mbit/s für 1.024 Ports zu verwenden, aber die vorliegende Vermittlungseinrichtung verwendet jetzt 41,472 Mbit/s. Diese Datenrate gestattet eine viel einfachere Erweiterung für kleine Größen, wegen der größeren Anzahl von Faktoren. Sie legt auch den internen Takt für SDH-Reihen fest, was die Rahmengestaltung vereinfacht. Die Vermittlungseinrichtung erfordert jetzt viel weniger Ein- /Ausgänge pro Anordnung und pro Karte, und läßt sich über vier Hauptkonfigurationen auf viel größere Ausmaße als zuvor möglich erweitern.
Die Rate von 41,472 Mbit/s beträgt 4/15-tel der SDH-Leitungsrate von 155,52 Mbit/s.
6.1. Logische Struktur
Bevor die physikalische Ausführung betrachtet wird, müssen wir uns der logischen Realisierung zuwenden.
Die grundlegende Beschreibung betrifft hier die Vermittlungseinrichtung mit 288 Ports, größere und kleinere Versionen können erstellt werden und werden später erläutert. Dies betrifft auch 150-Mbit/s-ATM-Ports, Ports höherer Raten werden später beschrieben.
Die Vermittlungseinrichtung weist 18 zentrale Ebenen auf, von denen jede als eine 288 · 288-Koppelpunkt-Matrix wirkt. Jeder Eingangsport verteilt seine Last zyklisch auf diese Ebenen. Jeder Ausgangsport nimmt Zellen von diesen Ebenen in demselben Zyklus auf und reiht diese Zellen zur Übertragung an den Ausgangsport in eine Warteschlange. Man vergleiche Fig. 7.
Der zyklische Zugriff stellt sicher, daß die Verzögerung immer konstant ist, da alle zentralen Ebenen in derselben Abfolge arbeiten. Der Betrieb der zentralen Stufen erfolgt zeitversetzt, so daß auf sie der Reihe nach zugegriffen werden kann.
Ports höherer Bandbreiten müssen eine Schnittstelle mit mehreren Ports an diesem Vermittlungskern bilden können, beispielsweise würde 600 Mbit/s 4 Ports verwenden, 2,4 Gbit/s würde 16 Ports verwenden, usw. Vorausgesetzt, daß die Logik an den Eingangsportpuffern schnell genug arbeiten kann, besteht kein Grund dafür, daß dieses Verfahren nicht unbegrenzt erweitert werden könnte, um der zukünftigen Entwicklung von ATM-Standards gerecht zu werden.
Fig. 8 stellt die Arbeitsweise des Kerns dar. Der gesamte Kern arbeitet auf 8 parallelen Ebenen: eine zur Steuerung und 7 für die Zellenübertragung. Alle logischen Verbindungen arbeiten mit einer logischen Rate von 41 Mbit/s (dies kann sein 1 · 41 Mbit/s, 2 · 20 Mbit/s oder 4 · 10 Mbit/s, falls technologisch erforderlich).
Jeder 155-Mbit-Port wird in 8 Verbindungen zu Rotatorfunktionen führen, 1 zur Steuerung und 7 Datenverbindungen. Jede der 8 Rotatorfunktionen weist 18 Eingänge auf und läßt diese Eingänge während eines Zyklus von 18 Zeitschlitzen mit jeweils 64 Bit über den 18 Ausgängen rotieren. Die 7 Datenverbindungen mit 64 Bit entsprechen 56 Oktetten, mehr als genug, um die 53 Oktette einer Zelle bereitzuhalten.
Der Eingangsrotator zirkuliert um die zentralen Vermittlungseinrichtungen, von denen jede 18 Eingänge und 18 Ausgänge aufweist, und wegen der zyklischen Art hat er pro Zyklus einmal Zugriff auf jeden Eingangsport. Die zentrale Steuerstufe beantwortet die Anfragen von den Ports, um den Betrieb der 7 zentralen Datenvermittlungseinrichtungen zu steuern.
Um zu gestatten, daß die Anfragen gestellt werden, bevor die Daten gesendet werden, muß die Steuerebene etwas anders als die Datenebenen arbeiten. Damit die Steuerung der Eingangsports Anfragen vor dem Datenteil stellen kann, muß die Steuerebene vor den Datenebenen arbeiten. Zusätzlich ist es notwendig, damit der Eingangsport die augenblicklich gesendeten Daten zulassen kann, einige Steuerinformationen zur selben Zeit wie die Daten zu senden. Um dies zu leisten, wird der Steuerzyklus aufgespalten in eine Periode mit 48 Bit (zur Stellung der Anfragen), das ist 2 Zeitschlitze vor den Daten, dann eine Lücke mit 64 Bit (1 Zeitschlitz), um zu gestatten, daß die Anfragen die zentrale Vermittlungseinrichtung erreichen und die Antwort zurückkommt, gefolgt von einer Steuerperiode mit 16 Bit gleichzeitig mit den Daten, um diese zuzulassen. Diese Steuerperioden werden zusammen in einen Strom gemultiplext, wie in untenstehender Tabelle gezeigt. Datenebenen Steuerebene
"Daten-TS2" sind die Daten im Zeitschlitz 2, welche zwei Zeitschlitze vorher bei "Anfr. 2" Anfragen gestellt hatten, und die Daten werden mit dem Feld "Zul. 2" zur selben Zeit zugelassen, in der sie gesendet werden.
Indem Eingang und Ausgang zusammen rotieren, ist die Verzögerung durch die zentrale Vermittlungseinrichtung für jede gegebene Verbindung eine Konstante. Die Werte dieser konstanten Verzögerung sind von den relativen Positionen der Eingangs- und Ausgangsports im Taktzyklus abhängig. Die Schleifenverzögerung (Zeit von A nach B plus der Zeit von B nach A) beträgt exakt einen Zyklus (28 Mikrosekunden).
6.2. Periphere Ports mit hoher Rate (600 Mbit/s, 2,4 Gbit/s)
Der grundlegende Entwurf hat bisher die Verwendung des Vermittlungskerns für 150-Mbit/s-ATM-Ports beschrieben. Für ATM-Port-Schnittstellen höherer Rate werden mehrere Verbindungen zu dem Kern unter Koordinierung des Eingangsports verwendet. Im Prinzip kann dieser Entwurf Ports jeglicher Bandbreite gerecht werden.
Um bei höheren Raten zu arbeiten, würden die hauptsächlichen Änderungen an der Peripherie der Vermittlungseinrichtung vorgenommen werden, um Ports höherer Rate zu bekommen, welche mehrere Verbindungen in den Vermittlungskern einspeisen. Der Vermittlungskern muß für Ports höherer Raten etwas anders konfiguriert werden, jedoch wirkt sich die Änderung der Konfiguration für die Ports höherer Raten nicht auf den Betrieb von bestehendem Verkehr niedrigerer Raten aus. Die Änderungen der Konfiguration des Kerns sind sehr gering und können bereits bei der Implementierung für 155-Mbit/s- Schnittstellen berücksichtigt werden. Die Änderungen in dem Kern sind für jede höhere Rate dieselben, sie betreffen nur einen größeren Teil dieses.
Es gibt keine Einschränkungen für die Erstellung von Verbindungen zwischen Ports unterschiedlicher Rate.
6.2.1. Prinzipien
Es ist offensichtlich, daß Ports höherer Rate Verbindungen höherer Rate handhaben können, d. h. größer als 155 Mbit/s. Das bringt mit sich, daß es in den Ports nur eine Warteschlange von Zellen geben darf.
Ports sollten mit denselben Protokollen betrieben werden, gleich, ob sie Zellen an Ports niedriger Rate oder höherer Rate senden.
Es wird als wünschenswert betrachtet, alle Verbindungen eines Ports höherer Rate an einen einzigen Rotator anzubinden, was eine einfache Führung der Kabel gestattet, und diese Verbindungen so vorzusehen, daß sie höhere interne Übertragungsraten verwenden können, sobald die Technologie es erlaubt. Ports mit mehr als 2,4 Gbit/s (ein ganzer Rotator) werden mit einer Anzahl angrenzender Rotatoren verbunden.
Die folgenden Prinzipien geben grundlegend mehrfach während eines Zyklus Zugriff auf einen einzigen Port höherer Rate, er wird nicht als mehrere Ports niedrigerer Rate behandelt.
Die folgende Beschreibung nutzt einen 600-Mbit/s-Port als Beispiel, analoge Wirkungen sind aber auf jede Rate anzuwenden. Bei Zugriff auf die zentralen Stufen ist es nicht möglich, gleichzeitig eine konstante Verzögerung und einen blockierungsfreien Betrieb sicherzustellen. Indem man jedoch eine geringe Anzahl bekannter Verzögerungen hat und an den Ports höherer Rate eine analoge Eintaktung, wie für den Mehrpunktverkehr erforderlich angewendet wird, kann die gesamte Verkehrslast ohne jegliche Einschränkungen behandelt werden. Die Eintaktung wird für 600-Mbit/s-Verkehr eine Eintaktung mit 0, 1, 2 oder 3 Zeitschlitzen beinhalten, wodurch die gesamte Verkehrslast ohne jegliche Einschränkungen gehandhabt werden kann.
Jede zentrale Stufe weist für einen 600-Mbit/s-Ausgang nicht einen Puffer auf, sondern 4 Puffer, die unterschiedlichen Zeitschlitzen entsprechen. Der Verkehr wird jeweils in dem ersten verfügbaren freien plaziert. Da die Zeitschlitze aneinandergrenzen (unabhängig von der Rate) ist dies einfach zu organisieren, indem zwei Signale (eines für Punkt-zu-Punkt und eines für Punkt-zu-Mehrpunkt) zwischen benachbarten Anfragebeantwortungsfunktionen im Zentrum weitergeleitet werden.
Der Port hoher Rate muß dann die Gruppen aus 4 Zeitschlitzen eintakten, indem der erste Zeitschlitz um 3 Zeitschlitze verzögert wird, der zweite um zwei und der dritte um einen Zeitschlitz. Die vier Zellen werden dann in derselben Reihenfolge verwendet, in der sie eingehen.
6.2.2. Schnittstellenports hoher Rate
Ein Port hoher Rate muß mehrere Verbindungen von einer einzelnen Zellenwarteschlange zu dem Zentrum der Vermittlungseinrichtung führen. Um dies zu erreichen, hat er mehrere Sätze ausstehender Anfragen an unterschiedliche zentrale Stufen, und muß diese koordinieren.
Abgesehen vom schnelleren Arbeiten, um mehrere Verbindungen zu handhaben, muß er sicherstellen, daß er, wenn möglich, an unterschiedliche zentrale Stufen unterschiedliche Anfragen stellt, so daß er nicht zu viele ausstehende Anfragen für denselben Port hat, verglichen mit der Anzahl der Zellen für diesen Ausgangsport. Man beachte, daß dies für 150-Mbit/s- Ports genauso gehen würde, aber nicht notwendig ist.
Für 600-Mbit/s-Ports würde der Port 4 separate Anbindungen an den Vermittlungskern handhaben, welche in der Phase genau einen Zeitschlitz auseinanderliegen, aber auf dem Zeitschlitzniveau ausgerichtet sind (wegen der Tatsache, daß sie einen gemeinsamen Rotator verwenden). Analog würde ein 2,4-Gbit/s-Port 16 Anbindungen handhaben, die jeweils einen Zeitschlitz in Phase auseinanderliegen. Ein 9,6-Gbit/s-Port würde jedoch 4 Sätze von Anbindungen handhaben müssen, wobei jeder Satz 18 gleichmäßig beabstandete Zeitschlitze aufweist, aber die Sätze um 4 Bit zeitversetzt wären.

7. Physikalischer Entwurf

Der Entwurf basiert auf der im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen logischen Struktur. Der Entwurf baut auf den nachfolgenden technologischen Annahmen auf, später im Abschnitt wird beschrieben, wie sie mit sich verbessernder Technologie verdichtet werden kann.
Eigenschaft Annahme
Logische interne Datenraten zwischen ASICs 49,152 Mbps (Mbit/s)
Datenrate zwischen Karten bei erster Realisierung 8 · 49 Mbps = 393 Mbps
Maximale optische Ein/Ausgangs- Ports pro Karte 32 bei 393 Mbps
Der Entwurf wird hinsichtlich einer Ausführungstechnologie mit Zwischenverbindungen auf Kartenniveau mit 165 Mbit/s (Mbps) beschrieben. Dies kann auf viele technologische Niveaus übertragen werden, sowohl einfachere als auch fortschrittlichere als dieses Niveau.
Die grundlegende Beschreibung bezieht sich auf die Vermittlungseinrichtung für 288 Ports, der nächste Abschnitt bezieht sich darauf, wie sie auf viel größere oder kleinere Vermittlungseinrichtungen übertragen kann.
7.1. Physikalischer Aufbau bei Verwendung der 393-Mbit/s- Technologie
Die Umsetzung dieses logischen Aufbaus in eine physikalische Realisierung, die 393-Mbit/s-Verbindungen zwischen den Karten verwendet, ist in Fig. 9 gezeigt. Es gibt Paare von Eingangsrotatoren, Ausgangsrotatoren und Karten mit zentralen Vermittlungseinrichtungen. Jede der Rotatorkarten überträgt 8 der 49-Mbit/s-Verbindungen an oder von jedem Port. Eine der Karten der zentralen Vermittungseinrichtung beinhaltet die Steuer- und 3 Datenebenen, die andere beinhaltet 4 Datenebenen. Die interne logische Datenrate von 49 Mbit/s ist nur eine mögliche Zahl, in der Praxis (für ATM) wäre der Betrieb mit einer niedrigeren Datenrate akzeptabel.
Diese Rotatoren und zentralen Vermittlungseinrichtungen sind so zusammengebaut, daß sie einen Vermittlungskern bilden. Bei vollständiger Größe werden (16 + 16 + 16) = 48 Karten benötigt, technologischer Fortschritt kann diese Anzahl jedoch beträchtlich reduzieren, man vergleiche Abschnitt 6.
Die Steuerebene der zentralen Vermittlungseinrichtung könnte als ein einziger ASIC vorstellbar sein, dies liegt aber jenseits des Bereichs gegenwärtiger Technologie für die Behandlung von Mehrpunktverbindungen. Deshalb wird sie hier als 2 Typen dargestellt, eine (die zentrale Portsteuerung), die wiederholt vorhanden ist, um jeden der 16 Ausgänge zu handhaben und ein zentraler Speichermanager, der den üblichen Teil der Steuerung bildet.
Wenn die Rundsendespeicherung integriert ist, dann kann unter Verwendung der heutigen Technologie die Steuerebene nicht als ein ASIC bereitgestellt werden, wenn sie extern vorgesehen wäre, würde sie einen für eine praktische Anwendung viel zu breiten Bus erfordern. Die gefundene Lösung integriert den Rundsendespeicher, unterteilt die Funktionseinheit aber in handhabbare Einheiten.

8. Erweiterung

Dieser Abschnitt beschreibt die logischen Erweiterungsstufen und beschreibt die Prinzipien der verschiedenen Stufen. Realisierungsdetails findet man später im Abschnitt zur Implementierung.
8.1. Erweiterungsstufen
Die Vermittlungseinrichtung läßt sich über vier Hauptkonfigurationen erweitern, in Abhängigkeit von der Tiefe der zur Verfügung stehenden Rotation und von der Konfiguration der zentralen Vermittlungseinrichtungen. Die Fig. 10a-10c zeigen die Prinzipien der ersten 3 Konfigurationstypen, die übergroße Ausführungsform besitzt denselben Aufbau wie die große Ausführungsform, weist aber mehr als 16 Eingänge an jeder zentralen Vermittlungseinrichtung auf. Die Konfigurationen sind folgende:
8.1.1. Einfache Vermittlungseinrichtungen
Eine einfache Vermittlungseinrichtung mit 16 Ports, wie sie in Fig. 10a gezeigt ist, erfordert keine Rotator-Funktionseinheit zur Aufteilung der Last, 16 Ports können an eine zentrale Vermittlungseinrichtung angeschlossen werden. Falls gewünscht, könnte dies für die vorliegende Ausführungsform vereinfacht werden, um sie kostengünstiger zu gestalten, dies würde aber die Erweiterungsfähigkeit auf größere Ausmaße einschränken.
8.1.2. Basis-Vermittlungseinrichtungen
Eine Erweiterung auf bis zu 256 Ports (16 · 16) ist in Fig. 10b gezeigt, wobei eine Rotatorstufe und 16 einzelne zentrale Vermittlungseinrichtungen verwendet werden. Es gibt genaue Erweiterungsmöglichkeiten, die für kleinere Größen von 128, 64 und 62 Ports ökonomischer sind. Der größte Teil der Beschreibung der vorliegenden Konfiguration wird sich auf die volle Größe mit 256 Ports beziehen. Die Vermittlungseinrichtung ist für diesen Größenbereich optimiert.
8.1.3. Große Vermittlungseinrichtungen
Eine große Erweiterung auf 4.096 Ports (16 · 256) ist in Fig. 10c gezeigt. Diese sollte als eine Vermittlungseinrichtung mit N · 256 Ports betrachtet werden, wobei die Verzögerung mit N ansteigt, diese verwendet zweistufige Rotatoren, damit sich eine breitere Auffächerung auf 16N zentrale Vermittlungseinrichtungen ergibt.
Jede zentrale Stufe weist weiterhin nur 16 Ports auf. Damit die zentralen Stufen über längere Zeitspannen arbeiten können, können mehrere zentrale Stufen zusammengefaßt werden, um eine größere mit einer längeren Zykluszeit bereitzustellen.
Dieser Konfigurationstyp ist für kleine Werte von N geeignet und ist für kleine Werte von N kostengünstiger als die nächste Version. Es gibt genaue Erweiterungsmöglichkeiten auf 512 (N = 2), 1.024 (N = 4), 2.048 (N = 8) und 4.096 (N = 16) Ports, es können auch andere Zwischenschritte gemacht werden. Die Beschreibung dieses Typs wird sich auf die Größe mit 1.024 Ports, wie in Fig. 11 gezeigt, konzentrieren.
8.1.4. Übergroße Vermittlungseinrichtungen
Es ist eine übergroße Erweiterung möglich, die im Extremfall 65.356 Ports handhaben könnte.
Bei der übergroßen Architektur wird die Anzahl der Eingänge und Ausgänge jeder zentralen Vermittlungseinrichtung erhöht. Dies gestattet, daß die Vermittlungseinrichtung in der Größe erweitert wird, ohne daß die Verzögerung ansteigt. Dies kann jedoch nicht erfolgen, indem einfach, wie für die großen Vermittlungseinrichtungen, zentrale Stufen zusammengesteckt werden.
Diese verwenden 2 Rotatorstufen, damit sich eine breitere Auffächerung ergibt, und es wird eine Anzahl zentraler Stufen zu sehr großen Vermittlungseinrichtungen verbunden. Für jeden Faktor vier in der Größenerweiterung gibt es einen Faktor zwei in der Erhöhung der Verzögerung und einen Steigerungsfaktor zwei für die Größe der zentralen Stufen. Es wäre aus ökonomischen Gründen möglich, diesen Erweiterungstyp mit dem vorhergehenden Typ zu kombinieren. Die zentrale Vermittlungseinrichtung weist für diesen Konfigurationstyp eine quadratische Erweiterung auf, erfordert aber zusätzlich angefügte Logikelemente, um die Komplexität der Steuerebene aufgrund simultaner Anfragen zu handhaben. Aufgrund von Verbindungsproblemen sind diese Stufen leichter zu erweitern, wenn größere zentrale Stufen aus größeren Anordnungen erstellt werden.
In der Steuerebene ist es notwendig, alle Ströme zu betrachten, bevor Anfragen beantwortet werden. Dies muß nacheinander erfolgen, um sicherzustellen, daß nur eine Anforderung für einen gegebenen Ausgang akzeptiert wird. Es könnte möglich sein, doppelt so viele Ports, d. h. 32 Ports, in einem einzigen Steuerteil zu haben, aber darüber hinaus ist eine zusätzliche Sequentialisierungsstufe erforderlich, um mehrere Anforderungen zur selben Zeit zu handhaben. Für Details beachte man den nächsten Abschnitt und Fig. 12.
Jede Gruppe aus zentralen Stufen stellt dasselbe dar, wie die zentrale Stufe für große Vermittlungseinrichtungen. Die Sortierung und Auswahl sortiert Anfragen in derselben Taktphase aus, so daß nur eine Anforderung zu jeder zentralen Gruppe gesendet wird, und jede Gruppe entspricht 16 Ausgängen der zentralen Stufe. Die zusätzliche Steuerung für die Datenebenen erfolgt für Auswahleinrichtungen an den Eingängen in derselben Weise wie die Auswahl in der Steuerebene erfolgt.
Diese Konfiguration kann mit großen Rotatoren verwendet werden, um effiziente Vermittlungseinrichtungen zu bauen, ohne die zusätzliche Verzögerung, wenn nur Rotatoren verwendet werden.
Es gibt genaue Erweiterungsmöglichkeiten auf Zwischengrößen von 512, 1.024, 2.048, 4.096, ... Ports. Es gibt auch andere Möglichkeiten, die die Rotatoren nicht so effizient nutzen.
Der größte Teil der detaillierten Beschreibung dieser Konfiguration wird sich auf die Größe mit 4.096 Ports beziehen, diese nutzt die Rotatoren als einen 64-Wege-Rotator (16 · 4) und jede zentrale Stufe ist eine 4 · 4-Matrix.
8.2. Erweiterungsparameter
Es gibt mehrere Parameter, die angepaßt werden können, um kleinere Vermittlungseinrichtungen herzustellen, die eine effiziente Erweiterung gestatten. Der Schlüsselfaktor ist die Verbindung der Rotatoren und der zentralen Vermittlungseinrichtungen. Jene Anordnungen, die bis zur größten Abmessung ohne Neuverkabelung erweitert werden können, nutzen die Ausrüstung bei kleinen Abmessungen nicht so effizient wie jene Anordnungen, die nicht für eine große Erweiterung bestimmt sind. Folgende Größen können geändert werden:
a) Anzahl der Schlitze in einem Zyklus von 16 bis (8, 4, 2 oder 1), was die Anzahl der anzupassenden zentralen Stufen reduziert. Wenn nur 8 Schlitze in einem Zyklus vorhanden sind, kann der Rotator mit 16 Eingängen als ein Paar aus Rotatoren mit 8 Eingängen wirken.
b) Die Anzahl der zentralen Stufen kann ohne eine entsprechende Verminderung der Anzahl der Zeitschlitze in einem Zyklus reduziert werden. Dies ist bei kleinen Größen nützlich, um die zentrale Verkehrslenkungsvielfalt mit einer geringen Anzahl zentraler Stufen beizubehalten. Jede zentrale Stufe wird dann als eine Anzahl virtueller Stufen arbeiten.
c) Geringere Ausstattung der Rotatoren für kleinere Größen und nur teilweise Nutzung der Ports an den Rotatoren, bei Konfigurationen, die bis zu den größten Größen erweiterbar sind.
d) Obwohl eine zentrale Stufe mit 16 Eingängen als ein Paar von zentralen Stufen mit 8 Eingängen verwendet werden könnte, ist es für Steuerungszwecke viel einfacher, weniger zentrale Stufen und weniger Schlitze in einem Zyklus zu haben, als 16 kleinere zentrale Stufen beibehalten zu müssen.
Indem die Anzahl der Schlitze in einem Zyklus von 16 auf (8, 4, 2 oder 1) geändert wird, können viel kleinere Vermittlungseinrichtungen gebaut werden, die immer noch ohne Neuverkabelung oder Kartenaustausch auf die vollständige Größe erweiterbar sind. Dies nutzt jedoch nicht die Kapazität der Ausrüstung bei den kleineren Größen aus. Ein effizienterer Erweiterungsmodus kann erreicht werden, indem die Verkabelung zwischen den Rotatoren und zentralen Vermittlungseinrichtungen bei der Erweiterung ausgetauscht wird. Weitere Änderungen können erreicht werden, indem die Anzahl der zentralen Stufen und/oder die Anzahl der Rotatoren für diese Basiskonfiguration angepaßt wird. Die folgenden Tabellen (weiter unten) sollen dies verdeutlichen und die Erweiterungsmöglichkeiten aufzeigen.
Die Konfigurationen, die mit nur 1, 2 oder 3 zentralen Vermittlungseinrichtungen gezeigt sind, leiden an einem Mangel der Vielfältigkeit der Verkehrslenkung und zeigen bei weniger als 2 Zeitschlitzen ein Ansteigen der Eingangswarteschlange. Für solche Konfigurationen werden immer 2 Zeitschlitze verwendet. Dies bewirkt, daß die feststehende Verzögerungskomponente für diese kleinen Größen aufrecht erhalten bleibt, sie ist aber immer noch geringer als bei großen Größen.
Analoge Prinzipien bestehen für die großen Vermittlungseinrichtungen, wenn immer größere Rotatoren und zentrale Stufen aus den grundlegenden Baublöcken zusammengebaut werden.
Die vorliegende Vermittlungseinrichtung kann aus einer variablen Anzahl zentraler Stufen und Rotatoren aufgebaut sein. Die Anzahl der Ports, die die Vermittlungseinrichtung für jede Konfiguration unterstützt, ist am Anfang der Tabelle angegeben. Die Auswahl der Konfiguration für eine Größe und die Art der fortschreitenden Erweiterung hängt von den Kosten der Karten ab.
8.3. Details der Erweiterungsstufen
8.3.1. Konfiguration ohne Rotator
Die grundlegende Konfiguration ohne Rotator weist eine einzige zentrale Vermittlungseinrichtung auf, um 16 Ports zu handhaben, dies würde physikalisch aber etwas groß sein. Durch einfache Auslagerung der Funktionseinheiten kann diese aber auf eine Karte reduziert werden. Durch Reintegration könnte diese auf einen einzigen voll kompatiblen ASIC reduziert werden.
8.3.2. Konfigurationen mit einstufigen Rotatoren
Durch Neuverkablung ist es möglich, von der Konfiguration ohne Rotator auf diese Konfigurationen überzugehen. Es gibt viele andere als die hier aufgeführten Möglichkeiten.
8.3.2.1. Vermittlungsoptionen bei maximal 256 Ports
Es besteht eine Verbindung von jedem Rotator zu jeder zentralen Vermittlungseinrichtung.
8.3.2.2. Vermittlungsoptionen bei maximal 128 Ports
Es bestehen zwei Verbindungen von jedem Rotator zu jeder zentralen Vermittlungseinrichtung.
8.3.2.3. Vermittlungsoptionen bei maximal 64 Ports
Es gibt vier Verbindungen von jedem Rotator zu jedem zentralen Vermittlungselement.
8.3.2.4. Vermittlungsoptionen bei maximal 32 Ports
Es gibt acht Verbindungen von jedem Rotator zu jeder zentralen Vermittlungseinrichtung.
8.3.3. Konfigurationen mit zweistufigen Rotatoren
Durch Neuverkablung ist es möglich, von der Konfigurationen mit einstufigen Rotatoren zu Konfigurationen mit zweistufigen Rotatoren überzugehen.
In allen Fällen werden große Rotatoren aus zwei Rotatorstufen aufgebaut. Die zentralen Vermittlungseinrichtungen sind aus einer Anzahl von Basisvermittlungseinrichtungen aufgebaut, die an anderer Stelle beschrieben sind.
8.3.3.1. Erweiterungsoptionen für große Vermittlungseinrichtungen
Die Tabelle zeigt die Stufe mit der größten Erweiterung in einer Anzahl von Konfigurationen und die Basis für diese Anzahl. In allen Fällen gibt es 16 Rotatorfunktionen und jede zentrale Vermittlungseinrichtung weist 16 Ports in ihnen auf, die Variablen sind Größe und Konfiguration der Rotatoren und die Anzahl von zentralen Basis-Vermittlungseinrichtungen auf jeder zentralen Stufe und die Anzahl der zentralen Vermittlungseinrichtungen. Andere Zwischenkonfigurationen sind möglich.

Tabellenschlüssel

A = Anzahl der Rotatoren
B = Gesamtkonfiguration der Rotatoren
C = Erste Rotatorkonfiguration
D = Zweite Rotatorkonfiguration
E = Tiefe jeder zentralen Vermittlungseinrichtung
F = Anzahl der Steuerschaltungen
G = Anzahl der Ports an jeder zentralen Vermittlungseinrichtung
Es wäre möglich, die mehreren Elemente so zu montieren, daß die Tiefe der zentralen Stufe wie für die Basis-Vermittlungs einrichtung auf ein oder zwei Karten untergebracht wird, die Begrenzung ist durch das Ein/Ausgangsniveau der Karte gegeben.
8.3.3.2. Erweiterungsoptionen zu übergroßen Vermittlungseinrichtungen
Diese Konfiguration geht über die Konfigurationen großen Typs hinaus, indem mehr als 16 Ports an jeder zentralen Vermittlungseinrichtung vorhanden sind. Eine Erweiterung zu 32 Ports an einer zentralen Vermittlungseinrichtung könnte erreicht werden, indem die Steuerebene doppelt so schnell betrieben wird, größere Ausmaße würden zusätzliche Logik erfordern, um die Steuerebene zu handhaben.

Tabellenschlüssel

A = Anzahl der Rotatoren
B = Gesamtkonfiguration der Rotatoren
C = Erste Rotatorkonfiguration
D = Zweite Rotatorkonfiguration
E = Tiefe jeder zentralen Vermittlungseinrichtung
F = Anzahl der Steuerschaltungen
G = Anzahl der Ports an jeder zentralen Vermittlungseinrichtung
8.3.4. Zusammenfassung der Erweiterungsstufen
Es gibt viele Arten, die Vermittlungseinrichtung zu erweitern, in Abhängigkeit vom maximalen Zielbereich.
Bei nicht geplanter Erweiterung wäre es auch möglich, durch eine Neuverkabelung von einer Erweiterungsstufe zur nächsten zu kommen.
8.4. Details der Erweiterung von großen Vermittlungseinrichtungen
Durch Nutzung der Technologie und Neupacketierung können für größere Entwürfe von Vermittlungseinrichtungen beträchtliche Einsparungen erzielen werden. Es sind drei Ansätze zu erwägen, größere Rotatoren, zentrale Vermittlungseinrichtungen, die längere Zyklen verwenden, und zentrale Vermittlungseinrichtungen mit mehr Ports.
8.4.1. Größere Rotatoren
Große Rotatoren weisen logischerweise viele Anschlüsse auf. Es können zwei Rotatorstufen verkabelt werden (oder an der Rückwand verbunden werden). Verminderung der Zahl der Karten (anders als durch Technologieverbesserung) kann nur erreicht werden, indem die Anzahl von Ein/Ausgangs-Anschlüssen pro Rotatorkarte erhöht wird. Bei beiden Stufen wird derselbe geteilte Rotator verwendet, gleich ob optisch oder elektrisch.
Es können recht leicht viel größere Größen aufgebaut werden, indem man in der Weise mit Stufen auf zwei Karten fortfährt. Auf elektrische und optische Rotatoren treffen dieselben Regeln zu.
Fig. 11 zeigt einen 32 · 32-Rotator, der aus vier 16 · 16-Rotatoren aufgebaut ist. Zwei der Rotatoren sind als 16 · 16 konfiguriert, die anderen beiden sind als sechzehn 2 · 2-Rotatoren konfiguriert.
8.4.2. Vermittlungseinrichtungen mit langer Zyklusdauer
Zentrale Vermittlungseinrichtungen mit langer Zyklusdauer weisen dieselbe Anzahl von Ports auf, aber arbeiten über einen längeren Zyklus hinweg. Die Eingänge werden von einer Anzahl von Vermittlungseinrichtungen und Steuereinheiten gemeinsam genutzt, von denen nur eine zu jedem Zeitpunkt ausgibt. Deshalb können Vermittlungseinrichtungen mit längerer Zyklusdauer leicht aus mehreren Vermittlungseinrichtungen aufgebaut werden und es ergeben sich Einsparungen, indem mehr als eine auf einer Karte vorgesehen wird, wobei die Begrenzung eher in der Kartenfläche als in Beschränkungen der Ein/Ausgänge liegt.
Es kann günstig sein, einen Kartentyp für die Basis- Vermittlungseinrichtung zu haben und ein anderer, auf die größeren Vermittlungseinrichtungen erweiterbarer, kann dann in Abhängigkeit von der Größe der Vermittlungseinrichtung auf verschiedenen Stufen aufgerüstet werden.
Fig. 12 zeigt, wie man eine längere zentrale Stufe erhält. Die Eingänge laufen auf beide zentrale Stufen, die Ausgänge aus beiden, aber durch Verwendung geeigneter Konfigurationsinformationen können die Portsteuereinrichtungen in der Steuerebene sehr einfach als Teil von größeren Vermittlungseinrichtungen wirken. Die Signale "Voll", die zwischen allen Zeitschlitzmanagern weitergeleitet werden, müssen zwischen den Vermittlungseinrichtungen weitergeleitet werden, so daß diese in geeigneter Reihenfolge verbunden sind.
8.4.3. Zentrale Vermittlungseinrichtungen mit mehr Ports
Diese Vermittlungseinrichtungen sind komplexer, als daß sie einfach eine längere Zyklusdauer aufweisen. Die Datenebenen können, wie im vorhergehenden Fall, aus mehreren Datenvermittlungseinrichtungen erstellt werden, aber dies gilt nicht für die Steuerebene.
Eine Erweiterung auf doppelt so viele Ports in der Steuerebene könnte bei größeren Anordnungen möglich sein, welche auf dem Steuerstrom weiterhin seriell betrieben werden. Eine Evolution auf größere Größen kann aber nicht ohne einen parallelen Betrieb erreicht werden. Zusätzliche Logikelemente würden deshalb außerhalb der Portsteuereinrichtung benötigt werden, um mehrfache Eingaben zu demselben Zeitpunkt zu handhaben und um sicherzustellen, daß zu einem Zeitpunkt für jede Adresse nur eine Anfrage an die Portsteuerungen durchgeht.
Fig. 12 zeigt die Prinzipien der Steuerebene für Konfigurationen mit mehr als 32 Eingängen pro Stufe. In der Mitte ist eine Anzahl von Gruppen vorhanden, von denen jede der längeren zentralen Stufe identisch ist, welche für große Vermittlungseinrichtungen (Fig. 11) verwendet wird, wobei jede Gruppe die Daten für 16 Ausgangsports speichert. Darum herum gibt es eine Anzahl von Auswahleinrichtungen, um Anfragen und Antworten von mehreren gleichzeitigen Ports zu koordinieren. Diese werden sortiert und auf die zentralen Gruppen gelenkt, um Kollisionen zu vermeiden. Dieselben Daten werden dann verwendet, um Auswahleinrichtungen in den Datenebenen zu betreiben. Diese zusätzliche Funktionalität kommt zu der feststehenden Verzögerungskomponente hinzu, erfordert aber keine großen Rotatorfunktionen. Die Blockierungswahrscheinlichkeit erhöht sich für diesen Typ von Vermittlungseinrichtungen leicht, dies hat aber keine große Bedeutung.

9. Realisierung

Die nächsten Abschnitte betreffen Fakten zur Realisierung. Die Betrachtung erfolgt in folgender Reihenfolge:
a) Vermittlungskern, der Annahmen der Basistechnologie verwendet. Dies schließt die Karten, die ASICs und die Steuernachrichten ein. Nicht betrachtet werden Taktverteilung und Instandhaltungsfragen (in einem späteren Abschnitt).
Dieser Kern beinhaltet die Fähigkeit, Ports für Schnittstellen höherer Rate zu verketten.
Grundlegende technologische Annahmen sind folgende:
Eigenschaft Annahme
logische interne Datenraten zwischen ASICs 49.152 Mbps (Mbit/s)
Datenraten zwischen Karten bei erster Realisierung 8 · 49 Mbps = 393 Mbps
Maximale optische Ein/Ausgangsports pro Karte 32 bei 393 Mbps
Der Entwurf soll bezüglich der Realisierungstechnologie beschrieben werden, wobei die Verbindungen zwischen den Karten bei 393Mbit/s liegen. Dies kann auf viele Technologiestufen übertragen werden, sowohl einfachere als auch fortgeschrittenere als die vorliegende Stufe.
a) Erweiterungen, die eine fortschrittlichere Technologie für den Kern verwenden. Diese können Schnittstellen höherer Raten verwenden, optische Komponenten, mehr Ein/Ausgänge pro Karte, höhere Integrationsstufen für die Komponenten.
b) Die peripheren Basis-Ports für 150-Mbit/s-ATM. Dies beschreibt (den) die für das Betreiben der Vermittlungseinrichtung notwendigen ASIC(s), Übersetzungs- oder Verkehrskontrollfunktionen werden nicht behandelt.
c) Verbesserte periphere Ports für periphere Ports höherer Rate. Hier wird der vorhergehende Abschnitt erweitert und es werden geeignete Änderungen angegeben, die in der Peripherie für Schnittstellen höherer Rate notwendig werden. Der Kern wird von Anfang an die Funktionalität zur Verkettung von Ports aufweisen.

10. Realisierungsdetails des Basiskerns

Die logische Architektur kann auf vielerlei Weise als physikalische Hardware realisiert werden. Dieser Abschnitt wird eine spezielle Realisierung detaillierter beschreiben, um die Realisierbarkeit des Entwurfs zu veranschaulichen. Dies wird die Größe mit 288 Ports sein, Formen des Packens größerer Größen werden im nächsten Abschnitt beschrieben.
10.1. Karten
Es gibt 3 hauptsächliche Kartentypen in dem Kern der Vermittlungseinrichtung (der Rotator und die 2 Teile der zentralen Vermittlungseinrichtung).
10.1.1. Rotatoren (E-Rotator/S-Rotator)
Die Rotatorkarte weist eine einfache Gestaltung auf, die für beide Funktionen, Empfangs(E)- und Sende(S)-Rotator verwendet wird. Sie wird üblicherweise 4 Kopien der Rotatorfunktion bereithalten. Es ist zu beachten, daß der Rotator der Steuerebene mit unterschiedlicher Taktphase zu den Rotatoren der Datenebene arbeitet und daher einen unterschiedlichen Takt für den Zyklusstart, verglichen mit den Rotatoren der Datenebene erfordern kann.
10.1.2. Zentrale Steuerung
Die zentrale Steuerkarte beinhaltet die zentralen Steuerfunktionen und 3 Datenebenen der zentralen Stufe.
Deren Arbeitsweise ist vollständig durch die Steuerströme von den Schnittstellenports bestimmt; es werden keine lokalen Mikroprozessoren, auch nicht für Fehlerüberwachung oder -behandlung benötigt. Die Arbeitsweise der funktionalen Komponenten wird in dem nächsten Unterabschnitt zu den ASICs beschrieben.
Die zentrale Steuerung ist annehmbar kompliziert, wie in Fig. 13 dargestellt.
10.1.3. Zentrale Daten
Die Karte für die zentralen Daten beinhaltet 4 Datenebenen.
10.2. ASICs
Die ASICs werden hier umrißhaft beschrieben, auf Basis funktioneller Blöcke. Sie könnten in einigen Fällen kombiniert werden (miteinander und mit diversen anderen Logikelementen, wie etwa Multiplexern). Vier Rotatoren könnten zusammen mit Multiplexern und Demultiplexern kombiniert werden. Eine Anzahl von zentralen Portssteuer einheiten könnte kombiniert werden, indem sie sich einen Teil der Logikelemente teilen.
10.2.1. Rotator
Dieser ASIC weist 18 Eingänge und 18 Ausgänge auf und taktet 18 Zeitschlitze durch, indem die Eingänge zyklisch über den Ausgängen rotieren. Die Einrichtung muß, um eine effiziente Erweiterung zu gestatten, auf eine Anzahl unterschiedlicher Arten folgendermaßen konfiguriert werden:
Konfiguration Anzahl
18 · 18 1
9 · 9 2
6 · 6 3
3 · 3 6
2 · 2 9
Im allgemeinen wird für ATM-Verkehr der Zeitschlitz 64 Bit lang sein, aber für die Steuerebene auf der E-Seite wird er als ein Abschnitt von 48 Bit und ein Abschnitt von 16 Bit arbeiten müssen, wobei der Abschnitt mit 48 Bit dem Abschnitt mit 16 Bit zwei Zeitschlitze vorausgeht. Der 16-Bit-Abschnitt wird mit den Datenebenen ausgerichtet sein. Dies ist notwendig, damit Anfragen und Antworten ausgetauscht werden können, bevor Daten gesendet werden.
Eine mögliche Konfiguration dieses ASIC ist in Fig. 14 gezeigt.
Das Rotationsmuster gibt die Konfiguration des Rotators für die augenblicklichen Daten an. Dieses könnte intern erzeugt werden, falls Konfigurationsinformationen an die Anordnung gegeben werden. Falls notwendig (wegen Beschränkungen der Pinzahl an der Anordnung oder energetischen Beschränkungen), könnte der Rotator-ASIC auf 2 Stufen aufgeteilt werden.
10.2.2. Zentrale Datenvermittlungseinrichtung
Die zentrale Datenvermittlungseinrichtung weist 16 Eingänge und 16 Ausgänge auf, hinter denen jeweils ein 64-Bit- Schieberegister vorgesehen ist, und einen zentralen Block aus einem 64 Bit breiten RAM. Die Eingänge und Ausgänge sind zeitlich versetzt, so daß ein Eingang alle 4 Bit gefüllt wird und ein Ausgang alle 4 Bit geleert wird. Wenn die Eingangsdaten aufgefüllt werden, werden sie auf den zentralen RAM kopiert, wenn das Ausgaberegister geleert wird, wird es aus dem zentralen RAM aufgefüllt. Die Adressen werden von der Steuerebene bereitgestellt.
Die Schreibadresse ist diejenige, die von der Speichermanagereinheit bereitgestellt wird, die Leseadresse wird von der geeigneten Steuereinheit für zentrale Ports bereitgestellt. Die Schreibadresse würde von dem Speichermanager 128 Bit eher erzeugt, als sie in der Datenvermittlungseinrichtung gebraucht wird, sie könnte entweder in einem anderen Schieberegister der Datenvermittlungseinrichtung plaziert werden, oder der Speichermanager könnte die Versendung der Adressen an die Datenvermittlungseinrichtungen verzögern, nachdem die Adressen an die Portsteuereinrichtungen gesendet worden sind.
10.2.3. Speichermanager der zentralen Steuerung
Der Speichermanager der zentralen Steuerung, wie er in Fig. 16 gezeigt ist, ist im Steuerbereich der zentralen Steuerkarte angeordnet und koordiniert den freien Platz in den Datenvermittlungseinrichtungen. Für jede Steuerperiode stellt er die Adresse eines freien Speicherplatzes in der Datenvermittlungseinrichtung zur Verfügung. Wenn eine Portsteuereinrichtung diesen nutzen möchte, so wird dieser Platz für die Zeit reserviert, während der die Portsteuereinrichtung ihn benötigt. Bei Punkt-zu-Mehrpunkt-Anwendungen wird er für die maximale Zeitspanne reserviert, zu der eine der Portsteuereinrichtungen ihn benötigt. Wenn eine Portsteuereinrichtung feststellt, daß sie die Zelle nicht abwickeln kann, dann legt der Speichermanager den Platz wieder in den freien Pool zurück.
Der vorliegende Entwurf weist den Platz nur für feststehende Zeitspannen zu (eine Anzahl von Zyklen), es wurden andere Entwürfe untersucht, die intelligenter sein sollten, diese sind aber komplizierter zu handhaben. Es gibt einen Mehraufwand an Speicher in den Datenvermittlungseinrichtungen, aber nicht so viel, daß es von Bedeutung wäre.
Man beachte, daß, wenn der Platz nicht benötigt wird, die Datenvermittlungseinrichtungen weiterhin einfach die gegebene Adresse verwenden können, um die Daten zu speichern, die Tatsache, daß die Daten nicht verwendet werden, spielt keine Rolle, der Platz wird wahrscheinlich durch den Speichermanager sehr schnell neu genutzt.
Die eingehenden "Neins" zeigen, wenn alle auf "Nein" gesetzt sind, an, daß in diesem Zyklus kein Speicherplatz erforderlich ist. Der Steuerungsspeichermanager setzt die 3 "Neins" selbst, wenn er keinen freien Platz mehr besitzt. Die erforderliche Zeit ist gleich der Anzahl der Zyklen, für die der Speicherplatz erforderlich ist. Wenn man 1 Signal pro Zyklus hat, kann das Ergebnis durch eine ODER-Verknüpfung der Signale von jeder der Portsteuereinrichtungen bestimmt werden, um die maximal erforderliche Zeitspanne zu erhalten.
Diese Zeit beträgt für P : P- und P : MP-Verkehr einen Zyklus und für P : MP einen kleinen feststehenden Bereich, in den hier angegebenen Figuren ist angenommen, daß vier Signale gebraucht werden, es können aber nur 2 oder 3 erforderlich sein.
Die Anordnung ist, was die Komplexität betrifft, nicht sehr anspruchsvoll (abgesehen vom Betrieb bei 20 Mbit/s), und könnte aus einer programmierbaren Logikanordnung und einem kleinen RAM erstellt werden.
10.2.4. Steuereinrichtung für zentrale Ports
Logischerweise gibt es in der zentralen Stufe eine zentrale Portsteuereinrichtung pro physikalischem Ausgangsport, d. h. 16 davon. Es können jedoch zwei oder mehrere, wenn geeignet, in einem Paket ausgeführt werden, in Abhängigkeit von dem angewendeten technologischen Niveau. Der Rundsende-RAM ist möglicherweise der begrenzende Faktor, da für 1.000 Rundsendekanäle und 18 Zeitschlitze 18 Bit Speicherplatz pro Port erforderlich wäre. Die folgende Beschreibung ist für eine Portsteuereinrichtung pro Paket gegeben. Es wird angenommen, daß mindestens 2 möglich sind, und möglicherweise 4 mit der gegenwärtigen Technologie.
Jede zentrale Portsteuerfunktion sucht alle 16 einkommenden Steuerströme ab und beantwortet jene Anfragen, die für den Port bestimmt sind, welchen sie steuert. Sie steuert zusätzlich den ausgehenden Steuerstrom für ihren Port. Außerdem liefert sie die Leseadressen an die Datenvermittlungseinrichtungen für Zellen, die an diesen Port in den Datenebenen ausgegeben werden.
Die grundlegenden Funktionen dieser Anordnung sind nachfolgend beschrieben:
a) Die Anforderungsphase der Eingangssteuerströme wird abgesucht. Wenn eine Punkt-zu-Punkt-Anforderung vorliegt, die sie beantworten sollte (in ihrem Adreßraum), dann setzt sie das geeignete Signal "Nein", wenn die erforderliche Adresse nicht frei ist. Sie gibt an, daß sie den Speicherplatz für einen Zyklus haben möchte, wenn sie in der Lage, die Anforderung zu befriedigen.
b) Wenn eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Anforderung vorliegt, untersucht sie jeden Ausgangsport (und Zeitschlitz an diesem Port), der von der Rundsendeverbindung betroffen ist, indem sie ihren Rundesendespeicher verwendet. Wenn die geforderten Ausgänge besetzt sind, setzt sie das geeignete Signal "Nein". Sie zeigt die maximale Anzahl von Zyklen an, während der sie den Speicherplatz benötigt, falls sie in der Lage ist die Anforderung zu befriedigen.
c) Wenn eine Anforderung von einem Punkt zu wenigen Punkten für ihre(n) Ausgangsport(s) vorliegt, dann setzt sie, wenn die angeforderte(n) Adresse(n) nicht leer sind, das erste "Nein"-Signal und setzt die anderen "Nein"-Signale auf "Nein". Wenn sie der Anforderung genügen kann, gibt sie an, daß sie den Speicherplatz für einen Zyklus benötigt.
d) Wenn keine Anforderung vorhanden ist (oder die Anforderung ungültig war), setzt sie das entsprechende "Nein"-Signal.
e) Wenn die Antworten durch ihre ausgehenden Steuerports gesendet werden sollen, sendet sie die Ergebnisse aller drei Anfragen ("Nein"-Signale) in dem ausgehenden Steuerstrom. Diese "Nein"-Signale können von anderen Portsteuereinrichtungen oder sogar dem Speichermanager stammen (kein freier Speicher).
f) Wenn sie eine Anforderung für ihren Ausgangsport für Punkt-zu-Punkt (siehe a)) oder Punkt-zu-Mehrpunkt (siehe b)) erhalten hat, und die früheren "Nein"-Signale (falls vorhanden) "Nein" waren und das geeignete "Nein"-Signal nicht "Nein" ist, dann besitzt sie eine gültige Zelle, die bedient werden kann.
g) Für eine gültige Zelle speichert sie die Adresse, die die Speichermanagereinheit ihr gegeben hat, zusammen mit einer Aufzeichnung davon, für wie viele Zyklen sie besetzt sein wird (nur für Punkt-zu-Mehrpunkt).
h) Wenn die Informationsphase des Steuerzyklus beginnt, überprüft sie, daß die Daten tatsächlich an die zentrale Stufe gesendet worden sind (für 600 Mbit/s und darüber müssen sie nicht immer gesendet worden sein). Wenn die Daten nicht gesendet worden sind, ändert sie den Status, um anzuzeigen, daß der Zeitschlitz belegt ist, aber leer. Später, wenn sie Daten an den Ausgangsport sendet, kann sie sagen, daß keine Daten gesendet worden sind. Indem der Zeitschlitz belegt gehalten wird, werden Taktungskomplikationen vermieden.
i) Wenn es Zeit ist, den Datenvermittlungseinrichtungen zu sagen, was sie für den Port in diesem Zeitschlitz ausgeben sollen, sendet sie die Adresse, die sie gespeichert hat, um auf die Daten zuzugreifen, und aktualisiert falls notwendig den Stock aus wartenden Adressen. Wenn es sich um eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Zelle handelt, sendet sie auf dem Steuersignal auch die Zeit, die diese gewartet hat.
j) Wenn keine Anforderungen vorliegen, können die eingehenden Steuerströme Aktualisierungen für den Rundsende-RAM enthalten und Zugriffe auf jedes benötigte Steuerregister. Die Antworten würden auf den ausgehenden Steuerströmen gesendet.
Das Vorangegangene faßt die Abläufe zusammen, die ausgeführt werden müssen. Es ist zu beachten, daß einige für den Port als Ganzes gleichzeitig ablaufen, und einige für jeden der 18 Zeitschlitze. Ein ziemlich vereinfachtes Schema ist in Fig. 17 gezeigt.
Falls mehr als eine Einheit in einem Paket vorhanden ist, gibt es einen zusätzlichen Ausgangssteuerstrom pro Port, und die Signale "Voll" sollten nach außen gebracht werden, so daß sie den Weg für große Vermittlungseinrichtungen ebnen. Der Rest der Ein/Ausgänge wird gemeinsam genutzt. Die Eingangsschieberegister würden gemeinsam genutzt, aber der Rest wäre pro Port erforderlich.
10.2.4.1. Die Signale "Voll"
Der Kern der Vermittlungseinrichtung muß nicht geändert werden, um Anrufe und Anforderungen von Ports mit hohen Raten zu empfangen, die einzigen Änderungen betreffen die ausgehende Seite und die Bereitstellung der Signale "Voll".
Um die Integrität der Zellenabfolge sicherzustellen, wird das vierfache Auftreten eines 600-Mbit/s-Ports so behandelt wie ein Port, der schneller arbeitet (4 mal pro Zyklus). Alle Zeitschlitze für diesen Port höherer Rate werden innerhalb einer einzigen Portsteuereinrichtung in der zentralen Stufe in aneinandergrenzenden Zeitschlitzen abgewickelt.
Um diese großen Ports zu handhaben, ist es notwendig, die Zeitschlitzmanager, die von den Ports höherer Rate betroffen sind, in einer zentralen Stufe, zu verketten. Jeder Zeitschlitzmanager, der mit dem externen Port verbunden ist, wird so konfiguriert, daß derselbe Port mehrmals auftritt, d. h. jeder Zeitschlitz derselbe ist.
Jede der betroffenen Portsteuereinrichtungen führt die folgenden zusätzlichen Funktionen aus, diese Funktionen müssen nur für Ports größer als 155 Mbit/s aufgerufen werden, die anderen werden nicht beeinflußt.
a) Wenn der Puffer des Zeitschlitzmanagers voll ist, setzt er das Signal "Voll", bis er der letzte von dem Port betroffene Zeitschlitzmanager ist, d. h. der letzte von 4 für 600 Mbit/s.
b) Wenn die Anforderung an den Zeitschlitzmanager gerichtet ist, und dieser der erste für diesen Ausgangsport ist, oder das Signal "Voll" von dem vorhergehenden Manager gesetzt ist, dann versucht der Zeitschlitzmanager zu bestimmen, ob er freien Platz für die Anforderung hat und setzt die für den Speichermanager geforderte Zeit fest.
c) Wenn der Zeitschlitzmanager der letzte betroffene ist und er keinen Platz hat, antwortet er "Nein.
Somit wird, wenn Platz vorhanden ist, nur ein Zeitschlitzmanager die Zelle aufnehmen.
Die Arbeitsweise für Mehrpunktverbindungen ist prinzipiell dieselbe, sie verwendet aber ein zweites Signal "Voll", das angibt, daß der Zeitschlitzmanager durch Rundsende-Verkehr belegt ist. Die Taktungsanforderungen sind geringer, wenn das System zwei separate Signale "Voll" verwendet.
10.2.4.2. Konfigurationsänderungen oberhalb von 2,4 Gbit/s
Die Logikbauteile, die für Ports unterhalb von 2,4 Gbit/s arbeiten, können auch oberhalb von 2,4 Gbit/s verwendet werden, die Zeitschlitzmanager von einer Portsteuereinrichtung werden in derselben Weise mit der nächsten Portsteuereinrichtung verkettet.
Da hier mehr als eine Portsteuereinrichtung betroffen sein wird, ist die Verzögerung durch diese nicht ganz dieselbe, aber die Schwankungen (einige Bit) ist geringer als die Schwankung über andere Routen (gesamte Zeitschlitze), so daß die Zellen weiter ihre Abfolge beibehalten.
Die Portsteuereinrichtungen werden für die Basis- Vermittlungseinrichtung und für die großen Vermittlungseinrichtungen auf unterschiedliche Weise verbunden, und aus diesem Grund sollte die Verbindung außerhalb des ASIC erfolgen. Für die Basis-Vermittlungseinrichtung mit 288 Ports werden angrenzende Portsteuereinrichtungen verbunden, aber wenn sie für längere Zyklen zusammengruppiert werden, sollten die Portsteuereinrichtungen für denselben Port vor den angrenzenden Steuereinrichtungen verbunden werden.
10.2.4.3. Zusammenfassung zum Zeitschlitzmanager
Jeder Zeitschlitzmanager kann, wie in Fig. 18 gezeigt, aufgeteilt werden.
Die Anforderungen für die ASICs basieren auf der Annahme, daß die E- und S-Ports zwei Ebenen der Vermittlungseinrichtung bewältigen und daß kein Multiplexen auf höhere Raten beinhaltet ist.
[1] Wenn mehr als eine Funktion in einem Paket vorhanden ist, so ist dies der Speicher pro Funktion.
[2] Wenn mehr als eine Funktion in einem Paket vorhanden ist, füge man pro Funktion einen 41-Mbit/s(Mbps)-Ausgang (die Steuerung), zwei 20-Mbit/s-Eingänge (Signale Voll) und zwei 20- Mbit/s-Ausgänge (Signale Voll) hinzu.
Keine dieser Anordnungen benötigt eine Mikroprozessor- Schnittstelle.
10.3. Steuerung
Steuerung wird für den Aufbau des Pfades und für die Instandhaltung benötigt. Im Kern ist keine Aktion erforderlich, um eine Punkt-zu-Punktverbindung oder eine Verbindung von einem Punkt zu wenigen Punkten aufzubauen. Die Anforderungen für eine Punkt-zu-Mehrpunktverbindung sind sehr einfach, und diese können aus der Peripherie der Vermittlungseinrichtung von dem E-Port aus gesteuert werden, somit werden keine Mikroprozessoren in dem Vermittlungskern benötigt.
10.3.1. Aufbau des Pfades
Der Aufbau des Pfades wird erreicht, indem die Daten in der Zellkopf-Übersetzungseinheit installiert werden, um zu identifizieren:
a) Die Art der Verbindung, Punkt-zu-Punkt, Punkt-zu- Mehrpunkt oder Punkt-zu-wenigen-Punkten.
b) Für Punkt-zu-Punkt-Verkehr den Port, für den der Verkehr bestimmt ist.
c) Für Verkehr von Punkt zu wenigen Punkten Identifizierung der Ports, für die der Verkehr bestimmt ist.
d) Für ursprünglichen Punkt-zu-Mehrpunkt-Verkehr Identifizierung der Rundsende-Kanalnummer, diese wird verwendet, um auf die Rundsende-RAMs in den Steuereinrichtungen für die zentralen Port zuzugreifen.
e) Um einen Mehrfachsendekanal zu empfangen, müssen die Rundsende-RAMs in jeder der Steuereinrichtungen für die zentralen Ports aktualisiert werden. Dies kann erreicht werden, indem irgendeiner der Ports genutzt wird, und Aktualisierungen an jede der zentralen Vermittlungseinrichtungen gesendet werden.
10.3.2. Konfigurationssteuerung
Es werden einige Register erforderlich sein, um die Konfiguration der Vermittlungseinrichtung zu steuern. Die in den Ports können direkt von einem Steuermikroprozessor gesetzt werden, jene in der zentralen Vermittlungseinrichtung unter Verwendung desselben Pfades wie für die Aktualisierung des Rundsende-RAM.
a) Zustand der zentralen Vermittlungseinrichtungen. Jeder E- und S-Port sollte eine Maske aufweisen, so daß jede einzelne zentrale Stufe ausgeblendet werden kann. Wenn einer des Paares ausfällt, kann so für den Rest des Systems die Synchronität aufrechterhalten werden, alternativ kann die gesamte Ebene abgeschaltet werden.
b) Größe der Konfiguration. Die Taktgeneratoren des Rotators und die zentralen Vermittlungseinrichtungen müssen wissen, welche Vermittlungsgröße abzuwickeln ist, d. h. 18, 9, 6, 3 oder 2, es gibt mehrere kleine Änderungen für 2 und 3 Zeitschlitze, die unterschiedlichen Erweiterungsstufen entsprechen und statt des Rotators eher die zentrale Stufe betreffen. Man vergleiche Abschnitt 4 zur Beschreibung der Erweiterungsstufen. Dies könnte einmal in jeder Portsteuereinrichtung vorgesehen sein und in einer von ihnen verwendet werden.
c) 600-Mbit/s- und größere Ports. Die zentralen Stufen müssen wissen, daß große Ports vorhanden sind, so daß sie Zeitschlitze zusammenketten können. Dies erfordert, daß einige Informationen in die geeignete Portsteuereinrichtung geladen werden. Für sehr große Ports (größer als 2,4 Gbit/s) ist es notwendig, Portsteuereinrichtungen zu verketten. Die Konfiguration muß erkennen, ob Signale "Voll" zwischen den Zeitschlitzmananagern in jeder Portsteuereinrichtung erzeugt und/oder genutzt werden müssen.
10.3.3. Instandhaltung
Die Steuerung für die Instandhaltung wird in einem späteren Abschnitt detailliert besprochen.
10.3.4. Nachrichtenformate
Das Format des Steuerstroms zu und von der zentralen Stufe überträgt viele Informationen. Nachfolgend ist ein Beispiel davon gegeben, in welcher Art er strukturiert sein könnte.
Der Steuerstrom von Ports zu der zentralen Stufe wird in zwei Unterabschnitte unterteilt; der Anfrageabschnitt mit 48 Bit und ein Datenzulassungsabschnitt aus 16 Bit.
Es gibt viele verschiedene Arten, diese zu konstruieren. Die unten angegebenen Formate zeigen, wie Formate für Portgrößen von bis zu 8 kbit/s arbeiten würden.
10.3.4.1. Abschnitt für Anfragen von Ports an die zentrale Stufe
Der Anfragetyp (R-Typ für request type) gibt die Inhalte des Hauptsteuerfeldes an, die Typabhängigkeit ist weiter unten besprochen.
Die sieben Reserve-Bits werden verwendet, um die Nummer des Ursprungsports und einen Prüfcode zu kodieren, diese werden verwendet, um auf Rotator-Fehler zu überprüfen.
Andere Nachrichten könnten erforderlich sein, wenn eine detaillierte FMEA irgendein anderes Register, das es gebrauchen könnte, mit Fehlern identifiziert, und um irgendeine andere Funktion auszuführen. Wenn das Feld für den R-Typ nicht ausreicht, dann könnten einige Bit des typabhängigen Feldes verwendet werden, um detailliertere Informationen zu den Nachrichten anzugeben.
[1] Dieser wird für Instandhaltungsnachrichten verwendet, die weitergeleitet werden müssen, wenn der Port für den normalen Verkehr gesperrt wird.
[2] Zum Setzen und Löschen von Eingaben auf Rundsende- RAM, für individuelle Teilnehmer eines Rundsendekanals.
[3] Wird verwendet, wenn der Anbieter eines Rundsendekanals freigegeben wird.
[4] Um die Systemkonfiguration festzusetzen (wird bei größeren Erweiterungen verändert), d. h. die Anzahl von Zeitschlitzen in einem Zyklus. Diese muß folgende Konfigurationen angeben:
Konfig. Bedeutung
0 18 Zeitschlitze pro Zyklus
1 9 Zeitschlitze pro Zyklus
2 6 Zeitschlitze pro Zyklus
3 6 Zeitschlitze pro Zyklus, gekoppelt als 3 Paare
4 6 Zeitschlitze pro Zyklus, gekoppelt als 2 Dreiergruppen
5 3 Zeitschlitze pro Zyklus
6 3 Zeitschlitze pro Zyklus, gekoppelt in einer Dreiergruppe
7 2 Zeitschlitze pro Zyklus
8 2 Zeitschlitze pro Zyklus, gekoppelt als Paar
Die gekoppelten Konfigurationen werden bei geringen Größen verwendet, um Vielfältigkeit zu gewinnen. Wenn dreifach gekoppelt, reagieren Anfragen in Zeitschlitz 1 nur auf die 16 Ports in Zeitschlitz 1, usw.
[5] Zur Festlegung der Auslegung von Ports, die für Ports höherer Rate verwendet werden. Der Konfigurationstyp gibt die Verbindung, falls vorhanden, zwischen Zeitschlitzen in der Portsteuereinrichtung und zwischen Portsteuereinrichtungen an, Konfigurationstypen sind:
- Einzelner ATM-Port (1 Zeitschlitz verwendet, nicht verbunden).
- Erste 150 Mbit/s eines großen ATM-Ports (gesetzt "Voll").
- Mittlere 150 Mbit/s eines großen ATM-Ports (gesetzt und gelesen "voll").
- Letzte 150 Mbit/s eines großen ATM-Ports (gelesen "voll"). Jeder Port kann in 3 Zuständen auftreten:
a) Vollständig abgeschaltet - kein Verkehr von dem Port.
b) Nur Instandhaltung - nur Zellen mit der speziellen Instandhaltungsanfrage werden gestattet.
c) Voll zugeschaltet - gesamter Verkehr wird durchgelassen.
[6] Großversion des vorhergehenden Kommandos (wenn notwendig), der Port identifiziert den ersten von 5 Ports, die aktualisiert werden sollen.
10.3.4.2. Abschnitt für Datenzulassungsphase von Ports zur zentralen Stufe
Der Datenstatus beinhaltet Details über die Zelle, die übertragen wird. Das Sendefeld gibt an, ob die Zelle, die akzeptiert worden ist, tatsächlich in den Datenströmen gesendet worden ist. Dieses Feld wird benötigt, da der E-Port weitere Anfragen stellen muß, bevor er Antworten auf die erste Menge bekommen hat. Er hat die Wahl, sich entweder nach anderen Ports zu erkundigen (wenn welche vorhanden), nach denselben Ports (falls mehr als eine Zelle auf den Port wartet) oder irgendwo anzufragen (indem angegeben wird, daß die Daten nicht gesendet werden können, falls er nicht verfügbar ist). Das geeignete Verfahren ist von der Datenrate für den Port abhängig und von der Art der Verkehrszusammensetzung, die die Vermittlungseinrichtung übertragen muß. Und anhand von Modellen soll bestimmt werden, wie die erforderliche Leistungsfähigkeit erreicht werden kann.
Die Nummer des Bestimmungsports (oder Rundsendekanalkennung) ist lediglich eine Bestätigung dafür, daß die Daten wie erwartet vorliegen, wenn dies nicht der Fall ist, sollte die zentrale Stufe sie ignorieren (Daten nicht gesendet). Die Verzögerungspriorität kann bei der Behandlung der Warteschlange ausgehender Zellen in dem S-Port nützlich sein. Sie könnte alternativ über die Datenströme gesendet werden.
10.3.4.3. Von der zentral Stufe zu den Ports
Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu gestalten. Es sind 64 Bit vorhanden (die nicht in 48 und 16 aufgespaltet werden müssen, es aber können, wenn die Taktung leichter zu handhaben wird), die folgendes übertragen müssen:
a) Antworten auf ATM-Anfragen (2 Bit): Diese müssen etwa 32 Bit eher gesendet werden, als die Daten, die von dem E- Port zur zentralen Stufe gesendet werden. Die Beantwortung der STM-Anfragen erfordert 7 Bit, eines für jede Datenebene.
b) Art der ATM-Daten (keine, P : P, P : MP, P : FP): Muß gleichzeitig mit den Daten vom Zentrum zum Ausgangsport erfolgen.
c) Verzögerungszyklen (P : MP-Verkehr): Muß gleichzeitig mit den Daten vom Zentrum zum Ausgangsport erfolgen (nur ATM).
d) Jede rücklaufende Instandhaltungsinformation oder angeforderte Statistikdaten.
e) Alle Informationen zur Verzögerungspriorität, die über den Steuerstrom geleitet wird: Muß gleichzeitig mit den Daten vom Zentrum zum Ausgangsport erfolgen (nur ATM).
f) Für die Instandhaltung kann es nützlich sein, die Identität des Ursprungsports und die Adresse einzuschließen, die in den Datenvermittlungseinrichtungen verwendet wurden, um die Zelle zu speichern. Falls die gespeicherte Zelle gesendet wird, ist zu beachten, daß die beiden Ebenen mit großer Wahrscheinlichkeit nicht dieselbe Adresse verwenden.

11. Weiterentwicklung des Kerns

Die Realisierung des Kerns der Vermittlungseinrichtung kann sich mit verbesserter Technologie weiterentwickeln, ohne daß seine logische Struktur oder Arbeitsweise verändert wird.
Eine Anzahl möglicher Bereiche für eine Weiterentwicklung sind hier aufgelistet, es kann einer oder alle aufgegriffen werden, sie sind gering oder nicht voneinander abhängig.
Wenn die Daten mit 330 Mbit/s übertragen werden können, dann können die zwei Rotatorkarten für Jede Rotatorfunktion auf einer Karte zusammengelegt werden, und eine gesamte zentrale Vermittlungsstufe kann auf einer Karte montiert werden.
Wenn die Daten mit 660 Mbit/s übertragen werden können, kann ein weiterer Faktor zwei der Verkleinerung erreicht werden, indem 2 Rotatoren oder 2 zentrale Vermittlungseinrichtungen auf einer Karte montiert werden.
Mit steigender Speichergröße auf ASICs können Portsteuereinrichtungen für mehrere zentrale Vermittlungseinrichtungen auf einer Baueinheit vorgesehen werden. Es kann (in Abhängigkeit von den Anforderungen des Rundsende-RAM) möglich sein, letztendlich die Steuerebene in einer Anordnung unterzubringen, genauso wie für die Datenvermittlungseinrichtungen.
Die Verwendung von Lichtleitern für die Rotatorfunktion würde deren Arbeitsweise passivieren.
Weiterhin gestattet die Verwendung von Lichtleitern für die Verbindungen zwischen Ports zu den Rotatoren und von den Rotatoren zu den zentralen Vermittlungseinrichtungen die Verwendung von zweifach gerichteten optischen Rotatoren, die somit die E- und S-Rotatorkarten kombinieren, und die Anzahl der Lichtleiter halbieren. Dies würde ermöglichen, mehr zentrale Stufen auf einer Karte unterzubringen, da sie auch nur die Hälfte der Ein/Ausgänge nutzen.
Wenn orthogonale Rückwandleiterplatten verwendet werden können (d. h., daß die Rotatorkarten in rechten Winkeln zu den Karten der zentralen Vermittlungseinrichtung montiert sind), kann durch direkte Kopplung von Rotatoren und zentralen Vermittlungseinrichtungen eine beträchtliche Größenreduktion erreicht werden.
Die Nutzung der sich weiterentwickelnden Technologie ist in der untenstehenden Tabelle gezeigt, welche sich auf eine Ebene einer Vermittlungseinrichtung mit 288 Ports bezieht, es ist angenommen, daß die Anzahl der Ein/Ausgangs-Verbindungen pro Karte gleich bleibt, wenn sie sich verdoppelt, wird der Eingang für das doppelte des derzeitigen Technologieniveaus genutzt.

12. Details zu den peripheren Ports

Dieser Abschnitt betrachtet die Details der peripheren Ports, die mit der Vermittlungsarchitektur verbunden sind, auch Übersetzung und Verkehrskontrolle werden erwähnt, aber nicht tiefergehend betrachtet.
Dieser Abschnitt betrachtet die zwei erforderlichen prinzipiellen ASIC-Funktionen (eine für den Empfang (E) und eine zum Senden (S)), und zeigt dann einige der Probleme auf, was das Stellen der Anfragen in der E-Funktion betrifft.
12.1. Blockdiagramm eines peripheren Ports
Die Peripherie, wie in Fig. 19 gezeigt, unterstützt die Xb-Schnittstelle der in GB-2224417A beschriebenen Vermittlungseinrichtung und kann die bestehenden HTU (Zellkopf-Übersetzungseinheit) und Verkehrskontrolleinheit nutzen. Die RPCU (Rückpfad-Steuereinheit) ist an dieser Vermittlungsarchitektur angefügt und ist hier nicht zugewiesen, aber es gibt eine analoge Funktionseinheit in dem E-Port.
Der Bereich des E-Ports ist zur klaren Funktionstrennung als separater ASIC gezeigt, aber er könnte mit der HTU und/oder der S-Port-Anordnung kombiniert werden.
Allgemein betrachtet diese Beschreibung die funktionale Architektur. Die Stelle, an der der Port in 2 Ebenen aufgespaltet wird, kann variiert werden, es würde jedoch bei der Synchronität bleiben; der Unterschied würde in dem Anteil der Hardware liegen, die durch den Redundanzmechanismus des Kerns geschützt wird.
Die 7 Daten- und das eine Steuersignal (alle 41 Mbit/s) würden möglicherweise wie auf 2 Anschlüsse bei 165 Mbit/s gemultiplext.
12.2. ASICs
Die ASICs werden hier umrißhaft beschrieben, auf der Basis von funktionellen Blöcken. Sie könnten in einigen Fällen kombiniert werden (miteinander und mit anderen verschiedenen Logikelementen wie etwa Multiplexer). Beispielsweise könnten die E- und S-Ports zusammen mit Multiplexern und Demultiplexern kombiniert werden.
12.2.1. E-Port
Dieser ASIC, der in Fig. 20 gezeigt ist, fragt bei den zentralen Stufen immer wieder nach, ob Platz für einen gegebenen Ausgangsport vorhanden ist, und sendet die Daten geeigneterweise. Obwohl in dieser Anordnung eine kleine Warteschlange vorhanden ist, besteht wegen ihrer kleinen Größe und des sehr unwahrscheinlichen Falls, daß sie jemals überfließt, keine Notwendigkeit, Prioritäten zu betrachten. Es ist möglich, diesen mit der S-Anordnung und/oder mit der HTU zu kombinieren.
12.2.2. S-Port
Die grundlegende S-Port-Funktion ist recht einfach, da sie hauptsächlich eine Ausgangswarteschlange darstellt. Diese Einheit kann zwei Ebenen der Vermittlungseinrichtung aufweisen, die beschriebene Logik ist aber in beiden Fällen dieselbe. Sie leitet die Daten, die sie aus dem Steuerstrom benötigt, an den E-Port.
Die Anordnung führt, falls notwendig, das Eintakten von Punkt-zu-Mehrpunkt-Zellen aus, um jede Verzögerung, die durch die Nutzung der Vorwärtsübertragung in der zentralen Stufe verursacht worden ist, zu kompensieren. Sie taktet auch Zellen ein, die zu/von einem Port höherer Rate (wie etwa einem 600-Mbit/s-Port) kommen, um den Versatz der Zeitschlitze innerhalb der verwendeten verketteten Ports zu kompensieren.
Sie plaziert dann alle Zellen in der Ausgangswarteschlange. Sie organisiert die Warteschlange, was die Zellverlust- Priorität und möglicherweise die Zellverzögerungs-Priorität beinhaltet.
Die Größe der Ausgangs-Warteschlange ist durch die maximal akzeptable Verzögerung vorgegeben. Die Größe des Speichers für die Mehrpunkt-Eintaktung ist Objekt mathematischer Analysen, die Simulation legt jedoch nahe, daß niemals mehr als 20 Zellen benötigt werden. Für die Eintaktung mit hoher Rate werden viel weniger benötigt.
Wenn Zellen aus der Ausgangswarteschlange genommen werden, wird jede erforderliche Kopierung der Zellen und/oder Rückübersetzung ausgeführt. Dies ermöglicht die Auffächerung auf mehrere VPCs oder VCCs an demselben Port und Auffächerungen, bei denen unterschiedliche ausgehende VPI/VCI-Werte an jedem Port erforderlich sind.
Das Kopieren der Zellen und die Rückübersetzung des Zellkopfs wird von einer Tabelle gesteuert, die eine Liste der VPI/VCIs angibt, welche Kopien der Zelle erfordern. Während Kopien übertragen werden, wird die Zelle nicht aus der Ausgangswarteschlange herausgenommen. Der Zellkopf jeder Kopie wird rückübersetzt, wenn die Kopie erstellt ist.
Eine Rückübersetzung kann auch auftreten, wenn Zellenkopien nicht erstellt werden, da die Zelle aus der Warteschlange herausgenommen wird. Für beide Funktionen wird dieselbe Tabelle verwendet. Die Nutzung der Tabelle in dieser Art ist eine recht einfache Funktion und macht den ASIC nicht viel komplizierter.
Ein Schema der Anordnung ist in Fig. 21 gezeigt.
12.2.3. Zusammenfassung zu den ASICs
Den Anforderungen an die ASICs liegt zugrunde, daß die E- und S-Ports zwei Ebenen der Vermittlungseinrichtung koordinieren und daß kein Multiplexen auf höhere Raten beinhaltet ist.
[1] Diese können kombiniert werden, wodurch die Anforderungen um etwa 4 Pins reduziert werden. Die Pinanzahl dieser Funktionseinheiten beinhaltet nicht den Zugriff für den Steuermikroprozessor, um die Anordnung zu betreiben.
[2] Diese Größe, die die Haupt-Warteschlange der Zellen ist, bezieht sich auf die maximal akzeptable Verzögerung für das System und kann geändert werden müssen, wenn Anforderungen festgelegt werden.
[3] Diese Größe, welche die Verzögerung von Mehrpunkt- Verkehr darstellt, hängt von mathematischen Analysen ab, die hier angesetzte Zahl stellt möglicherweise eine Überschätzung dar, bei der Simulation waren niemals 20 notwendig.
12.3. Stellen von Anfragen
Es gibt viele Möglichkeiten, den E-Port zu organisieren, was das Stellen von Anfragen bezüglich der Zellen betrifft, die er in seiner Eingangswarteschlange hat. Durch logische Festlegung der zu stellenden Anfragen, sind substantielle Leistungsverbesserungen möglich. Die Ergebnisse in Abschnitt 9 wurden erreicht, indem einige logische Prinzipien für das Stellen von Anfragen genutzt wurden. Diese beinhalten:
a) Das Stellen von zwei abwechselnden Sätzen aus Anfragen, da zu jedem Zeitpunkt zwei Sätze aus Anfragen ausständig sind. Diese sollen als Satz A und Satz B bezeichnet werden. Es ist zu beachten, daß zwei Anfragesätze gestellt werden, bevor ein Datensatz gesendet wird, daher wird, wenn der erste akzeptiert wird, eine Verschwendung auf dem zweiten reduziert.
b) Falls zwei oder mehr Zellen gesendet werden sollen, das Stellen unterschiedlicher Anfragen oder zumindest in unterschiedlicher Reihenfolge an abwechselnde zentrale Stufen.
c) Es ist akzeptabel, in jedem Satz von Anfragen eine Anfrage an denselben Port zu stellen, wenn zwei oder mehr Zellen, die gesendet werden sollen, auf denselben Port warten.
d) Die Art der gestellten Anfragen wird durch die ersten Einträge in der Warteschlange bestimmt. Satz A hängt von der ersten Zelle in der Warteschlange ab, wenn es eine Rundsende-Zelle ist, wird sie gesendet, wenn es eine Punkt-zu-Punkt-Zelle ist, dann wird diese Zelle gesendet, und zwei an andere Adressen.
e) Wenn der erste Eintrag eine Mehrpunkt-Zelle ist, dann nutzt Satz B dieselben Prinzipien wie obenstehend, beginnt aber mit dem zweiten Eintrag.
f) Andererseits wird, wenn sich eine Mehrpunkt-Zelle an Position 2, 3 oder 4 befindet, diese als Satz B gesendet.
g) Ansonsten wähle man falls möglich drei zu den in Satz A unterschiedliche Anfragen.
h) Wenn die Eingangswarteschlange länger ist, als eine programmierte Größe und die Anfrage in diesem Satz eine Mehrpunkt-Zelle betrifft, ist zusätzlich zu den augenblicklich gestellten Anfragen das Bit für die Vorwärsflußsteuerung zu setzen, um die Nutzung des Platzes der zentralen Vermittlungseinrichtung mit eingeschränktem Zugriff zu gestatten.

13. Details zu peripheren Ports mit hoher Rate

Der grundlegende Entwurf ist bisher bezüglich der Verwendung des Vermittlungskern für 150-Mbit/s-ATM-Ports beschrieben worden. Für ATM-Schnittstellenports höherer Rate werden mehrere Verbindungen zu dem Kern unter Koordination der Steuereinrichtung des E-Ports der Schnittstelle verwendet. Im Prinzip kann dieser Entwurf Ports jeglicher Bandbreite bedienen.
Um bei höheren Raten zu arbeiten, würden die hauptsächlichen Änderungen an der Peripherie der Vermittlungseinrichtung vorgenommen, um Ports hoher Rate zu bekommen, welche mehrere Anschlüsse in den Vermittlungskern führen. Der Vermittlungskern muß für die Ports hoher Rate etwas anders konfiguriert werden, die Änderung der Konfiguration zu Ports hoher Rate beeinträchtigt nicht den Betrieb bestehenden Verkehrs niedriger Rate. Die Konfigurationsänderungen des Kerns sind sehr gering und können bei der Realisierung von 155-Mbit/s-Schnittstellen vorbereitet werden. Die Änderung in dem Kern ist für jede höhere Rate dieselbe, sie betrifft nur einen größeren Teil dessen.
Es gibt keine Einschränkungen für das Verbinden von Ports unterschiedlicher Raten.
13.1. Schnittstellenports hoher Rate
Ein Port hoher Rate muß mehrere Anschlüsse von einer einzelnen Zellenwarteschlange an das Zentrum der Vermittlungseinrichtung koordinieren. Dafür hat er mehrere ausständige Sätze aus Anfragen an unterschiedliche zentrale Stufen, und muß diese koordinieren.
Abgesehen vom schnelleren Arbeiten, um mehrere Anbindungen zu handhaben, muß er sicherstellen, daß er, wenn möglich, an unterschiedliche zentrale Stufen unterschiedliche Anfragen stellt, so daß er nicht zu viele ausstehende Anfragen für denselben Port hat, verglichen mit der Anzahl der Zellen für diesen Ausgangsport. Man beachte, daß dies für 150-Mbit/s- Ports genauso funktionieren würde, aber nicht notwendig ist.
Für 600-Mbit/s-Ports würde der Port vier separate Anbindungen an den Vermittlungskern koordinieren, welche in Phase genau einen Zeitschlitz auseinanderliegen, aber auf dem Zeitschlitzniveau ausgerichtet sind (wegen der Tatsache, daß sie einen gemeinsamen Rotator verwenden). Analog würde ein 2,4-Gbit/s-Port 16 Anbindungen abwickeln, die jeweils einen Zeitschlitz in Phase auseinanderliegen.
Ein 9,6-Gbit/s-Port würde jedoch vier Sätze von Anbindungen handhaben müssen, wobei jeder Satz 16 gleichmäßig beabstandete Zeitschlitze aufweist, aber die Sätze um 4 Bit zeitversetzt wären. Es ist möglicherweise angemessen, solchen Ports die volle Kapazität aller vier Rotatoren (72 Verbindungen) zuzuordnen, anstatt zu versuchen, die 8 ungenutzten Verbindungen den Rotatoren zuzuweisen, die sie streng genommen benötigen.
13.2. Ports mit Raten über 2,4 Gbit/s
Bei diesen wird mehr als ein Rotator betroffen sein, die Verzögerung durch diese ist nicht ganz dieselbe, aber die Schwankungen (ein paar Bit) sind geringer als die Schwankungüber andere Routen (ganze Zeitschlitze), so daß die Zellen weiterhin ihre Abfolge beibehalten.

14. ATM- und Kern-Instandhaltung

Die synchrone prädiktive Arbeitsweise der Vermittlungseinrichtung erleichtert den Betrieb auf mehreren Ebenen, was gestattet, denselben Entwurf in redundanten Systemen mit 2 oder 3 Ebenen zu verwenden.
Der größte Teil der folgenden Beschreibung geht davon aus, daß sie in einer Umgebung mit 2 Ebenen arbeitet.
Die Aufrechterhaltung des Vermittlungsziels beinhaltet Fehler in der Übersetzungseinheit für den Zellkopf, der Verkehrskontrolleinheit und zugehörigen Bereichen.
14.1. Die Vermittlungseinrichtung
Die synchrone Arbeitsweise gestattet es, 2 oder 3 Ebenen zwischen dem Eingangsport und dem Ausgangsport zu verwenden. Wenn der Fehler bei einer der zentralen Vermittlungseinrichtungen liegt, besteht die einfache Möglichkeit, diese zentrale Vermittlungseinrichtung in allen Ebenen auszublenden und die synchronisierte Arbeitsweise auf mehreren Ebenen beizubehalten. Es ist auch möglich, eine gesamte Ebene auszublenden.
Wenn die Synchronisation zwischen den Ebenen wegen dieser Fehler verloren geht, dann wird sich die Vermittlungseinrichtung nach einer kurzen Periode selbst wieder ausrichten. Dies geschieht, sobald der fehlerhafte Bereich aus dem Dienst herausgenommen oder repariert worden ist.
Die drei Ersatzoktette in jeder übertragenen Zelle können verwendet werden, um einen Prüfcode und eine Sequenznummer, falls erforderlich, bereitzuhalten (man beachte, daß die Verwendung einer Sequenznummer wie bei der RPCU es unmöglich machen, fächerartig einlaufende Anrufe anzunehmen).
14.2. Portredundanz
Die Synchronität der Vermittlungseinrichtung und bekannte Verzögerungscharakteristiken machen die Redundanz sowohl für das 1 : 1 als auch 1 : n-Vermittlungsziel (ET für Exchange Termination) möglich.
Für den redundanten 1 : 1-Betrieb kann ein Paar aus Ports für alle Nachrichten zusammengekoppelt werden, oder ein Paar aus Ports (irgendwo in der Vermittlungseinrichtung) kann die Punkt-zu-wenigen-Punkten-Fähigkeit der Vermittlungseinrichtung nutzen, um als ein Paar logisch analoger Ports zu arbeiten.
Für den redundanten 1 : n-Betrieb kann die Vermittlungseinrichtung nicht die Ersatzpläne speichern und muß die Konfiguration momentan ändern. Da die Vermittlungseinrichtung jedoch keine interne Verkehrslenkung aufweisen muß, kann die Änderung an alle ETs rundgesendet werden, welche dann einfach die betroffenen Portnummern in der HTU übersetzen können.
Es muß einen Mechanismus geben, um Verkehr von fehlerhaften Ports zu blockieren. Dies kann einfacherweise in den zentralen Steuereinrichtungen erfolgen, indem einzelne Ports zugeschaltet oder abgeschaltet werden. Wenn sie abgeschaltet werden, können sie in einen halbaktiven Status gesetzt werden, der weiterhin einige Instandhaltungs- und diagnostische Informationen durchläßt, aber keinen normalen Verkehr.
14.3. Details zur Instandhaltung der Vermittlungseinrichtung
In Bezug auf die Vermittlungseinrichtung müssen viele Details berücksichtigt werden, um zu zeigen, wie diese instandgehalten werden kann.
14.3.1. Fehlerdetektion
Bei Vorhandensein von zwei (oder mehr) synchronen Ebenen, ist es einfach, Abweichungen zwischen den zwei Ebenen in der S-Portanordnung zu detektieren. Man beachte die nächste Überschrift zur Auswahl korrekter Daten.
Die zusätzliche Datenkapazität von 3 Oktetten in der Zelle könnte genutzt werden, um eine Prüfung pro Datenebene als auch eine Prüfung der gesamten Nachricht zu übertragen. Dies kann genutzt werden, um Fehler zu lokalisieren. Die Struktur dieses Prüfplatzes kann optimiert werden, um übliche Fehler abzufangen.
Die Steuerebene wird einen CRC (zyklische Redundanzprüfung) betreffs der Anfragen und der Portnummern beinhalten, welche (falls falsch) bewirken werden, daß die zentrale Stufe die Anfragen ignoriert. Weiterhin ist ein Feld vorhanden, das die augenblickliche Portnummer angibt, die fortlaufend überprüft wird (im Falle von Rotator-Fehlern) und eine Wiederholung des Bestimmungsports, um diese Informationen doppelt zu überprüfen. Weitere Überprüfungen werden erwogen.
14.3.2. Auswahl der Datenebene
Das Verfahren zur Bestimmung der korrekten Ebene für die Daten soll betrachtet werden, wobei die Synchronität dies erleichtern sollte. Die Zelle weist Platz für Prüfcodes und/oder eine Sequenznummer auf. Sequenznummern sollten (wenn möglich) vermieden werden, da sie die Nutzung einer in Fächerform einlaufenden Verbindung auf die Vermittlungseinrichtung verbieten.
Wenn aufgrund der 3 Oktette aus Prüfinformationen ein Fehler in einer Datenebene gefunden wird, dann können korrekte Daten von der anderen Ebene ausgewählt werden.
Fehler in der Steuerebene stellen ein komplexeres zu lösendes Problem dar.
Fehler bei der Steuerung können in dem Steuerstrom Portkennungsprüfungen beinhalten (um nach Rotator-Fehlern zu suchen) und einen CRC, der die Anfragen und Befehle abdeckt.
14.3.3. Fehlerlokalisierung
Wenn die S-Ports den Zeitpunkt aufzeichnen, zu dem die Abweichung bezüglich des Taktzyklus aufgetreten ist, dann weist dies auf eine zentrale Stufe (oder den Rotator) hin.
Die Anwendung von Prüfungen pro Datenebene und Überprüfungen der gesamten Nachricht kann dazu genutzt werden, Fehler in den Datenebenen zu erkennen und zu lokalisieren. Durch Kenntnis des Zeitpunkts (in dem Zyklus, in dem der Fehler auftritt) und der Ebene weist dies entweder auf einen Rotator oder eine zentrale Datenebene hin.
Durch Kombination der Daten von jeder zentralen Vermittlungseinrichtung über den Rotator zu dem Port, der den Fehler erkannt hat und zu anderen an demselben Rotator, kann der Fehler auf dem entsprechenden Rotator, der Datenvermittlungseinrichtung oder den Kommunikationspfaden lokalisiert werden.
14.3.4. Fehler-Rekonfiguration
Das System hat die Wahl, die gute Vermittlungsebene für den gesamten Verkehr anzuschließen oder die zentrale Vermittlungseinrichtung, welche einen Fehler auf beiden Ebenen aufweist, auszublenden, oder die zentrale Vermittlungseinrichtung, die einen Fehler in einer Ebene aufweist, auszublenden.
Das Einfachste wäre das Anschließen und für einige Fehlertypen ist dies die einzige Möglichkeit. Die Maskierung der zentralen Vermittlungseinrichtung auf beiden Ebenen bedeutet, daß der ganze Dienst einschließlich der Fehlererkennung fortgeführt wird, aber mit geringfügig reduzierter Kapazität. Das Ausblenden der fehlerhaften zentralen Vermittlungseinrichtung in einer Ebene wird bedeuten, daß die Kapazität der Fehlererkennung in der verbleibenden Ebene begrenzt sein wird.
14.4. Wiederherstellung der Synchronität
Bei einer Turbine mit 2 oder 3 Ebenen ist es einfach, eine unbelegte oder "leere" Ebene in vollständige Synchronität mit einer arbeitenden Ebenen zu bringen. Dies muß getan werden, wenn die zweite Ebene nach der Korrektur eines Fehlers wieder in Dienst gebracht wird, oder wenn eine Ebene auf eine neue höhere Erweiterungsstufe "erweitert" worden ist.
Wenn dieselben Zellen simultan an beide Ebenen gesendet werden, wird die Vermittlungseinrichtung sich schließlich auf beiden Ebenen in denselben Status setzen. Dies ist durch Simulation bewiesen worden. Die dafür nötige Zeit kann jedoch deutlich reduziert werden, indem das folgende Verfahren angewendet wird.
Erstens wird ein Befehl START RESYNC von einem der ETs an alle zentralen Stufen gesendet. Dieser weist sie an, die zweite und dritte Anfrage in einer Anforderung zu ignorieren, so daß sie nur die erste angebotene Adresse bejahen oder ablehnen werden. Diese Einschränkung dauert während eines kompletten Zyklus in jeder zentralen Stufe an und stellt sicher, daß der gesamte Punkt-zu-Punkt-Verkehr in beiden Ebenen abgeglichen ist. Die zentrale Stufe wird die Botschaft START RESYNC während der Zyklus weiterläuft, auch an die anderen ETs weitergeben.
Während die "leere" Ebene wieder hergestellt wird, werden Anfragen an beide Ebenen gesendet. Die von der arbeitenden Ebene empfangenen Antworten werden dann sowohl für die arbeitende als auch für die unbelegte Ebene verwendet. Es ist zu beachten, daß, da die unbelegte Ebene mit leeren Zellenspeichern beginnt, wenn erforderlich, dort immer Zellenplatz vorhanden sein wird.
Zum Ende eines Zyklus werden sich beide Ebenen in vollständiger Synchronität befinden, vorausgesetzt, daß auf der Vermittlungseinrichtung kein Mehrpunkt-Verkehr vorhanden ist.
Mehrpunkt-Verkehr bringt das Ergebnis durcheinander, da sich Zellen in dem Vorwärtsübertragungsbereich der arbeitenden Ebene befinden könnten, so daß neue Zellen nicht dieselbe Behandlung auf beiden Ebenen erfahren könnten. Beispielsweise könnte eine Zelle auf der arbeitenden Ebene im zweiten Rang plaziert werden, auf der unbelegten Ebene aber im Hauptrang.
Leider ist diese Bedingung nicht stabil, da, sobald der Hauptrang für einen Port leer wird, die beiden Ebenen für diesen Port auf dieser zentralen Stufe synchronisiert sein werden. Daher wird ein Großteil dieser Speicher bei jedem Zyklus synchronisiert werden.
Diesem Effekt kann eine obere Grenze gesetzt werden, indem eine Zeitbegrenzung von sagen wir 20 Zyklen festgelegt wird. Alle zentralen Stufen, deren Ports bis zu diesem Zeitpunkt nicht wieder synchronisiert sind, werden dann aufgefordert, jede für solch einen Port bestimmte Mehrpunkt-Zelle zurückzuweisen. Nach drei darauffolgenden Zyklen wird die Vermittlungseinrichtung vollständig synchronisiert sein. Damit kann die maximale Zeit zur Resynchronisation einer neuen Ebene etwa 25 Zyklen betragen, was weniger als 1 Millisekunde ist.
Wenn eine zentrale Stufe für alle Ausgangsports resynchronisiert ist, leitet sie eine Nachricht IN SYNC an das ET, von welchem der Vorgang ausging. Sobald alle zentralen Stufen dies getan haben, sendet das steuernde ET eine Botschaft SYNC COMPLETE an die erste verfügbare zentrale Stufe, welche sie an alle angeschlossenen ETs rundsendet. Diese können nun die Vergleichsprüfung ihrer Ebenen starten.
Dieses Verfahren arbeitet genauso gut für dreifache Ebenen oder für noch mehr Ebenen, falls erforderlich.
Der durch die zeitweilige Einschränkung auf die Nutzung der Anfragen 2 und 3 reduzierte Durchsatz hält für so eine kurze Zeit an, daß unter diesen Bedingungen fast keine Möglichkeit besteht, Eingangswarteschlangen zu überladen.

15. Schlußfolgerungen

Die vorliegende Anmeldung beschreibt detailliert die Konzepte und umreißt eine mögliche Realisierung einer verbesserten ATM-Vermittlungseinrichtung. Diese Vermittlungseinrichtung weist die folgenden Schlüsselvorteile auf:
a) Diese Vermittlungseinrichtung verhält sich betreffend Blockierungen, Zellenverlust und Verzögerungsschwankungen wie eine einstufige Struktur.
b) Die Vermittlungseinrichtung kann Mehrpunktsendung (Auffächerung oder Rundsendung) und fächerartig eingehenden Empfang abwickeln.
c) Die Vermittlungseinrichtung läßt sich von sehr kleinen auf sehr große Größen erweitern, ohne die Notwendigkeit einer neuen Verkabelung.
d) Ein Entwurf unterstützt die Bereitstellung externer Schnittstellen mit hoher Rate, 600 Mbit/s, 2,4 Gbit/s, 9,6 Gbit/s usw., ohne eine Änderung am Kern.
e) Mit sich verbessernder Technologie kann der Vermittlungskern ohne Änderungen im logischen Betrieb zunehmend kompakter und kostengünstiger gestaltet werden.
f) Die Vermittlungseinrichtung führt die Verkehrslenkung vollständig selbsttätig aus und weist damit keine Organisationsdaten für den Verbindungsaufbau zur Suche eines Pfades auf.
g) Die Synchronität und die selbständige Verkehrslenkung der Vermittlungseinrichtung ermöglichen und erleichtern einen 1 : 1- und 1 : N-Betrieb mit sehr geringer Umschaltzeit.
h) Die Synchronität der Vermittlungseinrichtung erleichtert die Fehlererkennung und Lokalisierung für die Vermittlungseinrichtung gegenüber einem asynchronen Entwurf.
i) Es können dynamische Bandbreitenänderungen vorgenommen werden, um Verbindungen ohne Unterbrechung von Diensten aufzubauen und ohne andere Verbindungen zu beeinträchtigen.
j) Wenn die Verkehrslast, die für einen Ausgangsport bestimmt ist, diesen überlastet, hat dies virtuell keinen Einfluß auf den Betrieb der Vermittlungseinrichtung für Verkehr, der für andere Ausgangsports bestimmt ist.
k) Der Entwurf ist in seiner Realisierung effizient, aufgrund der Tatsache, daß die intern behandelte Bandbreite nur das doppelte der vermittelten Bandbreite beträgt.

Claims

1. Eine ATM-Fernmeldevermittlungseinrichtung, die mehrere parallele Datenvermittlungsebenen aufweist, wobei die Vermittlungseinrichtung die gleiche Anzahl von Eingangsports und Ausgangsports aufweist, und eine zentrale Vermittlungseinheit zur Vermittlung jedes Eingangsports auf einen der Ausgangsports, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlungseinrichtung durch eine Steuerebene gesteuert wird, die parallel zu den Datenvermittlungsebenen liegt, und daß die Vermittlungseinrichtung Einrichtungen aufweist, durch welche Daten von einem einzelnen Zeitschlitz an der zentralen Vermittlungseinheit in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Betrieb mit mehreren Ausgangsports verbunden werden.

2. Eine ATM-Fernmeldevermittlungseinrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Mehrpunktspeicher zum Speichern von Informationen aufweist, welche die Adressen betreffen.

3. Eine ATM-Fernmeldevermittlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zentrale Vermittlungseinheit einen Vorwärtsübertragungsspeicher beinhaltet, um eine zusätzliche Speicherung für Mehrpunktzellen bereitzustellen.

4. Eine ATM-Fernmeldevermittlungseinrichtung nach Anspruch 3, die Eintakteinrichtungen aufweist, um Mehrpunktsendezellen, die wegen Verzögerungen in der zentralen Vermittlungseinheit aus der Reihenfolge gekommen sind, wieder einzutakten.

5. Eine ATM-Fernmeldevermittlungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der oberste Rang des Vorwärtsübertragungsspeichers auf die Nutzung für Rundsendeinformationen beschränkt ist.

6. Eine ATM-Fernmeldevermittlungseinrichtung nach Anspruch 5, die Steuereinrichtungen aufweist, durch welche eine Mehrpunktzelle als eine Rundsendezelle behandelt werden kann.

7. Eine ATM-Fernmeldevermittlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Steuereinrichtung eine Verbindung von Punkt zu wenigen Punkten als Mehrpunktzellen behandelt.