DE69324437T2

DE69324437T2 - Netz zur Übertragung von isochronen Quellendaten mit einer Rahmenstruktur

Info

Publication number: DE69324437T2
Application number: DE69324437T
Authority: DE
Inventors: Brian C. Edem; Debra J. Worsley
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2013-10-28
Also published as: US5544324A; DE69324437D1; EP0596652A1; JPH06216908A; KR940012969A; EP0596652B1; KR100320391B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenkommunikationsnetzwerk, wie ein lokales Gebietsnetzwerk oder ein weites Gebietsnetzwerk, und insbesondere ein Netzwerk zur Übertragung isochroner Daten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Allgemein gesagt, sind isochrone Daten solche Daten, die nicht in Paketform sind und eine unbestimmte, möglicherweise kontinuierliche Dauer haben. Die wachsende Verfügbarkeit von Multimedien-Computern und Workstations haben zu einem Anstieg bei der Übertragung von Daten von bzw. an isochrone Datenquellen und -senken geführt. Eine isochrone Datenquelle ist eine Vorrichtung, die Daten in einem kontinuierlichen Strom ausgibt, für gewöhnlich mit einer im wesentlichen konstanten mittleren Datenrate. Beispiele umfassen Videokameras, die einen im wesentlichen kontinuierlichen Datenstrom ausgeben, der Bilder und zugehörige Töne repräsentiert, und Telefonausgaben, die eine im wesentlichen kontinuierliche Ausgabe von Sprachdaten sein können (entweder analog oder digital). Ein Beispiel einer isochronen Datensenke ist ein Videomonitor, der einen im wesentlichen kontinuierlichen Strom von Videodaten für die Anzeige empfängt.
Im Zusammenhang mit den isochronen Datenquellen und -senken steht das Konzept der Datenübertragung, das ebenfalls sowohl isochron als auch nicht-isochron sein kann. Ein Typ von nicht-isochroner Datenübertragung ist ein Paketübertragungstyp. Wie es in Fig. 1A gezeigt ist, können Daten in einer Mehrzahl von Paketen 12a, 12b übertragen werden, die entweder eine konstante Größe oder veränderbare Größe haben. Solche Pakete enthalten ein Datenfeld 14a, 14b, dem Nicht-Dateninformation vorangeht oder folgt, wie etwa Präambelinformation 16a, 16b, Housekeeping-Information, wie etwa die Datensource-Information, Datenbestimmungs-Information usw., 18a, 18b und eine Rahmenendmarkierung 20a. Da die für die Daten 14a, 14b vorgesehenen Felder im wesentlichen nicht-kontinuierlich sind, wie es in Fig. 1A zu sehen ist, ist das Paketschema aus Fig. 1A nicht-isochron, sondern in seiner Art "versprengt" (bursty). Ein Beispiel gepackter Datenübertragung ist das üblicherweise benutzte Ethernet-System, wobei eine als 10BASE-T bekannte Verwirklichung in "Draft Nine Supplement to IEEE Standard 802.3" vom 15. November 1989 beschrieben ist.
Ein weiterer Typ nicht-isochroner Datenübertragung ist ein Tokenring-System. In einem Tokenring-System kann ein Knoten Daten nur nach dem Empfang eines elektronischen Belegungsbit (Token) übertragen. Wie es in Fig. 1B gezeigt ist, kann eine erste Station ein Belegungsbit 22a übertragen, das von einer zweiten Station 24a empfangen wird, woraufhin die zweite Station mit der Übertragung von Daten 26a beginnen kann. Nach einem Datenübertragungsabschnitt überträgt die zweite Station das Belegungsbit 22b, welches von einer dritten Station 24b empfangen wird, die dann mit der eigenen Datenübertragung 26b beginnen kann. Da die Datenübertragung mit dem Auftreten eines Ereignisses (der Ankunft des Belegungsbits) synchronisiert ist, wie es aus Fig. 1B zu sehen ist, ist das Tokenring-System kein isochrones Datenübertragungssystem. Ein für gewöhnlich verwendetes Tokenring- Netzwerk ist in IEEE Standard 802.5 beschrieben.
Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 1C schematisch eine isochrone Datenübertragung. Bei der isochronen Datenübertragung wird die Datenübertragung oder Verbindung initialisiert, wie etwa der Beginn eines Telefongesprächs oder der Beginn einer Videokameraübertragung 30. Nach dem Initiieren der Verbindung wird die Übertragung der Daten, möglicherweise begleitet von der Übertragung von Housekeeping-Information (wie etwa der Bestimmungs-, Audio- oder Video-Zeitsteuerung und ähnlichem), im wesentlichen kontinuierlich über eine unbestimmte Zeitspanne geliefert, wie etwa bis zum Ende der Verbindung 32. Obwohl es sein kann, daß nicht alle übertragenen Bits ein Datenbit darstellen (da "Housekeeping-Bits" ebenfalls übertragen werden können), ist die Datenübertragung im wesentlichen kontinuierlich in dem Sinne, daß es keine wesentliche Zeitspannen gibt, während derer keine Datenbits übertragen werden. Es ist möglich, daß die übertragenen Datenbits gleich "Null"-Daten sind, wie etwa bei Stille während einer Telefonkonversation oder bei der Übertragung eines leeren Videobildes. Eine Art isochroner Datenübertragung ist "Fiber Distributed Data Interface-II (FDDI-II)", wie es beispielsweise in "FDDI-II Hybrid Multiplexer", überarbeitete Fassung 2.4 vom 25. März 1991 beschrieben ist.
Vorangehende Versuche zur Aufnahme isochroner Daten in einem Netzwerk führten zu Charakteristika, die zumindest für einige Anwendungen nachteilig waren. Einige vorangehende Vorrichtungen und Verfahren haben Daten unter Verwendung einer Rahmenstruktur übertragen. Jedoch haben die vorangehenden Vorrichtungen die Daten nicht in geeigneter Weise in kontinuierlichen Zeitrahmen übertragen, wenn sie den Datenratenanforderung einer Vielzahl von Datenquellen und -senken, einschließlich sowohl isochroner als auch nicht isochroner Datenquellen und -senken, nachkamen. Vorhergehende Vorrichtungen haben keine hinreichende Unabhängigkeit von den verschiedenen Quellen und Senken vorgesehen. Vorangehende Vorrichtungen haben keine geeignete sichere und umschaltbare Bandbreite für isochrone Daten vorgesehen, und insbesondere haben sie es nicht ermöglicht, daß ein Benutzer eine gewünschte Bandbreite zur Übertragung isochroner Daten auswählen kann. Vorangehende Vorrichtungen haben keine geeignete Zusammenarbeit des Netzwerks mit extern getakteten Systemen geschaffen, und insbesondere haben sie nicht in geeigneter Weise die Übereinstimmung zwischen zwei oder mehr verschiedenen externen Takten geschaffen, um die Datenrate einer nicht ausgewählten oder schräg laufenden externen Taktreferenz aufzunehmen.
Dementsprechend wäre es vorteilhaft, ein isochrones Datenkommunikationssystem zu schaffen, bei dem die Daten in einer Rahmenstruktur übertragen werden, während verschiedene Datenratenanforderungen verschiedener Datenquellen und -senken bewältigt werden können. Es wäre auch vorteilhaft, ein System zu schaffen, bei dem die Bandbreite für gegebenen isochrone Quellen oder Senken mit einer vorgegebenen Körnung ausgewählt werden kann. Es wäre auch vorteilhaft, ein Netzwerk zu schaffen, das seine Zeitsteuerung mit einer externen Taktreferenz aufnehmen kann, die die Ausgabe des Netzwerks verschiedener Systeme koordinieren kann, welche mit zwei verschiedenen Takten oder mit schräg laufenden Takten arbeiten.
Der Stand der Technik wird durch "Transactions of the Second IEEE National Conference on Telecommunications", April 1989 (York/GB), Seiten 173-178, dargestellt, wo ein Multiservice-Local-Area-Netzwerk mit integrierter Sprach- und Datenschnittstelle beschrieben ist. Einen ähnlichen Gegenstand offenbart IEICE Transactions, Band E 74, Nr. 9, September 1991 (Tokyo/JP), Seiten 2696-2702. Die Erfindung wird durch die Ansprüche festgelegt, die in bezug auf das erste obengenannte Dokument abgegrenzt sind.
Die Erfindung schafft die Datenkommunikation mit und von isochronen Datenquellen und -senken, vorzugsweise in einer solchen Art, daß eine vorgegebene Bandbreite für eine isochrone Quelle/Senke zur Verfügung steht. Von der gesamten Bandbreite, welche für die Kommunikation über die Netzwerkverbindungen oder physikalischen Medien verwendet wird, ist zumindest ein Teil der Gesamtbandbreite dem isochronen Verkehr gewidmet. Vorzugsweise kann die für den isochronen Verkehr zugängliche Bandbreite mit vorgegebener Körnung gewählt oder festgelegt werden, nämlich so, daß die gewünschte Qualität des Übertragungsdienstes für eine gegebene isochrone Quelle oder Senke ausgewählt und die ausgewählte Bandbreite während der isochronen Kommunikation aufrechterhalten werden kann. Vorzugsweise ist ein Abschnitt der Bandbreite der Verbindung auch zum Leiten von Daten an und von nicht isochronen Quellen und Senken sowie von Housekeeping- Information (wie etwa Information bezüglich der Datenquellen und -bestimmungen) vorgesehen.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße System so vorgesehen sein, daß es durchsichtig (transparent) bezüglich bereits erhältlichen Mediumszugriffssteuerungen (MACs; Medien Access Controllers) und Anwendungen ist.
Bei einer Ausführungsform werden Daten von einer isochronen Datenquelle zeitteilungsmultiplext mit der Datenausgabe von zumindest einer zweiten Quelle, wobei eine vorgegebene Rahmenstruktur verwendet wird. Die zweite Datenquelle kann Daten einer nichtisochronen Quelle, Wartungskanaldaten (M channel data) und Verbindungssteuerungskanaldaten (D channel data), wie etwa die Bestimmung, die Quellenbandbreite und/oder Statusinformation enthalten. Vorzugsweise sind alle vier Datenarten in der Rahmenstruktur aufgenommen. Die Rahmenstruktur oder -schablone ist so ausgebildet, daß sie die Datenratenanforderungen der verschiedenen Datenquellen und -senken erfüllt. Die verschiedenen Typen von Daten werden in einer im wesentlichen unabhängigen Art übertragen, und insbesondere wird das Auftreten beispielsweise von Datenkollision (von Ethernet-Daten) oder der Belegungsbitverlust (in Tokenring-Protokolldaten) nicht die Übertragung der isochronen Daten berühren, die unabhängig von dem Auftreten der Datenunterbrechungen (nämlich der Kollision oder dem Belegungsbitverlust) bei den anderen Datentypen mit unveränderter Datenrate weiter übertragen werden können.
Da jeder Rahmen eine vorgegebene Zahl von Zeitfenstern für jeden Datentyp hat und sich die Zeitrahmen in vorgegebenen Intervallen wiederholen, ist die effektive Datenrate für jede Art mitgeführten Datentyps begrenzt. Entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform hat der Rahmen ein oder mehrere Zeitfenster, die zur Einstellung der Datenrate auf die jeweiligen Datenratenanforderungen der verschiedenen Datenquellen und -senken verwendet werden können. Beispielsweise können ein oder mehrere Zeitfenster als Rateneinstellungsfenster bestimmt sein. Die Rateneinstellungsfenster können verwendet werden, um einen vorgegebenen Typ von Daten während einiger Zeitrahmen zu übertragen, aber so, daß sie den vorgegebenen Datentyp während anderer Zeitfenster nicht übertragen. Beispielsweise kann durch Ändern des Dateneinstellungszeitfensters zwischen "data" und "no data" eine Datenrateneinstellung, die gleich der Hälfte der von einem einzelnen Zeitfenster dargestellten Bandbreite ist, erzielt werden.
Vorzugsweise ist das System als ein Netzwerk mit Sterntopologie ausgestaltet, wobei Datenquellen an eine zentrale Nabe übertragen, die ihrerseits die Daten an die Datensenken überträgt. Ein einzelner Knoten kann sowohl als Quelle als auch als Senke dienen. Verschiedene solcher Stern-Topologie-Systeme können verbunden sein, indem beispielsweise in einer Ringstruktur (Fig. 2) oder durch Vorsehen einer Baumstruktur die Zwischenverbindung der Naben hergestellt wird. Die an der Nabe ankommenden multiplexten Daten werden demultiplext, um die Daten isochroner Quellen, die Daten nicht-isochroner Quellen und die D-Kanal- und Wartungsinformation zu trennen. Die Daten nicht-isochroner Quellen können dem Nabenschaltkreis - insbesondere für die Behandlung des nicht isochronen Datenstroms - zugeführt werden,. Die getrennten isochronen Daten werden zu einem Schaltkreis geliefert, der zur Handhabung der isochronen Daten und zur Übertragung an die Bestimmungsknoten des Netzwerks oder der damit verbundenen Naben bestimmt sind. Vorzugsweise hat die Nabe die hinreichende Intelligenz, um die isochronen Kommunikationsgespräche oder Anrufe einzustellen und aufrechtzuerhalten, die auf dem D-Kanal angefordert werden können.
Die Nabe enthält Multiplexer, um sowohl Daten isochroner Quellen als auch weitere Daten, nämlich Daten nicht-isochroner Quellen, zu kombinieren. Diese Datenquellen - zusammen mit den M-Kanal- und D-Kanal-Daten - werden in einer Art ähnlich dem Multiplexen multiplext, das an den Knoten auftritt, und die multiplexten Daten werden vorzugsweise über einen getrennten Satz von - verdrilltes Einweg-Paar -Medium zurück an die Knoten übertragen. Die Knoten enthalten Demultiplexer, ähnlich jenen, die in der Nabe gefunden werden,.
Die Rahmenstruktur für die Übertragung über die Medien schaffen eine Datenrate, die, während sie über einen Langzeitrahmen im wesentlichen konstant ist, in einem kurzen Zeitabschnitt variabel ist (etwa weniger als eine Schablone), und wobei ein Puffer verwendet werden kann, um die variable Datenrate zu glätten, um Kompatibilität mit den Datenraten der verschiedenen Quellen und Senken zu schaffen.
In einer Ausführungsform kann die Zeitsteuerung der Rahmenübertragung mit einem Bezugstaktsignal koordiniert werden, das dem Netzwerk von außen zugeführt wird (nämlich einem Bezugstakt eines anderen Netzwerks oder Systems). Beispielsweise kann der externe Takt der Bezugstakt eines öffentlichen Telefonsystems oder eines weiten Bereichsnetzwerks (WAN; Wide Area Networks) sein. Der externe Bezugstakt kann dem Netzwerk an der Nabe oder an jedem Knoten zugeführt werden. Das Taktsignal wird dann über den Rest des Netzwerks verbreitet. Wenn mehr als ein externer Takt erhältlich ist (nämlich, wenn ein lokales Gebietsnetzwerk entsprechend der Verbindung mit zwei oder mehr weiten Gebietsnetzwer ken verbunden ist), wird einer der externen Bezugstakte als Bezugstakt ausgewählt (nämlich mit einem Contention-System, wie einem FDDI, mittels einem Stationsmanagement (SMT)). Erfindungsgemäß ist es möglich, daß ein gegebener Knoten mit einer Rahmenrate überträgt, die sich leicht von einem verbreiteten Bezugstakt unterscheidet. In diesem Fall kann die Rahmenlänge je nach Bedarf für die Einstellung verlängert oder gekürzt werden. In Fällen, in denen zwei oder mehr getrennt getaktete Systeme mit dem Netzwerk verbunden sind (nämlich zwei oder mehr WANs), kann ein Puffer vorgesehen sein, um eine oder mehrere der Ausgaben neu in der Zeit zu steuern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A, 1B und 1C zeigen die Zeitsteuerung eines Paketübertragungssystems, eines Tokenring-Übertragungssystems bzw. eines isochronen Übertragungssystems.
Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform drei mit einer Nabenkarte verbundene Knoten zeigt;
Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Anzahl von miteinander verbundenen Naben in einer Ringstruktur zeigt;
Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Beziehung der Zeitsteuerungssignale von zwei weiten Gebietsnetzwerken bei einem erfindungsgemäßen Netzwerk zeigt;
Fig. 5 ist ein Teilblockdiagramm, das die Beziehung eines Knoten-FIFO und eines Naben-FIFO zu den Datenquellen, -senken und -wiederholern entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das die Paketempfangsschnittstelle entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 7 ist ein schematische Blockdiagramm des Knotenschaltkreises zum Multiplexen und Vorbereiten der Daten zur Übertragung über die Medien und zum Empfang von Information aus den Medien und zum Demultiplexen der Daten; und
Fig. 8 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm, das die relative Zeitsteuerung der Übertragungen und der Empfänge der Nabe und den Knoten zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann ein Datenkommunikationssystem für isochrone Daten in Stern-Topologie mit einer Mehrzahl Knoten 42a, 42b, 42c (Fig. 2) gebildet sein, die jeweils über Datenverbindungen, die physikalische Datenübertra gungsmedien, wie verdrillte Ein-Weg-Kabelpaare 46a-46f, enthalten, mit einer Nabe 44a verbunden sind,. Die Anzahl der Knoten kann in Abhängigkeit von Datenübertragungsanforderungen und Aufgaben des Systems eingestellt werden. Bei einer Ausführungsform ist jede Nabe ausgestaltet, um die Verbindung mit bis zu 16 Knoten aufzunehmen. Jeder Knoten 42a, 42b, 42c enthält einen Schaltkreis 50a, 50b, 50c zum Empfang der Daten, um diesen in eine zur Übertragung über die physikalischen Medien 46a, 46c, 46e geeignete Form umzuwandeln und um Signale aus den physikalischen Medien 46b, 46d, 46f zu empfangen und sie in eine geeignete Form zur Verwendung in den Datenquellen umzuwandeln. Jeder der Knoten 42a, 42b, 42c enthält Datenquellen und -senken 48a-48g. Die Datenquellen und -senken können isochrone Quellen und Senken, wie etwa Videokameras 48a, 48d und Monitore 48b, 48e, nicht-isochrone Quellen und Senken, wie eine Ethernet-Medien- Zugriffssteuerung 48c, 48g und Steuersignalisierungen, oder D-Kanal-Quellen und -Senken sein, wie etwa eine emulierte oder virtuelle Tastatur 48f, die beispielsweise an einem Computeranschluß (PC) vorgesehen ist. Jeder der Knoten 42a, 42b, 42c kann verschiedene Arten von Quellen und Senken enthalten, nämlich strikt isochrone Quellen und Senken, wie sie für den ersten Knoten 42a gezeigt sind, strikt nicht-isochrone Quellen und Senken, wie sie für den dritten Knoten 42c gezeigt sind, oder sowohl isochrone als auch nicht-isochrone Quellen und Senken, wie sie für den Knoten 42b gezeigt sind. Die physikalische Schicht 52 des in Fig. 2 gezeigten Netzwerksystems enthält die Knotendatenempfänger und -wandler 50a, 50b, 50c, die physikalischen Medien 46a-46f und die Nabe 44a.
Die Nabe 44a enthält einen Schaltkreis 54a, 54b, 54c zum Empfang der Daten von den physikalischen Medien 46a, 46c, 46e, um die Daten isochroner Quellen von den Daten nichtisochroner Quellen und den D-Kanal- und M-Kanal-Daten abzutrennen und die abgetrennten Daten in eine Form umzuwandeln, die von dem stromab liegenden Nabenschaltkreis 56 gehandhabt werden kann. Bei der gezeigten Ausführungsform werden die getrennten Daten der isochronen Quelle einer Zeitfensteraustauschsteuerung zugeführt, um die Daten auf einen Hoch-Bandbreiten-Bus zu plazieren, so daß sie von dem Nabenschaltkreis 54a, 54b, 54c für die Übertragung an verschiedene Bestimmungsknoten 42a, 42b, 42c übertragen und empfangen werden können. Die abgetrennten nicht isochronen Daten werden einem Schaltkreis 60 zugeführt, der ausgeschaltet ist, um die nicht isochronen Daten an den Nabenschaltkreis 54a, 54b, 54c zur Übertragung an die Bestimmungsknoten 42a, 42b, 42c zu leiten. Bei einer Ausführungsform, bei der die Daten nicht-isochroner Quellen Ethernet-Daten enthalten, kann der Nabenschaltkreis 60 ein Standard-Ethernet-Wiederholerprozessor (standard ethernet repeater processor) sein. Auf diese Art kann ein die Erfindung enthaltendes System zumindest teilweise rückwärts-kompatibel mit vorangehenden Ethernet- Nabensystemen sein. Die D-Kanal- und M-Kanal-Daten werden einem Signalverarbeitungs prozessor 62 zugeführt, der verschiedene Wartungs- und Steuerfunktionen durchführt, wie etwa die Identifizierung und die Benutzermeldung bezüglich Fehlerbedingungen sowie das Einstellen von angeforderten Anrufen, beispielsweise Quellen-Bestimmungswege, nämlich durch Verbindung mit den Isochron-/Nicht-Isochron-Steuerungen 58, 60, beispielsweise über den Datenweg 64.
Die von einer isochronen Vorrichtung, beispielsweise 48d, gesendeten Daten sind ein kontinuierlicher Strom digitalisierter Daten, etwa einer Videokamera. In einem Beispiel werden die Daten der isochronen Vorrichtung 48d als Daten mit einer Rate gleich dem amerikanischen "T1"-Standard mit 1,544 Mbit/sec gehandhabt. Die Datenausgabe des Ethernet-MAC 48c wird mit der Standard-10BASE-T-Ethernet-Rate von 10 Mb/sec geliefert. Die D-Kanal- Daten werden von dem Host-Prozessor oder dem Ethernet-MAC 48c oder beispielsweise von der virtuellen Tastatur 48f mit einer variablen Datenrate geliefert, wobei diese Rate nicht über 64 Kb/sec steigen kann. Diese ankommenden Datenströme werden über Leitungen 66a, 66b, 66c dem Knotenschaltkreis 50b zugeführt. Die ankommenden Daten der verschiedenen Quellen werden einem Multiplexer 70 zugeführt, der Zeitteilungsmultiplexen auf einer 4-Bit-Basis durchführt. Das Muster für das Zeitteilungsmultiplexen ist eine sich wiederholende Reihe von Rahmen oder Schablonen. Vorzugsweise werden die Rahmen mit einer Periode wiederholt, die die gleiche wie bei dem öffentlichen Telefonnetzwerk (nämlich 125 Mikrosekunden) ist. Ein Taktsignal wird für die Zeitsteuerung der Rahmenübertragung verwendet, nämlich zur Herstellung der Punkte (nämlich 125 Mikrosekunden), an denen die Übertragung jedes Rahmens beginnt. Entsprechend einer Ausführungsform wird der Bezugstakt von einem physikalischen Platz in dem Netzwerk initiiert und breitet sich über das Netzwerk aus. Wenn das Netzwerk mit einem externen System verbunden ist, wie etwa einem öffentlichen Telefonnetzwerk oder einem weiten Gebietsnetzwerk, kann das Taktsignal des externen Systems verwendet werden, um den Bezugstakt für das Netzwerk der Erfindung herzustellen. Somit ist in einer Ausführungsform die Nabe oder der Knoten mit einem öffentlichen Telefonnetzwerk verbunden, und die Rahmensynchronisation des öffentlichen Telefonnetzwerks wird über das Netzwerk der Erfindung verbreitet.
In einigen Fällen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, kann das erfindungsgemäße Netzwerk 502 mit mehr als einem weiten Bereichsnetzwerk verbunden sein (beispielsweise durch Verbinden des ersten Knotens 504 mit einem weiten Bereichsnetzwerk 506 und eines zweiten Knotens 508 mit einem zweiten weiten Bereichsnetzwerk 510). In diesem Fall kann eine der Verbindungen, beispielsweise 506, beispielsweise durch den Systemadministrator als Bezug für das Netzwerk der Erfindung gewählt werden. Die Kommunikation mit dem anderen (nicht gewählten) weiten Bereichsnetzwerk 510 wird über einen Puffer oder eine Datenspeichervor richtung 512 durchgeführt, die mehrere Datenrahmen enthält. Der Puffer 512 ist vorzugsweise hinreichend groß, um mehrere Datenrahmen zu enthalten, um die Phasen- und/oder Frequenzschrägläufe zwischen der Rahmenstruktur des erfindungsgemäßen Netzwerk 502 und der Rahmenstruktur des externen Systems 510 aufzunehmen.
Tabelle I zeigt die Art, in der die verschiedenen Datenströme und zusätzlichen Daten- und Steuerbytes zeitmultiplext werden. Bei der in Tabelle I gezeigten Ausführungsform ist jeder Rahmen in vier Blöcke unterteilt, wobei jeder Block aus 8 Gruppen besteht. In jeder Gruppe sind 16 Signale, womit S 12 Paar von Symbolen in jedem Rahmen vorhanden sind. Jedes Symbol in Tabelle I stellt vier Datenbits dar, so daß jede Gruppe mit zwei Symbolen ein Datenbyte mit acht Bit darstellt. In Tabelle I bedeutet E vier Datenbit aus dem Ethernet- Strom 16b, B bezeichnet vier Datenbit aus dem isochronen Strom 66a, D repräsentiert vier Datenbit aus der Signalisierung oder dem D-Kanal-Strom 66c; und M bedeutet vier Wartungsdatenbit, wie es unten beschrieben wird. Zusätzlich sind bestimmte Bytelängenmuster vorgesehen. JK repräsentiert ein Rahmensynchronisationsmuster, und EM (die ersten zwei Byte des in Tabelle I gezeigten dritten Blocks) repräsentiert ein Ethernet-"pad" gefolgt von einer Wartungseinheit (nibble), wie es weiter unten beschrieben wird. Somit werden die Zeitfenster des D-Kanals als die 257-ten und 248-ten Zeitfenster gefunden. Die Wartungszeitfenster werden als 129-tes und 386-tes Zeitfenster gefunden: Durch Positionieren der D- Kanal-, M-Kanal- und Rahmensynchronsiationssymbole zu Beginn eines jeden Blocks ist die Erfindung in der Lage, eine strukturierte Rahmenschablone zu erzielen, welche mit verschiedenen nicht isochronen Protokollen verwendbar ist, wobei nur geringe Modifikationen benötigt werden. Die resultierende Symmetrie erleichtert die Erzeugung der Schablone. Wie aus Tabelle I zu sehen ist, enthält jeder Rahmen 256 Byte, die jeweils als in zweiunddreißig Gruppen mit acht Byte, oder als vier Blöcke mit vierundsechzig Bytes unterteilt betrachtet werden können. Wie aus Tabelle I zu sehen ist, wird jeder Block durch ein Symbolpaar angeführt. Das JK-Symbolpaar ist ein einzelnes Synchronisationsmuster, das den Beginn des Rahmens anzeigt. Der Kopf des zweiten Blocks ist das Wartungsbyte. Das Wartungsbyte wird verwendet, um Information, wie etwa die Mitteilung der Existenz eines Übertragungsfehlers oder andere zu übertragende Signale, wie etwa andere nötige physikalische Schichtinformation, an das entfernte Ende der Verbindung zu lenken. Der Kopf des dritten Blocks ist die Ortsangabe des D-Kanals. Der D-Kanal wird als Service für den Benutzer vorgesehen. Die Software und Hardware kann konfiguriert sein, um die Bandbreite des D-Kanals für eine Vielzahl von Zwecken zu verwenden. Es sei vorweggenommen, daß der D-Kanal im Zusammenhang mit dem Einstellen und dem Herunterfahren verwendet wird, einschließlich der Übertragung von Information bezüglich der Quellknotenadresse und der beabsichtigten Bestimmungsknotenadresse der Daten. Somit kann der D-Kanal Information enthal ten, die durch die Nabe zum Einstellen des Rufes verwendet wird (nämlich die Routeninformation von einer Quelle an eine Bestimmung). Das den letzten Block anführende Symbolpaar hat ein erstes Symbol, das für ein Netzwerkschematasymbol reserviert ist. Dieses Symbol kann als "Rateneinstellungs"-Zeitfenster verwendet werden. Somit kann es entweder benutzt werden, um Daten oder "Housekeeping"-Information in diesem Zeitrahmen (bezeichnet als "Überrahmen") zu schaffen, oder es kann ein Symbol tragen, das anzeigt, daß keine Daten in diesem Zeitfenster für diesen Zeitrahmen (bezeichnet als "Unterrahmen") übertragen werden. Diese Symbolarten, die für die Housekeeping-Information verwendet werden können, sind spezifisch für die Datenquelle oder -senke. Beispielsweise, wenn die Datenquelle oder -senke ein Tokenring-System ist, kann das Housekeeping-Symbol der Rahmenstartbegrenzer sein. Wenn die Datenquelle oder -senke ein Ethernet-System ist, kann das Housekeeping-Symbol "no-carrier" oder "un-aligned data" darstellen. Einige Netzwerkschemata verwenden die Abwesenheit des Trägers als ein Anzeichen des Verbindungszustands. Bei dem Ethernet-Protokoll verursacht die Abwesenheit des Trägers, daß die Grenzen zwischen Paketen markiert werden. Bei der beschriebenen Rahmenstruktur gibt es jedoch nie eine Abwesenheit des Trägers. Die Übertragung ist im wesentlichen kontinuierlich. Deshalb kann ein "no-carrier"-Zustand über die Verbindung unter Verwendung eines einzigen Symbolmusters außerhalb des O-F-Satzes der Datenmuster verwendet werden. Diese Möglichkeit wird detaillierter in EP-A-0 596 645 beschrieben. Tabelle 1
Wenn der Rateneinstellungsrahmen ein "Überrahmen" ist (in dem Daten oder Housekeeping-Information geleitet wird), dann ist das Symbol eines der folgenden: (a) Housekeeping- Symbol; oder (2) Datensymbol, das einen hexadezimalen Wert zwischen 0 und F anzeigt. Wenn das Symbol ein "Unterrahmen" ist, dann wird ein "no data symbol" übertragen. Bei einer Ausführungsform wechseln die "no data"-Symbole mit anderen Möglichkeiten in jedem Rahmen beruhend auf dem Mittelwert von Zwei-Bit-Quelleninformation pro Rahmenzyklus für dieses Zeitfenster. Es ist auch möglich, andere Kombinationen zu liefern, wie etwa die Übertragung von "no data" in einem dieser drei Rahmen, in zwei dieser Rahmen oder in einem von vier Rahmen, in drei von vier Rahmen usw. Dies ermöglicht, daß die Kanalrate für bestimmte Daten genau auf den geforderten Betrag für das Netzwerkschema ein gestellt wird. Wenn mehr als zwei Arten von Datenquellen, die jeweils eine eigene Einstellung fordern (nämlich, wenn das Netzwerk sowohl Ethernet-Daten als auch Tokenring- Daten trägt), können eines oder mehrere der Rateneinstellzeitfenster für jede dieser Datenquellen und -senken vorgesehen sein.
Das zweite Symbol in dem den vierten Block anführenden Symbolpaar besteht aus vier zusätzlichen Wartungsbits. Zusammen mit den acht Wartungsbits des zweiten Blocks gibt es 12 Wartungsbits, die für die physikalische Schichtsignalisierung verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform enthält jeder Knoten oder Übertrager seinen eigenen lokalen Kristalloszillator, um die Längen der Zeitfenster und somit der Rahmen zu bestimmen. Vorzugsweise wird das gesamte Datenkommunikationssystem entsprechend einem über das Netzwerk verbreiteten Bezugstaktsignal in der Zeit gesteuert. Aufgrund der kleinen Änderungen der Genauigkeit lokaler Kristalloszillatoren und/oder des Bezugstakts, kann es passieren, daß kleine Frequenzdifferenzen zwischen dem lokalen Kristalloszillator und dem Netzwerksbezugstaktsignal auftreten, so daß beispielsweise die Rahmen an einem vorgegebenen Knoten oder Übertrager etwas länger oder kürzer als die ideale Rahmenlänge sind, die von dem Bezugstaktsignal bestimmt wird. In einem solchen Fall wird entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die Differenz zwischen der tatsächlichen Rahmenlänge (die durch den lokalen Kristalloszillator bestimmt wurde) und der gewünschten oder idealen Rahmenlänge (die von dem Netzwerksbezugstaktsignal bestimmt wurde) detektiert, und eine Einstellung der Rahmenlänge wird so oft wie nötig durchgeführt, um den Rahmen zu kürzen oder zu verlängern. Bei dieser Ausführungsform wird, wenn der lokale Takt langsam im Vergleich zu dem Netzwerksbezugstakt ist, das letzte Symbol eines Rahmens fallengelassen (nämlich das letzte Symbol der Gruppe 31, die in Tabelle I gezeigt ist), wodurch ein Rahmen mit nur 511 Symbolen geliefert wird. Die Daten, die in dem 512-ten Symbol in einem normalen Rahmen gesendet worden wären, werden dann der nächsten sequentiell unbenutzten Rateneinstellung oder "pad"-Zeitfenster zugeführt. Wenn der lokale Oszillator schnell im Vergleich mit dem Netzwerksbezugstakt ist, wird ein zusätzliches Symbol einem Rahmen zugefügt, um einen Rahmen mit 513 Symbolen zu schaffen. Das hinzugefügte Symbol ist vorzugsweise am Ende der normalen 512 Symbole eines normalen Rahmens hinzugefügt. Durch Detektierung der Änderungen zwischen dem lokalen Takt und dem Bezugstakt und durch Kürzen oder Verlängern des Rahmens, wie es von der Einstellung gefordert wird, ermöglicht die Erfindung die Übertragung von Rahmen, während sie auf lokalen Oszillatoren beruht, die im wesentlichen konsistent mit der von einem Netzwerksbezugstakt bestimmten Rahmenübertragungsrate sind, ohne daß ein Schaltkreis zur genauen Synchroni sation eines Knotens oder lokalen Übertragers mit dem Netzwerksbezugstakt benötigt würde (wie sie sonst von einem Phasenregelschleifensystem verwendet werden).
Die durch den Rahmen oder Schablone vorgegebene Struktur führt ein gewisses Ausmaß an Synchronisationsfehlern ein. Insbesondere, wenn Daten einer nicht isochronen Quelle, wie Paketdaten entsprechend der Rahmenstruktur der Tabelle I in der Zeit neu geordnet werden, um das für die Übertragung geeignete Zeitfenster aufzufüllen, wird der Synchronisationsfehler eingeführt. Wie es in Fig. 5 gezeigt wird, kann, wenn die Daten an der Nabe 44 nach dem Empfang 60 wiederholt werden müssen, ein kleiner First-in-First-out-Speicher (FIFO- Speicher) 330 zur neuen Zeitsteuerung der Daten verwendet werden, um die Einflüsse des eingeführten Synchronisationsfehlers zu eleminieren und die von dem Wiederholerschaltkreis 60 erwartete Zeitsteuerung zu liefern. An dem Übertragungsende können, wenn die zu übertragenden Daten in dem physikalischen Medium 46 von einer Quelle 48 ankommen, deren Rate nicht direkt gesteuert werden kann, die Übertragungsdaten ebenfalls durch einen FIFO 332 durchlaufen.
Vorzugsweise wird die Rahmenstruktur so vorgesehen, daß sie einen inakzeptabel langen Zeitablauf zwischen den sequenteillen Übertragungen bestimmter Datentypen in einem gegebenen Zeitrahmen vermeidet. Bei der Rahmenstruktur der Tabelle I gibt es nicht mehr als zwei Zeitfenster zwischen jeweils zwei sequentiellen Zeitfenstern nicht-isochroner Quellen in einem einzelnen Zeitrahmen, und es gibt nicht mehr als fünf Zeitfenster zwischen jeweils zwei sequentiellen Zeitfenstern isochroner Quellen in einem einzelnen Zeitrahmen.
Die gezeigte Rahmenstruktur liefert eine Anordnung der Bandbreite, so daß die Datenrate für die isochronen und nicht isochronen Daten beispielsweise mit den 10BASE-T-Ethernet- Datenraten kompatibel sind. Andere Arten von Rahmenstrukturen können in Verbindung mit anderen isochronen und/oder nicht isochronen Datenquellen und -senken verwendet werden, wie etwa mit nicht isochronen Tokenring-Quellen und -Senken, wobei dann eine andere Rahmenstruktur verwendet werden kann, um eine Anordnung der Bandbreite zu schaffen, die für die vorgesehenen Zwecke geeignet ist.
Die zeitmultiplexten Daten werden dann im Kodierer 72 kodiert. Bei der gezeigten Ausführungsform führt der Kodierer eine 4/5-Kodierung durch. Eine bestimmte Form der 4/5- Kodierung, die teilweise mit dem ANSII X3T9.5-Standard übereinstimmt, ist in Tabelle II gezeigt. Die 5-Bit-Kode-Symbole der speziellen 4/5-Implementation wurden gewählt, um so die Wechselstrombalance des physikalischen Mediums beizubehalten und das Frequenzspektrum der Signalverläufe zu minimieren, wenn sie über das physikalische Medium über tragen werden. Dies vereinfacht die Aufgabe des Datendekodierers, der typischerweise eine Phasenregelschleifenvorrichtung ist, bei der Wiederherstellung der Daten und der Übertragung des Takts. Diese Muster haben, wenn sie geeignet kombiniert sind, maximal drei Bitlängen ohne Übertragung. Mit einer Bitrate von 48,8 Nanosekunden ist die minimale Übertragungsrate gleich 3,41 MHz oder 146,5 ns zwischen den Übertragungen. Tabelle II
Beim Vergleich der Standard-Ethernet-Signalisierungsrate und der Datenrate mit jenen, die von der Rahmenstruktur der Tabelle I und der Kodierung der Tabelle II geliefert werden, kann gesehen werden, daß in dem vorliegenden Schema ein Datenrahmen 313 "E"-Symbole oder 1252 E-Bits enthält. Bei der Übertragung der Rahmen mit einer Rate von einem Rahmen je 125 Mikrosekunden, hat das vorgegebene Schema eine Kapazität zur Übertragung von 10,016 Mbits/sec von Ethernet-Quellendaten mit 6144 Kbits/sec verteilten isochronen Daten.
Als ein Beispiel wird angenommen, daß die Datenrate, die von der isochronen Quelle 48d ausgegeben wird, gleich 1,544 MBits/sec sei. Jedoch liefert die Rahmenstruktur, wie es vorangehend erwähnt wurde, eine isochrone Bandbreitenkapazität von 6,144 Mb/s. Somit kann in dem gezeigten Beispiel eine einzelne isochrone Quelle 48b vollständig unter Verwendung von nur 48 der 192 "B"-Symbole pro Rahmen (nämlich 24 Bytes pro Rahmen oder 192 Bit pro Rahmen) aufgenommen werden. Dies läßt 72 "B"-Symbole pro Rahmen von der Quelle 48d unbenutzt. Somit ist es möglich, den isochronen Kanal dieser Ausführungsform der Erfindung zur Übertragung von isochronen Daten von vier isochronen Quellen zu benutzen, die jeweils Daten mit einer Rate von 1,544 Mb/sec ausgeben. Es wäre auch möglich, die beschriebene Ausführungsform zum Übertragen der Ausgabe von drei isochronen Quellen zu verwenden, die jeweils Daten mit einer Rate von 2,048 Mb/sec ausgeben (nämlich dem europäischen CEPT-Standard). Ein ISDN-Grundratenkanal könnte unter Verwendung von drei 64-Kb/s-Fenstern innerhalb des isochronen Kanals oder mittels beispielsweise 2-B- Fenstern und dem D-Kanal gestützt werden. Es wäre auch möglich, die Daten von bis zu 96 isochronen Quellen zu übertragen, die jeweils Daten mit einer Rate von 64 Kb/s ausgeben. Somit ist es möglich, die Erfindung zur Übertragung von Daten von einer einzelnen isochronen Quelle, die mit einer Rate von 6,144 Mb/s ausgibt, oder die isochrone Bandbreite kann genutzt werden, indem sie mit einer Körnung von 64 Kb/s belegt ist, nämlich indem sie in Vielfache von 64 Kb/s aufgeteilt ist.
Die Datenausgabe wird an einen Übertrager oder Treiber 78a gesendet und das Signal über das physikalische Medium 46c übertragen. Das physikalische Medium 46c kann ein beliebiges einer Anzahl von Medientypen sein, einschließlich Twisted-Pair-, Koaxial- oder faseroptische Kabel.
Die über die physikalischen Medien 46a gesendeten Daten werden in der Nabe 44a empfangen. Die Nabe enthält eine Mehrzahl Schaltungsvorrichtungen 54a, 54b, 54c, von denen jeweils eine mit einem der Knoten 42a, 42b, 42c über die physikalischen Medien 46 gekoppelt ist. Der Verbindungsdetektionsschaltkreis empfängt die Daten von dem physikalischen Medien 46 zur Detektion des Modus, in dem der Knoten arbeitet (nämlich 10BASE-T- oder Isochron-Ethernet), und um ein Modusauswahlsignal auszugeben, wie es vollständiger in EP-A-0 596 648 beschrieben ist. Der Demultiplexer 92 trennt die empfangenen Daten in Daten 94a der isochronen Quellen, Daten 94b der nicht isochronen Quellen und Signalisierungsdaten, wie etwa den D-Kanal- und den Wartungs-Daten 94c.
Sowohl die Daten 94b der nicht isochronen Quellen als auch die Daten 94a der isochronen Quellen werden den verschiedenen Nabenschaltkreiskomponenten 94a, 94b, 94c zugänglich gemacht, so wie es für die Übertragung an die Bestimmungsknoten benötigt wird.
Der Schaltkreis 58 kann ebenfalls mit einer lokalen Rückkopplungsfähigkeit ausgestattet sein. Die lokale Rückkopplungsfähigkeit ermöglicht dem Schaltkreis 58 die Übertragung von Daten direkt von dem Empfangespuffer 138a an den Übertragungspuffer 154, ohne die Daten zuerst auf dem TSI-Ring 134 zu plazieren, so daß die TSI-Busbandbreite frei bleibt. Der Multiplexer 196 kann zur Steuerung der Rückkopplung verwendet werden. Die lokale Rückkopplungsfähigkeit ist genauer in EP-A-0 596 452 beschrieben.
Nachdem die Nabe die Daten von einem Knoten empfangen und diese zu einem weiteren Knoten zur Übertragung an dem Bestimmungsknoten geleitet hat, müssen die für den Bestimmungsknoten beabsichtigten Daten in eine für die Übertragung über die physikalischen Medien 46 geeignete Form gebracht werden. Die von der Nabe 44a an die Knoten 42 gesendeten Daten werden in einem Rahmenformat gesendet, das vorzugsweise im wesentlichen das gleiche wie das von den Daten verwendete Rahmenformat ist, die von den Knoten 48 an die Nabe 44a gesendet wurden, wie es vorangehend beschrieben wurde. An dem Knoten 42 enthält der Schaltkreis 50 Vorrichtungen (Fig. 7) zur Dekodierung und zum Demultiplexen der Daten. Die dekodierten und demultiplexten Daten werden dann an die verschiedenen Datensenken in den Knoten 42 geliefert.
Bei einer Ausführungsform ist es wünschenswert, die Zeitsteuerung der Übertragungen von den Knoten 48 an die Nabe 44 und jene von der Nabe 44 an die Knoten 48 zu steuern, um bei der Verringerung der Verzögerung zu helfen und um das Ausmaß des benötigten Pufferspeichers zu minimieren. Insbesondere ist es gewünscht, daß die Nabe 44 in der Lage sein sollte, über die Medien 46a, 46c, 46e mit etwa der gleichen Zeit zu übertragen, wie die von den Knoten über die Medien 46b, 46d, 46f übertragenen Daten an der Nabe empfangen werden. Fig. 8 zeigt ein Schema, um diese Art von Zeitsteuerung zu erzielen. Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, kann die Zeitsteuerung mit einem 125 Mikrosekunden Bezugstaktsignal 214 synchronisiert werden. Bei diesem Beispiel schafft das Bezugssignal 214 eine ansteigende Taktkante alle 125 Mikrosekunden. Das Bezugssignal kann von einer beliebigen einer Vielzahl von Quellen geliefert werden. Vorzugsweise ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform so ausgestaltet, daß sie ein mit dem externen Taktbezug synchronisiertes Bezugssignal 214 erlaubt, wie etwa einem Bezugssignal von einem weiten Bereichsnetzwerk oder von einem FDDI-II-Ring.
Jeder Knoten und die Nabenvorrichtung wird die eigene hochgenaue Übertragungskodierungsuhr, typischerweise ein Kristalloszillator, enthalten. Somit sind, betrachtet auf dem Bitniveau, die Verbindungen 46 miteinander synchron, wobei sie nur Bezug auf den Bezugstaktoszillator nehmen. Somit wird entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die synchrone Rahmenstruktur über die synchronen Verbindungen übermittelt.
Zu Beginn jedes Takts wird die Nabe 44 beginnen, einen Rahmen an den Knoten zu übertragen, wie es durch die Zeitsteuerungsmarken an der Zeitlinie 216 angezeigt ist. Aufgrund der Leitungsverzögerungen in den physikalischen Medien wird der Zeitpunkt, zu dem die Knoten die von der Nabe übermittelten Rahmen empfangen, bezüglich der Zeit nachlaufen, wenn sie von der Nabe ausgesendet werden, wie es durch die Zeitlinie 218 gezeigt ist.
Das beschriebene Zeitschema garantiert, daß die von dem Knoten empfangenen Zyklen etwas vorher ankommen als der nächste Zyklus von der Nabe übertragen wird. Ein kleiner FIFO kann in den von der Nabe empfangenen Datenstrom integriert werden, um genau die Ankunft des Zyklus auszurichten. Bei ähnlichen Anwendungen ist es auch vorteilhaft, ein FIFO in dem Knoten vorzusehen, der die Daten synchron mit dem empfangenen Zyklus halten wird, bis sie übertragen werden. Das Vorsehen dieser FIFOs ist detaillierter in EP-A- 0 596 650 beschrieben.
Angesichts der oben ausgeführten Beschreibung kann eine Anzahl von Vorteilen der Erfindung gesehen werden. Die Erfindung ist in der Lage, einen rahmenstrukturierten Datentransfer zu schaffen, der gleichzeitig die für verschiedene Arten von Datenquellen und -senken, vorzugsweise sowohl isochrone Quellen und Senken als auch nicht-isochrone Quellen und Senken, benötigten Datenraten aufnehmen kann. Vorzugsweise schafft die Rahmenstruktur auch eine Bandbreite für die Wartungsinformation, die D-Kanal-Information und die Rahmensynchronisationsinformation. Die Rateneinstellungszeitfenster in dem Datenrahmen ermöglichen, daß die Datenraten an die Raten angepaßt werden, die für verschiedene Quellen und Senken nötig sind. Die durch die Rahmenstruktur eingeführten Synchronisationsfehler können unter Verwendung von FIFO-Speichern zwischen den Datenverbindungen und den Quellen und Senken oder den Nabenwiederholern ausgepuffert werden. Die Zeitsteuerung der Rahmenübertragungen kann mit den Takten externer Systeme koordiniert werden, wie etwa öffentlicher Telefonsysteme oder anderer weiter Gebietsnetzwerke. Die Rahmenstruktur ermöglicht es einem, verschiedenen oder allen Zeitfenstern, die für die aufzunehmenden Daten isochroner Quellen beabsichtigt sind, isochrone Quellen oder Senken zu geben. Dies ermöglicht die Bandbreitenwahlkapazität und die Wartungsfähigkeit für die isochronen Daten, vorzugsweise mit einer vorgegebenen Körnung, wie etwa einer 64-Kb- Körnung.
Eine Anzahl von Modifikationen und Änderungen der Erfindung kann ebenfalls verwendet werden. Obwohl die Rahmenstruktur der Tabelle I besonders nützlich für die Mischung von Daten ist, die in normalen Büros oder Geschäftseinrichtungen auftreten, die sowohl isochrone als auch Ethernet-Quellen und -Senken haben, können andere Rahmenstrukturen ebenfalls vorgesehen sein. Beispielsweise wäre es in einer Situation, in der größere Bandbreiten für den Ethernet-Verkehr gewünscht sind, möglich, eine größere Zahl von "E"-Zeitfenstern für eine kleinere Zahl der "B"-, "D"- und/oder der "M"-Zeitfenster vorzusehen. Des weiteren würde, wenn eine Tokenring-Station als eine oder mehrere der nicht-isochronen Datenquellen oder -senken vorgesehen ist, eine Anzahl Zeitfenster nicht-isochroner Quellen vorgesehen sein, um die für ein Tokenring-System benötigte Datenrate aufzunehmen. Beispielsweise kann ein isochrones Tokenring-System eine größere Bandbreite, wie etwa eine 22,4- MBit/sec-Verbindung, benötigen. Ein solches System könnte mit einer Rahmengröße von etwa 700 Symbolen ausgestattet sein, um so nicht die 32-MBit/sec-Signalisierungsrate typischer Tokenring-Medien zu übersteigen. Eine Rahmenstruktur könnte mit einer größeren oder kürzeren Rahmendauer und/oder längeren oder kürzeren Zeitfensterdauer ausgestattet sein, obwohl die offenbarten Rahmen- und Zeitfensterdauern als besonders nützlich angesehen werden, da die Kartierung isochroner und nicht-isochroner Bandbreiten in bestehende Netzwerkschemata ermöglicht werden, wie etwa Ethernet, ISDN, ATM und/oder SONET. Die offenbarten Rahmen- und Zeitfensterdauern schaffen die 10-MBit/s-Bandbreite, die beispielsweise für Ethernet benötigt wird, und schaffen ein vielfaches der zwölf 8-kHz-Kanäle, beispielsweise für isochrone Überbandbreite, beispielsweise zur Steuerung der Verbindungen, und isochroner Verbindungen. Obwohl die offenbarte Rahmenstruktur die 64-KBit/s- Körnung für isochrone Daten schafft, können andere Körnungen vorgesehen sein, indem entweder die Dauer der Zeitfenster, die Dauer der Zeitrahmen oder die Zahl der Datenbits, die pro Zeitfenster übertragen werden, geändert werden. Die Zeitsteuerung für die Rahmenübertragung kann von anderen Quellen, außer dem öffentlichen Telefonnetzwerk oder anderen Weitgebietsnetzwerken, abgeleitet werden, wie etwa eine interne Bezugstaktverbindung T1 (1,544 MBit/s) oder von einer ISDN-Verbindung oder einem asynchronen Übertragungsmodus (ATM; Asynchronous Transfer Mode). Es ist möglich, einige der Aspekte der Erfindung ohne die anderen zu verwenden. Beispielsweise wäre es möglich, die Rahmenstruktur der Tabelle I zu verwenden, ohne einen Puffer zur Aufnahme eines zweiten externen Takts vorzusehen.

Claims

1. Vorrichtung zur Übertragung von Information über ein physikalisches Medium (46) eines lokalen Netzwerks mit:

Mitteln (50) zum Empfang einer Mehrzahl Eingaben, die zumindest einen ersten isochronen Datenstrom und einen zweiten Datenstrom aufweisen, und

Mittel (78), um die Information der Mehrzahl Eingaben mit Zeitrahmen in einem sich wiederholenden Muster in der Zeit zu multiplexen, wobei im wesentlichen keine Pause zwischen den Zeitrahmen liegt, jeder Zeitrahmen eine Mehrzahl Zeitfenster aufweist, die Zeitrahmen im wesentlichen gleiche Dauer haben und jedes der Zeitfenster zur Übertragung einer vorgegebenen Zahl von Datenbits verwendet wird, wobei erste vorgegebene Zeitfenster jedes Zeitrahmens zur Übertragung von Datenbits des ersten isochronen Datenstroms verwendet werden, und zweite vorgegebene Zeitfenster jedes Zeitrahmens zur Übertragung von Datenbits des zweiten Datenstroms verwendet werden;

gekennzeichnet durch

Mittel zur Detektion einer Differenz zwischen einer tatsächlichen Rahmenlänge, die durch einen lokalen Oszillator eingestellt wird, und einer Rahmenlänge, die durch ein Netzwerkbezugstaktsignal bestimmt wird, und zum Verkürzen oder Verlängern eines Rahmens durch Entfernen oder Hinzufügen eines Zeitfensters in Abhängigkeit davon, ob der lokale Oszillator relativ zum Bezugstakt langsam oder schnell ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Datenstrom ein Datenstrom einer nicht isochronen Quelle ist, der erste isochrone Datenstrom mit einer ersten Datenrate übertragen wird und die erste Datenrate unabhängig von Unterbrechungen bei der Übertragung des zweiten Datenstroms ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Datenstrom von einer Ethernet-Quelle mit der Möglichkeit von Datenkollisionsereignissen stammt und der erste isochrone Datenstrom mit einer Datenrate übertragen wird, die im wesentlichen unverändert bleibt, in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Datenkollisionsereignisses in dem zweiten Datenstrom.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Datenstrom von einer Belegungsbitdaten-Quelle mit der Möglichkeit eines Belegungsbit-Verlustereignisses stammt und der erste isochrone Datenstrom mit einer Datenrate übertragen wird, die im wesentlichen unverändert bleibt, in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Belegungsbit-Verlustereignisses in dem zweiten Datenstrom.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Datenstrom ein Datenstrom einer nicht isochronen Datenquelle ist und zumindest eines der Zeitfenster verwendet wird, um Daten von dem nicht isochronen Datenstrom während zumindest einer Anzahl von Zeitrahmen zu übertragen, und wobei dieses eine Zeitfenster verwendet wird, um ein Nicht-Datensignal während einer zweiten Anzahl Zeitrahmen zu übertragen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Mittel für das Zeitmultiplexen ein vorgegebenes Muster der ersten Anzahl von Rahmen und der zweiten Anzahl von Rahmen überträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das vorgegebene Muster ein Wechsel zwischen der ersten Anzahl von Rahmen und der zweiten Anzahl von Rahmen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Datenstrom ein Datenstrom einer nicht isochronen Datenquelle ist und nicht mehr als zwei Zeitfenster zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Zeitfenstern der nicht isochronen Quelle in einem einzelnen Zeitrahmen liegen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der nicht mehr als fünf Zeitfenster zwischen zwei aufeinanderfolgenden, durch die isochrone Quelle gefüllten Zeitfenstern in einem einzelnen Zeitrahmen liegen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste und zweite Zeitfenster in jedem der Mehrzahl von Rahmen zur Übertragung von Rahmen-Synchronisationssymbolen verwendet werden.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche und mit einer Mehrzahl Knoten, die jeweils mit einer Nabe verbunden sind, und die desweiteren Mittel zum Empfang eines Bezugtaktsignals, Mittel zur Übertragung des Bezugstaktsignals an die Nabe und an jeden der Knoten, und Mittel zur Initiierung der Übertragung des Zeitrahmens zu einer vorgegebenen Zeit in bezug auf das ausgebreitete Bezugstaktsignal aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, die Mittel zum Empfang eines zweiten Bezugtaktsignals und Mittel zur Auswahl des ersten Taktsignals als Signal zur Verwendung durch das Übertragungsinitiierungsmittel aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, die desweiteren einen Puffer zum Speichern der über das physikalische Medium übertragenen Daten aufweist, um zu ermöglichen, daß die Ausgabe des Netzwerks mit dem zweiten Bezugstaktsignal synchronisiert ist.

14. Verfahren zur Übertragung von Information über ein physikalisches Medium, das mit einer Mehrzahl Datenquellen/Senken eines lokalen Netzwerks verbunden ist, die zumindest eine erste isochrone Datenquelle/Senke aufweisen, wobei das Verfahren umfaßt:

Empfang an einer ersten Mehrzahl Datenquellen/Senken einer Mehrzahl von Eingaben, die zumindest einen ersten isochronen Datenstrom und einen zweiten Datenstrom umfassen, wobei der erste isochrone Datenstrom zumindest Daten der ersten isochronen Datenquelle/Senke aufweist;

Zeitmultiplexen der Information der Mehrzahl Eingaben zur Übertragung der Information über das physikalische Medium in einem sich wiederholenden Muster aus Zeitrahmen, im wesentlichen ohne Pause zwischen den Zeitrahmen, wobei jeder der Zeitrahmen eine Mehrzahl von Zeitfenstern hat, jedes Zeitfenster im wesentlichen die gleiche Länge hat und jedes Zeitfenster zur Übertragung einer vorgegebenen Anzahl von Datenbits verwendet wird;

eine erste Mehrzahl der Zeitfenster reserviert sind, um nur Datenbits von dem ersten isochronen Datenstrom zu übertragen, und zweite vorgegebene Zeitfenster verwendet werden, um Datenbits von dem zweiten Datenstrom zu übertragen;

und Zuordnen der Daten der ersten isochronen Datenquelle/Senke zu der ersten vorgegebenen Mehrzahl Zeitfenster, um eine vorgegebene Datenbandbreite für die isochronen Daten von der ersten isochronen Datenquelle/Senke vorzusehen;

gekennzeichnet durch

Detektion einer Differenz zwischen einer tatsächlichen Rahmenlänge, die durch einen lokalen Oszillator eingestellt wird, und einer Rahmenlänge, die durch ein Netzwerkbezugstaktsignal bestimmt wird, und durch Kürzen oder Verlängern eines Rahmens durch Entfernen oder Hinzufügen eines Zeitfensters in Übereinstimmung damit, ob der lokale Oszillator relativ zum Bezugstakt langsam oder schnell ist.