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Technisches
Umfeld
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Methode zum Prüfen
der Integrität
von Daten und der Korrektheit von Zusammenschaltungen in einem Kreuzverbinder
eines digitalen Telekommunikationssystems, das auf SDH-Techniken beruht.
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Die Erfindung findet ihre Anwendung
in digitalen Telekommunikationssystemen und insbesondere in Kreuzverbindern
von Telekommunikationssystemen.
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Diese Systeme, die international
als "Kreuzverbinder" bekannt sind, werden in Kommunikationssystemen
und vor allem in Knotenpunkten eines Verteilübertragungssystems verwendet.
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Die Funktionen, welche durch diese
Kreuzverbinder entwickelt werden, sind das Auseinandernehmen von
eingehenden Übertragungsströmen, das
Verschalten derselben und das Wiederzusammensetzen in der Ausgabe.
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Kreuzverbinder sind auch geeignet,
um der Kommunikation Zuverlässigkeit
zu verleihen. Insbesondere im Falle von Störungen an einem ersten Pfad
ist der Kreuzverbinder in der Lage, nach alternativen Pfaden zu
suchen und die Signale auf diese Pfade umzuleiten.
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Diese Umleitung erfolgt auf der Basis
von Informationen, die ein Netzüberwachungssystem
einer höheren
Hierarchie-Stufe liefert.
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Als eine Entwicklung des gegenwärtigen digitalen
Telekommunikationsnetzes; das eine plesiochrone Datenübertragung
vorsieht, ist vor Kurzem eine synchrone digitale Übertragungstechnik
mit der Bezeichnung SDH (Synchrone Digitale Hierarchie) vorgestellt
worden. Die SDH-Technik beruht auf synchronen Transportmodulen STM,
wobei unter synchronem Transportmodul eine Informationsstruktur zu
verstehen ist, die in der Lage ist, Verbindungen auf der Ebene der
Abschnitte im SDH-System zu unterstützen.
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Das STM umfaßt Kennsatz-Felder des Abschnittes
(SOH) und Payload Informationsfelder, die in einer Blockstruktur
in einem Bereich von 125 μs angeordnet
sind.
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Das Basismodul wird auf eine Übertragungsgeschwindigkeit
oder Bitrate von 155 Mbit/s festgelegt und heißt STM1. Wie in 1 dargestellt ist, besteht
die Rahmenstruktur des Moduls oder die Basisstufe STM-1 aus einer
9-Zeilen und 270-Spalten Matrix, deren Elemente aus Bytes zu 8 Bits
bestehen und Zeile um Zeile, von links nach rechts und von oben
nach unten, entwickeln. Die ersten 9 Spalten des Rahmens enthalten
die Kennsatz-Felder des Abschnittes (SOH), die zum Beispiel zur
Rahmen-Justierung, zur Fehlerüberwachung
und für
zusätzliche Datenkanäle dienen.
Die verbleibenden 261 Spalten stellen die transportierte Nutzlast
oder das "Payload" dar.
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Die SDH-Technik bietet beachtliche
Vorteile wie:
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- – Flexibilität im Management
der Datenübertragungsstrukturen
von verschiedenen Hierarchie-Stufen;
- – die
Fähigkeit,
ein zentrales Managementsystem des Netzes durch Datenkanäle, die
im SDH-Rahmen selbst vorhanden sind (D-Bytes der Kennsatz-Felder
des Abschnittes), zu unterstützen;
- – die
Möglichkeit,
Signale zu prüfen,
die im Netz separat vorhanden sind und zwar je nach Stufe, zu der
sie gehören.
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Die vorliegenden Kreuzverbinder basieren daher
auf dieser SDH-Technik,
deren Anwendung in der Entwicklung vom gegenwärtigen Telekommunikationssystem
zu jenen, die Breitband-Dienste (B-ISDN) liefern können, vorgesehen
ist.
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Kreuzverbinder, die in den SDH-Techniken zur
Anwendung kommen, sind demnach im allgemeinen große Einrichtungen,
die in der Lage sind, eine große
Datenmenge zu bearbeiten, die mit hoher Bitrate passieren.
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Die Bitrate von Ein- und Ausgabeströmen liegt
in der Tat bei 155 Mbit/s und die Anzahl von Eingaben/Ausgaben eines
jeden Kreuzverbinders ist oft höher
als 200.
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Wegen der Genauigkeit der Funktionen,
die die Kreuzverbinder auf der Grundlage der SDH-Technik ausführen, sind
die Probleme in Zusammenhang mit der Kontrolle der Integrität der Eingabe-
und Ausgabe-Daten und der Kontrolle der korrekten Arbeitsweise von
Vorrichtungen für
die Zusammenschaltungen von großer
Bedeutung.
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Aus diesem Grund sieht jede Ausrüstung, aus
der sich der Kreuzverbinder zusammensetzt, Eigendiagnose-Vorrichtungen
vor, die oft auf der Anwendung von zyklischen redundanten Codes
oder CRC basieren, die in der Lage sind, Störungen zu überwachen, die innerhalb der
Ausrüstung
selbst auftreten.
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Ferner wird diese Einrichtung laut
Prinzip der sogenannten "einsatzbereiten Reserve" oft vollkommen
verdoppelt, damit zwei alternative, gleichwertige und komplett voneinander
getrennte Pfade verfügbar sind.
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Die hohe Geschwindigkeit der Datenübertragung,
die diese Geräte
charakterisiert, macht jedoch die Diagnose und die Erkennung möglicher
Störungen
ganz besonders kompliziert.
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Stand der Technik
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Um diese Probleme beim Prüfen der
Korrektheit der Zusammenschaltung zu lösen, sind Techniken, die auf
der Zuordnung von Identifikationslabels für jedes STM-1 Modul in den
Eingangsströmen
basieren, bekannt und werden auch angewendet.
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Beim Überprüfen dieser Labels ist es möglich zu
kontrollieren, ob ein STM-1 Modul an eine andere Ausgabestelle,
als die erwartete, gerichtet worden ist.
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Eine schwerwiegende Beeinträchtigung
dieser Lösung
ist wegen ihrer Implementierung vorauszusehen, da eine höchst anspruchsvolle
und kostspielige Kontrollausrüstung
erforderlich ist.
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Für
einen Standard-Kreuzverbinder (typischerweise mit über 200
Eingaben/Ausgaben, zu je 155 Mbit/s) ist nämlich die Verwendung eines
Diagnosecomputers erforderlich, der die Label-Einschaltung in der
Eingabe und die Kontrolle der Labels in der Ausgabe vornehmen kann,
was sich oft als komplizierter und kostspieliger erweist, als es
der Kreuzverbinder selbst ist.
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Außerdem wird oft verlangt, die
Labels nicht nur für
155 Mbit/s Kanäle
zu kontrollieren, sondern auch die Strukturen der niedrigeren Hierarchie-Stufe, die
darin enthalten sind; durch diese Label-Prüfung werden die Kontrolloperationen
weiter erschwert.
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Diese Lösung schafft auch erhebliche
Kommunikationsprobleme zwischen dem Kreuzverbinder und dem Diagnose-Gerät, das im
allgemeinen in einem gewissen Abstand dazu untergebracht ist.
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Zur Durchführung der Fehlerdiagnose und der
Schaltoperation an der einsatzbereiten Reserve (Hot Stand-by) mit
der nötigen
zeitlichen Begrenzung (circa 50 ms) ist der Einsatz kostspieliger
Verbindungsschienen unter den Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtungen des
Kreuzverbinders und der Kontrollausrüstung absolut erforderlich.
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Das Dokument
US 5 265 096 zeigt ein Gerät zum Erzeugen
des SONET Alarms im Ausgangssignal einer Telekommunikationsvorrichtung,
z. B. eines Netzknotens eines Telekommunikationssystems. Nach Ermitteln
eines Fehlerzustandes auf der Empfangsseite einer SONET Endeinrichtung,
(d. h. ein Netzwerk-Alarm), schaltet die SONET Endeinrichtung ein
Kontrollsignal des internen Alarms in mindestens einen vorbestimmten
Zeitschlitz des Transport Overhead (z. B. Byte E1).
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Am Übertragungsabschnitt überwacht
die übertragende
SONET Endeinrichtung den/die vorbestimmte(n) Zeitschlitze) und ermittelt,
ob eine Meldung vom Kontrollsignal des Netzwerk-Alarms eingegangen
ist. Wenn ja, so schaltet die übertragende SONET
Endeinrichtung einen entsprechenden Alarm in die vorbestimmten Overhead-
und Daten-Zeitschlitze des hinausgehenden SONET Rahmensignals.
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Gemäß der obigen Beschreibung ist
die dargestellte Vorrichtung geeignet, um Netzwerk-Alarmsignale
an die empfangende Endeinrichtung einer Telekommunikationseinrichtung
zu übertragen
und um das Alarmsignal in der übertragenden
Endeinrichtung zu ermitteln, d. h. das Netzwerk-Alarmsignal wird
von der empfangenden Endeinrichtung zur übertragenden Endeinrichtung
des Telekommunikation-Netzknotens transportiert.
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Die dargestellte Vorrichtung eignet
sich demnach zum Transportieren eines Netzwerk-Alarms, aber sie
ist nicht geeignet, um einen fehlerhaften Zustand am Knotenpunkt
selbst zu ermitteln, d. h. in den Innenabschnitten der Vermittlungsmatrix
(im allgemeinen wird eine Vermittlungsmatrix als eine Zeit-Raum-Zeit-Matrix
mit drei oder fünf
Abschnitten implementiert).
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NK 2000 Netzwerk Knotenpunkt – Das zentrale
Verarbeitungselement für
zukünftige Übertragungsnetze.
Philips Telecommunication Review, Band 50 (1992) März, Nr.
1 zeigt Strukturen zum Zusammenschalten vom Typ der Synchronen Digitalen Hierarchie.
Der Netzknoten erlaubt das flexible Schalten des Übertragungspfads
innerhalb eines synchronen digitalen Netzwerks. Dies umfaßt das automatische
Umschalten auf Standby im Falle eines Fehlers im Übertragungspfad.
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Wie in Paragraph 3.1 gezeigt wird,
umfaßt die
Kreuzverbindung eine Vermittlungsmatrix, und eine individuelle Vermittlungspfad-Identifikation
ist im Overhead-Abschnitt eingefügt,
so daß sie
jederzeit auf das korrekte Durchverbinden durch die Vermittlungsmatrix
hin geprüft
werden kann. Dies liefert unter anderem Informationen über die Übertragungsqualität oder eine
Pfadverfolgung. In der umgekehrten Richtung wird der Overhead-Abschnitt,
der von der Vermittlungsmatrix kommt, ausgewertet und dann entfernt.
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Geht man davon aus, daß ein 155
Mbit/s System 63 Systeme zu 2 Mbit/s oder 3 Systeme zu 34 Mbit/s
oder ein System zu 140 Mbit/s umfassen kann, so hat das System die
Mindestauflösung
von einem 2 Mbit/s System.
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Wenn jeder Spalte des Rahmens eine
individuelle Pfadidentifikation zugeordnet ist, so sind 63 Vermittlungspfad-Identifikationen
erforderlich, um das korrekte Durchverbinden durch die Vermittlungsmatrix
zu überwachen
und demnach eine Anzahl von Overheads, die die verfügbare Anzahl
im Overhead-Abschnitt überschreitet.
Dies führt
zu dem Schluß,
daß ein
Extra-Overhead verwendet wird, um die 63 erforderlichen Vermittlungspfad-Identifikationen
zu übertragen
und daher um mit einer Leistung zu arbeiten, die die 155 Mbit/s
zur Matrix hin überschreitet.
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Der dargestellte Netzknoten ist daher
geeignet, um jederzeit das korrekte Durchverbinden durch die Vermittlungsmatrix
zu prüfen,
aber es sind ein Extra-Overhead
und eine Extra-Leistung erforderlich, um Informationen über die Übertragungsqualität oder eine
Pfadverfolgung zu transportieren.
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Ziel der Erfindung
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist die Implementierung einer Methode zum Prüfen der Integrität von Daten
und der Korrektheit von Zusammenschaltungen in einem Kreuzverbinder
eines digitalen Telekommunikationssystems, das auf SDH-Techniken
basiert, wobei diese Methode das schnelle und effiziente Diagnostizieren
möglicher
Störungen
im Kreuzverbinder erlaubt.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung
ist die Realisierung einer Methode, zu deren Implementierung keine
komplexen und kostspieligen Kontrolleinrichtungen erforderlich sind.
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Darstellung
der Erfindung
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Folglich werden diese und andere
Ziele mit der Methode erreicht, um die Integrität von Daten und die Korrektheit
von Zusammenschaltungen in einem Kreuzverbinder eines digitalen
Telekommunikationssystems, das auf SDH-Techniken beruht, zu kontrollieren,
wobei genannter Kreuzverbinder ein Verteiler von digitalen Daten
ist, der aus synchronen Transportmodulen besteht und Kennsatz-Felder
des Abschnittes und Payload-Felder enthält, und genannter Kreuzverbinder
aus einer Mehrzahl von Vermittlungsabschnitten, Zwischenschaltungen
genannter Vermittlungsabschnitte und Überwachungsmitteln besteht,
die geeignet sind, um die korrekte Leistung von Funktionen zu kontrollieren,
die in genannten Vermittlungsabschnitten stattfinden, wobei genannte Methode
die Schritte beinhaltet, die im folgenden Anspruch 1 zu hören sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Eigenschaften der vorliegenden
Erfindung, die als neu angenommen werden, sind in den beigefügten Ansprüchen im
Einzelnen erläutert.
Die Erfindung, zusammen mit ihren weiteren Zielen und Vorteilen,
kann unter Bezugnahme auf nachfolgende Beschreibung und auf die
begleitenden Zeichnungen verstanden werden, und zwar:
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1,
bereits beschrieben, zeigt die Rahmenstruktur des Basismoduls oder
Stufe STM-1;
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2 zeigt
den allgemeinen Aufbau eines Kreuzverbinders für ein digitales Telekommunikationssystem,
das gemäß der SDH-Technik
arbeitet.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführung
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Bezugnehmend auf 2 umfaßt ein Kreuzverbinder CROSS_CONNECT
eine Eingabe-/Ausgabe-Einheit I/O_UNIT, wobei der Kreuzverbinder
CROSS_CONNECT an ein digitales Kommunikationsnetz DIG_NET angeschlossen
wird.
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Die Schnittstelle der Verbindung
NET_INT zwischen der Einheit I/O_UNIT und dem Netzwerk DIG_NET ist
im allgemeinen eine optische Schnittstelle.
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Alle synchronen Transportmodule sind
im Standardformat STM-1 am Eingabe/Ausgabe-Durchgang des Kreuzverbinders
CROSS_CONNECT an genannter Schnittstelle NET_INT.
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Die Eingabe-/Ausgabe-Einheit I/O_UNIT wird
von einem angemessenen Kontrollabschnitt UCM_I/O kontrolliert.
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Der Kreuzverbinder CROSS_CONNECT umfaßt zwei
Matrizen CCSTAGE1 und CCSTAGE2, die untereinander identisch und
vollkommen voneinander getrennt sind.
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Die beiden Matrizen CCSTAGE 1 und
CCSTAGE 2 sind über
die jeweiligen separaten Schnittstellen UTIF1 und UTIF2 mit der
Einheit I/O_UNIT verbunden.
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Synchrone Transportmodule, die durch
die Schnittstellen UTIF1 und UTIF2 gehen, sind im STM-eigenen Format.
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Im allgemeinen sind die Schnittstellen
UTIF1 und UTIF2 elektrischer Art. Die Einheit I/O_UNIT führt alle
erforderlichen Umwandlungen zwischen optischen Signalen und elektrischen
Signalen aus, und alle erforderlichen Umwandlungen zwischen Modulen
im Standardformat STM-1 und Modulen mit eigenem Format.
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Die beiden Matrizen CCSTAGE 1 und CCSTAGE2
arbeiten parallel und gleichzeitig in der sogenannten "aktiv aktiv"
Operationsmethode, in einer Weise, daß jede von ihnen als "einsatzbereite Reserve"
der anderen arbeiten kann.
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Die Wahl zwischen Matrix CCSTAGE1
und CCSTAGE2, um den wirksamen Weg des Systems zu unterstützen, erfolgt
durch die Einheit I/O_UNIT, die den Weg wählt, der das höhere Qualitätssignal hat.
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Jede der beiden Matrizen CCSTAGE1
und CCSTAGE2 umfaßt,
gemäß der SDH-Technik,
eine Zeitschlitz-Austauscheinheit und einen Zeitschlitz-Multiplex-Schalter.
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Insbesondere die Zeitschlitz-Austauscheinheit
enthält
eine Vermittlungseinheit der Zeit in der Eingabe TSUi, die den ersten
Abschnitt der Vermittlungsmatrix repräsentiert. Der zweite Abschnitt
der Vermittlungsmatrix besteht aus dem Zeitschlitz-Multiplexschalter
TMS und der dritte Abschnitt besteht aus der Zeitschlitz-Austauscheinheit
in der Ausgabe TSUo. Die Vermittlungsmatrix ist daher vom Typ TST (Zeit-Raum-Zeit).
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Die Zeitschlitz-Austauscheinheit
TSU und der Zeitschlitz-Multiplex-Schalter TMS des gleichen Abschnittes
sind durch eine STIF-Schnittstelle verbunden.
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Jede der TSU- und TMS-Einheiten der
beiden Matrizen CCSTAGE 1 und CCASTAGE2 wird durch eine relevante Überwachungseinheit
SCR_U kontrolliert. Die Überwachungseinheiten
SCR_U sind ihrerseits mit der Überwachungseinheit
des Kreuzverbinders SRC_CC verbunden.
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Bezugnehmend auf die 1 und 2 wird
die Methode laut vorliegender Erfindung nun beschrieben.
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Gemäß der Erfindung sehen alle
Vorrichtungen, die die TSU- und TMS-Einheiten des Kreuzverbinders CROSS_CONNECT
von 2 bilden, einfache Überwachungskreise
vor, die die korrekte Leistung logischer Funktionen in den Vorrichtungen selbst
kontrollieren.
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Diese zu kontrollierenden Funktionen
bestehen, zum Beispiel, aus der Eingabe/Entnahme von Daten aus den
Speichern, Kontrolle der Speicher, Kontrolle der Kombination logischer
Kreuzungen, usw...
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Diese Kontrollen erfolgen durch genannte Kreise
gemäß Kontrollmethoden
wie Paritätsprüfung und
Prüfsumme
von Speichern.
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Gemäß der Erfindung umfaßt das Kennsatz-Feld
des Abschnittes (SOH) von synchronen Transportmodulen eine vorgegebene
Anzahl von Bits, die zusätzliche
Informationen enthalten können, eine
für jede
der 270 Spalten des Rahmens.
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Wenn eine Vorrichtung des Kreuzverbinders CROSS_CONNECT
einen Paritätsfehler
an irgendeinem Byte des von diesem behandelten STM-Modul ermittelt,
richtet diese Vorrichtung die zusätzlichen Bits des Kopfteils
SOH auf eine Weise aus, die auf die Spalte hinweist, zu der dieses
Byte gehört.
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Auf diese Weise wird dem STM-Modul
selbst eine Fehlerinformation eindeutig zugeordnet. Ferner weist
diese Information auf die Spalte unter den 270 Spalten des STM-Moduls
hin, welcher der Fehler selbst zugeordnet worden ist.
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Die Vorrichtungen unterhalb der Einheit,
die den Fehler zuerst erkannt haben, empfangen den SDH-Rahmen mit
der "Markierung", daß sie
in ihrer Eingabe mit einem Fehler behaftet sind.
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Der Kopfteil SOH dieses "markierten"
Rahmens enthält
die Information der Spalte, die sich als fehlerhaft erweist.
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Durch diese Information erzeugt die
Vorrichtung unterhalb der Einheit, die den Fehler ermittelte, eine
Information, die den Fehler in der Spalte meldet, welche durch genannten
"markierten" Rahmen in der Eingabe angegeben wird.
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Auf diese Weise verteilt diese Vorrichtung
die Fehlerinformation in ihrem Innern und ermittelt die neue Position
dieser Fehlerinformation im Ausgang und findet den Ausgaberahmen,
in dem sie enthalten war.
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Dank dieser Tatsache wird die Fehlerinformation
durch alle Vorrichtungen des Kreuzverbinders CROSS_CONNECT verteilt,
die das STM-Modul nach
der Vorrichtung behandeln, in der der Fehler auftrat.
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Dies gilt, ungeachtet des Informationsflußes, zu
dem das STM-Modul gehört,
und ungeachtet der Ausgabe, an die das Modul selbst zu richten ist.
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Die Einheit I/O_UNIT analysiert den
Kopfteil SOH des genannten durchgehenden STM-Moduls mit eigenem
Format und bestimmt, gemäß der Anzahl
der Module mit einer zugeordneten Fehlerinformation, auf den Stand-by
Pfad zu schalten.
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Dies erlaubt, die korrekte Operation
des Kreuzverbinders CROSS_CONNECT auch dann zu gewährleisten,
während
Reparaturoperationen in dem Abschnitt, der die fehlerhafte Einrichtung
enthält,
durchgeführt
werden.
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Die Vorteile dieser Erfindung sind
eindeutig.
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Dank dieser Methode erfolgt die Fehlermeldung,
ohne irgendwelche zusätzlichen
Kosten, unter Verwendung von Kontrollkreisen, die bereits in den verschiedenen
Einrichtungen, aus der der Kreuzverbinder CROSS_CONNECT besteht,
enthalten sind.
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Die Eingabe der Fehlerinformation
in den Kopfteil des Moduls STM erlaubt die Verteilung des Fehlersignals
bis zur Einheit I/O_UNIT des Kreuzverbinders CROSS_CONNECT ohne
Hinzufügen
irgendwelcher Hardware-Ausrüstungen
und ohne zusätzliche
Software-Operationen.
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Dieses Fehlersignal wird sehr oft
aktualisiert, da sich die Blockstruktur STM alle 125 μs wiederholt. Die Überwachung
des Kreuzverbinders CROSS-CONNECT
erweist sich als permanent und deckt alle querverbundenen Spalten
ab.
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Die Übertragungsfrequenz von Fehlersignalen
hängt von
der Anzahl der Bytes ab, die zu diesem Zweck im Kopfteil SOH des
SDH-Rahmens im eigenen Format gehalten werden.
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Es ist, zum Beispiel, bei Verwendung
von 34 Bytes des Kopfteiles SOH möglich, Fehlersignale in Zusammenhang
mit den 270 Spalten mit der Rahmenfrequenz zu übertragen, das heißt alle
125 μs.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung
werden 9 Bytes des Kopfteils SOH benutzt. Daraus ergibt sich, daß die Fehlersignale
alle 4 SDH-Rahmen,
das heißt
alle 500 μs, übertragen
werden.
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Die Vermittlungsoperation des Stand-by-Pfades
wird sehr schnell durchgeführt.
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Die erforderlichen Einrichtungen
zum Entnehmen des Fehlersignals, das im Kopfteil SOH des STM-Moduls
enthalten ist, sind sehr einfach und nicht teuer. Sie können sogar
auf einfachen Schaltnetzen basieren.
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Während
eine besondere Ausführungsart der
vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, so wird
darauf hingewiesen, daß sich
die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführung beschränkt, da
andere Ausführungen
von Fachleuten realisiert werden können. Demnach ist vorgesehen, daß die vorliegende
Erfindung jede und alle dieser Ausführungen umfaßt, die
durch die folgenden Ansprüche
abgedeckt werden.