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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Datenübertragung
in einem Ethernet-Netzwerk. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein System und ein Verfahren zur Echtzeitmodifikation des
dem Ethernet-Netzwerk zugeordneten Zwischenrahmenabstands, um dessen
Gesamtleistung zu erhöhen.
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Beschreibung
des zur Erfindung gehörigen
Stands der Technik
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Angesichts
des ständigen
Aufkommens kleinerer, schnellerer und leistungsfähigerer Computer haben viele
Firmen dezentrale Netzwerke wie z. B. lokale Netzwerke („LANs") realisiert oder
sind dabei, diese zu realisieren. Ein LAN ist ein Hochgeschwindigkeitskommunikationsnetzwerk,
das eine Gruppe von Stationen (z. B. Computer, Server, Plotter oder beliebige
andere mit einem Netzwerk verbindbare elektronische Einrichtungen)
elektrisch miteinander verbindet. Infolgedessen hat jeder Benutzer
die Kontrolle über
seine oder ihre eigene Station und hat Zugriff auf andere mit dem
LAN gekoppelte Stationen. Ein bekannter LAN-Typ wird üblicherweise
als ein „Ethernet-Netzwerk" bezeichnet.
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Gemäß der Definition
IEEE-Norm 802.3 (IEEE, 1993) ist das Ethernet-Netzwerk ein nicht
auf Prioritäten
basierendes Netzwerk, das eine begrenzte Bandbreite, derzeit 10
Millionen Bits pro Sekunde („Mbps") und 100 Mbps unterstützt. Die
Norm IEEE 802.3 verwendet derzeit das Mehrfachzugriff-mit-Trägererkennung-
und Kollisionsvermeidung(„CSMA-CD" – Carrier Sense Multiple Access
and Collision Detection")-Zugriffsverfahren,
das versucht, Kollisionen dadurch zu vermeiden, daß ein Trägersignal verwendet
wird, um anzuzeigen, wann ein Datenrahmen bzw. ein Datenframe (d.
h. „data
frame") von einer
Station gesendet wird. Ein „Datenrahmen" ist eine Folge von
Datenbits einer zuvor ausgewählten Länge.
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Wenn
das Trägersignal
angelegt ist, überwacht
eine den Zugriff auf das Ethernet-Netzwerk anfordernde Station das
Trägersignal
so lange, bis es inaktiv wird, und wartet dann wenigstens eine minimale
Zwischenrahmenabstands(„IFFS")-Verzögerung,
die für
ein 10 Mbps Ethernet-Netzwerk 9,6 Mikrosekunden („μs") oder für ein 100
Mbps Ethernet 960 Nanosekunden („ns") beträgt, bevor sie ihren Datenrahmen
sendet. Dieses Verhalten wird sogar eingehalten, wenn nur eine Station
sendet, so daß diese
Station warten muß,
bis die IFS-Verzögerung abgelaufen
ist, bevor sie einen weiteren Datenrahmen senden kann. Daher findet
die schnellstmögliche
Datenübertragung
statt, die „Back-to-Back(BtB)-Übertragung" genannt wird, wenn
aufeinanderfolgende Übertragungen
nur durch eine IFS-Verzögerung
getrennt sind.
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Eine
Kollision tritt auf, wenn eine oder mehrere Stationen versuchen,
einen Datenrahmen zu senden, bevor eine vorherige Datenübertragung
einer anderen Station beendet ist. Man nehme beispielsweise an,
daß zwei
Stationen mit einem 10 Mbps Ethernet-Netzwerk verbunden sind, das
eine Ausbreitungsverzögerung
zwischen den Stationen hat, die größer als 9,6 μs ist. Wenn
die erste Station mit dem Senden eines Datenrahmens beginnt, empfängt die
zweite Station ein aktives Trägersignal
erst nach der Ausbreitungsverzögerung.
Wenn jedoch die zweite Station das Trägersignal überwacht, startet sie mit dem
Senden eines Datenrahmens nach 9,6 μs (d. h. einer minimalen IFS-Verzögerung),
wobei dies versehentlich dazu führen
kann, daß eine
Kollision stattfindet.
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Gemäß IEEE 802.3
müssen
alle Stationen, deren Datenrahmen eine Kollision erfahren hat, ihre Übertragungen
unterbrechen und eine zufällige
Anzahl von „Slot-Zeiten" warten, bevor sie
versuchen können,
ihren Datenrahmen erneut zu übertragen. Eine „Slot-Zeit" ist die maximale
Ausbreitungsverzögerung
für ein
Signal, das von einer ersten Station (z. B. einem Computer) des
Ethernet-Netzwerks zu einer zweiten Station (z. B. einem Server) übertragen wird
und zurück
zu der ersten Station, und zwar über den
Bus einer von dem Ethernet-Netzwerk unterstützten maximalen Länge. Die „Slot-Zeit" des 10 Mbps Ethernet-Netzwerks ist gleich
51,2 μs.
Konkurrierende Stationen, die die gleiche „zufällige" Anzahl gewählt haben, werden eine weitere
Kollision erfahren, die er von der erneuten Übertragung ihres Rahmens verursacht
wird, und vielleicht zukünftige
Rahmenkollisionen. Darüber
hinaus ist damit zu rechnen, daß andere
ursprünglich
nicht konkurrierende Stationen ebenfalls Kollisionen verursachen
können,
wenn sie nach einer entsprechenden IFS-Verzögerung versuchen, Datenrahmen
zu senden.
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Wenn
auf der anderen Seite entgegen der Anleitung von IEEE 802.3 gearbeitet
wird, kann das Ethernet-Netzwerk eine unakzeptable hohe Datenkollisionsrate
erfahren, die die verfügbare
Bandbreite des Ethernet-Netzwerks verringert und zu einer nicht optimalen
Leistungsfähigkeit
führt.
Gleichfalls kann das Erhöhen
des IFS für
eine vorgegebenen Ethernet-Netzwerkkonfiguration die Anzahl der
von dem Ethernet-Netzwerk erfahrenen Datenkollisionen vorübergehend
reduzieren, jedoch ist damit zu rechnen, daß der IFS unangemessen hoch
sein könnte,
falls der Verkehr in dem Ethernet-Netzwerk beträchtlich abnimmt. Dies würde das
Ethernet-Netzwerk ebenfalls davon abhalten, seinen optimalen Leistungspegel
zu erreichen.
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Daher
wäre es
vorteilhaft, den zum Ethernet-Netzwerk zugehörigen IFS-Zeitwert auf der
Basis einer Anzahl von Faktoren zu steuern, beispielsweise Netzwerk-Verkehr
und Topologie. Eine derartige Steuerung müsste allerdings „laufend" („on the
fly") oder in Echtzeit
erfolgen, um Echtzeitdatenübertragungen
zu unterstützen.
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KURZE ZUSMAMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, zum Ändern eines
Zwischenrahmenabstands (IFS; inter frame spacing) zum Verbessern
der Leistungsfähigkeit
eines Netzwerks unter Verwendung einer IFS-Anpassungsroutine, wobei
das Verfahren umfasst:
Ermitteln einer Sendeaktivität des Netzwerks;
und
Überprüfen, ob
die Sendeaktivität
größer oder
gleich einem Sendeaktivitätsschwellenwert
ist, wobei dann, wenn die Sendeaktivität größer oder gleich dem Sendeaktivitätsschwellenwert
ist,
- i) eine Kollisionsintensität, die das
Netzwerk erfährt,
ermittelt wird, und
- ii) der Zwischenrahmenabstand eingestellt wird, bis die Kollisionsintensität über einen
Kollisionsintensitätsschwellenwert
ansteigt, und
wobei dann, wenn die Sendeaktivität geringer
als der Sendeaktivitätsschwellenwert
ist, der Zwischenrahmenabstand auf eine minimale Zwischenrahmenabstandsverzögerung,
die dem Netzwerk zugeordnet ist, eingestellt wird.
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Ebenfalls
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Netzwerk bereitgestellt, aufweisend:
ein
Netzwerkmedium;
eine mit dem Netzwerkmedium gekoppelte erste
Station und
eine mit dem Netzwerkmedium gekoppelte zweite Station,
wobei die zweite Station enthält:
eine
Netzwerksteuereinrichtung, die zum Regulieren des Datendurchsatzes
aus der zweiten Station auf das Netzwerkmedium verwendet wird,
einen
Netzwerkgerätetreiber,
der in einem Speicherelement gespeichert ist und mit der Netzwerksteuereinrichtung
kommuniziert, wobei der Netzwerkgerätetreiber so konfiguriert ist,
daß er
einen von der Netzwerksteuereinrichtung verwendeten Zwischenrahmenabstand
modifizieren kann, wobei der Netzwerkgerätetreiber eine Zwischenrahmenabstandsroutine
enthält,
die von der zweiten Station ausgeführt wird, um den Zwischenrahmenabstand
in Echtzeit zu modifizieren, wobei der Netzwerkgerätetreiber ferner
so ausgebildet ist:
- i) daß er eine Sendeaktivität des Netzwerks
ermitteln kann,
- ii) eine von dem Netzwerk erfahrene Kollisionsintensität ermitteln
kann, vorausgesetzt, die Sendeaktivität ist größer als oder gleich einem Sendeaktivitätsschwellenwert,
- iii) den von der Netzwerksteuereinrichtung benutzten Zwischenrahmenabstand
einstellen kann, bis die Kollisionsintensität über einen Kollisionsintensitätsschwellenwert
ansteigt, vorausgesetzt, die Sendeaktivität ist größer oder gleich dem Sendeaktivitätsschwellenwert,
und
- iv) den Zwischenrahmenabstandsparameter auf eine minimale Zwischenrahmenabstandsverzögerung einstellen
kann, wenn die Sendeaktivität geringer
als der Sendeaktivitätsschwellenwert
ist.
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Ferner
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Station bereitgestellt, aufweisend:
eine Netzwerksteuereinrichtung,
die verwendet wird, um einen Datendurchsatz über ein Netzwerkmedium zu regulieren;
und
einen Netzwerkgerätetreiber,
der in einem Speicherelement gespeichert ist und in Kommunikation
mit der Netzwerksteuereinrichtung steht, wobei der Netzwerkgerätetreiber
so konfiguriert ist, daß ein
von der Netzwerksteuereinrichtung verwendeter Zwischenrahmenabstand
modifiziert wird, wobei der Netzwerkgerätetreiber eine Zwischenrahmenabstandsanpassungsroutine
enthält,
die, wenn sie ausgeführt
wird, den Zwischenrahmenabstand in Echtzeit modifiziert, wobei der
Netzwerkgerätetreiber
ferner so ausgebildet ist, daß er
- i) eine Sendeaktivität eines Netzwerks, das die Station
einschließt,
ermittelt,
- ii) eine von dem Netzwerk erfahrene Kollisionsintensität ermittelt,
sofern die Sendeaktivität
größer als
oder gleich einem Sendeaktivitätsschwellenwert
ist,
- iii) den von der Netzwerksteuereinrichtung benutzten Zwischenrahmenabstand
einstellt, bis die Kollisionsintensität über einen Kollisionsintensitätsschwellenwert
ansteigt, sofern die Sendeaktivität größer als oder gleich dem Sendeaktivitätsschwellenwert
ist, und
- iv) der Zwischenrahmenabstandsparameter auf eine minimale Zwischenrahmenabstandsverzögerung gesetzt wird,
wenn die Sendeaktivität
geringer als der Sendeaktivitätsschwellenwert
ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung
ersichtlich, wobei:
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1 ein
veranschaulichendes Blockschaltbild eines Ethernet-Netzwerksystems
zeigt, in dem eine Zwischenrahmenabstands(„IFS")-Anpassungsroutine in einer in einem
internen Speicher der Station gespeicherten Netzwerktreibersoftware
implementiert ist und alternativ in einer Netzwerkschnittstellenkarte
(„NIC").
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2 zeigt
ein veranschaulichendes allgemeines Ablaufdiagramm der ersten Schritte
der IFS-Anpassungsroutine zum Einstellen des Zwischenrahmenabstands,
die von der Netzwerksteuereinrichtung zur Leistungsoptimierung des
Ethernet-Netzwerkes
verwendet wird.
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3 zeigt
ein detailliertes Ablaufdiagramm einer Prozedur der IFS-Anpassungsroutine
zum Einstellen des Zwischenrahmenabstands der Netzwerksteuereinrichtung
zur Leistungsoptimierung des Ethernet-Netzwerks.
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4 zeigt
eine detaillierte Darstellung der Operationen der IFS-Anpassungsroutine
für ein Ethernet-Netzwerk
mit einer Topologie, bei der die Umlaufzeitverzögerung zwischen der ersten
und der zweiten Station gleich „2/m" multipliziert mit der Slot-Zeit ist,
wobei „1/m" gleich dem inkrementalen IFS-Wert
ist.
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5 zeigt
eine detaillierte Darstellung von Operationen der IFS-Anpassungsroutine
für ein Ethernet-Netzwerk
mit einer Topologie, bei der die Umlaufzeitverzögerung zwischen der ersten
und der zweiten Station gleich „5/m" multipliziert mit der Slot-Zeit ist,
wobei „1/m" gleich dem inkrementalen IFS-Wert
ist.
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6 zeigt
eine detailliert Darstellung der Operationen der IFS-Anpassungsroutine
für ein Ethernet-Netzwerk
mit einer Topologie, bei der die Umlaufzeitverzögerung zwischen der ersten
und der zweiten Station gleich „2/m" multipliziert mit der Slot-Zeit ist
und wobei eine Topologieänderung
in der Zeitperiode T14 erfahren wird.
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7 zeigt
eine detaillierte Darstellung der Operationen der IFS-Anpassungsroutine
für ein Ethernet-Netzwerk,
das eine gegenüber
einer IFS-Anpassung unempfindliche Topologie aufweist.
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DETALLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt eine Zwischenrahmenabstands(„IFS")-Anpassungsroutine,
die zusammen mit einer Hardwareschaltung funktioniert und den Zwischenrahmenabstand
einer Station eines Ethernet-Netzwerks auf der Basis von deren Last
und Topologie verändert.
Die folgende Beschreibung wird hauptsächlich anhand von Ablaufdiagrammen
und grafischen Darstellungen präsentiert, da
diese als am effektivsten angesehen werden, um den Gegenstand der
vorliegenden Erfindung Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet der
Netzwerkkommunikation zu vermitteln. Die Ablaufdiagramme stellen
eine Reihe von Schritten dar, die zu einem gewünschten Ergebnis führen, obwohl
einige bekannte Schritte nicht im Detail angegeben sind, um zu vermeiden,
daß die
vorliegende Erfindung unnötig
verdeckt wird. Diese Schritte erfordern physikalische Bearbeitungen
physikalischer Größen in Form
von elektrischen oder magnetischen Signalen, die gespeichert, übertragen,
kombiniert, verglichen oder auf andere Weise gehandhabt bzw. bearbeitet
werden können.
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Eine
gewisse Terminologie wird verwendet, um bestimmte bekannte Netzwerkbegriffe
zu erörtern.
Beispielsweise bezieht sich der Begriff „Topologie" auf die Entfernungen zwischen Stationen,
die im Ethernet-Netzwerk operieren, während der Begriff „Last" den gesamten Datenverkehr
einbezieht, der von dem Ethernet-Netzwerk erfahren wird, einschließlich der „Sendeaktivität" und „Kollisionsintensität". Die „Sendeaktivität" repräsentiert
die Anzahl von BtB-Rahmen, die eine Station in einer einzigen Zeitperiode „T" zu übertragen
versucht, die gleich einer Sekunde oder einer beliebigen gewählten Zeitdauer
ist. Die „Kollisionsintensität" ist definiert als
der ganzzahlige Anteil eines Verhältnisses aus der Sendeaktivität und der
Anzahl derjenigen Rahmen, die in der Zeitperiode mit einem anderen
kollidierten. Die Kollisionsintensität steigt an, wenn die Anzahl
der kollidierten Rahmen abnimmt, so daß wenn alle BtB-Rahmen ohne
Kollisionen übertragen
werden, die Kollisionsintensität
ihr Maximum erreicht. Die Anzahl der BtB-Rahmen und der kollidierten
Rahmen kann von der LAN-Steuereinrichtung erfasst werden, wenn die
Interrupt Service Routine bzw. die Interrupt-Bearbeitungsroutine
der Station verarbeitet wird. Schließlich bezeichnet die „Umlaufzeitverzögerung" die Ausbreitungsverzögerung für ein Signal,
das zwischen zwei Stationen des Ethernet-Netzwerks übertragen
wird.
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Es
wird nun auf 1 Bezug genommen, in der ein
veranschaulichendes Blockschaltbild eines Ethernet-Netzwerks 100 dargestellt
ist, das die vorliegende Erfindung verwendet. Das Ethernet-Netzwerk 100 umfaßt „N" Stationen 110a–100n (wobei „N" eine beliebige ganze
Zahl ist), die durch ein bekanntes Netzwerkmedium 150 über Busleitungen 160a–160n verbunden
sind. Jede dieser Station 110a–110n enthält einen
internen Speicher 120a–120n.
Vorzugsweise ist eine der Stationen beispielsweise die Station 110n ein
Server, der dafür vorgesehen
ist, daß er
mit einer oder mehreren Stationen zusammenarbeitet.
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Unabhängig von
der speziellen Netzwerkkonfiguration benötigt jede der Stationen vorzugsweise
eine Netzwerk(„LAN")-Steuereinrichtung 130a–130n,
die von ihrem zugehörigen
Netzwerkgerätetreiber
gesteuert wird, der die IFS-Anpassungsroutine enthält. Die
LAN-Steuereinrichtung 130a–130n ist in Silizium
realisiert, und zwar mit einer zur Änderung des IFS in Echtzeit
erforderlichen Schaltung. Beispiele für derartige derzeit erhältliche LAN-Steuereinrichtungen 130a–130n sind
der i)82595TX und i)82595FX, die von Intel® Corporation, Santa
Clara, Kalifornien, hergestellt werden; jedoch ist klar, daß andere
LAN-Steuereinrichtungen, die derzeit oder in der Zukunft verwendet
werden, eine Schaltung enthalten können, die es der IFS-Anpassungsroutine
ermöglicht,
den IFS in Echtzeit zu ändern.
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Wie
in der ersten und zweiten Station 110a und 110b der 1 dargestellt
ist, besteht ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darin, daß die IFS-Anpassungsroutine
als Teil der Netzwerkgerätetreiber 140a und 140b in
dem internen Speicher 120a bzw. 120b eingesetzt
wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
kann die IFS-Anpassungsroutine alternativ in einer Netzwerkschnittstelle (z.
B. der Netzwerkschnittstellenkarte) 145 verwendet werden,
wobei diese Verwendungsweise anhand der N-ten-Station 110n dargestellt
ist. Obwohl viele andere Ausführungsbeispiele
erwogen werden, liegt der Schutzbereich der Erfindung darin, die
IFS-Anpassungsroutine mit der Möglichkeit
zu versehen, in Echtzeit IFS-Parameter intelligent einzustellen,
die von der LAN-Steuereinrichtung der Station zum Regulieren des
Datendurchsatzes des Ethernet-Netzwerks verwendet werden.
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Es
wird nun auf 2 Bezug genommen, die ein allgemeines
Ablaufdiagramm der IFS-Anpassungsroutine zur Änderung des IFS-Parameters zeigt,
der von einer LAN-Steuereinrichtung verwendet wird, wobei die Routine
in jeder Station oder Netzwerkschnittstelle realisiert ist, um den
Datendurchsatz der Station und insgesamt den Datendurchsatz des
Ethernet-Netzwerkes zu regulieren. Das primäre Ziel der IFS-Anpassungsroutine
besteht darin, die Anzahl der Datenkollisionen zu verringern, um
den Durchsatz des Ethernet-Netzwerkes zu verbessern, indem der IFS-Wert
einer der konkurrierenden Stationen geringfügig angepaßt wird. Sofern die IFS-Anpassungsroutine
die Leistungsfähigkeit
des Ethernet-Netzwerkes nicht verbessert, garantiert sie, daß die gesamte
Leistungsfähigkeit
des Ethernet-Netzwerkes auf dem gleichen Niveau bleibt, als wenn
die IFS-Anpassungsroutine nicht verwendet worden wäre, indem
der IFS-Parameter auf seinen Minimalwert (9,6 μs für 10 Mbps Ethernet-Netzwerke, 960 ns
für 100
Mbps Ethernet-Netwerke usw.) zurückgesetzt
wird. Es ist klar, daß die
Operationen der IFS-Anpas sungsroutine von speziell konfigurierter Hardware
oder entsprechenden Softwaremechanismen emuliert werden könnten.
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Wie
dargestellt ist, führt
die IFS-Anpassungsroutine eine Reihe von Schritten aus, um den IFS
des Ethernet-Netzwerks zur Erzielung einer optimalen Leistungsfähigkeit
zu modifizieren. Zunächst wird
bei S105 die Sendeaktivität
des Ethernet-Netzwerks berechnet, um zu entscheiden, wann die IFS-Anpassungsroutine
gestartet und beendet werden soll. Wie bei S110 gezeigt ist, wird
die IFS-Anpassungsroutine vorzugsweise gestartet, wenn die Sendeaktivität einen
für die
spezielle Bandbreite des Ethernet-Netzwerkes versehenen konstanten
vorgegebenen Sendeaktivitätsschwellenwert überschreitet.
Vorzugsweise wird der Sendeaktivitätsschwellenwert für ein 10
Mbps Ethernet auf „350" eingestellt. In ähnlicher
Weise wird die IFS-Anpassungsroutine beendet, wenn die Sendeaktivität unter
den Sendeaktivitätsschwellenwert
fällt und
der IFS wird auf seinen Universalwert (S110 und S125) gesetzt.
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Als
nächstes
bei S215 bestimmt die IFS-Anpassungsroutine, ob der aktuelle Verkehr,
normalerweise BtB-Rahmen, die für
das Netzwerkmedium übertragen
werden, auf IFS-Veränderungen
ansprechen. Ein Ansprechen kann mit einer Reihe von Verfahren ermittelt
werden, von denen eines darin besteht, den IFS-Parameter gleichzusetzen
mit der Slot-Zeit des Ethernet-Netzwerkes in einer ersten Zeitperiode
und die Kollisionsintensität
des Ethernet-Netzwerkes in der nächsten
Zeitperiode zu überprüfen.
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Sobald
ein substantieller Anstieg der Kollisionsintensität erfasst
wird (S120), geht man davon aus, daß die BtB-Rahmen gegenüber einer
IFS-Anpassung empfindlich sind und bestimmte Parameter, beispielsweise
die Sendeaktivität
und die Kollisionsintensität
können
zur Auswahl des IFS-Wertes verwendet werden. Genauer gesagt wird
die Kollisionsintensität
berechnet und zur Einstellung des von der LAN-Steuereinrichtung
verwendeten IFS-Parameters verwendet (S130). Üblicherweise wird die Kollisionsintensität dadurch
bestimmt, daß der
ganzzahlige Anteil des Verhältnisses
aus (i) der Anzahl der BtB-Rahmen, die die Station in der Zeitperiode „T" zu übertragen
versucht und (ii) der Anzahl der in dieser Zeitperiode kollidierten Rahmen
genommen wird. Vorzugsweise wird der IFS-Parameter auf der Basis von
Vergleichen zwischen der Kollisionsintensität und einem konstanten vorgegebenen
Kollisionsintensitätsschwellenwert
eingestellt. Der Kollisionsintensitätsschwellenwert ist vorzugsweise
gleich „4" für ein 10
Mbps Ethernet-Netzwerk. Wenn es jedoch keine wahrnehmbare Änderung
der Kollisionsintensität gibt,
wird die IFS-Anpassungsroutine beendet und der IFS wird auf seinen
minimalen Wert eingestellt, wie oben beschrieben (S125).
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, die ein detaillierteres
Ablaufdiagramm der IFS-Anpassungsroutine darstellt, die zum Steuern
ihrer zugehörigen
LAN-Steuereinrichtung verwendet wird. Jeder Zugriff auf die IFS-Anpassungsroutine
wird jeweils in einer Zeitdauer „T" durchgeführt. Die vollständige Anpassung
des IFS zum Erreichen der Umlaufzeitverzögerung für eine vorgegebene Topologie
und Belastung des Ethernet-Netzwerkes wird durch mehrere Zugriffe
auf die IFS-Anpassungsroutine erreicht. Diese Routine basiert auf
mehreren Schaltern (z. B. den STARTADAPT-, NEEDSADAPT- und NEEDSCHECK-Schaltern),
um auf der Basis der aktuellen Sendeaktivität und Kollisionsintensität zu entscheiden,
welche Schritte auszuführen
sind. Die Schalter werden verwendet, um aktuelle Zustandsinformationen
zu speichern, die bei jedem Zugriff geändert sein können. Der
Anfangsstatus dieser Schalter im „Ruhezustand" ist der folgende:
STARTADAPT (ANFANGSANPASSUNG9 = „wahr", NEEDSADAPT (BEDARFSANPASSUNG) _ „falsch" und NEEDSCHECK (BEDARFSÜBERPRÜFUNG) _ „wahr".
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Wie
in 3 gezeigt ist, bestimmt die IFS-Anpassungsroutine
im Block S205, ob die Sendeaktivität größer oder gleich dem vorgegebenen Sendeaktivitätsschwellenwert
ist, der für
Quellen außerhalb
der IFS-Anpassungsroutine erhalten wird. Falls nicht, konfiguriert
die IFS-Anpassungsroutine den IFS-Parameter der LAN-Steuereinrichtung
auf seinen minimalen Wert, kehrt zu den oben angegebenen Schalter
in ihren „Ruhezustand" zurück und setzte
die Sendeaktivität
und die Parameter der Anzahl der kollidierten Rahmen zurück, wie
es in S210, S215, S290 bzw. S295 gezeigt ist. Wenn die Sendeaktivität größer oder
gleich dem Sendeaktivitätsschwellenwert
ist, prüft
die IFS-Anpassungsroutine den Status des NEEDSCHECK-Schalters (S220). Der
NEEDSCHECK-Schalter ist auf „wahr" gesetzt, wenn es
einen Bedarf an einer IFS-Anpassung gibt. Der NEEDSCHECK-Schalter wird jedoch
auf „falsch" gesetzt, wenn die
Kollisionsintensität
nicht empfindlich gegenüber
der IFS-Anpassung ist, wodurch verursacht wird, daß die Sendeaktivität und die
Parameter der Anzahl der kollidierten Rahmen zurückgesetzt werden, bevor die
Routine verlassen wird (S225).
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Als
nächstes
berechnet die IFS-Anpassungsroutine bei S230 und S235 die Kollisionsintensität und bestimmt
dann zu Beginn, ob die Kollisionsintensität kleiner als ihr Kollisionsintensitätsschwellenwert
ist. Falls nicht, wird die IFS-Anpassungsroutine nicht benötigt und
wird verlassen, da der STARTADAPT-Schalter in dem „Ruhezustand" „wahr"ist (S265 und S266). Wenn jedoch die
Kollisionsintensität
kleiner als ihr Kollisionsintensitätsschwellenwert ist und STARTADAPT „wahr" ist (S235–S240) testet
dieser erste Zugriff die Kollisionsempfindlichkeit gegenüber IFS,
indem der IFS-Parameter gleich der Slot-Zeit gesetzt wird, während der STARTADAPT-Schalter
auf „falsch" gesetzt wird (S245).
Dann wird der neu modifizierte IFS an die LAN-Steuereinrichtung übertragen
und die Sendeaktivität
und die Parameter der Anzahl der kollidierten Rahmen werden vor
dem Verlassen zurückgesetzt (S290
und S295). Wie dargestellt ist, werden die Schalterwerte nicht wieder
in ihren „Ruhezustand" gebracht, sondern
behalten ihren aktuellen Zustand zur Verwendung bei einem zweiten
oder nachfolgenden Zugriff.
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Bei
einem zweiten Zugriff auf die IFS-Anpassungsroutine wird bestimmt,
ob es erforderlich ist, die IFS-Anpassung fortzusetzen, indem geprüft wird
(i) ob die Sendekativität
weiterhin größer oder
gleich dem Sendeschwellenwert ist und (ii) der NEEDSCHECK-Schalter „wahr" bleibt (S205 und
S220). Falls dies der Fall ist, prüft die IFS-Anpassungsroutine,
ob die Kollisionsintensität
größer oder
gleich dem Kollisionsintensitätsschwellenwert
ist, wobei dies anzeigt, daß die
aktuelle Netzwerkbelastung und Topologie darauf ansprechen, daß der IFS gleich
der Slot-Zeit gesetzt ist (S235). Wenn die Kollisionsintensität zahlenmäßig zugenommen
hat, so daß sie
oberhalb des Kollisionsintensitätsschwellenwertes
liegt, wie in S265–S275
gezeigt ist, setzt die IFS-Anpassungsroutine IFS gleich einer zuvor
ausgewählten IFS-Verzögerung,
wie z. B. zwei IFS-Verzögerungsinkremente „2×IFS-Ink.", wobei dies gleich
einem konstanten vorgegebenen Bruchteil der Slot-Zeit ist (z. B.
1/8 der Slot-Zeit). Darüber
hinaus setzt die IFS-Anpassungsroutine den NEEDSADAPT-Schalter auf „wahr", wobei dies anzeigt,
daß eine
weitere IFS-Modifikation erforderlich sein kann.
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Wenn
jedoch die Kollisionsintensität
weiterhin unter dem Kollisionsschwellenwert bleibt, nachdem IFS
gleich der Slot-Zeit
gesetzt wurde, setzt die IFS-Anpassungsroutine IFS auf seinen Minimalwert zurück, setzt
den NEEDSCHECK-Schalter auf „falsch" und setzt die Parameter
der Sendeaktivität und
der Anzahl der kollidierten Rahmen wie in S240, S250, S255, S290
und S295 gezeigt. Dies führt
dazu, daß nachfolgende
Zugriffe der IFS-Anpassungsroutine bei S220 verlassen werden.
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Bei
dem dritten und folgenden Zugriffen bestimmt die IFS-Anpassungsroutine,
ob es erforderlich ist, die IFS-Anpassung fortzusetzen (d. h. sie
prüft die Sendeaktivität und sie
prüft,
ob der NEEDSCHECK-Schalter „wahr" bleibt). Falls dies
der Fall ist, prüft
die IFS-Anpassungsroutine, ob die Kollisionsintensität kleiner
als der Kollisionsintensitätsschwellenwert
ist, wenn IFS gleich der zuvor ausgewählten IFS-Verzögerung ist.
Falls dies der Fall ist, zeigt dies, daß eine weitere Erhöhung des
IFS-Parameters erforderlich ist, um eine optimale Leistungsfähigkeit
zu erreichen. Da die STARTADAPT- und NEEDSADAPT-Schalter „falsch" bzw. „wahr" sind, erhöht die IFS-Anpassungsroutine
IFS um ein weiteres IFS-Verzögerungsinkrement,
konfiguriert IFS, indem der neue IFS-Wert an die LAN-Steuereinrichtung übertragen
wird und setzt die Parameter der Sendeaktivität und der Anzahl der kollidierten
Rahmen zurück
(S240, S250, S260, S290 und S295). Danach führen nachfolgende Zugriffe
dazu, daß der
IFS entsprechend um ein IFS-Verzögerungsinkrement
erhöht
wird, bis die Kollisionsintensität über den
Kollisionsintensitätsschwellenwert
ansteigt, wobei die Schalter dann in ihren „Ruhezustand" versetzt werden,
wie es in S265, S270 und S280 gezeigt ist. Danach wird der neu berechnete
IFS verwendet, bis die Sendeaktivität unter ihren Sendeaktivitätsschwellenwert
fällt oder
die Kollisionsintensität
unter ihren Kollisionsintensitätsschwellenwert
fällt.
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Es
wird nun auf 4 Bezug genommen, in der eine
beispielhafte grafische Darstellung der IFS-Anpassungsroutine für ein Ethernet-Netzwerk mit
einer relativ kurzen Topologie gezeigt ist, bei der die Umlaufzeitverzögerung zwischen
einer ersten Station und einer zweiten Station gleich „2/m × Slot-Zeit" ist, wobei „m" eine beliebige ganze
Zahl (z. B. „8") und „1/m × Slot-Zeit" gleich dem IFS-Verzögerungsinkrement
ist. Die Zahlen auf der Y-Achse sind abstrakt und dienen nur der
Veranschaulichung. Der Sendeaktivitätsschwellenwert ist auf (80)
gesetzt und der Kollisionsintensitätsschwellenwert ist auf Fünf (5) gesetzt,
obwohl beliebige Werte gewählt
werden können.
Wenn IFS auf eine minimale IFS-Verzögerung gesetzt wird, während die
Sendeaktivität
größer als 80
wird und die Kollisionsintensität
unter 5 fällt,
wie zur Zeit „2T" gezeigt ist, beginnt
die IFS-Anpassungsroutine bei 3T und prüft, ob die Kollisionsintensität auf die
IFS-Anpassung anspricht. Eine derartige Überprüfung erfolgt, indem IFS gleich
der Slot-Zeit gesetzt wird, und bei 4T bestimmt wird, ob die Kollisionsintensität zugenommen
hat.
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Da
die Kollisionsintensität,
wie gezeigt ist, bei 4T bis oberhalb des Kollisionsintensitätsschwellenwertes
angestiegen ist, wobei dies anzeigt, daß das Netzwerk auf die IFS-Änderung
anspricht, beschließt
die IFS-Anpassungsroutine, IFS zu ändern und setzt IFS gleich
2/m × Slot-Zeit.
Zur Zeit „5T" erkennt die IFS-Anpassungsroutine,
daß die
Kollisionsintensität
noch oberhalb des Kollisionsintensitätsschwellenwertes bleibt und
beendet die IFS-Anpassung im Hinblick auf die Tatsache, daß der IFS
gleich der Umlaufzeitverzögerung
ist. Der berechnete IFS bleibt bis 18T unverändert. Bei 18T erkennt die IFS-Anpassungsroutine,
daß die
Sendeaktivität
unter den Sendeaktivitätsschwellenwert
gefallen ist und beendet daher die Berechnung der Kollisionsintensität und kehrt
zum minimalen IFS zurück.
Infolge dieses Verhaltens erzielt das Ethernet-Netzwerk seine maximale
Leistungsfähigkeit
bei 4T und bleibt auf dem gleichen Pegel bis zum Ende der BtB-Rahmenübertragungen.
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Es
wird nun auf 5 Bezug genommen, in der eine
beispielhafte grafische Darstellung von Operationen der IFS-Anpassungsroutine
für ein
Ethernet-Netzwerk gezeigt ist, das eine relativ lange Topologie
hat, bei der die Umlaufzeitverzögerung
zwischen der ersten und der zweiten Station gleich 5/m × Slot-Zeit
ist, wobei 1/m × die
Slot-Zeit gleich dem IFS-Verzögerungsinkrement
ist. Wie oben erörtert sind
die Zahlen auf der Y-Achse abstrakt und dienen nur der Veranschaulichung,
während
der Sendeaktivitätsschwellenwert
und der Kollisionsintensitätsschwellenwert
80 bzw. 5 betragen. Wenn die Sendeaktivität bei 2T größer als 80 wird und die Kollisionsintensität T kleiner
als 5 wird, startet die IFS-Anpassungsroutine bei 3T und prüft, ob die
Kollisionsintensität
auf die IFS-Anpassung anspricht. Wie oben erörtert, wird eine derartige
Prüfung
dadurch ausgeführt,
daß der
IFS bei 3T gleich der Slot-Zeit eingestellt wird und festgestellt
wird, ob die Kollisionsintensität
bei 4T über
den Kollisionsintensitätsschwellenwert
angestiegen ist. Zu diesem Zeitpunkt ändert die IFS-Anpassungsroutine
IFS, indem IFS unmittelbar auf eine zuvor ausgewählte IFS-Verzögerung gesetzt wird,
die, wie dargestellt ist, 2/m × Slot-Zeit
beträgt.
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In
der Zeitperiode 5T bis 7T bleibt die Kollisionsintensität T weiterhin
unter dem Kollisionsintensitätsschwellenwert,
wobei dies von der IFS-Anpassungsroutine die Modifikation des IFS
in Inkrementen von 1/m × Slot-Zeit
zu jeder Zeit 5T bis 7T verlangt. Bei 8T erfasst die IFS-Anpassungsroutine,
daß die Kollisionsintensität über ihren
Kollisionsintensitätsschwellenwert
angestiegen ist und beendet die IFS-Anpassung, so daß IFS gleich
5/8 Slot-Zeit ist. Der berechnete IFS bleibt unverändert, bis
18T, zu welcher Zeit die IFS-Anpassungsroutine erkennt, daß die Sendeaktivität unter
ihren Schwellenwert gefallen ist und daher das Berechnen der Kollisionsintensität beendet
und zu ihrem minimalen IFS zurückkehrt.
Als Folge dieses Verhaltens erzielt das Ethernet-Netzwerk seine
optimale Leistungsfähigkeit
bei 7T und verbleibt bis zum Ende der Rahmenübertragungen auf dem gleichen
Pegel.
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Es
wird nun auf 6 Bezug genommen, die eine veranschaulichende
Darstellung der Operationen der IFS-Anpassungsroutine für ein Ethernet-Netzwerk
mit einer relativ kurzen Topologie zeigt, bei dem die Umlaufzeitverzögerung zwischen
der ersten und der zweiten Station gleich 2/m × Slot-Zeit beträgt, wobei „1/m × Slot-Zeit" gleich dem IFS-Verzögerungsinkrement
ist. Die Sendeaktivitäts-
und Kollisionsintensitätsschwellwerte
sind auf 80 bzw. 5 gesetzt. Wenn die Sendeaktivität größer als
80 wird und die Kollisionsintensität zur Zeit 2T kleiner als 5 wird,
beginnt die IFS-Anpassungsroutine bei 3T und prüft, ob die Kollisionsintensität auf die
IFS-Anpassung anspricht, indem sie bei 3T IFS gleich einem ganzen
Slot-Zeitwert setzt
und prüft,
ob die Kollisionsintensität
bei 4T über
den Kollisionsintensitätsschwellenwert
angestiegen ist. Falls dies der Fall ist, beschließt die IFS-Anpassungsroutine,
IFS zu modifizieren und setzt IFS unverzüglich gleich 2/m × Slot-Zeit.
In der Zeitperiode 5T erkennt die IFS-Anpassungsroutine, daß die Kollisionsintensität über den
Kollisionsintensitätsschwellenwert
bleibt und beendet als Antwort die weitere IFS-Anpassung. Der aktuelle
Wert des IFS bleibt bis 14T unverändert.
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Zur
Zeit 14T erkennt die IFS-Anpassungsroutine, daß die Kollisionsintensität unter
den Kollisionsintensitätsschwellenwert
gefallen ist, während IFS
auf „2/m × Slot-Zeit" gesetzt ist. Üblicherweise geschieht
dies durch eine Rekonfiguration des Ethernet-Netzwerkes. Als Reaktion überprüft die IFS-Anpassungsroutine
sofort die Kollisionsempfindlichkeit der BtB-Rahmen, indem sie IFS
erhöht,
so daß er
bei 15T gleich der Slot-Zeit
ist. Bei 16T bestimmt die IFS-Anpassungsroutine, daß die Kollisionsintensität nicht über den
Kollisionsintensitätsschwellenwert
angestiegen ist, und setzt IFS sofort auf den minimalen Wert zurück. Während dieser
Transaktion verbessert die IFS-Anpassungsroutine infolgedessen die
Leistungsfähigkeit
des Ethernet-Netzwerkes bei zwei verschiedenen Gelegenheiten. Die
erste Gelegenheit ist bei 4T, wo IFS gleich der Umlauf zeitverzögerung („2/m × Slot-Zeit") gesetzt wird, und
die zweite Gelegenheit ist das Rücksetzen
von IFS auf seinen minimalen Wert bei 16T.
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In 7 ist
eine beispielhafte grafische Darstellung der Operationen der IFS-Anpassungsroutine für ein Ethernet-Netzwerk dargestellt,
das eine gegenüber
einer IFS-Anpassung unempfindliche Last aufweist. Zur Veranschaulichung
sind die Sendeaktivitäts-
und Kollisionsintensitätsschwellenwerte
auf 80 bzw. 5 gesetzt. Bei 2T, wenn die Sendeaktivität größer als
20 wird und die Kollisionsintensität geringer als 5 wird, beginnt
die IFS-Anpassungsroutine zur Zeit 3T und prüft, ob die Kollisionsintensität auf die IFS-Anpassung
anspricht, indem sie IFS gleich der Slot-Zeit setzt. Bei 4T überprüft die IFS-Anpassungsroutine,
ob die Kollisionsintensität über den
Kollisionsintensitätsschwellenwert
angestiegen ist. Da die Modifikation des IFS keinen Einfluß auf die
Kollisionsintensität
hat, setzt die IFS-Anpassungsroutine, wie dargestellt ist, IFS auf
seinen minimalen Wert zurück.
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Die
hier beschriebene vorliegende Erfindung kann in vielen anderen als
den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen
konzipiert werden, die für
den Fachmann ersichtlich sind, ohne daß der Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung verlassen wird. Die Erfindung sollte daher an den folgenden
Ansprüchen gemessen
werden.