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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf die effiziente Übertragung
von digitaler Information zwischen Knoten. Insbesondere ist sie
auf eine neuartige digitale Transportarchitektur gerichtet, in der digitale
Information zwischen Knoten in einem Netzwerk in Multiplexrahmen
ausgetauscht wird, die einen oder mehrere Container übertragen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Kommunikationsnetzwerke
wurden hauptsächlich
für Sprachkommunikationen
verwendet, unterstützen
jedoch begrenzte Daten- und Computer-Kommunikationen. Unter Berücksichtigung
des Überwiegens
des Spracheverkehrs hat sich eine leitungsvermittelte, auf Kanälen basierende
Architektur entwickelt, und diese wurde für die Telefonie optimiert.
Der Zugang und der Transport von Daten- und Computer-Kommunikationen wurde
als Überlagerung
auf dieser Kanal-Infrastruktur bereitgestellt.
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Obwohl
viele Datentechnologien in den letzten zwanzig Jahren entwickelt
wurden, hat das Aufkommen und die nachfolgende Polarität des Internets
in Verbindung mit dessen Fähigkeit,
Multimedien-Dienste zu unterstützen,
unter Einschluss von Telefonie (Sprache) die Art geändert, wie
Personen kommunizieren und Geschäfte
führen.
Die für
viele Dienste erforderliche Bandbreite, unter Einschluss von Sprache,
schrumpft als Ergebnis der starken Verbesserungen hinsichtlich der
Kompressions-Technologien
und Plattform. Entsprechend wandeln sich heute Telekommunikationsnetzwerke
von spezialisierten Netzwerken zu Mehrzweck-Mehrfunktions-Netzwerken. Der Bedarf
für 64
kb/s für
Sprache ist nicht mehr Stand der Technik, so dass auf dieser Kanal-Technologie
beruhende Netzwerke in der Zukunft begrenzte Anwendungen und keinen
Vorteil haben. Die unterstützende
Infrastruktur für
diese Kanalarchitektur unter Einschluss der Signalisierung und Steuerung,
der Netzwerk-Auslegung und Verwaltung, des Zuganges, des Transportes,
der Vermittlung und der Diensteträger wird durch einfachere robustere
und offene Alternativen ersetzt.
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Zum
Verbinden vieler Endbenutzer wird ein typisches Netzwerk dadurch
geschaffen, dass sie mit einem Netzwerk-Gerät verbunden werden, das Zwischenverbindungen
zwischen den Benutzern bereitstellen kann. In einem IP-Datennetzwerk
würde dies ein
Router sein; in einem Sprache-Telefonie-Netzwerk würde dies
eine Sprache-Vermittlung
sein, in einem ATM-Datennetzwerk würde dies eine ATM-Vermittlung
sein. Damit mit einem Netzwerk-Gerät verbundene Benutzer Informationen
mit Benutzern austauschen können,
die mit einem anderen entfernt angeordneten Netzwerk-Gerät verbundensind,
müssen die
Netzwerk-Geräte
miteinander über
ein Transportsystem verbunden werden. Unter der Annahme, dass jeder
Benutzer in der Welt in der Lage sein möchte, Informationen mit jedem
anderen Benutzer in der Welt auszutauschen, muss es möglich sein,
jedes Netzwerk-Gerät
mit jedem anderen Netzwerk-Gerät
zu verbinden. Die einfachste Lösung
besteht darin, dass jedes Netzwerk-Gerät eine physikalische Verbindung
zu jedem anderen Netzwerk-Gerät hat,
doch wird, wenn die Netzwerk-Größe anwächst, diese
Lösung
sehr schnell praktisch nicht mehr ausführbar. Eine große Anzahl
von physikalischen Verbindungen würde erforderlich sein (n(n–1)/2, worin
n die Anzahl der Netzwerk-Geräte
ist), und jedes Netzwerk-Gerät
würde eine
große
Anzahl von eine relativ niedrige Kapazität aufweisenden Schnittstellen
haben, wodurch die Port-Kapazität
des Gerätes
wenig effizient genutzt würde.
Daher ist es üblich,
dass die Zwischenverbindung zwischen zwei entfernt angeordneten
Netzwerk-Geräten
in einer Reihenanordnung durch eine oder mehrere Netzwerk-Geräte hindurchläuft. In
vielen Fällen
wird ein spezielles Durchgangs-Netzwerk-Gerät ausschließlich für diese Funktion bestimmt,
so dass eine Anzahl von Netzwerk-Geräten eine Verbindung zu dem
Durchgangs-Netzwerk-Gerät
hat, was zu einer Stern-Topologie führt. Dies ermöglicht eine
effiziente Nutzung der Netzwerk-Geräte-Schnittstellen unter Inkaufnahme
des Durchgangs-Netzwerk-Gerätes. Zusätzlich zu
den Kosten kann das Durchgangsgerät eine schwerwiegende Beeinträchtigung
hervorrufen, wie z. B. eine zusätzliche
Verzögerung,
eine Verzögerungsänderung
und Verkehrsverluste aufgrund von Überlastung.
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Traditionelle
Transportsysteme können
eine alternative Lösung
dadurch bereitstellen, dass virtuelle Maschen-Zwischenverbindungen
in einer logischen Schicht zwischen Netzwerk-Geräten bereitgestellt werden.
Diese Verbindungen beruhen jedoch auf einer Zeitmultiplexierung
(Kanalisierung), was bedeutet, dass die einer Verbindung zugeteilte
Bandbreite festgelegt ist und ausschließlich dieser Verbindung zugeteilt
ist. Selbst wenn die Verbindung zwischen zwei Geräten für eine gewisse
Zeitperiode inaktiv ist, wird die Transportbandbreite immer noch
reserviert, so dass sie nicht von anderen aktiven Verbindungen verwendet
werden kann. Daher können die
Netzwerk-Geräte-Schnittstellen
nicht so effizient verwendet werden, wie bei der Durchgangslösung, die
Zwischenverbindungen von vielen Netzwerk-Geräten ermöglicht, um die Schnittstelle
zu einem vorgegebenen Gerät
gemeinsam zu nutzen. Obwohl die Kosten für den Durchgangstransport vermieden
werden, ergeben sich Kosten, die mit dieser Ineffizienz verbunden
sind.
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Das
US-Patent 5 293 376 vom 8. März
1994 (White) beschreibt ein ausbaufähiges Telekommunikationsnetzwerk,
das eine Vielzahl von miteinander verbundenen Knoten oder Vermittlungsstellen
umfasst, wie z. B. ein SONET-Ring-Netzwerk. In diesem Netzwerk ermöglicht es
eine neuartige Steuerung, dass ein Teilnehmer die Vermittlungsstelle
oder den Knoten in dem Netzwerk, mit dem er verbunden ist, zu wechseln,
ohne die Telefonnummer des Teilnehmerstandortes zu ändern.
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Das
US-Patent 5 247 518 vom 21. September 1993 (Takiyasu et al) beschreibt
ein Hochgeschwindigkeits-Ring-LAN-System, bei dem SONET-Teilrahmen
in einem n-multiplexierten
Zeitmultiplex-Format fließen.
Die jeweiligen Knotengeräte,
die in den Übertragungspfad
eingefügt
sind, haben einen oder mehrere Ports zur Berücksichtigung von Teil-LAN's oder öffentlichen
Netzen. Information wird in Einheiten eines eine feste Länge aufweisenden Paketes
zwischen einem empfangenen SONET-Teilrahmen und einem asynchronen
Port ausgetauscht, während
Information in Einheiten eines Bytes zwischen dem SONET-Teilrahmen
und einem synchronen Port ausgetauscht wird.
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Die
DE-A-31 36566 (Siemens) vom 31. März 1983 beschreibt ein Ring-Kommunikationssystem, bei
dem Zeitmultiplexrahmen Container enthalten, die jeweiligen Empfängern zugeteilt
sind. Innerhalb jedes Containers werden mehrfache Zeitschlitze für die Übertragung
von digitalen Signalen von einem Sender zu einem bestimmten Empfänger bereitgestellt.
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Die
in dieser Patentanmeldung beschriebene Erfindung ermöglicht es,
dass viele Netzwerk-Geräte
mit effizient genutzten Schnittstellen miteinander verbunden werden,
ohne dass die Kosten und die Dienstebeeinträchtigungen eines Tandem- oder Durchgangsgerätes hervorgerufen
werden. Es wird eine Domäne
definiert, bei der jedes Netzwerk-Gerät innerhalb der Domäne mit jedem
anderen Netzwerk-Gerät
innerhalb der Domäne
mit einer festen oder veränderbaren
Kapazität
verbunden ist. Alle Verbindungen innerhalb der Domäne nutzen
gemeinsam einen gemeinsamen Vorrat an Kapazität, wodurch die Nutzung der
Geräte-Schnittstellen
zu einem Maximum gemacht wird. Weil diese neue Funktion in das Transport-Netzwerk
integriert ist, werden die Kosten und die Dienstebeeinträchtigungen,
die bei Tandem-Netzwerk-Geräten auftreten,
vermieden. Verschiedene Netzwerk-Geräte, die unterschiedliche Protokolle
verwenden, wie z. B. ATM oder IP, werden dadurch berücksichtigt,
dass eine Container-Struktur definiert wird, die digitale Information
in ihrer nativen Form zwischen diesen überträgt. Die Container werden auf
einer digitalen Einrichtung mit einer definierten Bitrate übertragen,
die auf einem Ring oder einem virtuellen Ring an jedem Netzwerk-Gerät in der Domäne vorbei
umläuft.
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Ziele der
Erfindung
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Es
ist daher ein Ziel der Erfindung, eine neue Netzwerk-Architektur
bereitzustellen, in der digitale Information in einem Multiplex-Rahmenformat
ausgetauscht wird.
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Es
ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine neue Netzwerk-Architektur
zu schaffen, bei der eine vollständige
Maschen-Anschlussmöglichkeit
zwischen Knoten in einer Domäne
erzielt wird.
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Es
ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine neue Netzwerk-Architektur
zu schaffen, bei der Container in einem Multiplex-Rahmen digitale
Information in ihrer nativen Form oder Formen übertragen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Kurz
gesagt beruht die Erfindung in einem Kommunikationsnetzwerk, das
eine Domäne
einschließt,
die eine Vielzahl von Knoten enthält, die in einem Ring oder
einem virtuellen Ring miteinander verbunden sind. Gemäß einem
Gesichtspunkt ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Bereitstellung
einer virtuellen Maschen-Anschlussmöglichkeit
von digitaler Information zwischen Quellen- und Zielknoten zwischen
den Knoten gerichtet. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens
eines Multiplex-Rahmens der digitalen Information von einem Domänen-Steuerungsknoten
in die Domäne
hinein. Der Multiplex-Rahmen besteht aus Containern, die jeweils
dem Zielknoten zugeteilt sind, wobei jeder Container Unterteilungen
aufweist, die jeweils Quellenknoten zugeteilt sind. Das Verfahren
umfasst weiterhin die Schritte des Ladens der digitalen Information an
dem Quellenknoten in die jeweilige Unterteilung des Containers,
der einem Zielknoten zugeteilt ist, und das Entladen der digitalen
Information an dem Zielknoten aus dem Container.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt ist die Erfindung auf ein Kommunikationsnetzwerk
zur Bereitstellung einer virtuellen Maschen-Anschlussmöglichkeit von digitaler Information
zwischen Quellenknoten und Zielknoten gerichtet. Das Netzwerk umfasst
die in einem Ring oder in einem virtuellen Ring verbundenen Knoten,
wobei ein Knoten ein Domänen-Steuerungsknoten
ist und der Domänen-Steuerungsknoten
einen Sender zum Senden eines Multiplex-Rahmens der digitalen Information in
den Ring einschließt.
Der Multiplex-Rahmen besteht aus Containern, die jeweils dem Zielknoten
zugeteilt sind, wobei jeder Container Unterteilungen hat, die jeweils den
Quellenknoten zugeteilt sind. Jeder Quellenknoten hat eine Container-Packeinrichtung
zum Laden der digitalen Information in die ihm zugeteilten Unterteilung
des Containers, der dem Zielknoten zugeteilt ist, für den die
digitale Information bestimmt ist, und Zielknoten hat eine Container-Entpackungseinrichtung
zum Entladen der digitalen Information aus dem ihm zugeteilten Container.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 zeigt eine Domäne, die
zwei Ringe umfasst, die ein Netzwerk bilden;
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2 zeigt die Struktur eines
Multiplex-Rahmens unter Einschluss von Containern und veränderbaren
Unterteilungen gemäß einer
Ausführungsform;
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3 zeigt die Domänenknoten-Funktionalität gemäß einer
Ausführungsform;
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4 zeigt eine Container-Packungs-/Entpackungseinrichtung,
die mehrfache Netzwerk-Geräte
mit Diensten versorgt;
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5 zeigt die Zwischen-Domänen-Netzwerk-Verbindung;
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6 zeigt die Master-Slave-Beziehung
von Container-Packungs-/ Entpackungseinrichtungen;
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7 zeigt eine einzelne Domäne in einem Netzwerk
unter Einschluss von modifizierten Knoten und Beladeeinrichtungen;
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8 zeigt die Struktur eines
Containers, Multiplex-Rahmens und Unterteilungen;
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9 zeigt eine hierarchische
Adressier-/Weglenkungs-Anordnung; und
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10 zeigt die Struktur eines
Containers gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
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Gemäß 1 wird entsprechend der
Erfindung Information zwischen Knoten in einer vollständig vermaschten
Anschlussmöglichkeit
ausgetauscht. In dieser Beschreibung ist, wie dies weiter oben erwähnt wurde,
die Domäne
eine digitale Einrichtung mit einer definierten Bitrate, die aus
einer kontinuierlichen Serie von eine feste Größe aufweisenden Rahmen besteht.
So finden sich in der Figur zwei Domänen: die Domäne 1 und
die Domäne 2,
die durch Domänenknoten
in einem Ring oder virtuellen Ring gebildet sind. Der Knoten C ist
an beiden Domänen
beteiligt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird die kontinuierliche Serie der eine feste Größe aufweisenden Rahmen in Multiplex-Rahmen
organisiert, wobei jeder Rahmen innerhalb des Multiplex-Rahmens
ein Container ist, der für
einen der Domänenknoten
bestimmt ist. Somit überträgt die Domäne eine
kontinuierliche Folge von Containern, die an jedem Domänenknoten
vorbeilaufen. Während
ein vorgegebener Container um die Domäne herumläuft, können alle Domänenknoten
Informationen in Unterteilungen laden, die ihnen innerhalb des Containers
zugeteilt wurden. Wenn der Container den Zielknoten erreicht, entlädt der Knoten
die von den anderen Knoten in den Container geladenen Nutzinformationen. 2 zeigt diese Rahmenstruktur,
in der eine Serie von Containern gezeigt ist, die sich in einer
Richtung weiterbewegen. Jeder Container ist für einen bestimmten Knoten reserviert,
beispielsweise Container für die
Knoten A, B, C usw. Eine bestimmte Anzahl von Containern (in diesem
Beispiel, 5 Container) werden in einem Multiplex-Rahmen organisiert,
der als solcher durch eine Multiplex-Rahmenidentifikation identifiziert ist,
die weiterhin anzeigt, welcher Container für welchen Knoten reserviert
ist. Die Figur zeigt weiterhin Unterteilungen innerhalb eines Containers.
So weist der Container für
den Knoten A Unterteilungen für
die Knoten B, C, D und E auf, deren Größen relativ in der Figur gezeigt
sind. Die Unterteilung für
den Knoten B in dem Container für
den Knoten A ist die Bandbreite, die exklusiv für die Verwendung durch den
Verkehr von dem Knoten B zum Knoten A reserviert ist.
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Einer
der Domänenknoten
innerhalb der Domäne
erzeugt die Multiplex-Rahmen und zeigt die Länge und Ausrichtung des Multiplex-Rahmens durch
Erzeugen einer Multiplexrahmen-Identifikation an. Dieser Knoten
wird als die Domänensteuerung bezeichnet.
Andere Domänenknoten
können
diese Verantwortlichkeit im Fall eines Ausfalls der ursprünglichen
Domänen-Steuerung übernehmen.
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Es
gibt mehrere Parameter, die die Größe der Bandbreite beeinflussen,
die zwischen zwei Domänenknoten
verfügbar
ist: die Bandbreite der Domäne,
die Länge
des Multiplex-Rahmens, die Anzahl von Containern pro Multiplex-Rahmen,
die dem Zielknoten zugeteilt sind, und die Größe der Unterteilung innerhalb
des Containers, in die der Quellenknoten seine Nutzinformation laden
kann, die für
den Zielknoten bestimmt ist. Die zugeteilte Bandbreite der Domäne bestimmt
die Gesamtkapazität,
die gemeinsam über
die Domäne
hinweg zu nutzen ist. Die Länge
des Multiplex-Rahmens
und die Anzahl der Container pro Multiplex-Rahmen, die einem Domänenknoten
zugeteilt sind, bestimmt den Durchsatz zu diesem Knoten. Beispielsweise
ist die minimale Bandbreite, die einem Zielknoten zugeteilt werden
kann, ein Container pro Multiplex-Rahmen. Wenn die Domänen-Bandbreite
50 Mb/s ist, und der Multiplex-Rahmen 10 Rahmen lang ist, so ist
diese Bandbreite gleich 5 Mb/s. Diese Bandbreite kann auf 15 Mb/s
entweder durch Vergrößern der
Domänen-Bandbreite auf 150
Mb/s oder dadurch vergrößert werden,
dass drei Container pro Multiplex-Rahmen diesem speziellen Domänenknoten
zugeteilt werden. Schließlich
bestimmt die einem vorgegebenen Quellenknoten zugeteilte Unterteilung
eines Behälters,
wie viel Bandbreite der Quellenknoten zu diesem Zielknoten senden
kann.
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Diese
Parameter können
zur Bereitstellungszeit festgelegt werden, oder sie können dynamisch eingestellt
werden, um sich ändernde
Verkehrsanforderungen zu berücksichtigen.
Beispielsweise wird, wenn die Bandbreite der Domäne mit fünf Knoten auf 50 Mb/s festgelegt
ist, und ein 10-Rahmen-Multiplex-Rahmen mit zwei Containern pro
Domänenknoten
zugeteilt ist, jeder Zielknoten ein Maximum von 10 Mb/s empfangen.
Wenn jedem der anderen Knoten lediglich erlaubt würde, ein
Viertel jedes Containers zu füllen,
so beträgt
die Bandbreite zwischen irgendwelchen zwei Knoten 2,5 Mb/s. Ein
Zugangsprotokoll, das zwischen allen den Knoten arbeitet, würde es ermöglichen,
dass Unterteilungen in einem Container dynamisch eingestellt werden.
Beispielsweise könnten
einem Knoten 5 Mb/s gegeben werden, wenn zwei andere Knoten lediglich
1,25 Mb/s benötigen.
In ähnlicher
Weise könnten,
wenn ein Zielknoten mehr als 10 Mb/s benötigt, ihm drei Container pro
Multiplex-Rahmen (15 Mb/s) zugeteilt werden, wenn irgendein anderer
Zielknoten lediglich einen Container (5 Mb/s) benötigt. Die
Granularität
dieser Einstellung (5 Mb/s in diesem Beispiel) kann dadurch geändert werden,
dass man auf einen längeren Multiplex-Rahmen übergeht.
Diese Einstellung kann auch dynamisch erfolgen. Schließlich könnten alle die
Zahlen dieses Beispiels dadurch verdreifacht werden, dass man zu
einer 150 Mb/s-Domäne übergeht.
Ein Kosten-/Betriebsleistungs-Kompromiss bestimmt, welche Parameter
dynamisch eingestellt werden sollten, und wie schnell diese Einstellung sein
muss.
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Die
Domänenknoten
empfangen ankommende Datenströme
in irgendeinem Format. Die Information wird in Rahmen eingekapselt.
Eine Routing- oder Weglenkungs-Funktion
bestimmt den Domänenknoten,
zu dem der Rahmen weitergeleitet wird. Die Rahmen werden gepuffert,
bis ein Container mit dem passenden Zielknoten vorbeikommt, und sie
werden in die passende Container-Unterteilung eingefügt.
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3 zeigt schematisch die
Funktionen des Domänenknotens 10.
In dieser Figur sind drei Hauptfunktionsblöcke gezeigt: die Anpassungseinheit 12, die
Netzwerk-Einheit 14 und
die Container-Packungs-/Entpackungs-Einheit 16. Die Anpassungseinheit 12 nimmt
von Peripheriegeräten
jede Information an, die über
das Netzwerk zu transportieren ist, und bringt sie in eine Form,
die für
eine Einfügung
in einen Container geeignet ist. Die Netzwerk-Einheit 14 betrachtet
das Ziel der Information, entweder durch eine Betrachtung einer
Adressierung innerhalb der Diensteinformation selbst, oder durch
Bereitstellung, und entscheidet, zu welchem Domänenknoten die Information weitergeleitet
werden sollte, und damit, in welchen Container die Information zu
bringen ist. Die Netzwerkeinheit hat einen Satz von Container-Puffern 18,
die jeweils einem möglichen
Ziel-Domänenknoten
zugeordnet sind. Sobald die Netzwerk-Einheit den nächsten Domänenknoten
bestimmt hat, zu dem die Information weitergeleitet werden sollte,
speichert sie die Information in dem Puffer, der dem Container zugeordnet
ist, der dem Zielknoten zugeteilt ist.
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Die
Netzwerk-Einheit ist für
das Senden der Pufferinhalte zu der Container-Packungs-/Entpackungseinheit 16 (oder
kurz der Container-Packungseinrichtung) verantwortlich. Die Container-Packungseinrichtung
zeigt über
eine Steuerschnittstelle 20 an, welche Pufferinhalte sie
möchte,
und wann und wie viel. Dies macht die Pufferung in der Container-Packungseinrichtung
zu einem Minimum und ermöglicht
es der Netzwerk-Einheit, entfernt von der Container-Packungsfunktion
angeordnet zu sein. Dies ermöglicht
es der Container-Packungseinrichtung, mehrfache Anpassungs-/Netzwerk-Einheiten gleichzeitig
mit Diensten zu versorgen, wie dies in 4 gezeigt ist, und dies ermöglicht es
vorgegebenen Netzwerk-Einheiten, eine Schnittstellenverbindung mit
anderen Container-Packungseinrichtungen herzustellen, die in anderen
Domänen
arbeiten, wie dies in 5 gezeigt
ist. Was noch wichtiger ist, ist, dass Verkehr, der für den örtlichen
Knoten nicht von Interesse ist, direkt durch die Container-Packungseinrichtung
hindurchläuft,
wodurch der Verkehr zu einem Minimum gemacht wird, der eine Netzwerk-Einheit
durchläuft.
Die Netzwerk-Einheit zeigt der Container-Packungseinrichtung den
Zustand ihrer Puffer an, so dass die Container-Packungseinrichtung
die zugeteilten Unterteilungen innerhalb der abgehenden Container
einstellen kann.
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Die
Container-Packungseinrichtung empfängt die ankommenden Container.
Die Container, die für
den Domänenknoten
bestimmt sind, der die Container-Packungseinrichtung
enthält,
werden entladen und an die Netzwerk-Einheit gesandt. Wenn für andere
Domänenknoten
bestimmte Container ankommen, fordert die Container-Packungseinrichtung die
passenden Pufferinhalte über
die Steuerschnittstelle 20 von der Netzwerk-Einheit an
und lädt
sie in die Container-Unterteilung,
die diesem Quellenknoten zugeteilt ist. Mit dieser Information kommt
weiterhin eine Anzeige des Pufferstatus, die die Container-Packungseinrichtung
verwenden kann, um mehr oder weniger Raum in nachfolgenden abgehenden Containern
anzufordern.
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Gemäß 6 arbeiten Container-Packungseinrichtungen
in einer Master-/Slave-Betriebsart,
wobei jede Packungseinrichtung der Master für Container ist, die für den örtlichen
Domänenknoten
bestimmt sind, und ein Slave für
jeden der anderen Container ist. Der Master bildet eine Quelle für einen Container
mit Unterteilungen, die jedem der anderen Packungseinrichtungen
zugeteilt sind, um sie zu füllen.
Der Master kann dynamisch die Unterteilungen in nachfolgenden Containern
auf der Grundlage von Verkehrsanforderungen einstellen. In der Figur
sendet daher die Master-Packungseinrichtung (Knoten A) Container
mit den Unterteilungen aus, die für die Slaves (Knoten B, C und
D) bestimmt sind, damit diese ihre Information einfüllen können. In
einer weiteren Ausführungsform
würde anstelle
der Aussendung leerer Container, was Kapazität vergeuden würde, diese
Bandbreite für
zusätzliche
Kapazität
von dem Master zu jedem der Slaves verwendet.
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In 7 ist ein Beispiel der Erfindung
gezeigt. Dieses Beispiel verwendet einen SDS-1- oder SDS-Nc-Pfad
innerhalb eines SONET/SDH-Transports, um die Domäne 40 zu bilden. Das
SONET-SDH-Netzwerk als solches kann aus linearen, Stern- und Ringstrukturen
auf der Leitungs- (physikalischen) Ebene bestehen. In der Figur
besteht das Netzwerk aus wenigen einzelnen SONET/SDH-Ringen 42.
Einige oder alle der Domänen-Knotenfunktionen
können
in einen SONET/SDH-Knoten integriert werden, der modifiziert ist,
um die vorstehend beschriebenen Funktionen der Erfindung auszuführen. Bei
dieser Ausführungsform
ist jedoch die Container-Packungsfunktion
in diesen modifizierten SONET/SDH-Knoten 44 integriert,
und die Anpassungs- und Netzwerk-Funktionen sind in einem Gerät kombiniert,
das als eine Ladeeinrichtung 46 bezeichnet wird. Ein SONET/SDH-Knoten-Ladeeinrichtungs-Paar 48 ist
als der Domänen-Steuerungsknoten
zugeordnet.
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Die
Ladeeinrichtung führt
daher die folgenden Funktionen aus:
- a) sie
stellt eine Schnittstellenverbindung zu einer Vielzahl von Diensten
her;
- b) sie passt die ankommende Information durch Einkapseln in
eine Datenrahmen-Adressier- und Rahmenlängen-Information an; sie führt eine
entsprechende Entkapselungsfunktion in der entgegengesetzten Richtung
aus;
- c) sie liest Adressen von ankommenden Rahmen von der Anpassungsfunktion
und bestimmt aus einer Routing- oder Weglenkungstabelle (die in
einem gemeinsam genutzen Speicher ausgebildet ist) den nächsten Netzwerk-Sprungabschnitt
und somit den passenden Container;
- d) sie lenkt jedes Paket zu einem Stapel in dem passenden Puffer
im gemeinsam genutzten Speicher für einen abgehenden Container;
der Stapel kann ein FIFO sein oder kann alternativ einen Dienste-basierten
Prioritäts-Warteschlangen-Algorithmus verwenden;
- e) sie überträgt jede
Zelle zu ihrer zugehörigen Container-Packungseinrichtung;
- f) sie führt
einen Dialog mit anderen Netzwerk-Funktionen aus, um optimale Routen
auf der Grundlage der Entfernung, der Überlastung, Ausfällen usw.
festzulegen;
- e) sie zeigt den Pufferstatus an die Container-Packungseinrichtung
an oder fordert alternativ Vergrößerungen
oder Verkleinerungen der abgehenden Kapazität an; und
- f) sie liest alle Paketadressen, die an ankommenden Zellen in
dem Container für
ihren Knoten ankommen und leitet sie entweder zu örtlichen Dienste-Schnittstellen
oder an eine andere Netzwerk-Funktion über einen abgehenden Container weiter.
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Der
modifizierte SONET/SDH-Knoten führt die
folgenden Funktionen aus:
- a) er empfängt Nutzinformationen
für abgehende Container
von einer oder mehreren Netzwerk-Funktionen;
- b) er packt Nutzinformationen in passende abgehende Container;
- c) er entlädt
Container, die der örtlichen
Ladeeinrichtung zugeteilt sind;
- d) er steuert die Unterteilung der Container, die der örtlichen
Ladeeinrichtung zugeordnet sind, spricht auf Anforderungen (implizit
oder explizit) für
mehr oder weniger Kapazität
an; und
- e) die Container-Packungseinrichtung in dem Domänen-Steuerungsknoten
erzeugt den Multiplex-Rahmen; andere Container-Packungseinrichtungen
können
mehr oder weniger Container pro Multiplex-Rahmen anfordern.
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Es
sei bemerkt, dass selbstverständlich
alle diese Funktionen in einer Einheit integriert werden können.
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Die
Rahmen des STS-1/Nc-Pfades, die die Domäne bilden, sind in Multiplex-Rahmen
organisiert, wobei jeder STS-1/Nc-Rahmen innerhalb des Multiplex-Rahmens
ein Container ist. 8 zeigt
die Struktur der Multiplex-Rahmen. Die Ausrichtung des Multiplex-Rahmens
wird unter Verwendung des Mehrrahmen-Anzeige- (H4-) Bytes in der
SONET-Pfadzusatzinformation angezeigt. Dieses Byte enthält eine
kontinuierlich binäre
Modulo-n-Zählung, worin
n die Anzahl der Rahmen in dem Multiplex-Rahmen ist. Der Pfadebenen-Ring
kann so zugeordnet werden, dass er bidirektional arbeitet, wodurch
zwei physikalisch getrennte Pfade zwischen irgendwelchen zwei Ladeeinrichtungen
gebildet werden.
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In
vielen Anwendungen ist es nicht erforderlich, dass alle Netzwerkfunktionen
in einer Domäne vollständig maschenförmig miteinander
verbunden sind. In vielen Fällen
ist es wünschenswert,
alle Knoten bis auf einen mit dem einen verbleibenden Knoten zu
verbinden, wodurch eine logische Stern-Topologie geschaffen wird.
In diesem Fall würden
dem dem Sternpunkt zugeordneten Domänenknoten alle Container zugeteilt.
Verkehr, der von dem Sternpunkt zu allen den anderen Knoten fließt, würde in den
Unterteilungen übertragen,
die die Master-Container-Packungseinrichtung auf dem Ring erzeugt.
Jeder Slave würde
die ihm zugeteilte Unterteilung entladen und dann die Unterteilung
mit zu dem Sternpunkt fließenden
Verkehr neu auffüllen.
Somit führt der
Master eine Änderung
der Größe jeder
Unterteilung auf der Grundlage der Kapazitätsforderungen des Verkehrs
aus, der von dem Sternpunkt zu dem Knoten fließt, der dieser Unterteilung
zugeordnet ist, sowie auf der Grundlage der Notwendigkeiten des Verkehrs
der zu dem Sternpunkt zurückfließt. Dies bedeutet,
dass die gleiche Kapazität
in beiden Richtungen zugeteilt werden kann.
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Es
ist weiterhin möglich,
dass die Ladeeinrichtungen hierarchisch organisiert werden können, entweder
um eine Weglenkungstabellengröße in den Ladeeinrichtungen
niedriger Ebene zu begrenzen oder um die hierarchische Adressierung
mit Vorteil auszunutzen, wie dies in 9 gezeigt
ist. Die Ladeeinrichtungen auf einem Einzelpfadring können einen Teil
einer einzigen Adressierdomäne
sein. Ein Satz von Pfadringen und entsprechend alle die daran angeordneten
Ladeeinrichtungen können
eine gleichrangige Beziehung haben. Ein Backbone-Ring höherer Pfadebene
kann zur Verbindung der Pfadringe auf der niedrigeren Ebene miteinander
verwendet werden. Wenn die Adressierung, die von den Netzwerk-Funktionen
verwendet wird, hierarchisch ist, so müssen die Netzwerk-Funktionen
auf dem Backbone-Ring lediglich auf den Teil der Adresse achten, der
die Domäne
niedrigerer Ebene identifiziert, um über den Backbone-Pfadring zu
gelangen. In ähnlicher
Weise leiten Netzwerk-Funktionen auf den Ringen der unteren Ebene
einfach den Verkehr an die Netzwerk-Funktion des Backbone-Ringes
weiter, wenn sie dem Teil der Adresse nicht erkennen, der die Domäne niedrigerer
Ebene angibt. Anderenfalls verwenden sie den Teil der Adresse, der
die einzelne Netzwerk-Funktion angibt, um über den Ring niedrigerer Ebene
zu gelangen.
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Bei
dieser Ausführungsform
fördert,
während jede
Slave-Packungseinrichtung den laufenden Container füllt, sie
eine Vergrößerung,
Verkleinerung oder eine absolute Größe für nachfolgende Unterteilungen
an. Diese Anforderung würde
auf dem Status der Container-Puffer beruhen, der von der Netzwerk-Einheit
in dem Slave-Knoten angezeigt wird. Der Master sieht die Anforderungen
von allen Slaves und unterteilt nachfolgende Behälter neu, um zu versuchen,
alle Anforderungen in fairer Weise zu erfüllen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
entscheidet der Master-Knoten, nachfolgende Unterteilungen auf der
Grundlage des Füllzustandes
der vorhergehenden ankommenden Unterteilungen zu vergrößern oder
zu verkleinern. Beispielsweise könnten
alle vollen Unterteilungen auf Kosten von nicht vollen Unterteilungen
vergrößert werden,
bis alle Unterteilungen entwerder voll oder nahezu auf Null reduziert
sein würden.
Dann würden
kleinere volle Unterteilungen auf Kosten von größeren vollen Unterteilungen
vergrößert, bis
alle vollen Unterteilungen eine gleiche Größe aufweisen.
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Wenn
der Master nicht die Anforderungen der Slaves erfüllen kann,
so kann er mehr Container pro Multiplex-Rahmen von dem Domänen-Steuerungsknoten
anfordern. Wenn dies das Problem nicht löst, so muss die Pfadschleifen-Bandbreite
vergrößert werden.
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Wie
dies aus der vorstehenden Beschreibung zu erkennen ist, ergibt diese
Ausführungsform eine
Einrichtung für
SONET-basierte Transportnetzwerke zur Bereitstellung von Verbindungen
mit praktisch irgendeiner Bandbreite und ermöglicht es, dass sich die Bandbreite
in Echtzeit entsprechend der momentanen Verkehrsanforderungen ändert. Sie
ermöglicht
weiterhin, dass viele derartige Verbindungen die Transportkapazität auf einer
statistischen Basis gemeinsam nutzen. Dies vergrößert die Effizienz der Bandbreitennutzung
auf dem Transportnetzwerk. Telekommunikations-Transportnetzwerke
auf der Grundlage von traditionellen SONET ermöglichen lediglich Punkt-zu-Punkt-Pfadebenen-Verbindungen mit
einer von drei Granularitäten,
1,7 Mb/s, 50 Mb/s oder n×150
Mb/s. Diese Bandbreiten werden über das
gesamte Netzwerk hinweg unabhängig
von den momentanen Verkehrsanforderungen reserviert.
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In 10 ist ein weiteres Beispiel
des Container-Konzeptes gezeigt. Bei dieser Ausführungsform verwendet die Netzwerk-Funktion
ATM-Zellen als das Verkehrselement, das weggelenkt wird. Die Containerstruktur
kann so sein, wie dies in 2 gezeigt
ist, wobei jede Unterteilung ATM-Zellen führt. In der weiteren Ausführungsform
nach 10 kann es jedoch
effizienter sein, wenn die Container miteinander auf der Zellenebene
verschachtelt sind. Somit besteht der Multiplex-Rahmen nunmehr aus Zellen. Die Zellen,
die einen Container bilden, werden auf der Grundlage ihrer Position
innerhalb des Multiplex-Rahmens zugeteilt. Die einem Container zugeteilte
Kapazität
hängt von
der Anzahl von Zellen in einem Rahmen ab, die diesem Container zugeteilt sind.
Innerhalb des Containers werden Zellen einer Unterteilung unter
der Steuerung der Master-Container-Packungseinrichtung für diesen
Container zugeteilt.
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Obwohl
die vorstehend erläuterte
SONET-Umgebung der Hauptbereich der Anwendung ist, ergibt die Erfindung
in anderen ähnlichen
Netzwerken eine neuartige und wirkungsvolle Weise zur Herstellung
einer Maschen-Verbindungsmöglichkeit zwischen
Knoten, die beispielsweise IP-Router oder ATM-Vermittlungen sein
können,
mit verbesserten Schnittstellen zu Container-Packungseinrichtungen. Die
Knoten in derartigen Netzwerken müssen keinen getrennten Port
für jede
Verbindung zu einem anderen Knoten ausschließlich zuordnen, so dass die Port-Ausnutzung
vergrößert wird.
Weiterhin wird, weil viele Netzwerk-Knoten direkt miteinander auf
einem Pfad-Ring
verbunden werden können,
und der Pfad-Ring in einer Hierarchie organisiert werden kann, die
Anzahl der Netzwerk-Knoten, die ein vorgegebener Verkehrsfluss durchlaufen
muss, zu einem Minimum gemacht werden. Dies kann viele nützlich Effekte
haben, unter Einschluss einer geringeren Verzögerung, einer niedrigeren Verzögerungsänderung
und eines höheren
Durchsatzes.
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Diese
Erfindung ergibt weiterhin die Möglichkeit
der gemeinsamen Nutzung eines Mehrzweck-SONET/SDH-Netzwerkes, bei
dem einige Pfade des Netzwerkes üblichen
Verkehr (leitungsbasiert) übertragen,
während
andere Pfade in Verbindung mit dem adaptiven Multiplex-Rahmen-Konzept verwendet
werden, um Einrichtungen für
einen Mehrfachdienste-Transport in der vorstehend beschriebenen
Weise bereitzustellen. Somit werden unter Verwendung dieser Erfindung
sowohl leitungsvermittelte Dienste als auch Paketdienste auf den
gleichen SONET/SDH-Einrichtungen
der physikalischen Schicht übertragen.