DE69811619T2

DE69811619T2 - ATM-Zellenübertragung

Info

Publication number: DE69811619T2
Application number: DE69811619T
Authority: DE
Inventors: Brain J. Karguth; Jeffrey R. Quay
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: EP0924954B1; EP0924954A1; US6115360A; DE69811619D1; JPH11252127A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung liegt im Gebiet der Datenkommunikation, wobei sie spezifischer auf die Datenübertragung in der asynchronen Übertragungsbetriebsart (ATM) gerichtet ist.
Im Gebiet der digitalen Kommunikation, ob sie auf Sprach-, Video- oder Datenkommunikation angewendet wird, sind verschiedene Kommunikationstechniken entwickelt worden, um Nachrichten zwischen Knoten oder Prozessoren, die über ein Netz verbunden sind, zu lenken. Ein derartiger Zugang wird als Paketvermittlung bezeichnet, in dem bestimmte Netzknoten als Konzentratoren arbeiten, um Abschnitte von Nachrichten, die als Pakete bezeichnet werden, von den Sendeeinheiten zu empfangen. Diese Pakete können im Konzentrator gespeichert werden und dann zu einem Zielkonzentrator geleitet werden, an den die Empfangseinheit, die durch die Paketadresse angezeigt wird, gekoppelt ist. Die Größe des Pakets bezieht sich auf die maximale obere Grenze der Informationen, die zwischen Konzentratoren übertragen werden können (d. h. zwischen dem Speicher und den Weiterleitungsknoten), wobei sie typischerweise ein Teil einer Nachricht oder einer Datei ist. Jedes Paket enthält Kopfinformationen, die sich auf die Quellen-Netzadresse und die Ziel-Netzadresse beziehen, die die richtige Lenkung des Nachrichtenpaketes erlauben. Die Paketvermittlung sichert, daß die Lenkungspfade nicht übermäßig durch lange einzelne Nachrichten beherrscht werden, wobei sie folglich die Übertragungsverzögerung in dem Speicher- und Weiterleitungsknoten verringert. Die schnelle Paketvermittlung bezieht sich auf Paketvermittlungstechniken, die mit hohen Datenraten arbeiten, bis zu Hunderten von Megabits pro Sekunde und darüber hinaus.
Ein wohlbekanntes Beispiel eines schnellen Paketvermittlungsprotokolls, das die Effizienz der Paketvermittlung mit der Vorhersagbarkeit der Leitungsvermittlung kombiniert, ist die asynchrone Übertragungsbetriebsart (die im allgemeinen als "ATM" bezeichnet wird), in der die Paketlängen und die Paketorganisation ungeachtet der Nachrichtenlänge oder des Datentyps (d. h. Sprache, Daten oder Video) fest sind. Die festen Pakete entsprechend dem ATM-Protokoll werden als "Zellen" bezeichnet, wobei jede ATM-Zelle aus dreiundünfzig Bytes besteht, von denen fünf für den Kopf reserviert sind, während die verbleibenden achtundvierzig von diesen als die Nutzlast dienen. Entsprechend diesem Protokoll sind die größeren Pakete aus einer Anzahl von ATM-Zellen mit fester Länge zusammengesetzt. Das Zellenformat mit fester Größe erlaubt, daß die ATM- Zellenvermittlung in Hardware im Gegensatz zu Software implementiert wird, dies führt zu Übertragungsgeschwindigkeiten im Bereich von Gigabit pro Sekunde. Außerdem erlaubt die Vermittlung von Zellen anstatt Paketen skalierbaren Anwenderzugriff auf das Netz, von ein paar MBit/s bis zu einigen GBitls, wie es für die Anwendung geeignet ist. Die asynchrone Art der Übertragung erlaubt, daß die ATM-Zellen beim Übertragen verzögerungstoleranten Datenverkehrs, der mit zeitempfindlichen Verkehr, wie Sprache und Video, vermischt ist, über die gleiche Haupttrassen-Einrichtung verwendet werden. Um die Bandbreite für diese verschiedenen Anwendungen effizienter zu verwenden, werden nun Verkehrsmanagementtechniken verwendet, die dem zeitempfindlichen Verkehr bezüglich des verzögerungstoleranten Verkehrs Priorität geben.
Vor kurzem sind Verkehrsmanagementschemata mit geschlossener Schleife für die Verwendung in der ATM-Datenkommunikation entwickelt worden. Das Verkehrsmanagement mit geschlossener Schleife umfaßt die Verwendung von Rückkopplungssignalen zwischen zwei Netzknoten, um die Datenrate der Kanäle mit dem Ziel der Verbesserung der Effizienz der Bandbreitenverwendung zu regieren. Diese Verbesserung des Wirkungsgrades ist besonders notwendig, wenn die Kommunikation von Echtzeit-Sprach- und -Video-Informationen beteiligt ist, da die Zeitkritikalität dieser Kanäle durch die Übertragung von großen Bündeln nicht zeitkritischer Daten gestört werden kann.
Die aktuellen Verkehrsmanagementschemata verwenden verschiedene Übertragungskategorien, um die Bandbreite in der ATM-Kommunikation zuzuweisen.
Eine Kategorie mit höher Priorität ist die konstante Bitrate (CBR), in der die Übertragung mit einer konstanten Rate ausgeführt wird. Zwei Kategorien der Übertragung mit variabler Bitrate (VBR) sind außerdem vorgesehen, eine für Echtzeit-Daten und eine weitere für Nicht-Echtzeit-Daten. Eine Kategorie mit niedriger Priorität ist die ungeplante Bitrate (UBR), in der die Daten durch die Quelle ohne Garantie der Übertragungsgeschwindigkeit übertragen werden.
Eine relativ neue Kategorie des Verkehrsmanagements wird als die verfügbare Bitrate (ABR) bezeichnet. In dieser Kategorie wird eine Rückkopplung vom empfangenden Netzknoten über Betriebsmittelmanagement-Zellen (RM-Zellen) oder über explizite Flußsteuerungsmeldungen in den Datenzellen durch den Quellen- Netzknoten verwendet, um die Übertragungsrate in Reaktion auf die momentanen Netzbedingungen dynamisch zu steuern. Diese Steuerung wird innerhalb bestimmter Übertragungsparameter ausgeführt, die bei der Eröffnung des Übertragungskanals spezifiziert werden. Typischerweise vereinbaren die Quellen- und Zielknoten eine Spitzenzellenrate (PCR) und eine minimale Zellenrate (MCR), die die oberen und unteren Grenzen der Übertragung für eine ABR-Kommunikation festlegen. Sobald diese Grenzen festgelegt sind, wird ein Flußsteueralgorithmus ausgeführt, typischerweise im Ziel-Netzknoten, um die gewünschte Übertragungsrate für jeden Kanal zu definieren. Wie in der Technik bekannt ist, können zwischen einem gegebenen Paar aus Netzknoten Tausende von Verbindungen gleichzeitig offen sein. Als solches kann das Verkehrsmanagement eine relativ komplexe Operation sein, insbesondere beim Steuern der Übermittlungen der ABR- Kategorie.
Im Quell-Netzknoten werden Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungs- Vorrichtungen oder -Operationen (SAR-Vorrichtungen oder -Operationen) verwendet, um die ATM-Zellen entsprechend der gewünschten Bitrate, die durch den Flußsteueralgorithmus festgestellt worden ist, anzuordnen und zu übertragen. Herkömmliche SAR-Vorrichtungen enthalten oft "Verkehrsschärfungs"- Funktionen, die oft als "undichte Eimer" bekannt sind, da sie Puffer enthalten, die während Bündeln schnell mit Zellendaten aufgefüllt werden können, aber ständig "auslaufen" oder Daten über das Netz übertragen. Die Komplexität der Zeitplanungsübertragung aus diesen Puffern nimmt dramatisch mit der Anzahl der Kanäle, die abgewickelt werden, und insbesondere wenn ABR-Übermittlungen beteiligt sind, zu.
Als eine Alternative zum Zugang des undichten Eimers sind einige herkömmliche Quellknoten-SAR-Vorrichtungen mittels Hochleistungs-Mikroprozessoren implementiert, die programmiert sind, um die Zeitplanung der ATM-Zellen zwischen vielen Kanälen abzuwickeln. Die Verwendung derartiger Mikroprozessoren, die typischerweise als ein RISC-Coprozessor implementiert sind, können ganz umfangreich sein, insbesondere wenn die umfangreiche Menge der externen Speichers betrachtet wird, die erforderlich ist, um die Programme und die Cache- Übertragungsdaten zu speichern und die Busschnittstellenfunktionen bereitzustellen. Die Schaffung eines Puffers, der eine Anzahl der Übertragungszellen für jeden von 2048 Kanälen zusammen mit einem für jeden Kanal reservierten Zähler, der die Anzahl der Zyklen seit der letzten Übertragung für diesen Kanal zählt (der verwendet wird, um zu bestimmen, wann die nächste Zelle übertragen werden kann) erfordert z. B. für diese Funktion ein sehr großes Speicherbetriebsmittel.
EP 0748 088 offenbart eine Steuervorrichtung für die ABR-Kommunikation. In dieser Vorrichtung wird die Zeitsteuerung der Zellenübertragung über einen Kanal basierend auf einer Spitzenrate bestimmt, die in einer empfangenden vorgegebenen ATM-Zelle angewiesen wird. Ein nächster Übertragungszeitpunkt für den Kanal ist in einem CAM gespeichert, wobei der virtuelle Kanal, der einer Adresse entspricht, die den vereinbarten Übertragungszeitpunkt speichert, als der Kanal für die Übertragung bestimmt wird, wenn ein Zähler einen Wert besitzt, der mit dem gespeicherten Übertragungszeitpunkt übereinstimmt.
Als weiterer Hintergrund sind die aktuellen Spezifikationen für die ATM- Kommunikation relativ deutlich beim Definieren der Verarbeitung, die erforderlich ist, um die Zellenraten im einfachen Kontext der unterplanten Operation in Reaktion auf die durch die RM-Zellen bereitgestellten Systemrückkopplung einzustellen. Die Einstellung der Zellenraten im Fall eines überplanten Betriebs, in dem die Gesamtzellenratenanforderung die verfügbare Bandbreite überschreitet, ist bisher in diesen Spezifikationen ignoriert worden. Diese Einstellung der Zellenraten, insbesondere in einer Weise, die sowohl für die Kanäle "fair" als auch vom Standpunkt der für eine derartige Einstellung verbrauchten Taktzyklen effizient ist, ist eine schwierige Aufgabe in der Technik gewesen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Gemäß seinem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System gemäß Anspruch 5 geschaffen.
Es ist deshalb möglich, ein faires Zeitplanungsschema für Übertragungen in der asynchronen Übertragungsbetriebsart (ATM) mit der verfügbaren Bitrate (ABR) zu schaffen, insbesondere in dem Fall, in dem die gewünschte Übertragungskapazität die Bandbreite der Kommunikationseinrichtung überschreitet.
Außerdem ist es ebenfalls möglich, eine derartige Zeitplanungsfunktion zu schaffen, in der sich die Verzögerungen für einen speziellen Kanal während der Zeit nicht ansammeln.
Gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Übersetzungssystem für Kommunikationsnachrichten aus einem lokalen Netz (LAN) zu ATM-Übertragungen geschaffen. Das Übersetzungssystem enthält eine Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungs-Funktion (SAR-Funktion), die in Kombination mit einer ABR-Zeitplanungsfunktion arbeitet. Der ABR-Zeitplaner enthält eine Schaltungsanordnung, die eine Zeitplanungsprozedur ausführt, über die die Kanäle fair durch eine Zuweisungstechnik zeitlich geplant werden, selbst wenn die Übertragungsanforderung die verfügbare Bandbreite überschreitet. Diese Zeitplanungsprozedur teilt die verfügbare Zellenrate fair unter den ABR- Kanälen auf, indem sie einen Zeitstempel für jeden Kanal, wenn er zugewiesen wird, mit dem momentanen Zeitpunkt vergleicht, um zu bestimmen, ob der neue Zeitstempel bereits anzeigt, daß die Zelle für die Übertragung überfällig ist. Falls das so ist, wird der Zeitstempel eingestellt, so daß er dem globalen Zeitpunkt plus dem Versatzwert (der von der gewünschten Rate abhängt) entspricht. Falls der eingestellte Zeitstempel gleich dem eines Kanals ist, der vorhergehend einen Zeitstempel erhalten hat, erhält der vorherige Kanal die Priorität. In jedem Fall empfängt der Wurzelkanal immer einen Sendekredit (wobei er durch Kanäle, die anschließend einen Zeitstempel erhalten, nicht verdrängt wird). Dieser Zugang sichert, daß die ABR-Kanäle fair für die Übertragung in einer Weise zeitlich geplant werden, in der eine niedrige Anforderung nicht für diejenigen geopfert wird, die hohe Bandbreitenanforderungen besitzen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

- Fig. 1 ist ein Stromlaufplan in Form eines Blockschaltplans eines Kommunikationssystems, das die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
- Fig. 2 ist ein Stromlaufplan in Form eines Blockschaltplans eines Netz- Hubs und Übersetzers für die asynchrone Übertragungsbetriebsart (ATM- Übersetzer) im System nach Fig. 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- Fig. 3 ist ein Stromlaufplan in Form eines Blockschaltplans des Zeitplaners im Netz-Hub und ATM-Übersetzer nach Fig. 2 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- Fig. 4 ist ein Ablaufplan, der den Betrieb des Zeitplaners nach Fig. 3 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- Fig. 5 ist ein Ablaufplan, der den Betrieb des Quellverhaltensprozessors im Zeitplaner nach Fig. 3 beim Einstellen der gewährten Zellenratenwerte für ATM- Kanäle gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht; und
- Fig. 6a und 6b sind Speicherabbilde, die die Anordnung des Einchip- Parameterspeichers bzw. des Parameterspeichers außerhalb des Chips im Netz- Hub und ATM-Übersetzer nach Fig. 2 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme zuerst auf Fig. 1 wird nun beispielhaft ein Kommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Ausführungsform nach Fig. 1 bezieht sich auf die Art, in der Datenverarbeitungsvorrichtungen, wie z. B. Computer in einem lokalen Netz (LAN), mit anderen Datenverarbeitungsvorrichtungen über Übermittlungen in der asynchronen Übertragungsbetriebsart (ATM-Übermittlungen) kommunizieren, wie aus der folgenden Beschreibung offensichtlich wird; diese anderen Datenverarbeitungsvorrichtungen können selbst Computer in einem anderen LAN oder freistehende Computer oder andere Systeme sein, in denen die gewünschten Übermittlungen auszuführen ist. Es wird für die Fachleute auf dem Gebiet unter Bezugnahme auf diese Beschreibung selbstverständlich sein, daß andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Kommunikationssystemen implementiert sein können, die eine von der in Fig. 1 gezeigten Architektur verschiedene Architektur besitzen, das System nach Fig. 1 ist hierin einfach beispielhaft vorgesehen.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht ist, bewirkt das beispielhafte Kommunikationssystem die Kommunikation zwischen einem der Computer 2, die in einem LAN angeordnet sind, mit einem der Computer 6 an einem entfernten Ort. Die Computer 2 sind in diesem Beispiel in einem LAN des Ethernet-Typs angeordnet, so daß jeder Computer 2 mit dem Netz-Hub und ATM-Übersetzer 5 kommuniziert; selbstverständlich können die Computer 2 alternativ in einem Token-Ring-LAN oder einem anderen LAN-Typ angeordnet sein. In einem Ethernet-LAN können soviel wie 2048 separate Kommunikationskanäle unter der Steuerung des Netz- Hubs und ATM-Übersetzers 5 aufgebaut sein. Der Netz-Hub und ATM- Übersetzer 5, dessen Konstruktion und Betrieb im folgenden ausführlicher beschrieben sind, ist mit einer Faseroptikeinrichtung FO verbunden, so daß die Übermittlungen zu und von den Computern 2 von einem weiteren Computer außerhalb des LAN ausgeführt werden können. Die Faseroptikeinrichtung FO wird durch eine oder mehrere eines Netzes aus Vermittlungsstellen. 7 der Zentralvermittlung empfangen, die die Verbindung zwischen dem Netz-Hub und ATM- Übersetzer 5 und dem in der Übermittlung spezifizierten Ziel herstellt.
In diesem Beispiel befinden sich die Computer 6 an einem entfernten Ort. In diesem Beispiel sind die entfernten Computer 6 jeder mit der ATM- Standortvermittlung 8 verbunden. Die ATM-Standortvermittlung 8 ermöglicht die ATM-Kommunikation zwischen den Computern 6 in Arbeitsgruppen oder Abteilungen. In diesem Beispiel ist die ATM-Standortvermittlung 8 außerdem mit einer externen Faseroptikeinrichtung FO verbunden, so daß die Computer 6 in ihrer lokalen ATM-Arbeitsgruppe außerdem ATM-Nachrichten an Ziele außerhalb der Arbeitsgruppe übertragen können. Durch die ATM-Standortvermittlung 8 wird keine Übersetzung ausgeführt, da sie nur die ATM-Übermittlungen abwickelt (ob über die Faseroptikeinrichtung FO oder innerhalb der Arbeitsgruppe der Computer 6). Alternativ würde, falls die Computer 6 außerdem in einem LAN angeordnet sind, eine weitere Instanz des Netz-Hubs und ATM-Übersetzers 5 an Stelle der ATM-Standortvermittlung 8 implementiert sein, die Anordnung der Computer 6 in Fig. 1 ist lediglich beispielhaft dargestellt.
Wie oben angemerkt ist, ist der Netz-Hub und ATM-Übersetzer 5 sowohl über das Ethernet-LAN an den Computer 2 als auch an die Faseroptikeinrichtung FO für die ATM-Kommunikation angeschlossen. Als solcher muß der Netz-Hub und ATM-Übersetzer 5 außer seiner Hub-Managementfunktionen außerdem die Ethernet-Pakete, die etwa 1.500 Bytes lang sind, in ATM-Zellen mit fester Länge für die Übermittlungen von den Computern 2 über die Faseroptikeinrichtung FO und umgekehrt für die empfangenen Übermittlungen übersetzen.
Nun werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Konstruktion des Netz-Hubs und ATM-Übersetzers 5 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung enthält der Netz-Hub und ATM-Übersetzer Seinen Host-Controller 10, der ein herkömmlicher Computer-Arbeitsplatzrechner ist, der die Ethernet-Hub-Funktionen für die Ethernet- Übertragungen von den Computern 2 abwickelt; es wird davon ausgegangen, daß der Host-Controller 10 als solcher eine ausreichende Leistungsfähigkeit besitzt, um in dieser Server-Kapazität zu arbeiten. In diesem Beispiel enthält der Host- Controller 10 zusammen mit seiner Datenverarbeitungsfunktionalität einen lokalen Hochleistungsbus PCIBUS, der entsprechend dem wohlbekannten PCI- Busstandard arbeitet. In Kombination mit dem Host-Controller 10 enthält der Netz-Hub und ATM-Übersetzer 5 die Übersetzerkarte 15. die an den lokalen PCIBUS angeschlossen ist und die die Schaltungsanordnung enthält, die die LAN-ATM-Übersetzung ausführt und die an die Faseroptikeinrichtung FO angeschlossen ist, wie gezeigt ist. Als solcher enthält der Host-Controller 10 die notwendige Funktionalität, um diejenigen Übermittlungen von einem der Computer 2 zu erkennen, die für ein entferntes Ziel bestimmt sind, und um diese Übermittlungen über den lokalen Bus PCIBUS zu Übersetzerkarte 15 weiterzuleiten.
Die Übersetzerkarte 1 S enthält eine SAR-Vorrichtung 12, die die Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungs-Funktionen für die Übermittlungen ausführt, die durch die Übersetzerkarte 15 abgewickelt werden, wobei sie als solche mit dem lokalen Bus PCIBUS des Host-Controllers 10 verbunden ist. Ein Beispiel einer geeigneten SAR-Vorrichtung 12 für die Verwendung im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungs-Vorrichtung TNETA 1575 ATM, die von Texas Instruments Incorporated (auf dem Anmelder dieser Erfindung, dem die Erfindung übertragen worden ist) verfügbar ist. Die SAR-Vorrichtung 12 ist über den lokalen Bus LBUS mit der SONET-Empfangs/Sende-Schaltungsanordnung 20 verbunden, die die Übermittlungen entsprechend dem wohlbekannten SONET- Standard codiert und decodiert. Die SONET-Empfangs/Sende-Schaltungsanordnung (SONET-Rx/Tx-Schaltungsanordnung) 20 ist wiederum mit dem Sender/Empfänger 22 verbunden, der in herkömmlicher Weise die Signale über die Faseroptikeinrichtung FO ansteuert und von dieser Signale empfängt.
Die Übersetzerkarte 15 im Netz-Hub und ATM-Übersetzer 5 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält den Zeitplaner 14, der über den Coprozessorbus COPBUS mit der SAR-Vorrichtung 12 und dem Steuerspeicher 16 verbunden ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Zeitplaner 14 in einer einzelnen integrierten Schaltungsvorrichtung implementiert. Der Steuerspeicher 16 enthält einen Konfigurationsraum, auf den durch die System-Software zugegriffen werden kann, und der die Konfigurations-, Initialisierungs- und Fehlerbehandlungsfunktionalität bereitstellt. Der Zeitplaner 14 ist außerdem über den Steuerbus COPI, über den dem Zeitplaner 14 ein Takt für die Synchronisation bereitgestellt wird, mit der SAR-Vorrichtung 12 verbunden; der Steuerbus COPI überträgt außerdem die Steuersignale, um dem Zeitplaner 14 anzuzeigen, daß eine ATM-Zelle empfangen oder gesendet worden ist, ein Steuersignal, das als ein Rücksetzsignal für den Zeitplaner 14 dient, und Signale vom Zeitplaner 14 zur SAR-Vorrichtung 12, die den Status der FIFO- Betriebsmittel betreffen und um fit diese eine Unterbrechung bereitzustellen. Der Zeitplaner 14 empfängt außerdem die Signale über den Bus RXUTOPIA, der den Leitungen in einem herkömmlichen Busprotokoll für die universelle physikalische Prüf- und Operationsschnittstelle für die ATM (UTOPIA-Busprotokoll) entspricht, der Zeitplaner 14 arbeitet über die Leitungen RXUTOPIA nur als ein Beobachter, so daß ihm der Empfang ankommender ATM-Zellen bekannt ist.
Der Zeitplaner 14 ist außerdem mit dem Parameterspeicher 18 verbunden. Der Parameterspeicher 18 ist ein Sprecherbetriebsmittel, das sich außerhalb des Chips vom Zeitplaner 14 befindet und das Informationen speichert, die jeden der Ethernet-Kanäle betreffen, die durch den Netz-Hub und ATM-Übersetzer 5 abgewickelt werden. Dieser Parameterspeicher 18 speichert für jeden der Kanäle sowohl Indikatoren; die die verschiedenen Zellenraten betreffen, mit denen die Übermittlungen fit diesen Kanal auszuführen sind, als auch Kanalkennzeichnungen, wie z. B. die virtuelle Pfadkennzeichnung (VPI) oder die virtuelle Kanalkennzeichnung (VCI) für diesen Kanal. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speichert der Parameterspeicher 18 außerdem für einige der Kanäle Zeitstempel-Versatz- und -Basis-Werte, die jedem Ethernet-Kanal zugeordnet sind, wobei der Wert des Zeitstempels den Zeitpunkt anzeigt, zu dem die nächste Zelle für diesen Kanal für die Übertragung über die Faseroptikeinrichtung FO zu verarbeiten ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung kann der Parameterspeicher 18 in der Größenordnung von 64 k Zweiunddreißig-Bit-Wörter enthalten.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 die Konstruktion des Abschnitts des Zeitplaners 14 für das Ausführen der Quelloperationen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben. Außer dem Abschnitt des Zeitplaners 14, der in Fig. 3 veranschaulicht ist, enthält der Zeitplaner 14 außerdem eine Zielverarbeitungsschaltungsanordnung, die den Empfang der Zellen über die UTOPIA-Schnittstelle (d. h. über den Bus RXUTOPIA) entweder in der ATM-Betriebsart oder einer PHY-Betriebsart, wie durch ein Steuersignal ausgewählt wird, überwacht. In der ATM-Betriebsart empfängt diese Empfangsseite des Zeitplaners 14 die ankommenden Zellen und überträgt sie in die Wiederzusammenfügungs-Schnittstelle der SAR-Vorrichtung 12; in der PHY-Betriebsart verhält sich die Empfangsseite des Zeitplaners 14 als ein TX UTOPIA einer PHY- Vorrichtung und überwacht die ankommenden Zellen, wie sie durch das Vermittlungselement in die Wiederzusammenfügungs-Schnittstelle der SAR-Vorrichtung 12 eingespeist werden.
Auf der Quellseite des Zeitplaners 14, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, bildet der Quellverhaltensprozessor 24 die primäre Betriebslogik des Zeitplaners 14 für die Zeitplanung der Übertragung der ATM-Zellen über die Faseroptikeinrichtung FO, wie im folgenden ausführlich beschrieben ist. Der Quellverhaltensprozessor 14 implementiert die Übertragungen mit der verfügbaren Bitrate (ABR- Übertragungen), wobei er als solcher für die Kommunikation mit der SAR- Vorrichtung 12 über den Coprozessorbus COPBUS entsprechend den Steuersignalen auf dem Bus COPI und für das Bereitstellen der Steuerung auf hohem Niveau der anderen Funktionen im Zeitplaner 14 verantwortlich ist. Der Quellverhaltensprozessor 24 ist an den externen Parameterspeicher 18 angeschlossen, wie es auch die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 ist.
Wie im folgenden weiter ausführlich beschrieben ist, ist die Stapelsortier- Zustandsmaschine 36 sowohl an den externen Parameterspeicher 18 als auch den Einchip-Parameterspeicher 44 angeschlossen. Wie aus der folgenden Beschreibung offensichtlich wird, enthält der Einchip-Parameterspeicher 44 die Zeitstempel-Informationen, die diejenigen ATM-Zellen betreffen, die als nächstes für die Übertragung fällig sind (z. B. den nächsten 256 ATM-Zellen, die zu übertragen sind), während der Parameterspeicher 18 außerhalb des Chips sowohl die vom Quellverhaltensprozessor 24 für alle Zellen verwendeten Übertragungsparameter als auch außerdem die Zeitstempel-Informationen, die die verbleibenden ATM- Zellen betreffen (z. B. die ATM Zellen 256 bis 2047 in der momentanen Übertragungswarteschlange) enthält. Diese Anordnung des Einchip-Parameterspeichers 44 und des Parameterspeichers 18 außerhalb des Chips ist für die Leistung des Zeitplaners 14 und der SAR-Vorrichtung 12 vorteilhaft, wenn berücksichtigt wird, daß auf den Einchip-Speicher typischerweise schneller zugegriffen wird, wobei sie außerdem insofern vorteilhaft ist, als die Anzahl der LAN-Kanäle, die durch den Zeitplaner 14 zeitlich zu planen sind, einfach durch das Vergrößern der Größe des Parameterspeichers 18 außerhalb des Chips leicht skaliert wird.
Innerhalb des Zeitplaners 14 legt der Quellverhaltensprozessor 24 die Adresseninformationen an den Adressenbus ADDR und überträgt die Daten auf dem Datenbus DATA zweiseitig gerichtet. Das Befehlsregister 26 des Zeitplaners ist mit den Bussen ADDR, DATA verbunden, wobei es die Übermittlungen vom Quellverhaltensprozessor 24 abwickelt, die das Einreihen einer neuen ATM-Zelle in die Sendewarteschlange betreffen, einschließlich die Bestimmung des Zeitpunkts, zu dem die Zelle als fällig anzugeben und für die Übertragung zeitlich zu planen ist. Das Befehlsregister 26 des Zeitplaners empfängt derartige Befehle vom Quellverhaltensprozessor 24 und leitet sowohl die Befehlssignale zur Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 als auch einen Wert der gewährten Zellenrate auf den Leitungen ACR zum Dividierer 28.
Die Schaltungsanordnung, die einen Zeitstempel für jede neue ATM-Zelle bestimmt, die für die Übertragung zeitlich zu planen ist, enthält den Dividierer 28, der den Wert der gewährten Zellenrate für die Zelle auf den Leitungen ACR vom Befehlsregister 26 des Zeitplaners empfängt, und der außerdem ein Taktsignal auf der Leitung CLK empfängt. Während das in Fig. 3 nicht gezeigt ist, wird das Taktsignal auf der Leitung CLK außerdem an die andere Synchronschaltungsanordnung im Zeitplaner 14 angelegt, da alle durch den Zeitplaner 14 ausgeführten Synchronoperationen vorzugsweise auf diesem Taktsignal basieren. Im allgemeinen erzeugt der Dividierer 28 einen Wert, der der Anzahl der Zyklen des Taktsignals auf der Leitung CLK entspricht, der die Periode für den Wert der gewährten Zellenrate bildet, der auf der Leitung ACR übertragen wird, und speist diesen Periodenwert in die Gleitkomma-Ganzzahl-Schaltung 30 ein, die diesen Periodenwert in einen ganzzahligen Wert umsetzt und ein Signal auf den Leitungen OFFSET für den Addierer 31 erzeugt. Der Wert des Signals auf den Leitungen OFFSET entspricht der Anzahl der Zyklen des Taktsignals auf der Leitung CLK, die verstreichen müssen, bevor der Zelle ein "Sendekredit" ausgegeben wird (d. h. sie für die Übertragung zeitlich geplant wird). Eine ausführlichere Beschreibung dieser Operation ist im folgenden bereitgestellt.
Der Wert auf den Leitungen OFFSET wird durch den Addierer 31 zu dem Wert des Signals auf den Leitungen BASE, die vom Multiplexer 32 empfangen werden, addiert; der Multiplexer 32 empfängt eine Eingabe von Ausgang der Stapelsortiermaschine 36 auf den Leitungen RKEY, die einem Wurzelschlüsselwert entsprechen, der der Zeitpunkt ist, zu dem der Kanal zuletzt fällig geworden ist, und eine weitere Eingabe vom Referenzzeitgeber 38, der dem momentanen Wert des Zeitgebers entspricht, gegen den die Zeitstempel der Zellen durch den Fällig- Komparator 40 verglichen werden. Eine Steuereingabe in den Multiplexer 32 wird durch die Multiplexer-Steuerfunktion 33 erzeugt, die außerdem das Ausgangssignal aus der Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 auf den Leitungen RKEY und den momentanen globalen Zeitpunkt vom Referenzzeitgeber 38 plus den Versatzwert auf den Leitungen OFFSET von der Gleitkomma-Ganzzahl-Schaltung 30 empfängt; die durch den Multiplexer 32 beim Auswählen des Basiswerts getroffene Auswahl ist im folgenden ausführlicher beschrieben. Die resultierende Summe aus dem Addierer 31 wird auf den Leitungen KEY der Stapelsortier- Zustandsmaschine 36 als ein Zeitstempel (BASE plus OFFSET) fit die Zelle vorgelegt, die neu zeitlich zu planen ist. Wie im folgenden ausführlicher beschrieben ist, sortiert die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 alle momentan aktiven Zellen entsprechend ihren Zeitstempeln und stellt die Reihenfolge her, in der die Zellen ihre Sendekredite empfangen sollen. Die Steuersignale von der Stapelsortier- Zustandsmaschine 36 werden dem Ausgaberegister 42 des Zeitplaners bereitgestellt. Diese Steuersignale enthalten ein Signal auf der Leitung SORTBUSY, das anzeigt, daß sich die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 gegenwärtig in einem Sortierprozeß befindet, wobei während dieser Zeit keine neuen Zellen durch den Quellverhaltensprozessor 24 für die Zeitplanung weiterzuleiten sind. Die Signale auf den Leitungen CHAN und VALID zeigen die Kennung der Wurzelzelle (d. h. der nächsten "fälligen" Zelle, wie im folgenden erörtert ist) und ihre Gültigkeit an, während die Signale, die dem Fällig-Komparator 40 auf den Leitungen RKEY für diesen Kanal vorgelegt werden, ihren Zeitstempelwert übertragen.
Der Referenzzeitgeber 38 ist ein einfacher Zähler, der mit jedem Zyklus des Taktsignals auf der Leitung CLK fortgeschaltet und folglich als die Zeitbasis für die Operation der Zeitplanung dient. Der Fällig-Komparator 40 empfängt das Ausgangssignal des Referenzzeitgebers 38 zusammen mit dem Zeitstempelwert auf den Leitungen RKEY von der Stapelsortier-Zustandsmaschine 36. Beim Empfang eines VALID-Signals von der Stapelsortier-Zustandsmaschine 36, das anzeigt, daß im Ergebnis des Sortierprozesses ein Wurzelkanal gefunden worden ist, vergleicht der Fällig-Komparator 40 den Zeitstempel fit den Wurzelkanal mit dem momentanen Wert vom Referenzzähler 38, um zu bestimmen, ob der Zeitpunkt für das Ausgeben eines Sendekredits für diese Zelle schon aufgetreten ist, wobei er, falls das so ist, denselben über die Leitung DUE dem Ausgaberegister 42 des Zeitplaners -anzeigt. Das Ausgaberegister 42 des Zeitplaners wickelt die Übermittlungen von der Sortierschaltungsanordnung zum Quellverhaltensprozessor 24 ab, wobei derartige Übermittlungen sowohl die Meldungen der Kanäle, daß sie Zellen besitzen, fit die die Sendekredite auszugeben sind, als auch die Daten fit das Aktualisieren des Parameterspeichers 18, 44 enthalten.
Unter der Voraussetzung dieser Beschreibung der Konstruktion des Zeitplaners 14 und seines allgemeinen Betriebs wird nun die Aufmerksamkeit auf Fig. 4 gelenkt, wobei im Zusammenhang mit dieser nun der Betrieb des Zeitplaners 14 bei der Zeitplanung der ATM-Zellen für die Übertragung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nun ausführlich beschrieben wird. Der in Fig. 4 veranschaulichte Betrieb wird als einerseits durch den Quellverhaltensprozessor 24 und andererseits durch die Sortierschaltungsanordnung im Zeitplaner 14 (die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 und ihre zugeordnete Schaltungsanordnung, die hierin vorausgehend beschrieben sind) ausgeführt betrachtet. Der Betrieb dieser zwei Abschnitte des Zeitplaners 14 wird in einer kooperativen Weise ausgeführt, wobei der Ablaufplan nach Fig. 4 als solcher in zwei Abschnitten veranschaulicht ist.
Der Quellverhaltensprozessor 24 beginnt die Zeitplanungsoperation für einen ATM-Kanal (den Kanal CHn), für den er zuletzt eine Sendeoperation zeitlich geplant hat. Im Prozeß 48 ruft der Quellverhaltensprozessor 24 den Wert der gewährten Zellenrate (ACR-Wert) für den Kanal CHn aus dem Parameterspeicher 18 oder aus der SAR-Vorrichtung 12 je nach Fall ab, wobei er diesen ACR-Wert wie notwendig aktualisiert. In dieser Hinsicht muß die Aktualisierung der ACR-Werte für aktive Kanäle im Kommunikationssystem nicht jedesmal ausgeführt werden, wenn eine Zellenübertragungsanforderung empfangen wird, sondern nur, wenn sich die Kanalbedingungen ändern, wie z. B. wenn eine ATM-Übertragung endet oder wenn ein neuer ATM-Kanal eröffnet wird. Wenn sich keine Bedingungen geändert haben, wird der Prozeß 48 durch den Quellverhaltensprozessor 24 einfach durch das Abrufen des momentanen ACR-Wertes für den Kanal CHn aus dem Parameterspeicher 18 und durch das Weiterleiten dieses Wertes auf den Leitungen ACR zum Dividierer 28 ausgeführt.
Der Quellverhaltensprozessor 24 trifft als nächstes die Entscheidung 49, indem er das Ausgaberegister 42 des Zeitplaners abfragt, um zu bestimmen, ob die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 durch das Ausführen eines Sortierprozesses beschäftigt ist. Wie oben angemerkt ist, wird dieser Beschäftigt-Zustand durch die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 angezeigt, indem sie ein aktives Signal auf der Steuerleitung SORTBUSY zum Ausgaberegister 42 des Zeitplaners ausgibt. Falls die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 beschäftigt ist (die Entscheidung 49 lautet JA), tritt der Quellverhaltensprozessor 24 in den Wartezustand 50 ein, bis bestimmt wird, daß die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 nicht beschäftigt ist, während dieser Zeit gibt er keinen neuen Befehl an die Sortierschaltungsanordnung aus. Nach der Entscheidung 49, die bestimmt, daß die Stapelsortier- Zustandsmaschine 36 nicht beschäftigt ist (die Entscheidung 49 lautet NEIN), geht die Steuerung zum Prozeß 52, der den Kanal CHn verarbeitet.
Im Prozeß 52 schreibt der Quellverhaltensprozessor 24 eine Kanalnummer und den zugeordneten ACR-Wert für den momentanen ATM-Kanal CHn in das Befehlsregister 26 des Zeitplaners. Der Quellverhaltensprozessor 24 tritt dann in einer Warteschleife ein, in der er das Ausgaberegister 42 des Zeitplaners abfragt, um zu bestimmen, ob sein Gültig-Bit gesetzt ist (das einem durch die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 für den nächsten Kanal, für den eine ATM-Zelle fällig wird (normalerweise ein anderer Kanal CHm, wie im folgenden beschrieben ist) ausgegebenen aktiven VALa-Signal entspricht); falls nicht, (die Entscheidung 53 lautet NEIN), tritt der Quellverhaltensprozessor 24 in einen Wartezustand 54 ein, bis dieses Gültig-Bit gesetzt ist.
Wenn im Prozeß 62 das Befehlregister 26 des Zeitplaners den Befehl und den ACR-Wert empfängt, leitet das Befehlsregister 26 des Zeitplaners den ACR-Wert zum Dividierer 28 für die Bestimmung des Zeitstempels für den Kanal CHn weiter, wie nun beschrieben wird. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die ACR-Rate, die durch den Quellverhaltensprozessor 24 (in Einheiten von Zellen/Sekunde) abgeleitet wird, in einen Zählwert der Zyklen des Taktsignals auf der Leitung CLK umgesetzt. Im Prozeß 64 dividiert der Dividierer 28 die Frequenz des Taktsignals auf der Leitung CLK durch den Wert der gewährten Zellenrate auf den Leitungen ACR für den Kanal CHF und leitet folglich einen Wert ab, der die Periode der Zellenübertragungen des Kanals CHn in Einheiten von Taktzyklen pro Zelle darstellt. Dieser Wert wird durch die Gleitkomma-Ganzzahl-Schaltungsanordnung 30 aus einem Gleitkommawert in eine ganze Zahl umgesetzt, so daß das Ergebnis des Prozesses 64 ein Versatzwert ist, der dem Addierer 31 auf den Leitungen OFFSET dargestellt wird. Dieser Versatzwert entspricht der Anzahl der CLK-Zyklen "in der Zukunft"; wobei zu diesem Zeitpunkt für den Kanal CHa ein Sendekredit fällig wird.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Versatzwert auf den Leitungen OFFSET zu einem Basiszeitpunkt addiert, um den tatsächlichen Zeitstempel für den Kanal CHn abzuleiten. Im Prozeß 66 wird der Multiplexer 32 durch die Multiplexer-Steuerfunktion 33 gesteuert, um einen Basiszeitpunkt auszuwählen; der Basiszeitpunkt ist typischerweise der Zeitpunkt, zu dem der Kanal zuletzt einen Sendekredit empfangen hat. Diese Auswahl ist nützlich, selbst wenn nur zuletzt ein Sendekredit für den Kanal CHn ausgegeben worden ist, wenn berücksichtigt wird, daß die Latenzzeit für den obenbeschriebenen Prozeß im wesentlichen bezüglich der Zellenrate auftritt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Basiszeitpunkt außerdem der momentane globale Zeitpunkt (d. h. das Ausgangssignal des Referenzzeitgebers 38) sein. Die Bestimmung, welcher Basiszeitpunkt über den Multiplexer 32 auszuwählen ist, wird nun ausführlich beschrieben, da diese Bestimmung in der Tat die endgültige Zellenrate für jeden der ABR-Kanäle bestimmt, die durch den Zeitplaner 14 abgewickelt werden.
Während die Multiplexer-Steuerfunktion 33 in Fig. 3 als eine separate Schaltungsanordnung veranschaulicht ist, wird davon ausgegangen, daß die Multiplexer-Steuerfunktion 33, falls gewünscht, innerhalb des Quellverhaltensprozessor 24 in Zusammenarbeit mit dem Fällig-Komparator 40 und der Stapelsortier- Zustandsmaschine 36 implementiert sein kann.
In jedem Fall kann sich der ACR-Wert für die in den CBR-Kanälen zugeordneten ATM-Zellen nicht verändern, weil der Dienst mit fester Bitrate (CBR- Dienst) eine Übermittlung mit einer garantierten festen Bitrate erfordert; andererseits sind die ACR-Werte der ABR-Kanäle entsprechend der verfügbaren Bandbreite eingestellt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die CBR-Kanäle nur durch die SAR-Vorrichtung 12 abgewickelt, wobei ihre Zeitplanung den Betrieb des Zeitplaners 14 nicht umfaßt; der Zeitplaner 14 führt nur die Zeitplanung Ihr die ABR-Kanäle aus, wobei derartige Zellen durch die SAR-Vorrichtung 12 nur auf einer zeitverfügbaren Basis übertragen werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch beobachtet worden, daß die Ausgabe der "Fairneß" auftreten kann, wenn die Kanäle mit hoher Datenrate (z. B. die CBR-Kanäle oder eine andere Aktivität) Kanäle mit niedrigerer Datenrate, die fällig geworden sind, vorbelegen. Die im Basisauswahlprozeß 66 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgeführte Steuerung des Multiplexers 32 sichert die Fairneß bei der Zuweisung der Zeitstempelwerte, so daß in einem überplanten Zustand die Kanäle mit niedrigerer Datenrate nicht vorbelegt werden, während die ABR-Kanäle mit hoher Datenrate die verbleibende Bandbreite fair dividieren. Das allgemeine Ergebnis des Prozesses 66 wird nun beschrieben, wobei die ausführliche Beschreibung des Prozesses 66, wie er im Zeitplaner 14 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird, folgt.
Im allgemeinen wird die für die ABR-Uhertragung verfügbare Bandbreite im wesentlichen durch die Anzahl der ABR-Kanäle dividiert, um eine gleich verteilte Bitrate pro Kanal abzuleiten. Falls diese gleich verteilte Bitrate ausreichend ist, um die Anforderung jedes ABR-Kanals vollständig zu erfüllen (dies kann für einen oder mehrere ABR-Kanäle mit relativ niedriger Bitrate wahr sein), sind die ACR-Werte dieser zufriedengestellten Kanäle im wesentlichen auf ihre angeforderte Bitrate gesetzt, wobei sie aus der weiteren Betrachtung entfernt werden. Die verbleibende Bandbreite (nun nach der Subtraktion sowohl der CBR-Anforderung als auch außerdem der der vollständig zufriedengestellten ABR-Kanäle) wird abermals durch die Anzahl der ABR-Kanäle dividiert, die noch nicht zufriedengestellt worden sind, wobei dann allen nun zufriedengestellten Kanälen eine Bitrate abermals zugewiesenen wird und sie aus der Betrachtung entfernt werden, und der Prozeß wiederholt sich.
Wenn keiner der verbleibenden ABR-Kanäle durch die Verteilung der verbleibenden Bandbreite zufriedengestellt wird, dient dann die gleich verteilte Bitrate als die ACR-Werte für jeden dieser verbleibenden ABR-Kanäle. Falls an diesem Punkt alle Kanäle zufriedengestellt sind (d. h. es gibt keine verbleibenden Kanäle), entspricht diese Bedingung selbstverständlich einer Bedingung unter der Anforderung, wobei in diesem Fall alle ABR-Kanäle eine ACR empfangen, die ihrer angeforderten Bitrate entspricht. Wenn jedoch wenigstens ein ABR-Kanal nicht vollständig zufriedengestellt ist, dann schafft die gleich verteilte Bitrate eine vernünftige faire Verteilung der Bandbreite für diese Kanäle.
Ein Beispiel des Betriebs dieser Verteilung der ABR-Bandbreite wird nun bereitgestellt, um die Erklärung dieses Betriebs zu unterstützen. In diesem Beispiel ist eine überplante Bedingung wie folgt vorhanden:
In diesem Beispiel ist die Bandbreite massiv überplant, da die Summe der Bitratenanforderungen aller Kanäle CH1 bis CH6 sich auf 290% der Gesamtbandbreite beläuft. Demzufolge können die ACRs für alle Kanäle nicht einfach auf ihre angeforderten Bitraten gesetzt werden.
Entsprechend der vorangehenden Beschreibung werden die durch die CBR- Kanäle CH1 und CH2 von der verfügbaren Bandbreite angeforderten 50% der Bandbreite von der Gesamtbandbreite subtrahiert, wobei die angeforderten 25%- CBR-Werte den Kanälen CH1, CH2 zugeteilt werden. Die verbleibende Bandbreite (50% der Gesamtbandbreite) wird dann durch vier dividiert, da vier ABR- Kanäle CH3 bis CH6 verbleiben, um verarbeitet zu werden, dies führt zu einem gleich verteilten Bitratenwert Q von 12,5% der Gesamtbandbreite. Diese 12,5% stellt zwei der ABR-Kanäle zufrieden, nämlich die Kanäle CH3, CH4, wobei in diesem Fall der ACR-Wert von 5% der Gesamtbandbreite dem Kanal CH3 zugeteilt wird, während der ACR-Wert von 10% der Gesamtbandbreite dem Kanal CH4 zugeteilt wird. Die verbleibende Bandbreite (35% der Gesamtbandbreite) wird dann abermals durch die verbleibende Anzahl der betrachteten ABR-Kanäle (zwei) dividiert, dies führt zu einer neuen gleich verteilten Bitrate von 17,5% der Gesamtbandbreite. Diese zweite gleich verteilte Bitrate erfüllt die Anforderung von keinem der verbleibenden ABR-Kanäle CH5, CH6, wobei als solche die ACR-Werte für diese Kanäle beide auf diese gleich verteilte Bitrate von 17,5% gesetzt werden. Das gewünschte Ergebnis in diesem Beispiel ist folglich wie folgt:
Diese Anordnung stellt die ACR-Werte in einer relativ fairen Weise her, so daß die CBR-Kanäle (die im allgemeinen Höchsttarife bezahlen) und diejenigen ABR-Kanäle, die relativ niedrige Bitraten anfordern, zufriedengestellt sind, während diejenigen ABR-Kanäle, die unmäßige Mengen der verfügbaren Bandbreite (aber nicht beim Höchsttarif) anfordern, zu dem Ausmaß bedient werden, das durch die verfügbare Bandbreite bereitgestellt wird. Außerdem beseitigt dieser Prozeß jeden Anreiz für die Kanäle, ihre gewünschte Bandbreite überzuspezifizieren; der Kanal CH6 mit einer Anforderung von 200% der verfügbaren Bandbreite empfängt z. B. nicht mehr Bandbreite als der Kanal CH5 mit einer bescheideneren Anforderung von 25% der Bandbreite.
Die obige allgemeine Beschreibung der gewünschten Einstellung der ACR- Rate wurde jedoch, falls sie in der tatsächlichen Schaltungsanordnung implementiert wäre, viele Maschinenzyklen erfordern, um die iterativen Divisions- und Zuteilungsoperationen auszuführen, insbesondere wenn berücksichtigt wird, daß in dieser beispielhaften Anordnung bis zu 2048 Kanäle durch den Zeitplaner 14 abgewickelt werden können. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestimmt, daß die auswählbare Verwendung entweder des vorhergehenden Wurzelschlüsselwertes für die Zelle, der auf den Leitungen RKEY vorhanden ist, oder des globalen Zeitpunkts vom Referenzzeitgeber 38, falls die nächste Zelle für den Kanal bereits überfällig ist, bei der Herstellung der Bestimmung des geeigneten Zeitstempelwertes verwendet werden kann, um die obenbeschriebene faire Bestimmung der Zellenrate auszuführen.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 in Kombination mit Fig. 3 der Betrieb der Multiplexer-Steuerfunktion 33 bei der Ausführung des Prozesses 66 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben. Der Prozeß 66 beginnt mit dem Prozeß 78, in dem die Multiplexer-Steuerfunktion 33 den Wert des Versatzes auf den Leitungen OFFSET von der Gleitkomma- Ganzzahl-Schaltung 30 zu dem von der Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 auf den Leitungen RKEY dargestellten momentanen Wert addiert; wie oben angemerkt ist, ist dieser Wert auf den Leitungen RKEY der Zeitstempel für den Wurzelkanal, für den ein Sendekredit zuletzt ausgegeben worden ist, und der dem gleichen Kanal zugeordnet ist, für den nun ein neuer Zeitstempelwert bestimmt wird. Als solcher entspricht der Wert auf den Leitungen RKEY dem Zeitpunkt, zu dem die vorhergehende Zelle für die Übertragung zeitlich geplant worden ist (der sich, zurückzuführen auf die Latenzzeit und andere dazwischenkommende Ereignisse, wahrscheinlich von dem Zeitpunkt unterscheidet, zu dem die Zelle tatsächlich übertragen worden ist). Das Ergebnis des Prozesses 78 ist ein künftiger Kreditzeitpunkt FCT, der unter Verwendung des durch den Quellverhaltensprozessor 24 bereitgestellten Versatzes und ohne Rücksicht auf überplante Bedingungen einen ersten Schätzwert des Zeitpunkts (in Zyklen des Referenzzeitgebers 34) anzeigt, zu dem der nächste Sendekredit für diesen Kanal auftreten sollte.
In der Entscheidung 79 prüft die Multiplexer-Steuerfunktion 33 den Wert des künftigen Kreditzeitpunkts FCT bezüglich des momentanen globalen Zeitpunkts vom Referenzzeitgeber 38, um zu bestimmen, ob die neue Zelle für den gleichen Kanal, der zuletzt einen Sendekredit empfangen hat, bereits überfällig ist. Falls nicht (die Entscheidung 79 lautet NEIN; d. h. die nächste Zelle für diesen Kanal ist nicht bereits überfällig), geht die Steuerung zum Prozeß 82 weiter; in dem die Multiplexer-Steuerfunktion 33 den Wert auf den Leitungen RKEY als die Basis auswählt und diese Leitungen zum Addierer 31 für die Bestimmung des neuen Zeitstempels weiterleitet. Diese Situation tritt während derartiger Zeitpunkte auf, zu denen die Bandbreite nicht überplant ist, wobei im Ergebnis der nächste Wert auf den Leitungen RKEY (d. h. RKEYn+1, wobei der Wert auf den Leitungen RKEY, der dem letzten Sendekredit entspricht, als RKEYn bezeichnet werden kann) dem gewünschten ACR-Wert für diesen Kanal entspricht. Dies sichert außerdem, daß sich die Verzögerungen beim Ausgeben eines Sendekredits für einen gegebenen Kanal nicht ansammeln, wie es auftreten kann, falls der globale (momentane) Zeitpunkt vom Referenzzeitgeber 38 als die Basis verwendet wird.
In einem überplanten Zustand kann der jedoch die nächste Zelle für den Kanal, der zuletzt einen Sendekredit empfangen hat, bereits überfällig sein. Dieser Bedingung entspricht, daß der künftige Kreditzeitpunkt FCT kleiner als der momentane globale Zeitpunkt ist (die Entscheidung 79 lautet JA). In diesem Fall geht die Steuerung zum Prozeß 80 weiter, in dem die Multiplexer-Steuerfunktion 33 den globalen Zeitpunkt vom Referenzzeitgeber 38 für die Verwendung als die Basis beim Erzeugen des neuen Zeitstempels auswählt und diesen Wert zum Addierer 31 weiterleitet. Die Verwendung des globalen Zeitpunkts anstatt des vorherigen Wertes auf den Leitungen RKEY verzögert den Zeitstempel für die Zelle effektiv, dies hilft, den überplanten Zustand zu berücksichtigen.
Ein Beispiel des Betriebs des Verfahrens gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei der fairen Zeitplanung von ABR-Zellen in einem überplanten Zustand wird im folgenden beschrieben, nachdem die Beschreibung des Verfahrens nach Fig. 4 abgeschlossen ist.
In Fig. 4 werden im Prozeß 68 die Werte auf den Leitungen BASE und OFFSET durch den Addierer 31 addiert, wobei ein neuer Zeitstempelwert auf den Leitungen KEY erzeugt wird, der zur Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 weitergeleitet wird. In Reaktion auf diesen neuen Wert auf den Leitungen KEY in Kombination mit den geeigneten Steuersignalen auf den Leitungen CMD vom Befehlsregister 26 des Zeitplaners führt die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 eine PUSH-POP-Operation aus. Diese PUSH-POP-Operation enthält die Operation des Schiebens des momentanen Wertes auf den Leitungen KEY, die dem Kanal CHn zugeordnet sind, in den Stapel für das Sortieren im Prozeß 70, wie nun bezüglich den Fig. 6a und 6b beschrieben wird. Die Fig. 6a und 6b veranschaulichen die Anordnung des Einchip-Parameterspeichers 44 bzw. des Parameterspeichers 18 außerhalb des Chips beim Speichern der Kanal- und Zeitstempelinformationen in einer Stapelweise.
Wie in Fig. 6a gezeigt ist, enthält der Einchip-Parameterspeicher 44 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 256 Vierzig-Bit-Datenwörter, die den Adressen 00 bis FFh zugeordnet sind. Das der Adresse 00 zugeordnete Datenwort ist reserviert, wobei es in dieser beispielhaften Ausführungsform nicht verwendet wird. Die Adresse O1 im Einchip-Parameterspeicher 44 ist dem Wurzelkanal zugeordnet, der in dieser Ausführungsform der Erfindung der Kanal ist, der der ATM-Zelle zugeordnet ist, die als nächste fällig ist; die nachfolgenden Adressen im Einchip-Parameterspeicher 44 sind den Kanälen zugeordnet, die entsprechend ihrem Zeitstempel geordnet sind, so daß die Adresse FFh dem 255.- nächsten Kanal zugeordnet ist, der fällig wird. Jedes Wort im Einchip- Parameterspeicher 44 enthält einen Abschnitt für Speichern des Zeitstempels und einen Abschnitt für das Speichern der Kanalnummer.
Wie aus Fig. 6b offensichtlich ist, ist der Parameterspeicher 18 außerhalb des Chips ein wenig anders angeordnet. In diesem Beispiel ist der niedrigste Adressenabschnitt des Parameterspeichers 18 außerhalb des Chips dem nächsten Kanal in der Reihenfolge des Fälligwerdens nach den 255 im Einchip-Parameterspeicher 44 gespeicherten Kanälen zugeordnet, wobei die verbleibenden Kanäle Parameter besitzen, die in einer geordneten Weise im Parameterspeicher 18 außerhalb des Chips gespeichert sind. Im Parameterspeicher 18 außerhalb des Chips besitzt jeder Kanal einen Abschnitt für das Speichern seiner der ATM-Übertragung zugeordneten Zustandsparameter, gefolgt von einem Zweiunddreißig-Bit-Wort für das Speichern seines Zeitstempels, dem ein Wort für das Speichern der Kanalnummer folgt. Zwischen den Kanaleinträgen im Parameterspeicher 18 außerhalb des Chips ist ein reserviertes Wort beibehalten. Außerdem speichert der Parameterspeicher 18 außerhalb des Chips die Parameter, die denjenigen Kanälen zugeordnet sind, für die die Zeitstempel im Einchip-Parameterspeicher 44 gespeichert sind, da diese ATM-Parameter nicht im Einchip-Parameterspeicher 44 gespeichert sind.
In den Fig. 3 und 4 wird, sobald die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 die Kanalnummer (aus dem Befehlsregister 28 des Zeitplaners) und den Zeitstempel (auf den Leitungen KEY vom Addierer 31) schiebt, der Stapelsortierprozeß 70 eingeleitet. Der Prozeß 70 kann durch die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 entsprechend irgendeinem aus einer Anzahl herkömmlicher Stapelsortieralgorithmen ausgeführt werden, während dessen die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 die Zeitstempel der momentanen Mitglieder des Stapels im Parameterspeicher 18, 44 abfragt, diese Zeitstempel sortiert, um den neuen Wurzelzeitstempel und seinen zugeordneten Kanal zu identifizieren, diesen Kanal in der niedrigsten Adresse (01) des Einchip-Parameterspeichers 44 speichert und das Sortieren der Kanäle entsprechend den Zeitstempeln unter Verwendung des neuen Zeitstempelwertes für den momentanen Kanal CHn und entsprechend eines herkömmlichen Stapelsortieralgorithmus fortsetzt. Es ist festgestellt worden, daß die Verwendung des Stapelsortierzugangs besonders vorteilhaft ist, da die Stapelsortiertechnik für das schnelle Finden des niedrigsten Wertes eines Parameters (d. h. der Wurzel) gut geeignet ist, selbst wenn die Anzahl der zu sortierenden Elemente ganz groß ist, wie in diesem Fall (z. B. 2048 Kanal-Zeitstempelwerte).
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung identifiziert der Stapelsortierprozeß 70 zuerst den neuen Wurzelkanal im Stapel. Insbesondere beim Durchführen der fairen Zuweisung der Bandbreite im überplanten Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung wird in dem Fall, daß der neue Stapeleintrag den gleichen Zeitstempel wie ein vorhergehend zeitlich geplanter Eintrag besitzt, der neue Stapeleintrag im Stapel hinter dem vorhergehend angeordneten Eintrag angeordnet. Die Wirkung dieser Bestimmung wird im folgenden offensichtlich.
Sobald die Identifizierung des neuen Wurzelkanals im Stapel auftritt, führt die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 den Prozeß 72 aus, um die Kanalnummer dieses neuen Wurzelkanals (CHm) zum Ausgaberegister 42 des Zeitplaners weiterzuleiten, um den Zeitstempel dieses neuen Wurzelkanals (CHm) auf den Leitungen RKEY zum Fällig-Komparator 40 weiterzuleiten und um ein Steuersignal auf der Leitung VALID zum Fällig-Komparator 40 und zum Ausgaberegister 42 des Zeitplaners aktiv anzusteuern, um das Gültig-Bit darin zu setzen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erhält der Wurzelkanal immer einen Sendekredit, ungeachtet wie alt sein Zeitstempelwert wird; in einer überplanten Situation kann der Zeitstempel des Wurzelkanals signifikant "älter" (d. h. kleiner als) der durch den Referenzzähler 38 dargestellte globale Zeitpunkt sein. Der Stapelsortierprozeß 70 kann dann fortgesetzt werden, um die verbleibenden aktiven Kanäle parallel zur Verarbeitung des neuen Wurzelkanals CHm zu sortieren. Beim Abschluß des Sortierprozesses 70 sind die Einträge derjenigen Kanäle, die kleinere Zeitstempelwerte besitzen, im Einchip-Parameterspeicher 44 gespeichert, während die zugeordneten Einträge derjenigen mit größeren (d. h. späteren) Zeitstempelwerten im externen Parameterspeicher 18 gespeichert sind. Die Steuerleitung SORTBUSY zum Ausgaberegister 42 des Zeitplaners wird während dieser Zeit aktiv gehalten.
Der Quellverhaltensprozessor 24 bemerkt während seiner Ausführung der Entscheidung 53 (in einer Schleifendurchlauf-Weise), daß das Gültig-Bit im Ausgaberegister 42 des Zeitplaners durch den Prozeß 72 gesetzt ist. Sobald dieses Ergebnis gefunden worden ist (die Entscheidung 53 lautet JA), führt der Quellverhaltensprozessor 24 den Prozeß 56 aus, um das Lesen der Kanalzustandsinformationen für den Kanal CHm aus dem Parameterspeicher 18 zu beginnen, wie es benötigt wird, um dafür einen Sendekredit richtig auszugeben und die Übertragung einer ATM-Zelle zeitlich zu planen. Nach dem Abrufen dieser Parameter triff der Quellverhaltensprozessor 24 die Entscheidung 57, um das Ausgaberegister 42 des Zeitplaners abzufragen, um festzustellen, ob der Kanal CHm schon fällig geworden ist; falls nicht (die Entscheidung 57 lautet NEIN), führt der Quellverhaltensprozessor 24 das Warten 58 aus und wiederholt die Entscheidung 57.
Indessen beginnt der Fällig-Komparator 40, sobald er ein aktives Signal auf der Leitung VALID von der Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 empfängt, die Entscheidung 73 zu treffen, um zu bestimmen, ob der Kanal CHm schon fällig geworden ist. Die Entscheidung 73 ist in ihrer einfachsten Form ein einfacher Vergleich des dem Kanal CHm zugeordneten Zeitstempels (der auf den Leitungen RKEY von der Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 übertragen wird) mit dem vom Referenzzeitgeber 38 übertragenen Wert des globalen Zeitpunkts. Wenn der Wert des globalen Zeitpunkt den Zeitstempelwert für den Wurzelkanal CHm noch nicht erreicht hat (die Entscheidung 73 schickt NEIN zurück), wartet der Fällig- Komparator 40 im Prozeß 74 auf einen zusätzlichen Zyklus des Taktsignals auf der Leitung CLK und wiederholt die Entscheidung 73. Zu einem derartigen Zeitpunkt, zu dem der Wert des globalen Zeitpunkts auf oder über den Zeitstempel auf den Leitungen RKEY liegt (die Entscheidung 73 lautet JA), gibt der Fällig- Komparator 40 im Prozeß 76 auf der Leitung DUE ein Fällig-Signal an das Ausgaberegister 42 des Zeitplaners aus.
Der Referenzzeitgeber 38 ist jedoch gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein einfacher Zähler, der mit jedem Zyklus des Taktsignals auf der Leitung CLK fortschaltet und umbricht, sobald er einen gefüllten Zustand erreicht. Als solcher kann der Kanal CHm fällig werden, kann aber nicht bemerkt werden, falls der Referenzzeitgeber 38 zurück zur null umgebrochen ist, falls der Fällig-Komparator 40 nur einen einfachen Vergleich des Wertes des Zeitstempels auf den Leitungen RKEY mit dem Ausgangssignal des Referenzzeitgebers 38 ausführt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestimmt, daß die Auswahl der Wortbreite des Ausgangssignals aus dem Referenzzeitgeber bezüglich der Breite des Zeitstempels auf den Leitungen RKEY und der Breite des Versatzabschnittes auf den Leitungen OFFSET viele unbestimmte Situationen vermeiden kann, die sich aus dem Umbruch ergeben.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wortbreite des Zeitstempels auf den Leitungen RKEY so ausgewählt, daß sie im Abschnitt des höchstwertigen Bits ein zusätzliches Bit über die Wortbreite am Ausgang des Referenzzeitgebers 38 besitzt. In dem Beispiel nach Fig. 3 stellt der Referenzzeitgeber 38 ein Ausgangssignal dar, das k Bits breit ist, während die Anzahl der Leitungen RKEY k + 1 beträgt. Diese Beziehung erlaubt, daß der Bereich der Zeitstempelwerte den Bereich der Ausgangssignale des Referenzzeitgebers verdoppelt. Unter Bezugnahme auf die Taktzeit kann z. B. der Zeitstempel auf den Leitungen RKEY als ein Wert der vierundzwanzigstündigen Uhrzeit betrachtet werden (z. B. 13 : 30 stellt 1 : 30 nachmittags dar), während das Ausgangssignal des Referenzzeitgebers 38 einem Wert der zwölfstündigen Uhrzeit entspricht. Als solches kann das Umbrechen am Ausgang des Referenzzeitgebers 38 leicht in dem durch den Fällig-Komparator 40 ausgeführten Vergleich berücksichtigt werden.
Zweitens wird die Wortbreite am Ausgang des Referenzzeitgebers 38 so gewählt, daß sie ein Bit breiter als der Versatz auf den Leitungen OFFSET (k - 1 in diesem Beispiel) ist. Dies stellt sicher, daß ein Kanal nicht mehr als ein halb des Bereichs des Referenzzeitgebers 38 von dem Wert des Referenzzeitgebers 38 verschieden zeitlich geplant werden kann. Der Fällig-Komparator 40 kann deshalb nur um den halben Bereich des Referenzzeitgebers 38 vom momentanen globalen Zeitpunkt zurück blicken. Diese Betrachtung wird in Kombination mit dem Merkmal verwendet, daß die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 ihre Sortierung der Zeitstempel ohne das höchstwertige Bit des Zeitstempel ausführt, wenn der Referenzzeitgeber 38 einen Wert in der ersten Hälfte seines Bereichs (d. h. MSB = 0) ausgibt, aber unter Verwendung des höchstwertigen Bits des Zeitstempels, wenn sich der Referenzzeitgeber in der zweiten Hälfte seines Bereichs befindet (d. h. MSB = 1). Weil jeder der Zeitstempel durch die Stapelsortier- Zustandsmaschine 36 nach dem Abschluß jeder Zellenverarbeitung sortiert wird, sichern diese Betrachtungen, daß die Umbrüche des Referenzzeitgebers 38 kein fehlerhaftes Ergebnis zurückschicken.
Im Ergebnis dieser Operationen kann die Operation des Fällig-Komparators 40 zuverlässig den k-Bit-Wert am Ausgang des Referenzzeitgebers 38 mit den k + 1- Bits des Zeitstempels für den Wurzelkanal CHm auf den Leitungen RKEY vergleichen. Nach der Entscheidung 73, die bestimmt, daß der Wurzelkanal CHm fällig ist (die Entscheidung 73 lautet JA), gibt der Fällig-Komparator 40 ein aktives Signal auf der Leitung DUE an das Ausgaberegister 42 des Zeitplaners aus und setzt ein Bit darin, das durch den Quellverhaltensprozessor 24 bei seinem nächsten Durchlauf durch die Entscheidung 57 abgefragt wird. In Reaktion auf das Erfassen, daß das DUE-Signal für den Kanal CHm ausgegeben worden ist (die Entscheidung 57 lautet JA), gibt der Quellverhaltensprozessor 24 im Prozeß 60 einen Sendekredit für den Kanal CHm und leitet die Kanalkennzeichnung für den Kanal CHm zusammen mit seinen im Prozeß 56 abgerufenen ATM- Übertragungsparametern in der herkömmlichen Weise zur SAR-Vorrichtung 12 weiter.
Nach dem Prozeß 60, in dem der Quellverhaltensprozessor 24 den Sendekredit für den Kanal CHm ausgibt, wiederholt sich der Prozeß selbst, beginnend mit dem Prozeß 48, in dem der Quellverhaltensprozessor 24 falls notwendig den ACR- Wert für den Kanal CHm abruft und aktualisiert. Der Prozeß wiederholt dann nach dem Abschluß der Stapelsortierung durch die Stapelsortier-Zustandsmaschine 36 im Prozeß 77 sich selbst und das zugeordnete Löschen der Steuerleitung SORTBUSY, das erlaubt, daß die Entscheidung 49 die Steuerung zum Prozeß 52 abermals weitergibt.
Sobald der Sendekredit durch den Quellverhaltensprozessor 24 ausgegeben worden ist, wie oben angemerkt ist, setzt der Quellverhaltensprozessor 24 eine Meldung, die durch die SAR-Vorrichtung 12 abgefragt werden kann, wenn sich eine Sendegelegenheit für die ABR-Zelle ergibt. Der Quellverhaltensprozessor 24 enthält z. B. vorzugsweise ein "Nächste-Zelle-Register", das den ausgegebenen Sendekredit enthält, der der Zelle zugeordnet ist, fit die die Übertragung erfolgen soll. Nachdem eine Sendegelegenheit für einen ABR-Kanal durch die SAR- Vorrichtung 12 erfaßt worden ist, kann die SAR-Vorrichtung 12 dieses Nächste- Zelle-Register abfragen, um zu bestimmen, ob eine ABR-Zelle durch den Zeitplaner 14 für die Übertragung zeitlich geplant ist, wobei, falls das ist, die SAR- Vorrichtung 12 die Übertragung für diese Zelle entsprechend dem ATM-Protokoll durchführen kann. Falls keine Sendegelegenheit auftaucht (z. B. die gesamte verfügbare Bandbreite ist durch die CBR-Kanäle belegt), wird dieser Zustand des Zeitplaners 14 selbstverständlich fit einige Zeit bleiben.
Wie oben angemerkt ist, erlaubt die Auswahl des geeigneten Basiswertes für die Bestimmung des Zeitstempels gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die faire Zuweisung der Bandbreite in einem überplanten Zustand. Zusammengefaßt ergibt sich diese faire Zuweisung der Bandbreite aus der Geltendmachung von drei Regeln, nämlich:
1) "Überfällige" Übertragungen, die als ein Kanal definiert sind, der einen Zeitstempel mit einem älteren (d. h. kleineren) Wert als der momentane globale Zeitpunkt besitzen, werden niemals fallengelassen. Der Wurzelkanal erhält immer den Sendekredit, ungeachtet des Alters eines Zeitstempelwertes;
2) das Sortieren der Stapeldatenstruktur wird in einer derartigen Weise ausgeführt, daß ein neuerer Kanal (d. h. der neuer auf den Stapel geschoben (PUSHed) worden ist) mit dem gleichen Zeitstempelwert wie ein älterer Kanal (d. h. der früher auf den Stapel geschoben (PUSHed) worden ist), in dem Stapel hinter dem älteren Kanal angeordnet wird; und
3) die effektive Zellenübertragungsrate wird von dem ACR-Wert, auf dem der Versatzwert für die Berechnung des Zeitstempelwertes basiert, durch die Auswahl der Basis verringert, mit der der Versatzwert summiert wird, um den neuen Zeitstempelwert abzuleiten, eine derartige Auswahl wird ausgeführt, um jeden Zeitstempelwert vorwärts zu übertragen, der bereits überfällig sein würde, wenn er erzeugt wird.
Diese Regeln, die hierin vorausgehend bezüglich des Betriebs des Verfahrens nach den Fig. 4 und 5 angemerkt worden sind, führen zu einer fairen Zuweisung der Bandbreite selbst in einem überplanten Zustand. Dieses Ergebnis wird nun beispielhaft beschrieben, in dem sich drei ABR-Kanäle CH1, CH2, CH3 für ein System, in dem einer neuen Zelle ein Sendekredit so schnell wie jede 100 Taktzyklen ausgegeben werden kann, in einem überplanten Zustand befinden. In diesem Beispiel fordert der Kanal CH1 100% der Bandbreite für seine Zellenrate an, die in diesem Beispiel einen Zeitstempelversatz von 100 Taktzyklen entspricht; der Kanal CH2 fordert 200% der Bandbreite an, die einem Versatz von 50 Taktzyklen entspricht (zweimal so schnell wie die 100-Zyklen-Rate); und der Kanal CH3 fordert nur 20% der Leitungsrate an, wobei als solcher sein Zeitstempelversatz 500 Zyklen (fünfmal so langsam wie die 100-Zyklen-Rate) beträgt.
Die folgende Tabelle veranschaulicht den Betrieb des Zeitplaners 14 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung:
Im obigen Beispiel sind die Werte der globalen Zeitpunkte (GT) als von GT = 0 (in Anzahl der Taktzyklen) beginnend veranschaulicht. Bis GT = 50 bauen die Operationen einfach die Kanäle CH1 bis CH3 auf, wobei noch keine Sendekredite ausgegeben werden; in diesem Beispiel empfangen die Zellen die Sendekredite nicht häufiger als 100 Taktzyklen, wie oben angemerkt ist. Bei GT = 0 empfängt der Kanal CH1 seinen ersten Zeitstempel, der in diesem Beispiel 100 lautet (die Basis ist während des Aufbaus null). Bei GT = 5 empfängt der Kanal CH2 seinen ersten Zeitstempel, der in diesem Fall 50 lautet (abermals ist die Basis während des Aufbaus in diesem Beispiel null); der momentane Wurzelkanal bei GT = 5 ist der Kanal CH1 mit einem Zeitstempel von 100, da dieser Kanal der einzige Kanal mit einem Zeitstempel ist (und folglich den niedrigsten Zeitstempelwert besitzt). Ähnlich empfängt bei GT = 10 der Kanal CH3 seinen Zeitstempel von 500; der Wurzelkanal ist zu diesem Zeitpunkt CH2, weil sein Zeitstempelwert von 50 der niedrigste ist. Als solcher empfängt in diesem Beispiel jeder Kanal CH1, CH2, CH3 einen anfänglichen Zeitstempel, der gleich ihrer entsprechenden Versatzwerte ist, die der gewünschten ACR entsprechen. Bei GT = 0, GT = 5, GT = 10 werden keine Sendekredite ausgegeben, da keiner der Zeitstempel fällig geworden ist (der Wurzel-Zeitstempel ist größer als der globale Zeitpunkt in jedem dieser Fälle).
Bei GT = 50 wird der Wurzelkanal CH2 fällig, weil sein Zeitstempel gleich dem globalen Zeitpunkt ist. Als solcher empfängt der Kanal CH2 einen Sendekredit bei GT = 50, wobei er außerdem einen neuen Zeitstempel empfängt. In Fig. 5 muß der Prozeß 66 ausgeführt werden, um die richtige Basis beim Erzeugen des neuen Zeitstempels zu bestimmen. Zuerst bestimmt der Prozeß 78 den künftigen Kreditzeitpunkt FCT als die Summe des letzten Zeitstempelwertes plus dem Versatz; in diesem Fall ist die Summe 100 (50 + 50). Weil dieser künftige Kreditzeitpunkt FCT nicht kleiner als der momentane globale Zeitpunkt ist, wird der frühere Zeitstempelwert als die Basis beim Erzeugen des neuen Zeitstempels von 100 (50 + 50) verwendet, wie in der Tabelle gezeigt ist (selbstverständlich wird die Verwendung des globalen Zeitpunkts GT in diesem Fall das gleiche Ergebnis ergeben). Bei GT = 150, der der nächste Fall ist, bei dem ein Sendekredit fällig werden kann, ist der Wurzelkanal der Kanal CH1 mit einem Zeitstempel von 100; während der Kanal CH2 ebenfalls einen Zeitstempel von 100 besitzt, wie bei GT = 50 bestimmt wird, ist der Kanal CH1 die Wurzel, weil der neuer angeordnete Kanal mit dem gleichen Zeitstempel hinter vorausgehenden angeordneten Kanälen angeordnet ist, wie oben erörtert ist. Bei GT = 150 empfängt deshalb der Kanal CH1 einen Sendekredit und einen neuen Zeitstempel von 200 (unter Verwendung des früheren Zeitstempels von 100 plus dem Versatz von 100 für den Kanal CH1, der größer als der globale Zeitpunkt GT = 150 ist und folglich bewirkt, daß der frühere Zeitstempel von 100 als die Basis zu verwenden ist).
Bei GT = 250 wird der Wurzelkanal CH&sub2;, der einen Zeitstempel von 100 besitzt, fällig, und empfängt einen Sendekredit. Zu diesem Zeitpunkt empfängt der Kanal CH2 einen neuen Zeitstempel. Wie oben beschrieben ist, muß zuerst die Basis ausgewählt werden. In diesem Fall bestimmt der Prozeß 78 zuerst den künftigen Kreditzeitpunkt FCT als 150 (100 + 50). Weil dieser künftige Kreditzeitpunkt FCT kleiner als der momentane globale Zeitpunkt (GT = 250) ist, wird der globale Zeitpunkt GT als die Basis beim Erzeugen des neuen Zeitstempels von 300 (250 + 50) verwendet, wie in der Tabelle gezeigt ist.
Der Betrieb des Ausgebens der Sendekredite und des Ableitens neuer Zeitstempelwerte wird jede 100 Taktzyklen in dieser Weise fortgesetzt, dies ergibt die in der Tabelle veranschaulichten Ergebnisse. Wie darin angegeben ist, wird z. B. bei GT = 650 des Kanal CH3 der Wurzelkanal und ist fällig, weil sein Zeitstempelwert zu diesem Zeitpunkt (500) vor dem des Zeitstempels für den Kanal CH2 (der später bei GT = 450 erzeugt worden ist) angeordnet gewesen ist.
Die Fairneß des Verfahrens des Betriebs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann durch das Betrachten der Spalte "Kreditkanal" der Tabelle während der Zeit leicht bestimmt werden. Wie aus der Tabelle offensichtlich ist, folgen die Kanäle, die während der Zeit einen Kredit erhalten (beginnend bei GT = 250 nachdem anfänglichen Einschwingvorgang), einer sich wiederholenden Folge (CH2, CH1, CH2, CH1, CH3). Entsprechend dieser Folge empfängt der Kanal CH3 einen Sendekredit jedes fünfte Mal, dies kommt 20% der Leitungsrate gleich und folglich der angeforderten Leitungsrate des Kanals CH3. Die anderen Kanäle CH1, CH2 können durch die verfügbare Bandbreite nicht zufriedengestellt werden (sie fordern 100% bzw. 200% der Leitungsrate an), wobei diese Kanäle als solche die verbleibende Leitungsrate nach der Berücksichtigung des Kanals CH3 aufspalten, wobei jeder der Kanäle CH1, CH2 40% der verfügbaren Bandbreite empfängt. Die Fairneß dieses Zugangs, der der hierin vorausgehend bereitgestellten allgemeinen Beschreibung folgt, wird für gestellten allgemeinen Beschreibung folgt, wird für die Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft deshalb die Zeitplanung der ATM-Übertragungen, wie sie durch den Zeitplaner 14 in Kombination mit der SAR-Vorrichtung 12 ausgeführt wird, wichtige Vorteile beim Ausführen der ATM-Kommunikation. Zuerst kann eine effiziente und faire Art der Zeitplanung der Übertragungen in der asynchronen Übertragungsbetriebsart (ATM) mit der verfügbaren Bitrate (ABR) bereitgestellt werden. Es ist z. B. beobachtet worden, daß eine Implementierung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die mit modern Faseroptikeinrichtungen verfügbare 155-MBit/s- Leitungsrate einer Weise leicht erfüllt, die mit den Industriespezifikationen vollständig konform ist. Zweitens kann die Verwendung der Stapelsortiertechnik die Speicherbetriebsmittel im hohen Maße verringern, die ansonsten durch das Bereitstellen eines Zählers für jeden der möglichen Kanäle, die abzuwickeln sind, erforderlich wären.
Außerdem stellt die durch die bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehene Zeitplanungsfunktionen einen hohen Grad der Skalierbarkeit durch ihre Verwendung des Einchip-Parameterspeichers für diese Kanäle, die bald fällig werden, in Kombination mit dem Parameterspeicher außerhalb des Chips für die später zeitlich zu planenden Kanäle bereit; im Ergebnis kann die Hinzufügung von Kanälen leicht durch das einfache Erweitern der Größe des Parameterspeichers außerhalb des Chips ausgeführt werden. Trotzdem implementiert außerdem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zeitplanung der ATM-Zellen in einer derartigen Weise, daß die Verzögerungen in der tatsächlichen Zeitplanung einer Zelle für einen Kanal sich über mehrere Zellen für den gleichen Kanal nicht ansammeln.
Außerdem enthält die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine faire Weise, in der gewährte Zellenraten für ABR-Kanäle zugewiesen werden, indem der Bedarf für viele ABR-Kanäle betrachtet wird, wobei außerdem Kanäle mit fester Bitrate, wie z. B. Kanäle mit konstanter Bitrate berücksichtigt werden, insbesondere wenn die gewünschte Übertragungskapazität die Bandbreite der Kommunikationseinrichtung überschreitet. Diese Fairneß wird in einer äußerst zykluseffizienten Weise durch die Auswahl des Basiswerts, der zu dem für jeden Kanal angeforderten ACR-Versatz zu addieren ist, und in einer Weise, die in den in herkömmlichen ATM-Netzen ausgeführten Flußsteuerungsalgorithmen nicht berücksichtigt wird, erhalten.
Während die vorliegende Erfindung gemäß ihrer bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird selbstverständlich davon ausgegangen, daß es Modifikationen an und Alternativen zu diesen Ausführungsformen gibt, wobei diese Modifikationen und Alternativen, die die Vorteile und Nutzen dieser Erfindung erhalten, für die Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet unter Bezugnahme auf diese Beschreibung und ihre Zeichnung offensichtlich sein werden. Es wird davon ausgegangen, daß derartige Modifikationen und Alternativen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung liegen.

Claims

1. Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite an mehrere Kommunikationskanäle, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Bestimmen eines gewährten Zellenratenwertes für jeden der mehreren Kanäle;

Ausgeben eines Sendekredits für einen der mehreren Kanäle mit dem niedrigsten Zeitstempelwert;

für den Kanal, für den im Ausgabeschritt zu dem am wenigsten weit zurückliegenden Zeitpunkt ein Sendekredit ausgegeben wurde, Erzeugen eines Versatzzeitstempelwertes auf der Grundlage einer Zeitplaner-Taktfrequenz, dividiert durch den gewährten Zellenratenwert für den Kanal;

Addieren eines vorhergehenden Zeitstempelwerts für den Kanal, der einem Zeitpunkt entspricht, zu dem der Sendekredit zu dem am wenigsten weit zurückliegenden Zeitpunkt erzeugt wurde, zu dem Versatzzeitstempelwert, um einen künftigen Kreditzeitwert abzuleiten;

Vergleichen des künftigen Kreditzeitwerts mit einem globalen Zeitpunkt; und

falls der Vergleichsschritt bestimmt, daß der künftige Kreditzeitwert später als der globale Zeitpunkt liegt, Setzen eines neuen Zeitstempelwerts auf den künftigen Kreditzeitwert oder

falls der Vergleichsschritt bestimmt, daß der künftige Kreditzeitwert früher als der globale Zeitpunkt liegt, Addieren des Versatzzeitstempelwerts zu dem globalen Zeitpunkt, um den neuen Zeitstempelwert zu erzeugen; und

Wiederholen des Ausgabeschrittes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ferner:

die gewährten Zellenratenwerte in einem Parameterspeicher in Zuordnung zu den entsprechenden Kanälen gespeichert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ferner:

nach dem Setz- oder Addierschritt je nach Fall die mehreren Kanäle entsprechend ihren Zeitstempelwerten sortiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem ferner:

der Kanal, der dem zuletzt erzeugten neuen Zeitstempelwert zugeordnet ist, in Reaktion auf den zuletzt erzeugten neuen Zeitstempelwert, der mit einem Zeitstempelwert übereinstimmt, der einem weiteren der mehreren Kanäle zugeordnet ist, nach dem weiteren der mehreren Kanäle, der den übereinstimmenden Zeitstempelwert besitzt, angeordnet wird.

5. Netzwerk-Hub und ATM-Übersetzungssystem (5), mit:

einem Host-Controller (10), der eine Schnittstelle für den Empfang lokaler Übermittlungen besitzt; und

einem ATM-Übersetzungs-Untersystem (15), das umfaßt:

eine Sender/Empfänger-Schnittstelle, die mit einer Kommunikationsanlage mit hoher Datenrate gekoppelt ist;

eine Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungs-Schaltungsanordnung (12), die mit der Sender/Empfänger-Schnittstelle und mit dem Host-Controller gekoppelt ist;

einen Parameterspeicher (18, 24), der Einträge speichert, die jedem der mehreren ATM-Übermittlungskanäle zugeordnet sind; und

einen Zeitplaner (14); der mit dem Parameterspeicher (18, 24) und mit der Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungs-Schaltungsanordnung (12) gekoppelt ist, um das Senden von Paketzellen, die den mehreren ATM- Kommunikationskanälen zugeordnet sind, zeitlich durch eine Folge von Operationen zu planen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitplaner umfaßt:

eine Schaltungsanordnung (36) zum Sortieren von Kanaleinträgen in den Parameterspeicher (18, 24) entsprechend einem Zeitstempelwert, der jedem Kanal zugeordnet ist, wobei der Zeitstempelwert einen Zeitpunkt angibt, zu dem das Senden einer Zelle für den zugeordneten Kanal als nächstes erfolgen soll, wobei ein Wurzel-Kanaleintrag in dem Parameterspeicher dem nächsten fälligen Kanal entspricht;

einen Referenzzeitgeber (38), der eine globale Zeit erzeugt;

einen Komparator (40); der den Zeitstempelwert des Wurzelkanaleintrags mit der globalen Zeit vergleicht;

eine Prozessor-Schaltungsanordnung, die mit der Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungs-Schaltungsanordnung gekoppelt ist, um einen Sendekredit für den Kanal, dem der Wurzelkanaleintrag zugeordnet ist, auszugeben; und

eine Schaltungsanordnung, die einen neuen Zeitstempelwert für den Kanal, dem der Wurzelkanaleintrag zugeordnet ist, ableitet, wobei diese Schaltung umfaßt:

einen Dividierer (28), der einen Versatzzeitstempelwert auf der Grundlage einer Zeitplanungs-Taktfrequenz, dividiert durch den zulässigen Zellenratenwert, erzeugt;

einen Addierer (31), der den Versatzzeitstempelwert zu einem Basiszeitstempelwert addiert, um einen künftigen Kreditzeitwert abzuleiten;

einen Multiplexer (32), der einen ersten Eingang für den Empfang der globalen Zeit vom Referenzzeitgeber, einen zweiten Eingang für den Empfang des Zeitstempelwerts des Wurzelkanaleintrags, einen Ausgang, der mit dem Addierer (31) gekoppelt ist, um diesem den Basiszeitstempelwert zu übermitteln, und einen Steuereingang, um entweder die globale Zeit oder den Zeitstempelwert des Wurzelkanaleintragwerts für den Basiszeitstempelwert auszuwählen, besitzt; und

eine Multiplexer-Steuerfunktion, die ein an den Steuereingang des Multiplexers angelegtes ausgewähltes Signal erzeugt, und Mittel, die in Reaktion auf die Bestimmung des Komparators (40), daß der künftige Kreditzeitwert später als der globale Zeitpunkt liegt, einen neuen Zeitstempelwert für den künftigen Kreditzeitwert setzen, sowie

Mittel, die in Reaktion auf die Bestimmung des Komparators (40), daß der künftige Kreditwert früher als der globale Zeitpunkt liegt, den Versatzzeitstempelwert zu dem globalen Zeitpunkt addieren, um einen neuen Zeitstempelwert zu erzeugen.

6. System nach Anspruch 5, bei dem die Sortierungsschaltungsanordnung umfaßt:

eine Stapelsortier-Zustandsmaschine (36).

7. System nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Zeitplaner (14) in eine einzige integrierte Schaltung integriert ist.

8. System nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei dem der Zeitplaner (14) ferner umfaßt:

einen Einchip-Parameterspeicher (24), der in dieselbe integrierte Schaltung wie der Zeitplaner implementiert ist, um Zeitstempelwerte zu speichern, die der ersten Gruppe der mehreren Kanäle zugeordnet sind;

wobei der Parameterspeicher (18) sich außerhalb der integrierten Zeitplanerschaltung befindet und der Speicherung von Zeitstempelwerten dient, die einer zweiten Gruppe der mehreren Kanäle zugeordnet sind, wobei die erste Gruppe der mehreren Kanäle Zeitstempelwerte besitzen, die früher fällig sind als die Zeitstempelwerte der zweiten Gruppe der mehreren Kanäle.