ES2306514T3 - Comunicaciones integradas de voz y datos sobre una red de area local. - Google Patents
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Abstract
Un método de transportar tanto información sensible al retardo como paquetes de datos de usuario concurrentemente en una LAN (32) de red de área local adaptada para la conmutación de paquetes usando paquetes normales de Ethernet de longitud variable transmitidos entre dispositivos (14, 16, 18, 20, 36, 38, 40, 42) sobre segmentos de LAN (34) conectados en topología de estrella a un Módulo de Conmutación de Comunicaciones CSM (44) teniendo cada uno de dichos dispositivos (14, 16, 18, 20, 36, 38, 40, 42) un reloj local y teniendo dicho CSM un reloj principal, comprendiendo dicho método: segmentar dicha información sensible al retardo y dichos paquetes de datos de usuario en un extremo del segmento de LAN (34); encapsular la información sensible al retardo segmentada y los paquetes de datos de usuario segmentados en los paquetes principales de Ethernet que tienen una longitud fija, teniendo cada uno de dichos paquetes principales de Ethernet al menos una porción de ranuras de tiempo de índice binario constante CBR de longitud fija y al menos porción de datos de longitud fija; transmitir los paquetes principales de Ethernet a una tasa constante fija sobre el segmento de LAN (34) con un hueco entre paquetes IPG fijo; extraer la información sensible al retardo segmentada de las porciones de ranuras de tiempo de CBR y los paquetes de datos de usuario segmentados de las porciones de datos del paquete principal de Ethernet en el otro extremo del segmento de LAN (34); y reensamblar la información sensible al retardo y los paquetes de datos de usuario.
Description
Comunicaciones integradas de voz y datos sobre
una red de área local.
Esta solicitud reivindica las ventajas de la
solicitud provisional, depositada previamente, pendiente
conjuntamente, con Número de serie 60/088.747 depositada el 10 de
junio de 1998.
Esta invención se refiere al campo de las
telecomunicaciones y de las comunicaciones de datos sobre una red
y, más particularmente, a las comunicaciones integradas de voz y de
datos sobre una red de área local.
Hoy en día, la infraestructura de comunicaciones
típica de oficina consiste en dos redes independientes: la red de
telecomunicaciones y la red de comunicaciones de datos. La red de
telecomunicaciones proporciona unos canales conmutados de circuito
con anchura de banda limitada (típicamente de 64 kbps a 128 kbps).
La naturaleza conmutada de circuito y la anchura de banda limitada
de esta red no pueden dar soporte a los requisitos actuales de
transporte de datos a alta velocidad. La red de comunicaciones de
datos de oficina proporciona un transporte de paquetes (Ethernet o
Anillo de Símbolos) vía los centros de distribución y/o conmutadores
y, en un grado mucho menor, células en Modo de Transferencia
Asíncrono (ATM). Estas redes de comunicaciones de datos proporcionan
anchuras de banda en escritorio de 10 Mbps a 100 Mbps. Sin embargo,
la naturaleza de funcionamiento por paquetes de estas redes
presenta un impedimento al transporte de los datos sensibles al
retardo, tales como el audio o el vídeo en tiempo real, con la
excepción de ATM, cuyo despliegue en el escritorio no es hoy
económicamente
factible.
factible.
La transmisión de datos, la de voz y la de
videoconferencia están convergiendo y todas ellas serán
proporcionadas sobre un único tejido de red. El milagro que está
llevando realmente a esta convergencia es la mejora exponencial en
la tecnología de los chips. Unos productos basados en nuevos diseños
de chips innovadores pronto preverán todas las necesidades de
datos, audio y video de comunicaciones de la oficina usando una sola
conexión a cada escritorio. Sistemas de oficina que unifican voz,
vídeo y comunicaciones de datos, reduciendo el coste de la
propiedad y permitiendo el acceso compartido de alta velocidad de
Internet/Red directamente al escritorio están en el horizonte.
Estos productos ofrecerán una alternativa de la alta calidad a las
existentes de establecimiento de equipos de red independientes de
voz, de videoconferencia y de datos. Estos productos beneficiarán a
los usuarios que quieran la conveniencia y la utilidad de un
sistema teléfono de Teclado Digital o Centralita junto con la
ventaja agregada de una red de área local totalmente integrada
(LAN), y de un acceso de Red de Área Extensa (WAN) de alta
velocidad, todo ello contenido dentro de un único sistema.
Un Sistema de Telecomunicaciones tradicional de
oficina de Teclado Digital Tradicional/Híbrido consiste en dos (2)
componentes principales: 1) el instrumento de Teléfono de Teclado
Digital; y 2) la Unidad de Equipo Común (es decir, el equipo de
trastienda o de cabina de cableado), el cuál interconecta los
Teléfonos de Teclado Digital y las líneas externas de Oficina
Central (C.O.).
La red de telecomunicaciones internas de la
oficina típica utiliza una "Topología de Cableado en Estrella",
que consiste en un "cableado tendido por casa", donde cada
teléfono individual está conectado nuevamente a la Unidad de Equipo
Común (CEU) mediante un cable dedicado de Par Trenzado Sin Blindaje
(UTP).
Hay una distinción importante a realizar aquí
entre un tipo teléfono normal industrial analógico de tipo 2500 (es
decir, un teléfono de teclado de tonos o "touch tone"®)
conectado a una centralita (de tipo CEU) y un teléfono de Teclado
Electrónico Digital conectado con una centralita. Al igual que el
teléfono de Teclado Digital electrónico, el teléfono analógico de
tipo 2500 está conectado a la centralita por un "cableado tendido
por casa", formando una "Topología de Cableado en Estrella",
donde cada teléfono individual está conectado de nuevo a la
centralita mediante un cable de UTP dedicado. Sin embargo, el
teléfono analógico de tipo 2500 usa una señalización de canal de
audio "en la banda" para comunicarse con la centralita.
El teléfono analógico de tipo 2500 está
conectado a la centralita por medio del cable de par trenzado sin
blindaje (UTP) usando una "Interfaz de Bucle" normal de la
industria. El puerto de la interfaz de bucle del teléfono (puerto
de la estación) en la centralita proporciona una fuente para la
"Corriente de bucle en C.C." y una anchura de banda de canal
de señal analógica de 300 Hz a 3.400 Hz para la transmisión de
señales de audio. La interfaz normal de bucle proporciona dos tipos
de señalización a la Unidad Común de Equipo (CEU) sobre el cable de
UTP: 1) Estado de Conmutador Colgado o No Colgado y 2) Señales DTMF
en la Banda (Frecuencia Múltiple Bitono).
Cuando el teléfono analógico de tipo 2500 está
"Colgado", está en el estado ocioso y no hay corriente de C.C.
circulando por el bucle entre el puerto asociado de la estación de
centralita y el teléfono. Cuando el microteléfono analógico del
teléfono de tipo 2500 se levanta de su gancho (es decir, se
"descuelga"), el contacto del "conmutador de gancho" se
cierra y la corriente de bucle en C.C. circula entre el puerto de la
estación de centralita y el teléfono. La circuitería de interfaz de
bucle en el puerto de la estación de centralita monitoriza el
estado de la corriente de bucle de C.C. (es decir, no hay corriente
de bucle en flujo de tráfico; o hay corriente de bucle en flujo de
tráfico dentro de una gama aceptable) para determinar el estado del
teléfono analógico de tipo 2500 conectado con el puerto de la
estación de la centralita por el cable UTP. La carencia de corriente
de bucle circulando indica que el teléfono está en el "Estado
Colgado Ocioso" y no requiere servicio alguno. La detección de
corriente de bucle de C.C. en flujo de tráfico dentro una gama
aceptable, indica que el teléfono ha sido "descolgado" y
requiere servicio.
A través de los estados "Colgado" y
"Descolgado" producidos por el teléfono analógico de tipo 2500,
y de la detección de los mismos por el puerto asociado de la
estación de la centralita, el teléfono puede comunicar (es decir,
señalar) a la centralita que requiere servicio. Ahora que el
teléfono ha señalado a la centralita que necesita ser atendido,
necesita unos medios para comunicar a la centralita qué tipo de
servicio requiere. El tipo de petición de servicio se comunica
usando una Señalización de DTMF "en la banda". Según lo
descrito previamente, la interfaz de bucle proporciona un canal de
audio de 300 Hz a 3.400 Hz de anchura de banda entre el teléfono
analógico de tipo 2500 y el puerto asociado de la estación de la
centralita. El teléfono contiene un generador de señal de DTMF y el
puerto de la estación de centralita tiene acceso a un detector de
señales de DTMF. El esquema de la señalización de DTMF comprende
una base de dieciséis (16) dígitos únicos, o caracteres. El
espectro compuesto de las señales de DTMF cae dentro de la anchura
de banda de canal audio de 300 Hz a 3.400 Hz permitiendo que los
dígitos de DTMF sean transmitidos sobre la interfaz del bucle para
comunicar las solicitudes de servicio y la señalización de
dirección a la centralita. Una vez que Las transmisiones de la
señal de DTMF han desaparecido, la anchura de banda del canal de
audio está disponible para la transmisión de señales de voz. De
aquí procede el término de señalización "en la banda", ya que
la misma anchura de banda del canal se utiliza para transportar
tanto la información de señalización de DTMF como la información de
señal de voz.
\vskip1.000000\baselineskip
Los sistemas disponibles comercialmente hoy en
día utilizan los enlaces de comunicaciones de propietario del
vendedor para transportar la voz y la señalización de control del
teléfono convertidas en señales digitales entre el teléfono de
Teclado Digital de propietario y la Unidad de Equipo Común (CEU) de
propietario sobre el Cable de Par trenzado Sin Blindaje (UTP).
Típicamente, los vendedores de equipo transportan dos (2) Canales
de Onda Portadora dúplex total de 64Kbps y un (l) canal dúplex total
de Señalización de Canal D (2B+D) de 16 kbps sobre el enlace de
comunicaciones entre el teléfono y el CEU. Los dos canales B de 64
kbps se utilizan para dar soporte a canales de voz convertida en
digital conmutada por circuito, o transporte de datos con
conmutador de circuito. El canal D de 16 Kbps se utiliza para
transportar paquetes de señalización de control de teléfono y datos
de baja velocidad (por ejemplo, transmisión de caracteres de ASCII
del CEU a la pantalla de LCD del teléfono).
Los dos (2) canales B de 64 kbps son capaces de
transportar voz convertida a digital bajo la forma de palabras PCM
(Modulación de Códigos de Impulso) de 8 bits, u otros datos
digitales de 8 bits formateados de manera síncrona a estos canales
Multiplexados en el Dominio del Tiempo (TDM). En ambos casos, el
transporte de la información en un canal B está en bases conmutadas
de circuito. La naturaleza de la conexión conmutada de circuito es
que se establece cuando hay información a transportar. Proporciona
una anchura de banda constante (en este caso 64 kbps por canal B) y
esta anchura de banda constante está disponible en toda la duración
de la conexión. Finalmente, se cae la conexión cuando ya no se
necesita. Esto describe realmente la llamada telefónica típica. Se
marca un número de teléfono, se hace la conexión, y se lleva a cabo
una conversación durante un cierto periodo de tiempo. La conexión
se cae cuando la conversación ha sido terminada por el usuario que
vuelve a colgar en el gancho. Por lo tanto, los canales B de
teléfono de Teclado Digital están solamente activos cuando hay una
llamada en curso de voz o de datos. Los canales B están inactivos
cuando el teléfono está en el estado ocioso.
El Teléfono de Teclado Digital usa unos bits
binarios de señalización fuera de banda a través del canal D para
intercambiar los paquetes de señalización con el CEU. Los paquetes
de señalización se utilizan para transportar el estado de lámpara
(Estados LED de Teclado; Encendido, apagado, tarifa en destello,
etc.) y los comandos de control del teléfono (CODEC Potencia
arriba, altavoz Encendido, Permitir Modo de Teléfono Manos Libres,
etc.) del CEU al teléfono. Los paquetes de señalización del canal D
enviados desde el teléfono al CEU se utilizan para transportar el
Identificador del Tipo de Teléfono, el Estado del Conmutador de
Gancho y la información de Cierre de Teclado. A diferencia de las
conexiones conmutadas de circuito a las que dan soporte los canales
B, el canal D está siempre activo.
Cuando el teléfono está ocioso, el CEU todavía
debe tenga la capacidad de enviar la información de estado al
teléfono. Por ejemplo, el CEU debe enviar los comandos del estado de
lámpara al teléfono para que la electrónica del teléfono actualice
el estado de los LED bajo las teclas de línea del teléfono. Esto es
necesario porque el teléfono de Teclado Digital Multilínea ocioso
debe exhibir el estado de las líneas entrantes (Ocioso, Ocupado,
Timbrando, Retención, etc.) iluminando apropiadamente el LED bajo la
tecla de línea asociada. Además, el CEU necesita unos medios para
comunicar a un teléfono ocioso que tiene una llamada entrante, es
decir, para transmitir los comandos de conectar el altavoz del
teléfono y de producir un sonido de timbrado. Asimismo, un teléfono
ocioso debe tener unos medios para comunicar al CEU que requiere
servicios, es decir, que ha sido descolgado del gancho o ha
seleccionado una línea exterior con la cual hacer una llamada.
La integración de audio, vídeo y datos de
secuenciador para la transmisión sobre una sola red han sido
propuesta en el pasado por cierto número de autores. El documento
US 5.384.766 describe un sistema por el cual los datos de un
teléfono, un terminal de datos de baja velocidad y un terminal de
LAN (terminal de datos de alta velocidad) son multiplexados y se
transmiten sobre una sola línea al aparato de conmutación. El
documento EP 0596652 describe un aparato información para
transmitir en forme de datos isócronos y
no-isócronos sobre una LAN por multiplexación en el
tiempo de los datos en un patrón de repetición de tramas de
tiempo.
Se han avanzado ofertas para transmitir y
recibir voz y datos en paquetes con ranuras de tiempo designadas
previamente dentro de cada trama y las cuales comparten la capacidad
del canal, pero dando una cierta forma de prioridad a los paquetes
de voz sensibles al retardo. También se han avanzado ofertas para
acomodar ambos isócronos (por ejemplo, vídeo) y
no-isócrono (por ejemplo, datos) sobre una red
isócrona substituyendo técnicas de transmisión de paquete normal
(es decir, de Ethernet de 10Base-T) por un esquema
de transmisión síncrona Multiplexada en el Dominio de Tiempos
(TDM). Esto requiere una circuitería de interfaz de propietario y
compleja que se insertará entre la Ethernet normal o el Controlador
de acceso de Medios de Anillo de Símbolos (MAC) y unos medios
físicos de transmisión. Sin embargo, la técnica anterior no ha
tratado completamente la integración de la telecomunicación y de
los datos en el contexto de los requisitos de una oficina de tamaño
pequeño a mediano, que típicamente tiene secuenciadores personales,
estaciones de trabajo, servidores, impresoras, etc., conectadas
mediante Cables de Par trenzado sin Blindaje (UTP) en una LAN que
usa paquetes que cumplen unas normas como Ethernet, y que también
tienen un sistema de teléfono de Teclado Digital/Híbrido con los
microteléfonos de los teléfonos conectados con la Unidad de Equipo
Común (CEU) por un sistema de cable de UTP independiente. Se trata
a continuación alguno de los temas y de los problemas en la
integración de las dos redes.
La red típica de telecomunicaciones internas de
oficina utiliza una "Topología de Cableado en Estrella". Una
LAN de Ethernet de 10Base-T o
100Base-TX desplegada en la oficina de tamaño
pequeño a mediano utiliza una "Topología de Cableado en
Estrella" similar. Cada secuenciador personal individual (PC),
Estación de trabajo u otro dispositivo soportado por Ethernet, está
conectado a un Centro de Distribución/Conmutador de Ethernet usando
un cable dedicado de UTP, es decir, un "cableado tendido por la
casa". Sin embargo, la calidad requerida del cable de UTP es
función de la velocidad de transmisión de la red usada. La Ethernet
de 10Base-T, que proporciona una velocidad de
transmisión de 10 MBps, usa cable de categoría 3 ó superior; La
Ethernet de 100Base-TX proporciona 100 MBps sobre
un cable de Categoría 5 así como otros medios físicos tales como la
fibra.
La integración del sistema de teléfono de
Teclado Digital/Híbrido con una LAN de Ethernet se permite bajo la
presente invención usando los paquetes de Ethernet para transportar
la información del Canal B y del Canal D a un dispositivo común que
realiza la función de una CEU. Este método de transmisión por
paquetes no es una función específica para los paquetes de
señalización de control de teléfono transportados tradicionalmente
sobre el canal D. Sin embargo, los canales B proporcionan una
transmisión de información conmutada de circuito de Índice Binario
Constante (CBR). Por tanto, transformar los canales B en
transmisiones normales de paquetes de Ethernet requiere alguno
forma de emulación de canal de CBR, conmutada por circuito, la cual
es una característica de la presente invención.
La otra diferencia principal que se tratará al
proporcionar las transmisiones 2B+D del Teléfono de Teclado Digital
que funciona sobre la LAN de Ethernet es el enlace dedicado frente
al enlace de comunicaciones compartido entre las estaciones y el
equipo común. Se observó previamente que la red de
telecomunicaciones tradicional de oficina y 1a LAN de Ethernet
10Base-T ó 100Base-TX utilizan ambas
una "Topología de Cableado en Estrella" física de para
conectar estaciones al equipo común (es decir, Conmutador de
Telecomunicaciones o Centro de Distribución/Conmutador de Ethernet
respectivamente). Sin embargo, la mayoría de las redes de
telecomunicaciones utilizan esta topología de red para formar
transmisiones de punto a punto dedicadas entre el equipo común y un
instrumento de una sola estación. Ethernet, por otra parte, permite
la transmisión de información de los dispositivos múltiples de la
estación unidos a un solo segmento de Ethernet.
En el caso de Ethernet de
10Base-T y de 100Base-TX, cada
dispositivo de la estación está conectado de nuevo a un Centro de
Distribución o Conmutador por un cable dedicado de UTP. Los Centros
de Distribución de Ethernet son los dispositivos repetidores, que
duplican las transmisiones de la señal recibidas en un cable de la
estación a todos los otros cables de la estación conectados con el
Centro de Distribución, produciendo un solo segmento de Ethernet
compartido para todos los dispositivos de la estación. El resultado
es la generación y el flujo de tráfico de fuentes múltiples en el
mismo enlace de comunicaciones. Los conmutadores de Ethernet también
actúan como unos dispositivos de repetición, pero son dispositivos
de repetición selectivos. Un conmutador de Ethernet lee la
dirección de destino del encabezamiento de paquete que se recibe en
un puerto de ingreso y dirige el paquete solamente al puerto (o
puertos, en el caso de distribución múltiple) asociado de salida.
Los otros puertos del conmutador no tendrán la información del
paquete transmitida a ellos, proporcionando un segmento aislado de
Ethernet para cada puerto del conmutador. Sin embargo, la topología
del establecimiento de red permite que un Centro de Distribución
sea conectado con un puerto en un Conmutador a fin de ampliar el
número de usuarios de la red. Una vez más, el resultado es la
generación y el flujo de tráfico de fuentes múltiples (es decir,
todas las estaciones conectadas con el Centro de Distribución) que
entra en un solo puerto del conmutador. La capacidad de ampliación
de la tecnología de establecimiento de una red requiere un sistema
integrado de Teléfono de Teclado Digital/Híbrido y LAN de Ethernet
para dar soporte a los múltiples terminales de Teléfono de Teclado
Digital unidos a un solo segmento de LAN de Ethernet. Esto se sitúa
en un dispositivo común de voz/datos integrados que realiza la
misma función que una CEU la tarea adicional de identificar los
tipos de tráfico individuales que entran en un solo puerto del
sistema y dirigir los flujos individuales a su destino
apropiado.
El funcionamiento de los sistemas de teléfono de
Teclado Digital/Híbridos tradicionales depende de la transmisión de
la señalización de control entre el teléfono y la Unidad de equipo
Común (CEU). Estas transmisiones de señalización proporcionan el
enlace de comunicaciones entre el Software de Procesamiento de
llamada/Aparato que se ejecuta en la CPU del sistema y las
solicitudes hechas por el usuario a través del marcador de dial y
de las Teclas de Función del teléfono. Se requiere un enlace
independiente de comunicaciones de este tipo entre cada Teléfono de
Teclado Digital y la CPU del sistema de la CEU. Estos enlaces de
comunicaciones independientes de la red de teléfonos separada de la
técnica anterior reciben soporte sobre las conexiones de cable de
punto a punto dedicadas individuales entre cada teléfono de teclado
digital y la interfaz de puerto de la estación de CEU. Es
importante observar que aquí solamente un (l) canal de señalización
fluye sobre cualquier cable de estación individual. Por lo tanto,
cada puerto físico de la estación del sistema tiene un canal de
señalización dedicado. Esto proporciona una relación entre el
puerto físico de la estación y el canal de señalización para el
teléfono conectado con ese puerto, proporcionando unos medios para
que el software del sistema identifique únicamente el teléfono
asociado.
Se requiere un canal de señalización dedicado
para cada teléfono a fin de proporcionar un enlace de comunicaciones
entre el software de Procesamiento de Llamada/Función y las
solicitudes hechas por el usuario con las teclas del teléfono. En
el caso de múltiples teléfonos de Teclado Digital conectado de nuevo
al equipo común a ser descritos sobre un segmento de Ethernet, no
hay una asociación directa del puerto del sistema físico para
definir un canal de señalización dedicado a un teléfono. Por lo
tanto, se permite bajo presente invención el establecimiento de
unos enlaces de canales con una señalización lógica más sofisticada
a los teléfonos múltiples sobre un segmento de Ethernet para el
intercambio de información de señalización entre los teléfonos
individuales y la CPU del sistema en el dispositivo común que
realiza la función de la CEU. El método y el aparato para
establecer tales enlaces es otra característica de la presente
invención.
El elemento más significativo para proporcionar
la transmisión de datos, voz y videoconferencia sobre una sola
trama de red es el correspondiente a las técnicas de control de
transporte requeridas para proporcionar la Calidad de Servicio
(QoS) garantizada para audio, vídeo y otros datos sensibles al
retardo. Dependiendo de la aplicación, la anchura de banda en sí
misma y por lo que a ella se refiere puede no ser el aspecto
dominante. Por ejemplo, ¿por qué debería haber cualquier
preocupación por la anchura de banda cuando se transporta de un
canal de voz digitalizada (PCM) de 64 kbps sobre un segmento de
Ethernet de 10 MBps? Hay seguramente bastante anchura de banda
disponible para transportar la información de PCM de 64 kbps sobre
el segmento. Desafortunadamente, la competencia entre los usos de
audio en tiempo real y/o aplicaciones de vídeo y de transferencia
de ficheros electrónicos por el acceso al segmento de LAN causa un
problema con las transmisiones en tiempo real. Esta competencia
causa estados latentes inaceptables que van a ser encontrados por
los paquetes que llevan datos sensibles al retardo, que esperan en
cola para incorporarse a los medios, mientras que los paquetes de
transferencia de archivos están utilizando los medios. Esto
constituye una preocupación especial en el caso de Ethernet de 10
Mbps (10Base-T), donde las transferencias de
ficheros electrónicos pueden utilizar el tamaño máximo de paquete
de Ethernet de 1518 octetos. Teniendo en cuenta el Preámbulo,
Comienzo del Delimitador de Trama (FSD) y el Hueco entre Paquete
(IPG), un solo paquete de tamaño máximo ocupa los medios durante
1,23 ms. El estado latente causado por la transmisión de estos
paquetes de tamaño máximo consume rápidamente la especificación de
Retardo de Trayectoria Eco de Ida y Vuelta de 2,0 ms para las
conexiones de Digital a Digital en un Sistema de teléfono de
Teclado Digital/Híbrido.
Se puede introducir un estado latente adicional
en las transmisiones de paquete por las características del control
de acceso de medios de Ethernet para el Acceso Múltiple de Sentidos
de Portador con el Método de Acceso de Detección de Colisión
(CSMNCD). Las colisiones de paquetes en los medios causadas por las
transmisiones asincrónicas de los dispositivos múltiples de
estación unidos a los medios requieren la retransmisión de paquetes
corrompidos. Cuando se detecta una colisión, las estaciones que
transmiten retroceden, seleccionan un retardo aleatorio, ejecutan
el retardo y transmiten otra vez. Este proceso de detectar las
colisiones y de retransmisión de los paquetes aumenta el estado
latente para todos los paquetes que atraviesan la red. Las
colisiones de paquetes y el estado latente creciente resultante se
convierten en un problema significativo en las redes mal diseñadas
o con exceso de abonados (es decir, redes desplegadas
incorrectamente o redes con demasiados usuarios por segmento).
Nuestra puesta en práctica propuesta de Ethernet
Conmutada un sistema integrado de voz/datos reduce los estados
latentes causados por las colisiones de paquetes en los medios y
ayuda a desarrollar una técnica de transporte de QoS aislando los
dominios de colisión. La Ethernet conmutada mejora productividad de
la red dividiendo el tráfico de red en segmentos y proporcionando
acceso privado de 10 Mbps (10Base-T) o de 100 Mbps
(100Base-TX) al escritorio. Sin embargo, el
requisito de un sistema de comunicaciones verdaderamente integrado
es prever todas las necesidades de comunicaciones sobre un solo
tejido de red al escritorio. La conexión única al escritorio dicta
que, como mínimo, un Teléfono de Teclado Digital y el secuenciador o
Estación de Trabajo del usuario deben compartir el mismo segmento
de LAN al escritorio. Por lo tanto, trabajar en un entorno conmutado
de Ethernet puede mejorar grandemente, pero no eliminar, el
problema de tener dispositivos múltiples de estación que generan
corrientes de tráfico independientes, y en estos casos
incompatibles, sobre el mismo segmento de LAN.
Los retardos de cola de los paquetes dentro del
Conmutador de Ethernet también agregan estado latente a las
transmisiones de paquete produciendo una debilitación adicional para
proporcionar una QoS garantizado para los datos sensibles al
retardo. Los diseños tradicionales de conmutador han utilizado
sistemas de cola Primero en entrar, Primero en salir (FIFO) para
secuenciar el flujo de tráfico a través del conmutador. Los paquetes
que salen de un puerto se organizan en el orden según el cual
fueron recibidos. No se da ningún trato especial a los paquetes de
flujos de tráfico que son de una prioridad más alta o que son más
sensibles al retardo. Si un número de paquetes de flujos de tráfico
diferentes están listos para ser remitidos, se manejan
terminantemente en el orden del primero en entrar, primero en
salir. Cuando un número de paquetes más pequeños hacen cola detrás
de un paquete más largo, entonces la cola FIFO da lugar a un
promedio más grande de retrase por paquete que si se transmitieran
los paquetes más cortos antes que los paquetes más largos. La QoS
garantizada no es algo que reciba soporte prácticamente con el
modelo de espera FIFO.
Un número de diseños de conmutador han ejecutado
colas de salida múltiples y algoritmos de programación la Cola
Equilibrada Ponderada (WFQ), para determinar cuando un paquete
necesita recibir servicio para mejorar los flujos de tráfico
individuales. Sin embargo, los tráficos de los diversos flujos se
interfieren los unos con los otros y por agregar simplemente una
cola de FIFO de prioridad no se aísla el comportamiento de cada
flujo de tráfico. Cuando la congestión ocurre, el algoritmo de
programación debe distribuir los flujos de tráfico múltiples de
prioridad a través de la cola de prioridad FIFO, introduciendo otra
vez los estados latentes asociados con el modelo de cola
tradicional FIFO. Si por otra parte, el mecanismo de conmutación
prevé dar prioridad al tráfico a través de colas dinámicamente
asignadas de flujo dedicado a cada flujo de tráfico activo, al que
da servicio por algoritmos de programación de prioridad, se
resuelven los problemas inherentes al modelo de colas FIFO. Este
esquema permite remitir corrientes de tráfico del conmutador
independientemente del orden en el cual llegan los paquetes. Cuando
el conmutador tiene más anchura de banda que la que el tráfico
requiere, todos los tráficos se pueden atender igualmente. Sin
embargo, cuando se produce una congestión, los algoritmos de
programación de prioridad aseguran que las corrientes de paquete son
remitidas según sus parámetros mínimos garantizados de QoS. Es
importante observar que se pueden utilizar los protocolos de la Capa
2 o de la Capa 3 para establecer y controlar las Colas de Flujo de
Prioridad. Esto permite el desarrollo de algoritmos de conmutación
muy versátiles y poderosos.
Desarrollar un sistema de comunicaciones
integradas de voz/datos que se base en el estado de la tecnología
de conmutación de Ethernet proporciona un acceso de 10 Mbps privado
(10Base-T) o de 100 Mbps
(100Base-TX) al escritorio con flujos de tráfico
individualmente regulados. Se pueden ejecutar una conmutación
versátil y unos algoritmos de programación para proporcionar un
retardo de QoS garantizado para las corrientes individuales de
paquetes a través del conmutador. Sin embargo, la resolución
incremental del control de flujo de tráfico se limita a una base de
paquete discreto. Los flujos de tráfico simultáneos mezclados de
paquetes grandes que portan información de transferencia de
ficheros informático y paquetes pequeños que portan información
sensible al retardo, en un puerto de anchura de banda limitada (por
ejemplo, 10 Mbps), todavía presentan una dificultad para
proporcionar una QoS garantizada para la información sensible al
retardo.
A la vista de cuanto antecede, es un objeto de
esta invención proporcionar un método y un aparato para la
transmisión de audio, vídeo y datos de paquete sobre un solo tejido
de red usando una trayectoria de transporte síncrona de bajo
retardo para asegurar la calidad de servicio (QoS) para la
información sensible al retardo.
Es otro objeto de esta invención proporcionar un
método y un aparato para la transmisión de audio, vídeo y paquetes
de datos sobre un solo enlace de red entre un equipo de terminal de
usuario y un equipo de conmutación común usando una trayectoria de
transporte síncrona de bajo retardo encapsulados en tramas de
Ethernet.
Es otro objeto más de esta invención
proporcionar un método y un aparato para la establecimiento
automática de una conexión virtual permanente (PVC) para la
transmisión de la información de señalización y control sobre un
solo enlace de red entre el equipo de terminal de usuario y el
equipo común de conmutación usando tramas de Ethernet, en el cual
se establece un PVC dedicado individual para cada terminal de
usuario conectado con el enlace de red común.
Es otro objeto todavía de esta invención
proporcionar un método y un aparato para la reserva automática de
una Cola de Flujo Multiplexada en el Dominio de Tiempos (TDM) dentro
de un Módulo de Conmutación de Comunicaciones (CSM) para
proporcionar la conversión de los datos sensibles al retardo,
encapsulados en las tramas de Ethernet recibidos de un puerto de
ingreso del dispositivo de conmutación de Ethernet, a octetos
digitales síncronos secuenciados en ranuras de tiempo TDM para la
transmisión por una autopista TDM a una cola de Flujo TDM reservado
dentro de un CSM para su encapsulación en tramas de Ethernet desde
un puerto de salida (o puertos en el caso de distribución múltiple)
del dispositivo de Conmutación de Ethernet.
Es otro objeto adicional de esta invención
proporcionar un método y un aparato para enlutar la información de
establecimiento de llamada sobre una conexión virtual permanente
(PVC) con una Cola de Flujo reservada Multiplexada en el Dominio de
Tiempos (TDM) dentro de un módulo de Conmutación de Comunicaciones
(CSM). La PVC funciona entre un microsecuenciador en el CSM y el
equipo de terminal de usuario (UTE) unido al segmento de la LAN de
Ethernet conectado con el puerto asociado en el CSM.
Es otro objeto más de esta invención
proporcionar un método y un aparato para reutilizar la misma
conexión virtual permanente (PVC) que lleva la información de
señalización, control y Establecimiento de llamada a través de una
Cola de Flujo reservada Multiplexada en el Dominio de Tiempos (TDM)
dentro un dispositivo de conmutación de Ethernet para llevar la
información sensible al retardo usando un mecanismo controlado de
Calidad de Servicio (QoS) de retardo para la información sensible
al retardo.
Es otro objeto todavía de esta invención
proporcionar un método y un aparato para transportar la información
sensible al retardo sobre un segmento de LAN de Ethernet usando un
canal de Índice Binario Constante (CBR) de anchura de banda
escalable encapsulado en tramas de Ethernet que cumplen las normas,
siendo extensible dicho canal de CBR a una red de área amplia (WAN)
y transportable sobre la misma a través de un Dispositivo de
Interfaz WAN apropiado.
Es otro objeto más de esta invención
proporcionar un método y un aparato para el establecimiento de una
señal de referencia de sincronización de tasa fija a ser utilizada
para la recuperación y la sincronización de los datos en tiempo
real sobre unos medios no síncronos.
Descrita brevemente, la presente invención
corresponde a un método y un aparato para el transporte y el control
de la información sensible a retardo (por ejemplo, audio/video) y
de la información no sensible a retardo (por ejemplo, datos de
secuenciador) sobre un único tejido de red, proporcionando unas
características de Calidad de Servicio (QoS) controladas para la
información sensible al retardo. Se proporciona un módulo de
Conmutación de Comunicaciones (CSM), que realiza todas las funciones
de un Conmutador de Ethernet convencional, así como las funciones
de una Unidad de Equipo Común (CEU) convencional de
telecomunicaciones, y que además ha sido mejorado para proporcionar
una sincronización Multiplexada en el Dominio de Tiempos (TDM) y
emulación de Canal con conmutación de circuito de Índice Binario
Constante (CBR) de anchura de banda escalable. Se utiliza una serie
de Paquetes Principales de Ethernet para encapsular la información
sensible al retardo y la información de paquetes de datos de
usuario para su transporte sobre un segmento de LAN entre un CSM y
un Adaptador de Equipo de Terminal de Usuario (UTE).
Además, los canales de CBR de anchura de banda
escalable son extensibles y transportables sobre la Red de Área
Extensa (WAN) a través de los dispositivos locales de interfaz WAN
capaces de realizar la conversión de protocolo y de la conversión
de índice de la información portada en los canales de CBR al formato
de transmisión apropiado para el tipo de WAN concreto. Usando las
técnicas propuestas en la presente invención, se puede establecer
un canal de CBR de anchura de banda escalable desde el escritorio,
transportado sobre la LAN de Ethernet al dispositivo WAN local de
interfaz, y llevado hacia fuera sobre la WAN al equipo de extremo de
cabecera de red o al equipo de terminación remoto privado.
El CSM y el Adaptador de UTE emplean ambos unos
Mecanismos de segmentación y de Reensamblaje (SAR) de Ethernet para
secuenciar la información sensible al retardo entre los paquetes de
Ethernet Principales y las Colas de Flujo de TDM. La función SAR de
Ethernet también secuencia la información de paquetes de datos de
usuario entre los Paquetes Principales de Ethernet y las Colas de
Flujo de Paquetes de Usuario. En la interfaz del puerto de usuario
del CSM este mecanismo de SAR de Ethernet genera formatea y
transfiere los paquetes principales de Ethernet al Controlador de
Medios de Acceso (MAC) para su transmisión sobre el segmento de LAN.
Los Paquetes Principales de Ethernet recibidos por el MAC de
interfaz del puerto de usuario se procesan por el mecanismo de SAR
de Ethernet para extraer la información sensible al retardo y la
información de paquetes de datos de usuario. La interfaz de
autopista de TDM del CSM secuencia la información sensible al
retardo entre las colas de Flujo de TDM y las ranuras de tiempo de
la autopista de TDM. La Interfaz de Paquetes de Alta Velocidad del
CSM secuencia los paquetes de datos entre las Colas de Flujo de
Paquetes de Usuario y el Conductor Principal de Paquetes de Alta
Velocidad.
Estas características de la presente invención
combinan el transporte de información sensible al retardo y no
sensible sobre un solo enlace de red entre CSM y el adaptador de
UTE. Además, las características propuestas proporcionan la
separación y el procesamiento independiente de la información de
canal de CBR de la información de paquetes de datos por el CSM y el
adaptador de UTE.
Además, la presente invención proporciona un
método y un aparato para el establecimiento automático de unas
Conexiones Virtuales Permanente (PVC) mediante la reserva automática
de Colas de Flujo de TDM asignadas dinámicamente. Las PVC se
utilizan para establecer comunicaciones entre el software de control
que se ejecuta en un microprocesador dentro del equipo común y los
dispositivos de terminales remotos múltiples sobre segmentos de LAN.
En este esfuerzo, el dispositivo de terminal remoto transmite su
identificación cuando está inicialmente unido al segmento de LAN.
La tarjeta de puerto del CSM que da servicio al segmento de LAN
reconoce el tipo de terminal, analiza el encabezamiento de paquete,
y asigna una Cola de Flujo de TDM para la información de carga útil
del canal de CBR. Entonces se secuencia la información de carga útil
del canal de CBR desde la Cola de Flujo de TDM a una ranura de
tiempo de la Autopista de TDM para su transporte síncrono a la
tarjeta de microprocesador de control. El microprocesador de
control reconoce la presencia de un nuevo dispositivo terminal
transmitiendo un mensaje en una ranura de tiempo específica de la
autopista a la tarjeta de puerto. La tarjeta de puerto asigna
entonces una Cola de Flujo de TDM para la ranura de tiempo de la
autopista específica y secuencia el mensaje de la Cola de Flujo de
TDM en la carga útil de un paquete dirigido al nuevo dispositivo
terminal. Una vez que está establecido, el PVC correspondiente a un
dispositivo de terminal concreto es fijo y active hasta que se
retira de la red el dispositivo terminal. En adición al transporte
de la información de control, el PVC se utiliza para transportar la
información sensible al retardo (por ejemplo, audio/video) sobre un
canal de CBR de anchura de banda escalable entre el dispositivo de
terminal y el módulo de procesamiento del CBR en el CSM. La
presente invención proporciona un método y un aparato para
transportar PVC múltiples, portando cada una canales múltiples de
CBR de anchuras de banda diferentes, simultáneamente sobre un solo
segmento de LAN.
La Fig. 1 es un dibujo esquemático simplificado
de una pequeña oficina de la técnica anterior, equipada con una LAN
de Ethernet, junto con un sistema de teléfono digital de
centralita.
La Fig. 2 es un diagrama esquemático
simplificado de la misma oficina con transmisión de voz y datos y
control integrado sobre una sola red según la presente
invención.
La Fig. 3 es diagrama de bloques funcional del
Módulo de Conmutación de Comunicaciones (CSM) conectado por un
segmento de LAN al Equipo de Terminal de Usuario (UTE) mostrando las
trayectorias de transporte para los datos sensibles al retardo (es
decir, voz) y los paquetes de datos de usuario a través del
sistema.
La Fig. 4 es un diagrama de bloques del Módulo
de Conmutación de Comunicaciones (CSM) que muestra la interconexión
de las múltiples Tarjetas de Conmutación de Ethernet, y/o múltiples
tarjetas de interfaz de la red de área extensa (WAN), a través de
autopistas Multiplexadas en el Dominio de Tiempos (TDM) y
Conductores Principales de Paquetes de alta velocidad a la CPU de
Procesamiento de Índice Binario Constante (CBR) y al tejido de
Conmutador de Ethernet respectivamente.
La Fig. 5 es un diagrama de bloques de paquetes,
que ilustra la relación de sincronización entre el Canal de Índice
Binario Constante (CBR) que porta los octetos del Paquete Principal
de Ethernet de Tipo I para 10Base-T, y referencia
las emplazamientos del comienzo del canal de CBR y de los bloques de
octetos portadores de datos dentro de la trama.
La Fig. 6 es diagrama de bloques de paquetes,
que ilustra el formato de la información portada dentro de los
Bloques de octetos de canal reservado de Índice Binario Constante
(CBR), y un ejemplo de una encapsulación de paquete de datos de
usuario en el paquete principal de Ethernet de Tipo I para
10Base-T.
La Fig. 7 es diagrama de bloques de paquete que
ilustra la relación de sincronización entre el Canal de Índice
Binario Constante (CBR) que porta los octetos del Paquete Principal
de Ethernet de Tipo II para 100Base-TX, y
referencia las emplazamientos del comienzo del canal de CBR y de los
bloques de octetos portadores de datos dentro de la trama.
La Fig. 8 es diagrama de bloques de paquetes,
que ilustra el formato de la información portada dentro de los
Bloques de octetos de canal reservado de Índice Binario Constante
(CBR), y un ejemplo de una encapsulación de paquete de datos de
usuario en el paquete principal de Ethernet de Tipo II para
100Base-TX.
Las Figuras 9, 10 y 11 son las páginas primera,
segunda y tercera, respectivamente, de un diagrama de flujo que
muestra el establecimiento automático de una conexión virtual
permanente (PVC) entre el terminal de usuario, el equipo y el
módulo de conmutación de comunicaciones (CSM).
La Fig. 1 ilustra una disposición según la
técnica anterior de una pequeña oficina típica que tiene una LAN de
Ethernet mostrada generalmente como 10 conectada en "Topología de
Cableado en Estrella" desde un Centro de Distribución 12 de
Ethernet a un PC 14, una estación de trabajo 16, una impresora 18 y
un servidor 20 con un cable 22 de Par Trenzado Sin Blindaje (UTP).
Un sistema de telecomunicaciones de oficina de teclado
digital/híbrido, ilustrado generalmente como 24, se conecta por el
cable UTP 26 según una "Topología de Cableado en Estrella"
similar a los instrumentos de teléfono de teclado digital tales como
28, el cual da acceso a la oficina central desde la Unidad Común de
Equipo (CEU) 30.
Según la presente invención, ilustrada en forma
simplificada en la Fig. 2, una única red mostrada generalmente como
32 para la transmisión y control integrados de datos de audio, vídeo
y ordenador se conecta en "Topología de Cableado en Estrella"
sobre el cable de UTP 34 a los diversos equipos de terminal de
usuario, tales como los previamente descritos PC 14, estación de
trabajo 16, impresora 18 y servidor 20, así como a los instrumentos
de Teléfono de Teclado Digital modificados 36, 38, 40, 42. Los datos
y la voz se transmiten y controlan en el formato de paquetes
Normales de Ethernet desde un Módulo de Conmutación de
Telecomunicaciones (CSM) 44 a través de los Adaptadores de Equipo
de Terminal de Usuario (UTE) mostrados en 46, 48, 50. Se puede
incorporar los Adaptadores de UTE en el instrumento de teléfono
digital como se indica por el instrumento 36, en cuyo caso el PC
puede ser conectado directamente a un receptáculo adecuado en el
instrumento de teléfono.
Los sistemas mostrados en las Figs. 1 y 2 son
rudimentarios y se entenderá que las redes son, en muchos casos,
mucho mayores, con muchos más elementos y tipos de Equipo de
Terminal de usuario. Sin embargo, se ha limitado el sistema
ilustrado a fin de simplificar la explicación.
Se describirá en detalle en CSM en relación con
las funciones mostradas en la Fig. 3 conjuntamente con un único
Adaptador de UTE mostrado como 46 (también mostrado en la Fig. 2).
La Fig. 4 ilustra una posible realización de CSM 44 que describe la
Autopista Multiplexada en el Dominio de tiempos (TDM) y la
estructura del conductor principal de paquetes. El CM 44 mostrado
en la Fig. 4 incluye todas las funciones de un conmutador de
Ethernet convencional, junto con un módulo 52 de procesamiento de
Índice Binario Constante (CBR), cierto número de tarjetas 44 de
tarjetas 54 de conmutación de Ethernet idénticas, cierto número de
tarjetas 55 de interfaz de Red de Área Extensa (WAN), y una tarjeta
56 de tejido de conmutación de Ethernet, que usa preferiblemente un
interruptor de placa directa. Las tarjetas 54 de conmutación tienen
cada una 8 puertos de usuario y las tarjetas 55 de interfaz de WAN
tienen puertos de sistema para conexión a otros módulos de
sistema.
Las tarjetas 54 de conmutación de Ethernet y las
tarjetas 55 de interfaz de WAN se comunican internamente con la
tarjeta 56 de tejido de conmutador de Ethernet a través de una
interfaz 62 de paquetes de alta velocidad. Las tarjetas 54 de
conmutador y las tarjetas 55 de interfaz de WAN también se comunican
todas ellas internamente con la CPU del módulo 52 de procesamiento
de CBR a través de una estructura 64 de autopista dúplex total
síncrona Multiplexada en el Dominio de Tiempos (TDM).
Haciendo referencia a la Fig. 3, se muestra un
puerto de usuario de una tarjeta 54 de conmutador de Ethernet y un
adaptador de puerto de red de Equipo de Terminal de Usuario (UTE)
conectados a través de un único segmento 34 de LAN. El adaptador 46
de UTE da servicio a un teléfono 38 de teclado digital y una
estación de trabajo 16 de PC de usuario. También puede dar servicio
a un puerto 39 analógico de POTS.
El puerto de usuario de la tarjeta 54 de
conmutador de Ethernet está integrada con una función 66 de
Segmentación y Reensamblaje de Ethernet que se describirá con mayor
detalle más adelante, el cual procesa la información sensible al
retardo sobre la autopista 64 de TDM y la interfaz 62 de paquetes de
datos de usuario no sensibles al retardo.
La autopista de TDM 64 consiste en colas 58 de
flujo de TDM de TX y RX, una interfaz 59 de tarjeta de interruptor
de Ethernet/plano posterior de TDM, un plano posterior de TDM 60 de
TX y RX y una interfaz 61 de tarjeta de CPU de procesamiento de
voz/plano posterior de TDM.
La interfaz 62 de paquetes de alta velocidad
consiste en colas 63 de flujo de paquetes de TX y RX, la interfaz
65 de tarjeta de interruptor de Ethernet/plano posterior de
conductor principal de paquetes, un plano posterior 67 de conductor
principal de paquetes de alta velocidad TX y RX, y una interfaz 68
de tarjeta de tejido de interruptor de Ethernet/plano posterior de
paquetes.
A continuación se describirán las diversas
funciones realizadas por el sistema conjuntamente con los diagramas
de bloques de las Figs. 3, 4, 5 y 6.
Se requiere que los segmentos de LAN conectados
a los puertos de Ethernet sobre las Tarjetas 54 de Puerto de
Conmutador de Ethernet, en el módulo de conmutación (CMS) 44 de
comunicaciones soporten unos flujos de tráfico procedentes de los
múltiples dispositivos de estación. Por lo tanto, el equipo común
debe tener unos medios de identificar únicamente los dispositivos
individuales de estación conectados al segmento. Las normas de
Ethernet proporcionan unos medios para identificar únicamente los
dispositivos de estación a través del uso de las direcciones del
MAC (Controlador de acceso de Medios). El MAC es parte de la
circuitería de interfaz en cada punto de "Acceso de Medios" y
a cada MAC se le asigna una dirección única.
En una posible realización de la invención, se
modifica un Teléfono de Teclado Digital 38 de manera que cuando se
une inicialmente a través de un equipo de un Adaptador 46 de
Terminal de Usuario (UTE) a un segmento 34 de LAN de Ethernet, el
adaptador de UTE difundirá, o procederá a distribuir de manera
múltiple, un paquete que contiene su dirección de fuente de MAC
(SA) e información referente a su tipo de dispositivo portado dentro
de un encabezamiento de protocolo de nivel superior encapsulado en
un paquete normal de Ethernet. Durante este modo de operación de
inicialización los paquetes transmitidos por el adaptador de UTE son
paquetes normales de Ethernet, no los paquetes principales de
Ethernet propuestos por la presente invención. El puerto en la
tarjeta 54 de puerto de Conmutador de Ethernet que da servicio a ese
segmento de LAN recibe el paquete, lo reconoce como un paquete de
difusión, o de distribución múltiple, a partir de su campo de
dirección de destino de MAC (DA), lee la SA de MAC y busca su tabla
de direcciones locales buscando una coincidencia. Si el SA de MAC
no se encuentra en la tabla de direcciones locales, se está
indicando que se ha unido un nuevo dispositivo al segmento de LAN.
La tarjeta de Puerto de Conmutador de Ethernet examina más
cuidadosamente los paquetes que llegan a los puertos de ingreso que
no tengan una entrada en la tabla de direcciones locales. La Tarjeta
de Puerto de Conmutador de Ethernet lee adicionalmente en estos
paquetes y busca el tipo de dispositivo de Adaptador de UTE en un
encabezamiento de protocolo de nivel superior. Si se reconocen el
encabezamiento de protocolo de nivel superior y el tipo de
dispositivo adaptador de UTE, se reserva una cola 58 de Flujo
multiplexada en el Dominio de Tiempos (TDM) 58 para el tráfico de
paquetes de Adaptador de UTE. Entonces se actualiza la tabla de
direcciones locales con el nuevo SA de MAC del adaptador de UTE y se
agrega a la entrada de tabla un identificador para su Cola de Flujo
de TDM asignada. Si después de leer adicionalmente en el paquete, la
tarjeta del puerto del conmutador de Ethernet no reconoce el
encabezamiento de protocolo de alto nivel para portar el tipo de
dispositivo de adaptador de UTE, se actualiza la tabla de
direcciones locales con el nuevo SA de MAC del paquete. Entonces se
procesa el paquete como un paquete de datos normal de Ethernet.
En este punto en el proceso de inicialización,
la Tarjeta de Puerto de Conmutador de Ethernet ha reconocido la
conexión del adaptador de UTE al segmento del LAN y ha reservado una
Cola 58 de Flujo de TDM para su información de canal de Índice
Binario Constante (CBR). Sin embargo, la tarjeta 52 de CPU de
procesamiento de CBR que ejecuta el Software de Procesamiento de
Canal de CBR no es consciente todavía de que se ha unido un nuevo
Adaptador de UTE al segmento de LAN. La cola de Flujo de TDM
reservada se dimensiona para una anchura de banda de canal de CBR
por defecto que se utiliza para pasar la nueva información de
paquete de Adaptador de UTE sobre la tarjeta de CPU de
Procesamiento de CBR. La tarjeta de Puerto de Conmutador de Ethernet
analiza el encabezamiento normal de Ethernet de los paquetes de
Adaptador de UTE y coloca la información de carga útil del canal de
CBR en la Cola de Flujo de TDM reservada (obsérvese que esta
información de carga útil incluye el encabezamiento de protocolo de
nivel superior encapsulado en el paquete normal de Ethernet por el
adaptador de UTE). A continuación se secuencia la información de
carga útil del paquete de Cola de Flujo de TDM y se transmite en
una ranura de tiempo síncrona sobre la Autopista 60 de TDM del
sistema asociado a la tarjeta 52 de CPU de procesamiento de CBR que
ejecuta el Software de Procesamiento de canal de CBR.
La CPU de Procesamiento de CBR recibe el paquete
de información de carga útil y verifica que el tipo de dispositivo
es un adaptador de UTE. Esto establece una trayectoria de conexión
simplex a través de una Cola 58 de Flujo de TDM, del Adaptador 46
de UTE a la CPU 52 de Procesamiento de CBR. No es necesario pasar el
número de Tarjeta de Puerto de Conmutador de Ethernet o SA de MAC
del Adaptador de UTE (es decir, el encabezamiento normal de
Ethernet) a la CPU de Procesamiento de CBR. La CPU de Procesamiento
de CBR comunica con cada Tarjeta de Puerto de Conmutador de
Ethernet sobre una Autopista independiente de TDM, identificando de
tal modo una Tarjeta de puerto de Conmutador de Ethernet por la
Autopista de TDM que transmite la información. La CPU de
Procesamiento de CBR identifica adicionalmente el Adaptador de UTE
individual por la ranura de tiempo sobre la Autopista de TDM que
transmite la información. Siguiendo el enlace hacia atrás, la ranura
de tiempo de la Autopista de TDM se asocia con una Cola de Flujo de
TDM reservada en la Tarjeta de Puerto de Conmutador de Ethernet que
se relaciona con el SA de MAC del Adaptador de UTE por su entrada en
la tabla de direcciones locales de la Tarjeta de Puerto de
Conmutador de Ethernet.
La CBR CPU 52 de procesamiento de CBR reconoce
entonces que ha detectado un nuevo Adaptador de UTE conectado al
sistema transmitiendo la información de señalización a ese Adaptador
de UTE en la ranura de tiempo apropiada sobre la Autopista 60 de
TDM de la Tarjeta de Puerto de Conmutador de Ethernet asociada. Esta
información de señalización es formateada con el encabezamiento de
protocolo de nivel más alto, lista para ser encapsulada en un
paquete normal de Ethernet por la Tarjeta de Puerto de Conmutador de
Ethernet. La Tarjeta de puerto de Conmutador de Ethernet recibe la
información de señalización de la ranura de tiempo de la Autopista
de TDM y la secuencia en la cola 58 de Flujo de TDM reservada para
el Adaptador de UTE asociado. La tarjeta de Puerto de Conmutador de
Ethernet tiene acceso entonces a su tabla de direcciones locales
usando el Identificador de Cola de Flujo de TDM asociado para
extraer el Adaptador de UTE SA de MAC. Se forma un encabezamiento de
paquete normal de Ethernet y se une a la información recibida de
carga útil, usando el SA de MAC del adaptador de UTE recuperado de
la tabla de direcciones locales como el DA de MAC para el paquete.
La Dirección de MAC del puerto de MAC en la Tarjeta de Puerto de
Conmutador de Ethernet que da servicio al segmento de LAN unido al
Adaptador de UTE se inserta como SA de MAC en el encabezamiento de
paquete. Entonces se transfiere el paquete al puerto de MAC
asociado y se transmite sobre el segmento 34 de Ethernet al
Adaptador de UTE. El MAC agrega la Comprobación de Redundancia
Cíclica (CRC) al final de la información de carga útil para
proporcionar la Secuencia de Comprobación de Trama (FCS) requerida
para un paquete normal de Ethernet.
El método y el aparato descritos arriba
proporcionan unos medios para traducir la dirección de MAC usada por
un sistema de comunicaciones de datos tradicional en una dirección
de ranura de tiempo de Autopista de TDM usada por un sistema de
telecomunicaciones tradicionales. De una manera complementaria, el
método y el aparato proporcionan unos medios para traducir la
Dirección de ranura de tiempo de la autopista de TDM usada por un
sistema de telecomunicaciones tradicional en una dirección de MAC
usada por un sistema tradicional de comunicaciones de datos. Este
proceso de traducción de dirección permite a una red de
comunicaciones de datos y una red de telecomunicaciones
intercambiar información sobre una base orientada hacia la conexión
entre las dos redes. Éstas son las características de la presente
invención.
El Adaptador 46 de UTE recibe el paquete de la
Tarjeta 54 de Puerto de Conmutador de Ethernet y lee en primer
lugar el encabezamiento normal de Ethernet. Reconoce la DA de MAC
como su dirección de MAC, indicando que el paquete contiene una
información que requiere su procesamiento posterior. El adaptador de
UTE entonces utiliza la SA de MAC del encabezamiento normal de
Ethernet para tener acceso a su tabla de direcciones locales. Sin
embargo, su tabla de direcciones locales no tendrá esta entrada de
dirección de MAC porque el Adaptador de UTE acaba de pasar por una
secuencia de subida de Energía causada por su unión inicial al
segmento de LAN. El Adaptador de UTE examina más cuidadosamente los
paquetes que llegan a su puerto de red que no tiene una entrada en
la tabla de direcciones locales. El adaptador de UTE lee
adicionalmente en estos paquetes y busca el tipo de dispositivo de
CPU de procesamiento de CBR portado en un encabezamiento de
protocolo de nivel superior. Si el encabezamiento de protocolo de
nivel superior y el tipo de dispositivo de CPU de procesamiento de
CBR son reconocidos, se reserva una Cola de Flujo de TDM local para
el tráfico de paquetes de CPU de procesamiento de CBR. Entonces se
actualiza la tabla de direcciones locales con el nuevo SA de MAC del
puerto de usuario en la Tarjeta de Puerto de Conmutador de Ethernet
que da servicio al segmento de LAN y se agrega un identificador
para su Cola de Flujo de TDM asignado a la entrada de tabla. Si
después de leer adicionalmente en el paquete, el adaptador de UTE
no reconoce el encabezamiento de protocolo de nivel superior como
portador del tipo de dispositivo de CPU de procesamiento de CBR,
tabla de direcciones locales se actualiza con el nuevo SA de MAC
del paquete. Entonces se procesa el paquete como un paquete de datos
normal de Ethernet.
Esto establece la trayectoria de conexión
simples de la CPU de procesamiento de CBR al Adaptador de UTE, que
termina la Conexión Virtual Permanente (PVC) dúplex total para el
enlace de canal de señalización lógico entre el Adaptador de UTE y
la CPU de procesamiento de CBR en el equipo común. Ésta es una
característica de la presente invención.
En este punto del proceso de inicialización, se
ha establecido una trayectoria de comunicaciones dúplex total entre
el Adaptador de UTE y la CPU de procesamiento de CBR. A
continuación, el Adaptador de UTE hace una solicitud a la CPU de
procesamiento de CBR por la cuantía de anchura de banda de canal de
CBR que necesita para dar soporte al Teléfono de Teclado Digital al
que da servicio. Si la cuantía solicitada de anchura de banda de
canal de CBR está disponible en el segmento de LAN en cuestión, la
CPU de procesamiento de CBR notifica a la función de Segmentación
de Ethernet y de Reensamblaje (SAR) en la Tarjeta de Puerto de
Conmutador de Ethernet para que dimensione las colas de Flujo de
TDM reservadas para la anchura de banda solicitada de canal de CBR.
La CPU de procesamiento de CBR notifica entonces al Adaptador de UTE
para que inicialice su función SAR de Ethernet y para que
dimensione sus Cola de Flujo de TDM locales para la anchura de banda
solicitada del canal de CBR. La Tarjeta de Puerto de Conmutador de
Ethernet comienza entonces la transmisión de los Paquetes
Principales de Ethernet a una tasa fija al Adaptador de UTE.
Utiliza la SA de MAC del encabezamiento de paquete de los paquetes
iniciales de señalización y control recibidos del adaptador de UTE
para la DA de MAC en los Paquetes Principales de Ethernet que está
transmitiendo al adaptador de UTE. Si no hay bastante anchura de
banda de canal de CBR disponible en el segmento de LAN para dar
soporte a la solicitud del nuevo adaptador de UTE unido al segmento
de LAN, la CPU que proceso CBR denegará la petición. Se permite al
adaptador de UTE que vuelva a solicitar la anchura de banda de
canal de CBR en un momento posterior, sin embargo, el intervalo de
nueva solicitud se fija suficientemente largo para que no obstruya
el segmento de LAN con constantes solicitudes de anchura de banda
de canal de CBR procedentes de un solo Adaptador de UTE. Además, el
la CPU de procesamiento de CBR registrará la solicitud y notificará
al Adaptador de UTE cuando el segmento de LAN tiene suficiente
anchura de banda para atender la solicitud.
Éste es el último paso en el proceso de
inicialización, y en este punto la Tarjeta de Puerto de Conmutador
de Ethernet y el Adaptador de UTE están listos para comenzar a
intercambiar Paquetes Principales de Ethernet.
El adaptador de UTE inicializa su función SAR de
Ethernet y comienza a enviar Paquetes Principales de Ethernet a una
tasa fija a la Tarjeta de Puerto de Conmutador de Ethernet. La
función SAR de Ethernet utiliza la SA de MAC procedente del
encabezamiento de paquete de los paquetes iniciales de señalización
y control recibidos de la Tarjeta de Puerto de Conmutador de
Ethernet para la DA de MAC en los paquetes principales de Ethernet
que está transmitiendo a la Tarjeta de Puerto de Conmutador de
Ethernet. Ésta es la dirección de MAC del puerto en la Tarjeta de
Puerto de Conmutador de Ethernet que da servicio a la LAN unido al
Adaptador de UTE.
El puerto del usuario en la Tarjeta de Puerto de
Conmutador de Ethernet recibe el Paquete Principal de Ethernet del
Adaptador de UTE, lee el encabezamiento de paquete, y reconoce la DA
de MAC como su dirección de MAC, indicando que el paquete contiene
una información que requiere su transformación posterior. La SA de
MAC portada en el encabezamiento del paquete principal de Ethernet
se utiliza para buscar en su tabla de direcciones locales para
encontrar una coincidencia. Encontrará una coincidencia en este
punto porque la tabla de direcciones locales de la Tarjeta de
Puerto de conmutador de Ethernet fue actualizada con el SA de MAC
del Adaptador de UTE cuando procesó la difusión inicial o el
paquete de distribución múltiple del Adaptador de UTE. La entrada
que se devuelve de la tabla de direcciones locales contendrá el
identificador para la Cola de Flujo de TDM reservada. Se debería
observar y entender que múltiples canales independientes de CBR con
unas anchuras de banda de canal de CBR diferentes pueden dar
soporte en la PVC sobre un segmento de LAN entre un Adaptador de
UTE y un puerto de usuario en la Tarjeta de Puerto de Conmutador de
Ethernet. En este caso, la entrada que se devuelve de la búsqueda
en la tabla de direcciones locales contendrá el señalamiento a una
tabla de las Colas de flujo de TDM reservadas. La función SAR de
Ethernet usa entonces estas entradas de tabla para procesar los
múltiples canales de CBR portados en la carga útil de los Paquetes
Principales de Ethernet.
La tarjeta de Puerto de Conmutador de Ethernet y
el Adaptador de UTE están funcionando ahora en el modo de Paquete
Principal de Ethernet con sus funciones SAR de Ethernet habilitadas.
En este modo de funcionamiento, la información de señalización y
control se envía al Adaptador de UTE de la CPU de procesamiento de
CBR en forme de paquetes normales de Ethernet encapsulados en el
área de carga útil de los paquetes de datos de usuario de los
Paquetes Principales de Ethernet. Asimismo, cualesquiera solicitudes
de anchura de banda de canal de señalización u otro canal de CBR se
envían a la CPU de procesamiento de CBR del Adaptador de UTE bajo la
forma paquetes normales de Ethernet encapsulados en el área de
carga útil del paquete de datos de usuario de los Paquetes
Principales de Ethernet. Cuando una función SAR de Ethernet extrae
un paquete de datos de usuario encapsulado de los Paquetes
Principales de Ethernet, comprueba la DA de MAC en el encabezamiento
de paquete encapsulado. Si la DA de MAC del paquete coincide con la
dirección de MAC del puerto que al que está dando servicio la
función SAR de Ethernet, se procesa el paquete como un paquete de
señalización y control. Si la DA de MAC extraída del paquete no
coincide con la dirección de MAC del puerto al que se está dando
servicio por la función SAR de Ethernet, se utiliza para tener
acceso a la tabla de direcciones locales a fin determinar su
destino previsto.
El puerto de usuario en la Tarjeta de Puerto de
Conmutador de Ethernet analiza el encabezamiento normal de Ethernet
del Paquete Principal de Ethernet recibido y coloca la información
de carga útil en la memoria intermedia local de paquetes. La
función SAR de Ethernet extrae la información de carga útil de canal
de CBR y la transfiere a la Cola de Flujo de TDM reservada. La
información de canal de CBR se secuencia entonces de la Cola de
flujo de TDM y se transmitido en una ranura de tiempo síncrona
sobre la Autopista de TDM a la CPU de procesamiento de CBR. La CPU
de procesamiento de CBR recibe la información de señalización del
Adaptador de UTE unido al segmento de LAN al que da servicio el
puerto de usuario asociado en la Tarjeta de Puerto de Conmutador de
Ethernet, marca el dispositivo como que se encuentra "En
Servicio", y comienza a enviar información de señalización a
través del canal de CBR al adaptador de UTE.
En esta realización de la presente invención, se
usa el canal de CBR para disponer la transferencia de la
información de señalización entre un Teléfono de Teclado Digital 38
(a través del Adaptador 46 del UTE) y la CPU 52 procesa CBR en el
CSM 44. Estas transmisiones de señalización proporcionan el enlace
de comunicaciones que se requiere entre el Procesamiento de
CBR/Elemento de Software que se ejecuta en la CPU de procesamiento
de CBR y las solicitudes hechas por el usuario a través del teclado
de dial y de las Teclas de Función en el Teléfono de Teclado
Digital. Se requiere un PVC para el canal de señalización porque es
necesario intercambiar la información de señalización entre la CPU
de procesamiento de CBR y el Teléfono de Teclado Digital mientras
el teléfono esté unido al segmento de LAN. Ahora que el Teléfono de
Teclado Digital se ha puesto en funcionamiento y está
intercambiando la información de señalización sobre el canal de CBR
por la CPU de procesamiento de CBR, se puede hacer una solicitud de
establecimiento de llamada. En respuesta a un cierre de tecla o a
una transición del conmutador del gancho en el Teléfono de Teclado
Digital, se envía un mensaje de señalización a la CPU de
procesamiento de CBR para establecer una conexión de voz (es decir,
un canal audio). En respuesta al mensaje de señalización, la CPU de
procesamiento de CBR informa a la Tarjeta de Puerto de Conmutador de
Ethernet y al Adaptador de UTE para ampliar el tamaño de sus Colas
de Flujo de TDM a fin de incluir anchura de banda de canal de CBR
requerida para la conexión de voz. Es importante observar aquí que
las Colas de Flujo de TDM previamente reservadas han establecido un
PVC entre el Adaptador de UTE y la CPU de procesamiento de CBR.
Este mismo PVC se utiliza para encaminar la información de voz entre
el Teléfono de Teclado Digital al que da servicio el Adaptador de
UTE unido al segmento de LAN y la CPU de procesamiento de CBR. Sin
embargo, la anchura de banda del canal de CBR, usada inicialmente
para transportar simplemente la información de señalización del
Teléfono de Teclado Digital, se extiende para acomodar 64 kbps
adicionales para transportar las palabras codificadas en PCM de la
señal de voz.
El método y el aparato descritos arriba
demuestran la reserva automática de una Cola de Flujo de TDM dúplex
total que proporciona un PVC para la transferencia información de
canal de CBR. Ésta es una característica de la presente invención.
Otra característica de la presente invención es la capacidad de
manejar y de modificar dinámicamente la anchura de banda de las
colas de Flujo de TDM para suministrar la cuantía requerida de
anchura de banda de los canales de CBR y del canal de CBR en los
segmentos de LAN a los que da servicio el sistema. Usando el mismo
PVC, establecido inicialmente para transportar la información de
señalización para el transporte de la información de voz se elimina
la necesidad de crear otra conexión lógica sobre el segmento de LAN.
Ésta es otra característica más de la presente invención.
Haciendo referencia a la Fig. 4, el módulo de
conmutación de comunicaciones (CSM) contiene un cierto número
puertos de usuario, en una posible realización ocho (8) puertos
10/100 con autodetección (es decir,
10Base-T/100Base-TX), que son
utilizados para proporcionar el enlace de comunicaciones entre el
CSM y los Adaptadores de Equipo de Terminal de Usuario (UTE) que
dan servicio al equipo de terminal de usuario sobre segmentos de LAN
de Ethernet 10/100 aislados. Además, el CSM contiene dos (2) tipos
de puertos de interfaz de sistema: 1) una interfaz 62 de paquetes
de alta velocidad, en una posible realización una interfaz de canal
de LVDS (Señalización Diferencial de Baja Tensión) de 1 Gigabit por
segundo (Gbps) para transportar paquetes a otros módulos de sistema;
y 2) una Estructura de Autopista 64 Dúplex Total Síncrona
Multiplexado en el Dominio de Tiempos (TDM), en una posible
realización enmarcada a una tasa de transferencia de 8 kHz (125
\mus) y sincronizada a 4,096 Mbps que proporciona sesenta y
cuatro (64) ranuras de tiempo síncronas de 8 bits por trama. Cada
ranura de tiempo de la autopista es capaz de transportar un (l)
octeto de 8 bits por trama, y con un índice de repetición de trama
de 8 kHz (125 \mus), la Autopista 64 es capaz de portar sesenta y
cuatro (64) canales de TDM de 64 kbps para transportar
señalización, control, establecimiento de llamada y datos de de
Índice Binario Constantes (CBR) a otros módulos de sistema.
El Módulo de Conmutación de Comunicaciones (CSM)
realiza funciones convencionales de conmutación de Ethernet, pero
también se mejora para dar formato y para transmitir Paquetes
Especiales de Ethernet como método para emular la transmisión de
canales conmutados de circuito de Índice Binario Constante (CBR)
sobre un segmento de LAN. La anchura de banda del canal de CBR es
escalable hasta la anchura de banda de transporte de datos del
segmento de LAN menos la anchura de banda requerida para dar soporte
a la estructura general de Paquetes Principales de Ethernet. Los
canales de CBR son utilizados para transportar la información
sensible al retardo (por ejemplo, audio/vídeo) entre el equipo de
terminal de usuario unido a un segmento de LAN y el CSM. En el CSM,
se extrae y se transfiere la información portada dentro de los
canales de CBR emulados sobre el segmento de LAN a una estructura
de Autopista Multiplexada en el Dominio de Tiempos (TDM) común a
todas las tarjetas de usuario y de interfaz de red, y tarjetas de
proceso. Esta estructura común de Autopista de TDM se utiliza para
transportar la información de canal de CBR dentro del CSM.
En una posible realización de la invención, se
utilizan una Frecuencia de transporte de LAN de 10 MHz (por
ejemplo, Ethernet 10Base-T) y una frecuencia de
transporte de Autopista de TDM de 4,096 MHz. En esta realización,
es deseable proporcionar un una anchura de banda de canal de CBR de
64 kHz para el transporte palabras de voz codificada por PCM sobre
el segmento de LAN y en una ranura de tiempo del canal de DSO (64
kbps) en la Autopista de TDM. Debido a que los bits de datos de
canal de CBR se transportan sobre el segmento de LAN a una tasa de
transmisión de 10 Mbps, ellos deben ser convertidos a una tasa de
4,096 Mbps para ser transportados en una ranura de tiempo de canal
DSO (64 kbps) sobre la autopista de TDM. El canal de DSO puede
entonces ser transportado sobre la Autopista de TDM a las diversas
tarjetas de usuario y de interfaz de red o de procesamiento. La
función de conversión de tasa para la estructura de la Autopista de
TDM se realiza conforme los bits de datos del canal de CBR se
mueven a través de la Cola de Flujo de TDM. Se observa que este
proceso de conversión de la tasa de transporte no afecta a la
anchura de banda del canal de CBR ni a la tasa de la información
portada en el canal de CBR. También se observa que la conversión
entre la tasa de transporte del segmento de LAN y la tasa de
transporte de la Autopista de TDM son solamente conversiones de tasa
intermedias que acomodan la transmisión de los bits de datos del
canal de CBR sobre el enlace de transporte asociado. La fuente y los
puntos de destino de la información portada en el canal de CBR
funcionan sobre la información portada en el canal de CBR a la tasa
constante especificada, en esta realización 64 kbps. Por tanto, es
necesaria una conversión inicial de la tasa en el Adaptador de
Equipo de Terminal de Usuario (UTE) unido al segmento de LAN para
convertir los bits de datos del canal de CBR a la tasa de 10 Mbps
para su transporte sobre el segmento de LAN. Las Colas de Flujo de
TDM en el CSM convierten entonces los bits de datos del canal de CBR
a la tasa de 4,096 Mbps de la autopista de TDM. También se requiere
otra conversión de tasa en la interfaz de la Autopista de TDM a una
tarjeta de usuario, red o procesamiento en el CSM que está
funcionando en la corriente de datos de canal de CBR. Se observe
que la tasa de transporte de la tarjeta de interfaz de destino puede
no ser los 64 kbps nativos del canal de CBR elegido en esta
realización. Por ejemplo, si la tarjeta de destino en el CSM es una
Tarjeta de Interfaz de línea T1, la tasa de transporte S1 usada por
la línea T1 es 1,544 Mbps. El DS1 es capaz de transportar
veinticuatro (24) canales DSO (64 kbps) de CBR. Por lo tanto, los
bits de datos del canal de CBR serían convertidos de la tasa de
transporte de 4,096 Mbps de la Autopista de TDM a la tasa de
transporte 1,544 Mbps interfaz de la línea T1, permitiendo que los
bits de datos del canal de CBR sean transportados sobre la línea T1
en uno (1) de los veinticuatro (24) canales DSO a los que da soporte
la interfaz. En última instancia, en el extremo lejano del la red
(es decir, el punto de terminación final del canal de CBR), los bits
de datos del canal de CBR se convierten a su tasa nativa (en esta
realización 64 kbps) para que puedan funcionar sobre el dispositivo
terminal de destino.
Una característica de la presente invención es
proporcionar un método y un aparato para transportar los canales de
CBR sobre un segmento de LAN para producir una trayectoria de bajo
estado latente para la información sensible al retardo (por
ejemplo, audio/video), sin afectar perceptiblemente al índice de
transmisión de los paquetes portadores de datos sobre el segmento
de LAN. Cada paquete de Ethernet transportado sobre el segmento de
LAN requiere ocho (8) octetos para el Delimitador de Preámbulo y
Comienzo de Trama (FSD), un encabezamiento de Ethernet de catorce
(14) octetos, una Secuencia de Comprobación de Trama (FCS) de cuatro
(4) octetos y un mínimo de doce (12) tiempos de octeto nulo para el
Paquete de hueco intermedio (IPG). Por lo tanto, cada paquete de
Ethernet transportado sobre el segmento de LAN lleva consigo treinta
y ocho (38) octetos de elementos generales, sin que importe el
número de los octetos datos portados dentro del paquete de carga
útil.
Se han presentado ofertas en el pasado por
cierto número de autores para fragmentar los grandes paquetes de
datos en pequeños paquetes permitiendo a los paquetes de prioridad
que portan la información sensible al retardo el acceso oportuno a
los medios insertándolos entre los pequeños fragmentos de paquete.
Sin embargo, cada pequeño fragmento de paquete, y cada paquete de
prioridad que la porta información sensible al retardo, requiera
treinta y ocho (38) octetos de elementos generales, reduciendo
perceptiblemente la tasa de transmisión de datos transportados
sobre el segmento de LAN. A continuación se trata el tema de
proporcionar un método para de establecer una trayectoria de bajo
estado latente para la información sensible al retardo sobre el
segmento de LAN sin afectar de manera perceptible la tasa de
transmisión de paquetes que portan datos sobre el mismo segmento de
LAN.
Otra característica de la presente invención es
la generación y la transmisión de los Paquetes Principales de
Ethernet a una tasa constante de 1 MS (tipo I), o 125 \mus (tipo
II), con los bits de datos de canal de CBR encapsulados en
emplazamientos fijos dentro de los paquetes. Esta característica de
la presente invención proporciona un esquema determinista de la
transmisión, el cual permite al receptor extraer de manera síncrona
los bits de datos de canal de CBR de los paquetes que llegan. (Se
observa que el término "receptor" utilizado en este contexto
se refiere al Controlador de Acceso de Medios (MAC), la Segmentación
de Ethernet y la función de Reensamblaje (SAR), y la Lógica de
Temporización y Control acoplada a las Colas de Flujo de TDM.)
En una posible realización de la presente
invención, basada en los Paquetes Principales de Ethernet
10Base-T de 1 ms de longitud (tipo I), los bits de
datos de canal de CBR se distribuyen a intervalos fijos de 250
\mus en el flujo de paquetes. Esto permite a un Paquete Principal
de Ethernet de 1 ms de longitud llevar cuatro (4) grupos de bits de
datos de canal de CBR espaciados en intervalos fijos de 250 \mus.
Los bits restantes de la carga útil del Paquete Principal de
Ethernet son capaces de portar paquetes de datos encapsulados de
usuario. La colocación de los bits de datos de canal de CBR a
intervalos fijos de 250 \mus en el flujo de paquetes ha sido
elegida para proporcionar una trayectoria de bajo estado latente
para la información de canal de CBR mientras que se mantiene una
eficacia alta para el transporte de datos sobre el segmento de LAN.
El encapsulado de los canales de CBR y de paquetes de datos de
usuario en los Paquetes Principales de Ethernet reduce
perceptiblemente el número de octetos requeridos para elementos
generales en comparación con el método de fragmentación de
paquetes. El Paquete Principal de Ethernet requiere los mismos
elementos generales que cualquier paquete normal de Ethernet:
treinta y ocho (38) octetos. El canal de CBR no requiere a ningún
octeto de elementos generales porque el receptor es capaz de
extraer los bits de datos de canal de CBR desde los emplazamientos
fijos dentro del Paquete Principal de Ethernet. Los paquetes de
datos de usuario se dividen en segmentos y se encapsulan dentro del
Paquete Principal de Ethernet en las áreas de carga útil dentro de
los cuatro (4) grupos de emplazamientos fijos de canal de CBR. Se
requiere una secuencia máxima de cinco (5) octetos de elementos
generales en el Paquete Principal de Ethernet que porta el último
segmento de un paquete encapsulado de datos de usuario y el primer
segmento del siguiente paquete encapsulado de datos de usuario. El
receptor utiliza esta secuencia de cinco (5) octetos para determinar
dónde termina un paquete encapsulado de datos de usuario y donde
comienza el encabezamiento del siguiente paquete encapsulado de
datos de usuario. El elemento indirecto para el Paquete Principal
de Ethernet ocupa treinta y ocho (38) octetos más un máximo de
cinco (5) octetos utilizados para situar el comienzo de un paquete
encapsulado de datos de usuario dentro la carga útil de un Paquete
Principal de Ethernet, lo cual da un elemento indirecto máximo total
de cuarenta y tres (43) octetos. Los elementos generales para la
transmisión de cuatro (4) paquetes de Ethernet con prioridad de
tamaño mínimo que portan información sensible al retardo y cuatro
(4) paquetes de Ethernet que portan los fragmentos de paquete de
datos de usuario son trescientos cuatro (304) octetos. Esto no tiene
en cuenta ningún requisito de encabezamiento de propietario de los
fragmentos de paquete de datos de usuario o de octetos de carga
útil no usados en la carga útil mínima del paquete de Ethernet de
tamaño mínimo (46 octetos) que portan la información sensible al
retardo.
En otra posible realización de la presente
invención, usando los Paquetes Principales de Ethernet de
100Base-TX 125 \mus en longitud (Tipo II), los
bits de datos del canal de CBR se distribuyen a intervalos fijos de
125 \mus en el flujo de paquetes. Esto permite que un Paquete
Principal de Ethernet de 125 \mus de longitud lleve un (1) grupo
de bits de datos de canal de CBR espaciados a intervalos fijos de
125 \mus desde un Paquete Principal de Ethernet al siguiente. Los
bits restantes de carga útil en el Paquete Principal de Ethernet
están disponibles para llevar paquetes de datos de usuario
encapsulados. El transporte de los bits de datos de canal de CBR
bits sobre el segmento de LAN a 100 Mbps y las conversiones
asociadas de tasa requeridas para llevar la información de CBR a
través del sistema se ejecutan de una forma similar a la descrita
previamente para el tipo de trama de I.
Los canales de Índice Binario Constante (CBR) y
los paquetes de datos de usuario se dividen en segmentos y se
encapsulan en los Paquetes Principales de Ethernet transmitidos,
extraídos de los Paquetes Principales de Ethernet recibidos y
ensamblados de nuevo por la función segmentación de Ethernet y
Reensamblaje (SAR). Éstas son características de la presente
invención.
La función SAR de Ethernet se ejecuta en cada
puerto de usuario del Módulo de Conmutación de Comunicaciones
(CSM), así como en el puerto de red del Adaptador del Equipo de
Terminal de Usuario (UTE). La sección de "segmentación" de la
función SAR de Ethernet segmenta y encapsula la información del
canal de CBR en emplazamientos fijos dentro de la carga útil de
Paquete Principales de Ethernet. Además, la sección de
"segmentación" de la función SAR de Ethernet segmenta y
encapsula los paquetes de datos de usuario en las áreas de carga
útil no ocupadas por los emplazamientos de canal fijo de CBR.
Entonces se pasa el paquete principal de Ethernet al Controlador de
Medios de Acceso (MAC) para su transmisión del Controlador sobre el
segmento de LAN. La sección de "reensamblaje" de la función
SAR de Ethernet extrae la información de canal de CBR encapsulado y
los paquetes de datos de usuario de los Paquetes Principales de
Ethernet recibidos y los vuelve a ensamblar en su forma
original.
Debido a la naturaleza asincrónica de los datos
de usuario los paquetes, un solo Paquete Principal de Ethernet debe
ser capaz de portar el último segmento de un paquete de datos de
usuario encapsulado y el primer segmento del siguiente paquete de
datos de usuario encapsulado. Además, la sección de
"reensamblaje" de la función SAR de Ethernet necesita unos
medios para detectar el octeto inicial, y el final, del paquete de
datos de usuario encapsulado. Una secuencia máxima de cinco (5)
cinco octetos de elementos generales proporciona un método para
detectar el comienzo, y longitud, del paquete de datos de usuario
encapsulado. Se usa una secuencia predefinido de octetos de
elementos generales "Ociosos" y "Sinc" para detectar el
comienzo de un paquete de datos de usuario encapsulado en la carga
útil de un paquete principal de Ethernet. Esta secuencia de octetos
de elementos generales consiste en uno (1) o dos (2) octetos
"ociosos" seguidos por un octeto "Sinc" y un descriptor
de "Longitud de Paquete de Datos de Usuario" de dos (2)
octetos. Cuando no existe flujo de paquetes de datos de usuario
sobre el segmento de LAN, las áreas de la carga útil no ocupadas por
los emplazamientos de canal fijo de CBR en el Paquete Principal de
Ethernet se llenan de caracteres "ociosos". Una transmisión de
paquetes de datos de usuario puede iniciarse en cualquier momento
debido a la naturaleza asíncrona del equipo de terminal de usuario
unido al Segmento de LAN. La función SAR de Ethernet monitoriza el
área de carga útil del Paquete Principal de Ethernet recibido y
cuando detecta un cambio en los octetos del paquete de datos de
usuario de los caracteres "ociosos" a un carácter "Sinc",
sabe que ha comenzado la recepción de un paquete encapsulado de
datos de usuario. Los criterios de detección para el comienzo de un
paquete encapsulado de datos de usuario son un mínimo de un (1)
carácter "ocioso" seguido inmediatamente por un (1) carácter
"Sinc". Por definición, el descriptor de "Longitud de
Paquete de Datos de Usuario" de dos (2) octetos sigue
inmediatamente al carácter "Sinc". El descriptor de Longitud
del paquete de datos de usuario informa a la función SAR de
Ethernet del número de octetos existente en el paquete de datos de
usuario encapsulado, incluyendo el Encabezamiento de Paquete y la
Secuencia de Comprobación de Trama (FCS). El encabezamiento de
paquete de datos de usuario encapsulado sigue inmediatamente al
descriptor de Longitud del Paquete de Datos de Usuario.
La función SAR de Ethernet extrae el paquete de
datos de usuario encapsulado de la carga útil del Paquete Principal
de Ethernet recibido de la manera siguiente. En primer lugar, la
función SAR de Ethernet busca el comienzo de un paquete de datos de
usuario encapsulado en la carga útil del Paquete Principal de
Ethernet monitorizando los octetos de la carga útil en busca del
comienzo de una secuencia de caracteres de paquete de datos de
usuario. Esta secuencia debe contener al menos un (1) carácter
"ocioso" inmediatamente seguido por un (l) carácter
"Sinc". En segundo lugar, la función SAR de Ethernet lee el
Descriptor de Longitud de Paquete de datos de usuario de dos (2)
octetos inmediatamente después del Carácter "Sinc". En tercer
lugar, la función SAR de Ethernet usa el número portado dentro del
campo descriptor de Longitud de Paquete de Datos de Usuario para
contar el número de octetos que se extraerán (es decir, el número de
octetos contenidos en el paquete de datos de usuario) del paquete
principal de Ethernet. En cuarto lugar, la función SAR de Ethernet
lee los octetos portados en los octetos inmediatamente siguientes al
último octeto del paquete de datos de usuario encapsulado. Estos
octetos deben llevar un mínimo de un (1) carácter "ocioso"
seguido inmediatamente por un carácter (1) "Sinc" (es decir,
el comienzo de la secuencia de caracteres del paquete de datos de
usuario, indicando que sigue otro paquete de datos de usuario) o
múltiples caracteres "ociosos" (es decir, se han llenado los
octetos de carga útil con caracteres "ociosos", una indicación
de que se han detenido las transmisiones de paquetes de datos de
usuario). Cuando se encuentra cualquiera de estas secuencias de
caracteres, la función SAR de Ethernet comprobará el valor de FCS
portado en los últimos cuatro (4) octetos del paquete de datos de
usuario extraído contra el valor que calcula a partir de los datos
portados en el paquete de datos de usuario extraído. Si los valores
coinciden, la función SAR de Ethernet dirige el paquete reensamblado
a una Cola de Flujo de Paquetes de Usuario para su expedición. Si
los valores no coinciden, la función SAR de Ethernet desechará el
paquete de datos de usuario extraído y continúa buscando en el área
de carga útil de paquete de datos de usuario del Paquete Principal
de Ethernet un comienzo válido de secuencia de caracteres de paquete
de datos de usuario, es decir, al menos un (1) carácter
"ocioso" inmediatamente seguido por un (1) carácter
"Sinc". Si se detectara cualquier otra secuencia de caracteres
portada en los octetos que siguen inmediatamente el final de un
paquete de datos de usuario encapsulado es una indicación de que la
función SAR de Ethernet está fuera de sincronización con la trama
de paquete de datos de usuario encapsulado. En este caso, la función
SAR de Ethernet desechará el paquete de datos de usuario extraído y
continúa buscando el área de carga útil de paquete de datos de
usuario del paquete Principal de Ethernet en búsqueda de un comienzo
válido de secuencia de caracteres de paquete de datos de
usuario.
La descripción precedente ha mostrado que La
función SAR de Ethernet debe lograr la sincronización con los
límites de los paquetes de datos de usuario encapsulados en los
Paquetes Principales de Ethernet. Se ha establecido un medio de
proporcionar la sincronización de la función SAR de Ethernet a los
límites de los paquetes de datos de usuario encapsulados agregando
los octetos generales de descriptor "ocioso", "Sinc" y
"Longitud de Paquete de Datos de Usuario" al principio del
paquete de datos de usuario. Sin embargo, es posible que la
secuencia definida de octetos "Ocioso" y "Sinc" que se
encuentran dentro de los límites del paquete de datos de usuario
cause un falso comienzo de la indicación de paquete de datos de
usuario. Por tanto, simplemente detectar una secuencia de octetos
"Ocioso" y " Sinc" sola no es suficiente para definir el
comienzo del paquete de datos de usuario encapsulado. La adición
del descriptor de Longitud de Paquete de datos de Usuario y una
Comprobación de Redundancia Cíclica (CRC) del paquete de datos de
usuario encapsulado completa el proceso. La sincronización es
directa cuando no está fluyendo ningún paquete de datos de usuario
sobre el enlace y la función SAR de Ethernet ha estado
monitorizando una corriente constante de caracteres "ociosos".
Tan pronto como se presenta un carácter "Sinc", la función SAR
de Ethernet reacciona a la secuencia de caracteres como un comienzo
de indicación de paquete de datos de usuario. En este ejemplo, el
comienzo de indicación de paquete de datos de usuario es muy
probablemente correcto. Sin embargo, si se toma, por ejemplo, una
función SAR de Ethernet que se inicializa y se pone en línea sólo
para descubrir que ya hay paquetes de datos de usuario fluyendo
cuando comienza a monitorizar la carga útil del Paquete Principal
Ethernet. En este ejemplo, la función SAR de Ethernet debe pasar a
través de la siguiente secuencia de sincronización. En primer lugar,
busca un mínimo de un (1) carácter "ocioso" seguido por un
carácter "Sinc". A continuación lee los dos (2) octetos
inmediatamente siguientes al carácter "Sinc" asumiendo que
esto es el campo descriptor de Longitud de Paquete de Datos de
usuario. Utiliza el valor en el campo descriptor de Longitud de
Paquete de Datos de Usuario presuntos para contar el número de
octetos en el paquete de datos de usuario encapsulado a extraer.
Extrae el paquete de datos de usuario, y después lee los dos (2)
octetos inmediatamente posteriores al último octeto extraído del
paquete de datos de usuario encapsulado. Los caracteres portados en
estos dos (2) octetos deben ser respectivamente los caracteres
"ocioso" y "Sinc", o dos(2) caracteres
"ociosos". Si no lo son, la función SAR de Ethernet continúa
monitorizando el área de carga útil del paquete de datos de usuario
Paquete Principal de Ethernet en búsqueda de un carácter
"ocioso" seguido de un carácter "Sinc" y comienza otra vez
el proceso de suposición. Por medio de este proceso iterativo de
suposición, la función SAR de Ethernet alineará correctamente con el
comienzo de un paquete de datos de usuario encapsulado. Para
verificar que tiene la alineación alcanzada con el paquete de datos
de usuario encapsulados, la función SAR de Ethernet lee los dos (2)
octetos inmediatamente posteriores al último octeto extraído del
paquete de datos de usuario encapsulado y encuentra el carácter
"ocioso" seguido por un carácter "Sinc", o dos (2)
caracteres "ociosos". Como comprobación final, compara el FCS
portado en el paquete de datos de usuario encapsulado con el CRC
calculado para el paquete de datos de usuario. Una coincidencia es
la verificación final de que la función SAR de Ethernet está en
sincronización con los paquetes de datos de usuario
encapsulados.
En una posible realización de la presente
invención, se ha definido el octeto "ocioso" por llevar el
carácter hexadecimal "7E" y se ha definido el octeto
"Sinc" por llevar el carácter hexadecimal "4D". Sin
embargo, debería observarse que se podían elegir otros caracteres
"ocioso" y " Sinc" para ejecutar una secuencia de octetos
que la función SAR de Ethernet podría utilizar para localizar el
comienzo de un paquete de datos de usuario encapsulado dentro de la
carga útil de un Paquete Principal de Ethernet.
La descripción precedente ha explicado el
funcionamiento de la función SAR de Ethernet en los Paquetes
Principales de Ethernet recibidos, es decir, el modo de extracción
y reensamblaje. La descripción siguiente pertenece al
funcionamiento de la función SAR de Ethernet en los Paquetes
Principales de Ethernet transmitidos, es decir, el modo de
segmentación y encapsulación.
La función SAR de Ethernet opera en los paquetes
de datos de usuario en un modo de guardar y enviar. Se presenta un
paquete de datos de usuario entero a la función SAR de Ethernet para
procesar por encapsulación en un Paquete Principal de Ethernet.
Ante la llegada asincrónica del paquete de datos de usuario, la
función SAR de Ethernet determina en primer lugar el número de
octetos vacíos en el área de carga útil del paquete de datos de
usuario del Paquete Principal de Ethernet que se procesa. La
función SAR de Ethernet agrega entonces los octetos de elementos
generales para el comienzo de la secuencia de paquete de datos de
usuario (es decir, por lo menos un (1) carácter "ocioso"
seguido inmediatamente por un (1) carácter "Sinc") y el
descriptor de "Longitud de Paquete de datos de usuario" al
paquete de datos de usuario. Después, la función SAR de Ethernet
determina la longitud del paquete de datos de usuario, incluyendo
el encabezamiento, el FCS y los octetos de elementos generales
agregados. Entonces, usando el número de octetos vacíos del área de
carga útil del paquete de datos de usuario del Paquete Principal de
Ethernet que se está procesado como límite, la función SAR de
Ethernet comienza la transferencia de los octetos de paquete de
datos de usuario, incluyendo el Encabezamiento, el FCS y los
octetos de elementos generales agregados, al Paquete Principal de
Ethernet. Conforme se transfieren los octetos a la carga útil del
Paquete Principal de Ethernet, la función SAR de Ethernet reduce la
cuenta de octetos vacíos en el área de carga útil del paquete de
datos de usuario del Paquete Principal de Ethernet. Este proceso de
transferir los octetos del paquete de datos de usuario al Paquete
Principal de Ethernet continúa hasta que se ha transferido la
totalidad del paquete de datos de usuario a la carga útil del
Paquete Principal de Ethernet, o hasta que no quedan octetos vacío
en la carga útil principal del paquete de Ethernet. En cualquier
caso, la función SAR de Ethernet tiene un número de etapas de
proceso por ejecutar. Cuando ha sido transferido el paquete de
datos de usuario en su totalidad y hay todavía octetos vacíos que
permanecen dentro de la carga útil del Paquete Principal de
Ethernet, la función SAR de Ethernet controla la Cola de Flujo de
Paquetes de Usuario para ver si hay otro paquete de datos de
usuario que espera para ser encapsulado. Sin embargo, si no hay
otros paquetes de datos de usuario esperando para ser encapsulados,
la función SAR de Ethernet llena el área restante de la carga útil
del paquete de datos de usuario del Paquete Principal de Ethernet
con caracteres "ociosos". Esto es una indicación a la función
SAR de Ethernet en el otro extremo del enlace de que el flujo de
paquetes de datos de usuario se ha detenido. Si hay otro paquete de
datos de usuario que espera para ser encapsulado, la función SAR de
Ethernet agrega los octetos de elementos generales para el comienzo
de la secuencia del paquete de datos de usuario y el descriptor de
"Longitud de Paquete de Datos de usuario" al paquete de datos
usuario en espera y reinicia la secuencia de transferencia descrita
anteriormente. En el caso en el que no haya octetos vacíos
remanentes en la carga útil del Paquete Principal de Ethernet y el
paquete de datos de usuario no se ha transferido en su totalidad,
la función SAR de Ethernet detiene la transferencia hasta que el
siguiente Paquete Principal de Ethernet está disponible. Entonces
continúa la transferencia de octetos de paquete de datos de usuario
a la carga útil del siguiente Paquete Principal de Ethernet. El
proceso de transferencia continúa hasta que los octetos restantes
del paquete de datos de usuario han sido transferido a la carga
útil del siguiente Paquete Principal de
Ethernet.
Ethernet.
En una posible realización de la presente
invención, los paquetes de datos de usuario son paquetes normales
de Ethernet. El tamaño de paquete normal máximo de Ethernet es de
1518 octetos y puede ser acomodado por el área de carga útil
disponible del paquete de datos de usuario dentro de dos (2)
Paquetes Principales de Ethernet. Por tanto, nunca serían
necesarios más de dos (2) Paquetes Principales de Ethernet para
transportar cualesquiera paquetes normales de Ethernet de datos de
usuario. Sin embargo, debería entiéndase, y se puede ver a partir
de la descripción anterior, que el funcionamiento de la función SAR
de Ethernet no se limita a dos (2) Paquetes Principales de Ethernet
consecutivos. Se puede encapsular paquetes de datos de usuario mucho
mayores que un paquete normal de Ethernet del tamaño máximo en una
serie contigua de Paquetes Principales de Ethernet por la función
SAR de Ethernet para su transmisión sobre el segmento de LAN.
Hay dos (2) formatos principales de paquetes de
Ethernet: 1) Tipo I para el modo de Ethernet
10Base-T ilustrado en las Figs. 5 y 6 como 70; y 2)
tipo II para el modo de Ethernet 100Base-TX
ilustrado en las Figs. 7 y 8 como 72. La función SAR de Ethernet
opera en ambos Paquetes Principales de Ethernet de Tipo I y de Tipo
II. La función SAR de Ethernet recibe los bits de datos del canal
de CBR de una manera síncrono de una Cola de Flujo de TDM y los
encapsula en emplazamientos fijos dentro del Paquete Principal de
Ethernet para su transmisión sobre el segmento de LAN como se
muestra de las Figs. 5 y 7. Al funcionar sobre Paquetes Principales
de Ethernet recibidos, la función SAR de Ethernet extrae los bits
de canal de CBR de los emplazamientos fijos conocidas de canal de
CBR dentro de la carga útil de Paquete Principales de Ethernet y los
transfiere a una Cola de Flujo de TDM de una manera síncrona. La
sección titulada "Operación de Cola de Flujo Multiplexada en el
Dominio de tiempos (TDM)" describe el funcionamiento síncrono de
las Colas de Flujo de TDM.
Según lo observado arriba, hay dos (2) Formatos
de Paquete Principal de Ethernet: 1) Tipo I para e1 modo de
Ethernet 10Base-T ilustrado en las Figs. 5 y 6 como
70; y 2) Tipo II para el modo de Ethernet 100Base-TX
ilustrado en las Figs. 7 y 8 como 72.
El Paquete Principal de Ethernet de Tipo I para
segmentos de 10 Mbps (10Base-T) se genera a una tasa
constante de 1 ms para facilitar la transmisión de Índice Binario
constante (CBR) sobre el segmento de LAN entre el Módulo de
Conmutación de Comunicaciones (CSM) y el Adaptador de Equipo de
Terminal de Usuario (UTE). Se mide la sincronización de trama de 1
ms se mide desde el comienzo del primer Bit de preámbulo de un
paquete al comienzo del primer Bit de preámbulo del paquete
siguiente como se ha mostrado en la Fig. 5. Se observa que se
incluye un Hueco Entre Paquetes (IPG) fijo de dieciséis (16) tiempos
de octeto en el período de 1 ms.
En una posible realización de la presente
invención, se reservan cuatro (4) bloques de ocho (8) octetos cada
uno dentro de la trama portar muestras de voz codificada PCM,
información de señalización de Teléfono de Teclado Digital e
información de gestión de canales. Estos bloques de octetos
reservados se utilizan para transportar tres (3) Canales B de CBR
64 kbps, un (1) Canal D de CBR de 32 kbps y un (l) canal de gestión
de CBR de 32 kbps entre el CSM y el adaptador de UTE.
El primer bloque reservado de ocho (8) octetos
comienza inmediatamente después del encabezamiento normal de
Ethernet de catorce (14) octetos y los tres (3) bloques restantes
comienzan a los 326, 639 y 951 octetos en la trama respectivamente,
como se ha mostrado en la Fig. 5. El espaciamiento de estos bloques
reservados dentro de la trama se ha diseñado para acomodar el
índice de muestreo normal de sed 8 kHz (125 \mus) usado en los
sistemas digitales de telecomunicaciones. Los Transceptores
Digitales tradicionales de línea digital usados para unir los
Teléfonos de Teclado Digital a su equipo común transportan dos (2)
muestras de voz de PCM del equipo por el canal B entre el Teléfono
de Teclado Digital y el equipo común cada 250 \mus. Sin embargo,
usando Ethernet de 10Base-T como medio de
transporte, con una tasa de octetos de 800 ns, causa que la
alineación de la muestra de PCM de 250 \mus caiga a medio camino
a través de un tiempo de octeto de 800 ns. Por esta razón, los
bloques de octetos reservados están alineados alternativamente en
límites de octetos de 800 ns a 249,6 \mus y 250,4 \mus
produciendo una sincronización exacta de 500 \mus entre cada dos
(2) bloques de octetos reservados, como se muestra en la Fig. 5. La
tasa de transferencia de muestras resultante de muestras de PCM
sobre el segmento de LAN de Ethernet es 125ps (es decir, dos (2)
muestras cada 250ps).
Los octetos de carga útil entre los cuatro (4)
bloques de ocho (8) octetos reservados están disponibles para el
transporte de los paquetes de datos de usuario. Los octetos
disponibles para el transporte de los paquetes de datos de usuario
se dividen en cuatro (4) bloques de 304, 305, 304 y 263 octetos
respectivamente, según se muestra en la Fig. 5. Los paquetes de
datos de usuario grandes deben ser divididos en segmentos en estas
áreas de carga útil para su transporte sobre el segmento del LAN.
Para acomodar el reensamblaje de los paquetes de datos segmentados
de usuario, se agrega un encabezamiento propietario (es decir, un
comienzo de secuencia de caracteres de paquete de datos de usuario)
a cada paquete de datos de usuario encapsulado, de lo cual se
muestra un ejemplo en Fig. 6. Este encabezamiento propietario
contiene un mínimo de un (1) carácter "ocioso", un (l)
carácter "Sinc" y un descriptor de longitud de paquete de datos
de usuario de dos (2) octetos.
Refiriéndose ahora a las figs. 7 y 8, Paquetes
Principales de Ethernet de Tipo II para los segmentos de 100 Mbps
(100Base-TX) se generan a una tasa constante de 125
\mus para facilitar la transmisión de índice binario constante
(CBR) sobre el Segmento de LAN entre el CSM y el Adaptador de UTE.
La sincronización de trama de 125 \mus se mide desde el comienzo
del primer Bit del preámbulo de un paquete al comienzo del primer
Bit de preámbulo del paquete siguiente como se muestra en la Fig.
7. Se observa que se incluye un IPG fijo de 36,5 octetos en el
período de 125 \mus.
En una posible realización de la invención, se
reserva un (1) bloque de ocho (8) octetos cada uno dentro de la
trama para llevar muestras de voz codificadas en PCM, información de
señalización de Teléfono de Teclado Digital e información de
gestión de canal. El bloque de octetos reservado se utiliza para
transportar tres (3) Canales B de CBR de 64 kbps, un (1) Canal D de
32 kbps CBR y un (1) Canal de CBR de gestión de 32 kbps entre el
CSM y el adaptador de UTE.
El bloque reservado de ocho (8) octetos comienza
inmediatamente después de un encabezamiento normal de Ethernet de
catorce (14) octetos, como se muestra en la Fig. 7. El espaciamiento
entre el bloque reservado en un paquete principal y el siguiente se
ha diseñado para acomodar la tasa normal de muestreo de 8 kHz (125
\mus) usada en los sistemas de telecomunicaciones digitales. Los
emplazamientos de los bloques reservados de ocho (8) octetos,
colocados a intervalos de 125 \mus desde un paquete al paquete
siguiente, tienen en cuenta el requisito de IPG de Ethernet.
El bloque reservado de 1492 octetos que sigue
inmediatamente al bloque de voz reservado se utiliza para llevar
los paquetes de datos de usuario encapsulados. Un paquete de datos
de usuario de tamaño máximo no cabrá en este bloque reservado de
1492 octetos y tendrá que ser segmentado en múltiples tramas de Tipo
II. Para acomodar el reensamblaje de los paquetes de datos de
usuario segmentados se agrega un encabezamiento propietario a cada
paquete de datos de usuario encapsulado de una forma similar a la
descrita previamente para la trama de tipo I. Los detalles de CBR y
de los bloques de datos se muestran en la Fig. 8.
El módulo de Conmutación de Comunicaciones (CSM)
44 contiene también el Mecanismo de Segmentación y Reensamblaje de
Ethernet (SAR) para el formatear y transmitir datos en paquetes de
Ethernet que proporcionan una trayectoria síncrona de bajo retardo
sobre un solo enlace de red entre el Adaptador de Equipo de Terminal
de Usuario (UTE) y el CSM. Es el mecanismo de SAR de Ethernet el
que asegura una Calidad de Servicio (QoS) para la información
sensible al retardo.
Para facilitar la transmisión la información de
canal de Índice Binario Constante (CBR) sobre el segmento de LAN,
se debe sincronizar las señales de temporización (es decir, los
relojes) en el adaptador de UTE y en el CSM. La transmisión de
paquetes principales de Ethernet de Tipo I o de Tipo II a una tasa
constante fija de CSM proporciona una referencia de sincronización
para el adaptador del UTE. Se utiliza esta referencia de
sincronización por el adaptador del UTE para enclavar sus relojes
generados localmente al reloj de referencia principal del CSM. No
es necesario que los paquetes principales de Ethernet de cada puerto
de usuario estén alineados entre sí, pero es necesario que los
Paquetes Principales individuales de Ethernet tengan sincronizado
el acceso a las Colas de Flujo Multiplexado en el Dominio de Tiempos
(TDM). La sección titulada "Sincronización de la Temporización
del Sistema" describe el método por el cual se realiza la función
de sincronización para el Adaptador de UTE con mayor detalle.
En una posible realización de la invención para
Ethernet de 10 Mbps (10Base-T), el mecanismo de SAR
de Ethernet contenido dentro del CSM crea los Paquetes Principales
de Ethernet descritos en las Figs. 5 y 6 a una tasa constante de 1
ms para los puertos de usuario del CSM. En otra posible realización
de la invención para Ethernet de de 100 Mbps
(100Base-TX), el mecanismo del SAR de Ethernet
contenido dentro de CSM crea los Paquetes Principales de Ethernet
descritos en las Figs. 7 y 8 a una tasa constante de 125 \mus para
puertos de usuario en el CSM.
Estos Paquetes Principales de Ethernet se
utilizan para encapsular y transportar tanto datos sensibles al
retardo como no sensibles sobre el enlace de red entre cualquier
Adaptador de UTE y el CSM. Esto es realiza por la Función SAR de
Ethernet indicada por el bloque 66 en la Fig. 3 y el CSM indicado
como 44 en la Fig. 2 para lograr la segmentación del paquete de
datos de usuario y la función de encapsulación y la función de
extracción y reensamblaje del paquete de datos de usuario
complementario. El método y el aparato por el cual se realizan
estas funciones se explica con mayor detalle bajo la sección
titulada "Segmentación de Ethernet y Función de reensamblaje
(SAR)".
La porción de segmentación de la Función SAR de
Ethernet dentro del CSM combina datos tanto sensibles al retardo
(por ejemplo, audio/video) como no sensibles (por ejemplo, paquetes)
en los Paquetes Principales de Ethernet para su transmisión al
Adaptador de UTE unido al segmento de LAN al que da servicio el
puerto asociado de usuario del CSM. Inversamente, la porción de
reensamblaje de la función SAR de Ethernet extrae y separa los
datos sensible al retardo (por ejemplo, audio/video) y los no
sensibles al retardo (por ejemplo, paquetes) recibidos en Paquetes
Principales de Ethernet para su transmisión al Adaptador de UTE
unido al Segmento de LAN al que da servicio el puerto asociado de
usuario de CSM.
La función SAR de Ethernet proporciona las
interfaces entre las Colas de Flujo de TDM, las Colas de Flujo de
paquetes de usuario y las Interfaces de Puerto de MAC (Controlador
de Acceso de Medios) del CSM
La descripción precedente ha explicado la
operación del Paquete Principal de Ethernet síncrono desde el punto
de vista de un puerto de usuario en el CSM. La operación del Paquete
Principal de Ethernet en el puerto de red del Adaptador de UTE
funciona de una manera similar pero complementaria. La sección de
reensamblaje de la función SAR de Ethernet en el adaptador de UTE
opera sobre los Paquetes Principales de Ethernet creados por la
sección de segmentación de la función SAR de Ethernet en el CSM, y
viceversa.
Las Colas de Flujo Multiplexadas en el Dominio
de Tiempo (TDM) 58 del Módulo de Conmutación de Comunicaciones
(CSM) se estructuran de acuerdo con la estructura de Autopista
Dúplex Total de TDM usada para transportar la información de canal
de Índice Binario Constante(CBR) entre las tarjetas de
interfaz de usuario, o red, y el módulo de procesamiento de CBR de
la CPU de procesamiento de CBR. La colocación de los bits de datos
que portan la información de canal de CBR dentro de los Paquetes
Principales de Ethernet se ha diseñado para acomodar el índice de
muestreo normal de 8 kHz (125 \mus) usado en sistemas de
telecomunicaciones digitales.
Las Colas Flujo de TDM son grupos de bits de
registro o posiciones de memoria que se utilizan para proporcionar
un almacenamiento intermedio y una conversión entre el Paquete y los
formatos de canal de TDM para los Bits de datos del canal de TDM.
Inversamente, las Colas de Flujo de TDM proporcionan la conversión
entre el canal de TDM y los formatos de paquete para los bits de
datos del canal de CBR. La longitud (es decir, el número de
posiciones de bits) de una Cola de Flujo de TDM es función de la
anchura de banda del canal de CBR asociado al que se le da
servicio. Por lo tanto, cambiando el número de posiciones de bits en
la Cola de Flujo de TDM, se puede escalar la anchura de banda del
canal de CBR al que se da servicio por la Cola de Flujo de TDM.
Además, se pueden establecer múltiples Colas de Flujo de TDM de
varias longitudes proporcionando servicio para múltiples canales de
CBR de diversas anchuras de banda. Éstas son características de la
presente invención.
Las Colas de Flujo de TDM son unidireccionales y
se requieren dos (2) a fin de proporcionar un flujo de información
Dúplex total. Se utiliza una (1) Cola de Flujo de TDM para recibir
los bits de datos de los Paquetes Principales de Ethernet y
transmitirlos en una ranura de tiempo síncrona sobre una Autopista
de TDM. Inversamente, se requiere una (1) Cola de Flujo de TDM para
recibir los bits de datos del canal de CBR de una ranura de tiempo
síncrona sobre la Autopista de TDM y transmitirlos en los paquetes
principales de Ethernet.
En una posible realización de la presente
invención, se utiliza una Autopista de TDM que consiste en sesenta
y cuatro (64) canales de CBR de 64 kbps para el transporte de
información de señalización, control, establecimiento de llamada y
voz (PCM) digitalizada entre la sección de conmutación de Ethernet y
la sección de Módulo de procesamiento de CBR del CSM. Los sesenta y
cuatro (64) canales de Índice Binario Constante, o Ranuras de
Tiempo, se dividen en segmentos en tres (3) tipos de canal: 1)
"Canales de PCM" para llevar información de voz convertida a
digital; 2) "Canales de Señalización" para llevar la
información de señalización, control y establecimiento de llamada
del Teléfono de Teclado Digital, colectivamente en esto tipo de
canal; y 3) un "Canal de Gestión" para proporcionar un enlace
de comunicaciones entre la CPU de Procesamiento de CBR y la sección
de conmutación de Ethernet. En esta realización de la invención,
treinta y dos (32) de las sesenta y cuatro (64) ranuras de tiempo
se han definido como "Canales de PCM" proporcionando capacidad
para dar soporte a treinta y dos (32) conversaciones de voz
simultáneas en la autopista de TDM. Los canales de PCM consumen
2,048 Mbps de la anchura de banda disponible de la Autopista de
4,096 Mbps TDM. Los remanentes 2,048 Mbps de anchura de banda
de la Autopista de TDM se asigna a treinta y dos (32) canales de
señalización de 32 kbps y un (1) canal de gestión de 1,024 Mbps. Se
observa que los índices binarios de todos los tipos de canales son
múltiplos, o submúltiplos, de las ranuras de tiempo de la autopista
de 64 kbps TDM.
Las colas de Flujo Multiplexadas en el Dominio
de Tiempos (TDM) proporcionan la función de convertir los bits del
canal de datos de Índice Binario constante entre el canal de TDM y
los formatos de paquete. Además, las Colas de Flujo de TDM
proporcione el mecanismo para sincronizar y para convertir de tasa
los bits de datos del canal de CBR entre la frecuencia de
transporte de la LAN y la frecuencia de transporte de la Autopista
de TDM. Éstas son características de la presente invención.
Las Colas de Flujo de TDM se ejecutan como
grupos de elementos de almacenamiento (por ejemplo, bits de registro
o emplazamientos de memoria) que proporcionan almacenamiento
intermedio de bits de datos de canal CBR. Las Colas de Flujo de TDM
se acoplan a la Lógica de Temporización y Control que proporciona la
conversión síncrona entre los formatos de paquete y de canal de TDM
para los bits de datos del canal de CBR. Los bits de datos del
canal de CBR se extraen de los Paquetes Principales de Ethernet por
la función de Segmentación y Reensamblaje (SAR) de Ethernet y se
escriben en los elementos de almacenamiento de la Cola del Flujo de
TDM por la Lógica de Temporización y Control. Los bits de datos de
canal de CBR se leen en los elementos de almacenamiento de la Cola
de Flujo de TDM y se secuencian en una ranura de tiempo, o grupo de
ranuras de tiempo, en la Autopista de TDM por la Lógica de Interfaz
de la Autopista de TDM. Inversamente, los bits de datos de canal de
CBR se secuencian a partir de la ranura de tiempo, o grupo de
ranuras de tiempo, de la Autopista de TDM, por la Interfaz Lógica
de la Autopista de TDM y se escriben en los elementos de
almacenamiento de la Cola de Flujo de TDM. Los bits de datos del
canal de CBR se leen en los elementos de almacenamiento de la Cola
de Flujo de TDM por la Lógica de Temporización y Control y son
encapsulados en los Paquetes Principales de Ethernet por la función
SAR de Ethernet.
Las Colas de Flujo de TDM se estructuran de
acuerdo con la estructura dúplex total de la Autopista de TDM
utilizada para transportar la información del canal de CBR entre las
tarjetas de interfaz de usuario, o red, y el Módulo Procesamiento
de la tarjeta de CPU de procesamiento de CBR. En una posible
realización de la presente invención, la tasa de trama repetitiva
para las Autopistas dúplex total de TDM se ha elegido en base a la
tasa de muestreo normal de 8 kHz (125 \mus) usada en sistemas de
telecomunicaciones digitales. La estructura síncrona resultante de
Autopista de TDM, enmarcada a una tasa 8 kHz (125 \mus), se
temporiza a una de DSO tasa de 4,096 MHz que proporciona sesenta y
cuatro (64) ranuras de tiempo por trama de 8 bits (64 kbps). La
tasa binaria de la Autopista de TDM de 4,096 MHz se ha seleccionado
la tarifa porque es un múltiplo de la tasa de muestreo normal de
8kHz (512 X 8kHz = 4,096 Mhz), disponiendo de este modo una
conversión directa de la tasa proceso entre el índice binario del
canal de CBR y la tasa de transporte de la autopista TDM.
Las colas de Flujo de TDM proporcionan el
mecanismo para sincronizar y convertir de tasa los bits de canales
de datos CBR entre la frecuencia de transporte de la LAN y la
frecuencia de transporte de la Autopista de TDM. El Reloj Principal
en el Módulo de Conmutación de Comunicaciones (CSM) se utiliza para
derivar la temporización para la Autopista de TDM y la generación y
transmisión Paquetes Principales de Ethernet. La naturaleza síncrona
de la transmisión de los Paquetes principales de Ethernet del CSM
al Adaptador de Equipo de Terminal de Usuario (UTE) permite al
Adaptador de UTE sincronizar la transmisión de sus Paquetes
Principales de Ethernet al Reloj Principal en el CSM. Debido a que
las transmisiones de los paquetes principales de Ethernet del
Adaptador de UTE se sincronizan al Reloj Principal del CSM, se
puede establecer una relación fija de la temporización entre los
bits de datos del canal de CBR que llegan a un puerto de usuario del
CSM y las ranuras de tiempo de la Autopista de TDM.
El receptor sincroniza los Paquetes Principales
de Ethernet entrante, extrae los bits de datos de canal de CBR de
los emplazamientos fijos dentro de la carga útil del Paquete
Principal de Ethernet, y los escribe en los elementos de
almacenamiento de la Cola de Flujo de TDM. (Se observa que el
término "receptor" utilizado en este contexto se refiere al
Controlador de Acceso de Medios (MAC), función SAR de Ethernet, y
Lógica de Temporización y Control acoplada a las Colas de Flujo de
TDM). En el caso del Paquete Principal de Ethernet de Tipo I,
llegará una nueva serie de bits de datos del canal de CBR al
receptor cada 250 \mus. En el caso del Paquete Principal Ethernet
de Tipo II, una nueva serie de bits de datos de canal de CBR llegará
al receptor cada 125 \mus. Los bits de datos del canal de CBR se
escriben en los elementos de almacenamiento de la Cola de Flujo de
TDM a la tasa a la cual llegan. Los bits de datos de canal de CBR
previamente escritos se deben recuperar de los elementos de
almacenamiento de Cola de Flujo de TDM y transferir a la Autopista
de TDM antes de que llegue la serie siguiente de bits de datos del
canal de CBR o serán sobrescritos por los nuevos bits de datos.
La tasa de trama de la Autopista de TDM y la
tasa de llegada de de los Paquetes Principales de Ethernet que
portan los bits de datos de canal de CBR se sincronizan con el Reloj
Principal. La sincronización permite que se establezca una relación
de temporización fija para transferir los bits de datos de canal de
CBR hacia dentro y hacia fuera de las Colas de Flujo de TDM. Esto
permite a la Lógica de Temporización y Control y a la Lógica de
Interfaz de la Autopista de TDM acceder a los elementos de
almacenamiento de la Cola de Flujo de TDM en unos puntos fijos pero
separados en el tiempo. Todas las transferencias hacia dentro y
hacia fuera de la Cola de Flujo de TDM se basan en la tasa de trama
de la Autopista de TDM y la tasa a la cual los bits de datos del
canal de CBR llegan al puerto de usuario del CSM. En el caso del
Paquete Principal de Ethernet de Tipo I, los bits de datos de canal
de CBR llegan al puerto de usuario del CSM y se transfieren a la
Cola de Flujo de TDM cada 250 \mus. En el caso del Paquete
Principal de Ethernet del Tipo II, los bits de datos del canal de
CBR llegan al puerto de usuario del CSM y se transfieren a la Cola
de Flujo de TDM cada 125 \mus. En ambos casos, los bits de datos
del canal de CBR son transferidos de la Cola de Flujo de TDM a la
tasa de trama de 125 \mus de la autopista de TDM.
Haciendo referencia otra vez al Paquete
Principal de Ethernet de Tipo I, los bits de datos de canal de CBR
se transmiten sobre el segmento de LAN cada 250 \mus y, por tanto,
llegan a la mitad de la tasa de trama de la Autopista de TDM. En
esta realización de la presente invención, la lógica de Interfaz de
Autopista de TDM tiene acceso a los elementos de almacenamiento de
la Cola de Flujo de TDM a la tasa de trama de Autopista de TDM de 8
kHz (125 \mus). Usando este período de 125 \mus de la Autopista
de TDM como referencia, mantener un flujo continuo de bits de datos
del canal de CBR en una ranura de tiempo de la Autopista de TDM
requiere que se transporten dos (2) tramas de bits de datos de
canal de CBR sobre el segmento de la LAN durante cada período de
canal de CBR de 250 \mus del Paquete Principal de Ethernet de Tipo
I. Esto puede aparecer incómodo para el observador ocasional, sin
embargo, en esta realización de la invención se seleccionó a
propósito un período de transporte de canal de CBR de 250 \mus
para el Paquete Principal de Ethernet de Tipo I para acomodar la
tasa de transporte del canal de CBR a un terminal tradicional de
Teléfono de Teclado Digital. La diferencia resultante de dos a uno
(2:l) entre la tasa de trama de la Autopista de TDM y el período de
transporte del canal de CBR sobre el segmento de LAN se compensa
controlando la secuencia de acceso a la Cola de Flujo de TDM. Según
lo indicado previamente, la Autopista de TDM debe tener acceso a la
Cola de Flujo de TDM con una tasa de trama constante de 8 kHz (125
\mus) a fin de mantener un flujo continuo de bits de datos del
canal de CBR a las ranuras de tiempo de la Autopista de TDM. La
función SAR de Ethernet extrae los bits de datos del canal de CBR
de Paquete Principal de Ethernet a una tasa de 250 \mus y la
Lógica de Temporización y Control los transfiere a la Cola de Flujo
de TDM a esa tasa. Sin embargo, se transportan dos (2) tramas de
bits de datos del canal de CBR sobre el segmento de LAN durante cada
período de canal de CBR de 250 \mus. Por lo tanto, la Lógica de
Temporización y Control transfiere ambas tramas recibidas de bits
del canal de CBR durante un único acceso a los elementos de
almacenamiento de la Cola de Flujo de TDM. A su vez, la Lógica de
Interfaz de la Autopista de TDM recupera una (1) trama de los bits
de datos del canal de CBR recibidos cada 125 \mus de tal modo que
se requieren dos (2) accesos a la Cola de Flujo de TDM para
recuperar todos los bits de datos de canal de CBR escritos a la
tasa de 250 \mus por la Lógica de Temporización y Control.
En otra posible realización de la presente
invención, se utilizan Paquetes Principales de Ethernet del tipo II
para transportar la información del canal de CBR sobre el segmento
de LAN. En el caso de la trama del Tipo I, los bits de datos del
canal de CBR se transmiten sobre el segmento de LAN cada 125 \mus.
En esta realización de la presente invención, la Lógica de la
Interfaz de Autopista de TDM tiene acceso a los elementos de
almacenamiento de la Cola de Flujo de TDM a la tasa de trama de la
Autopista de TDM de 8 kHz (125 \mus) T. El período de 125 \mus
de la Autopista de TDM es igual que el período de llegada de los
bits de datos del canal de CBR en el Paquete Principal de Ethernet
recibido. Por lo tanto, mantener un flujo continuado de bits de
datos del canal de CBR en una ranura de tiempo de la Autopista de
TDM requiere que solamente se transporte una (l) trama de bits de
datos del canal de CBR sobre el Segmento de LAN durante el período
de 125 \mus de canal de CBR del Paquete Principal de Ethernet de
Tipo II. La función SAR de Ethernet extrae los bits de datos del
canal de CBR del Paquete Principal de Ethernet a una tasa de 125
\mus y la Lógica de Temporización y Control los transfiere a la
Cola de Flujo de TDM a esa tasa. A su vez, la Lógica de Interfaz de
la Autopista de TDM recupera una (1) trama de bits de datos del
canal de CBR recibidos cada 125 \mus y los secuencia en una
ranura de tiempo, o en un grupo de ranuras de tiempo, en la
Autopista de TDM.
Para los Paquetes Principales de Ethernet de
Tipo I y de Tipo II, la temporización para la Autopista de TDM y la
transmisión de los Paquetes Principales de Ethernet desde el
Adaptador del UTE se han derivado del Reloj Principal del sistema.
Por tanto, la tasa de trama de la Autopista de TDM y la tasa de
llegada del canal de CBR del Adaptador de UTE están sincronizadas.
Esto permite colocar el comienzo de la transmisión del Paquete
Principal de Ethernet desde el Adaptador de UTE en un punto en el
tiempo que hará que la llegada de los bits de datos recibidos del
canal de CBR esté alineada con el acceso de la Lógica de
Temporización y Control a los elementos de almacenamiento de la
Cola de Flujo de TDM. Ésta es otra característica de la presente
invención.
Para facilitar la transmisión de la información
del canal de Índice Binario Constante (CBR) sobre el segmento de
LAN, las señales de temporización (es decir, los relojes) usadas
para procesar la información del canal de CBR en el Adaptador de
Equipo de Terminal de Usuario (UTE) se deben sincronizar con el
oscilador del reloj principal del Módulo de Conmutación de
Comunicaciones (CSM). El control de temporización para las
transmisiones de ambos Paquetes Principales de Ethernet de Tipo I y
de Tipo II del CSM se deduce del oscilador del reloj principal. La
transmisión de los Paquetes Principales de Ethernet desde el CSM a
una tasa fija proporciona una referencia de temporización para el
Adaptador de UTE. Los relojes generados localmente en el Adaptador
de UTE usado para procesar los bits de canal de CBR están enclavados
con el oscilador del reloj principal del CSM por esta referencia de
temporización. Ésta es una característica de la presente
invención.
El oscilador del reloj principal de sistema es
parte del módulo de procesamiento de CBR en la tarjeta de CPU de
procesamiento de CBR. La cadena de Contador Principal divide la
frecuencia del oscilador del reloj principal para generar una
sucesión de frecuencias de Reloj Principal. Un reloj principal de
TDM se alimenta desde la cadena de contador principal y se
transmite a las tarjetas de Puerto del Conmutador de Ethernet, y a
todo el resto de tarjetas de interfaz de usuario y de red o de
procesamiento del sistema. El Reloj Principal de TDM se selecciona
de la sucesión de frecuencias de los relojes principales derivados
del oscilador del reloj principal del sistema. La frecuencia del
Reloj Principal de TDM se elige de forma que sea dos (2) veces la
frecuencia del índice binario de la Autopista de TDM para facilitar
la generación de señales de temporización locales de la tarjeta de
interfaz.
La tarjeta de Puerto del Conmutador de Ethernet
utiliza el Reloj Principal de TDM alimentado desde la CPU de
procesamiento del CBR para que genere las señales de temporización
locales usadas para procesar los bits del canal de CBR y para
controlar la tasa de transmisión fija de los Paquetes Principales de
Ethernet de Tipo I o de Tipo II. Debido a que el Reloj Principal de
TDM se deriva directamente del oscilador del reloj principal, la
tasa de transmisión de los Paquetes Principales de Ethernet se
sincroniza con el oscilador del reloj principal. El adaptador de
UTE está conectado con el segmento de LAN al que da servicio un
puerto de usuario en la tarjeta de Puerto de Conmutador de
Ethernet. El Adaptador de UTE recibe los paquetes principales de
Ethernet transmitidos a una tasa fija, referenciada al oscilador
del reloj principal, desde el puerto de usuario de la tarjeta de
Puerto del Conmutador de Ethernet sobre el segmento de LAN. Hay una
pequeña cantidad de perturbación introducida por los Controladores
de Acceso de Medios (MAC) y las Interfaces Físicos (PHY) en cada
extremo del segmento de LAN. Sin embargo, esta perturbación es
compensada por las memorias Primero en Entrar, Primero en Salir
(FIFO) usadas para interconectar los MAC a los almacenamientos
intermedios de paquetes y por la Lógica de Temporización y Control
acoplada a la función de Segmentación y Reensamblaje de Ethernet
(SAR) usada para transferir los bits del canal de CBR a las Colas
de Flujo de TDM.
El Adaptador de UTE utiliza un Bucle de
Enclavamiento de fase (PLL) para enclavar los relojes localmente
generados que se usan para procesar los bits del canal de CBR y la
transmisión de los Paquetes Principales de Ethernet de nuevo al
CSM, a la tasa fija de llegada de los Paquetes Principales de
Ethernet recibidos del CSM. Las tasas de transmisión fija de los
Paquetes Principales de Ethernet que fluyen en ambas direcciones
sobre el segmento de LAN (es decir, CSM a Adaptador de UTE y
Adaptador de UTE a CSM) están sincronizadas con el oscilador del
reloj principal del sistema por el método anteriormente descrito.
Los bits del canal de CBR portados en emplazamientos fijos dentro
de estos Paquetes Principales de Ethernet también llegan a una tasa
fija sincronizada con el oscilador del reloj principal del CSM.
Éstas son características del presente invención.
Según lo descrito previamente, los Paquetes
Principales de Ethernet se generan y se transmiten a una tasa
constante para facilitar la transmisión de la información del canal
de Índice Binario Constante (CBR) sobre el segmento de LAN. La
información del canal de CBR es encapsulada en el Paquete Principal
de Ethernet por la porción de segmentación de la función de
Segmentación y Reensamblaje (SAR) de Ethernet en emplazamientos
fijos dentro de la trama.
En una posible realización de la invención, se
utilizan paquetes principales de Ethernet de 10 Mbps
(10Base-T) (es decir, tipo I). En este caso, la
porción de segmentación de la SAR de Ethernet encapsula la
información del canal de CBR en emplazamientos fijos dentro de la
trama a intervalos de 250 \mus. Estos emplazamientos fijos se
distribuyen de tal manera que el último intervalo de 250 \mus
dentro de una trama está espaciado 250 \mus del primer intervalo
de 250 \mus de la trama siguiente, teniendo en cuenta el requisito
de Hueco Entre Paquetes Normal de Ethernet (IPG). A través de este
proceso, la Lógica Principal de Temporización del Módulo de
Conmutación de comunicaciones (CSM) es capaz de transmitir los
octetos de información del canal de CBR al MAC (Controlador de
Acceso de Medios) en el puerto de usuario asociado de manera
síncrona Multiplexada en el Dominio de Tiempos (TDM). El resto de
los octetos de carga útil del Paquete Principal de Ethernet están
disponibles para la transmisión de información de paquetes de datos
de usuario. La función SAR de Ethernet monitoriza los flujos de
tráfico desde las Colas de Flujo de Paquetes de usuario y encapsulan
los paquetes de datos de usuario en los octetos restantes de la
carga útil de los Paquetes Principales de Ethernet. Como parte del
proceso de encapsulación de los paquetes de datos de usuario, la
porción de segmentación de la función SAR de Ethernet puede tener
que segmentar los paquetes de datos de usuario en los octetos
disponibles de carga útil entre los intervalos fijos de 250 \mus
que portan la información del canal de CBR. Puede también ser
necesario que la porción de segmentación de la función SAR de
Ethernet segmente los paquetes de datos de usuario en más de un (1)
Paquete Principal de Ethernet.
Esta realización de la invención ha mostrado un
aparato y un método para establecer la transmisión de los octetos
de información del canal de CBR al MAC de un puerto de usuario en el
CSM de una manera síncrona de TDM.
En otra posible realización de la presente
invención, el canal de CBR se utiliza para la transmisión de los
octetos información de señalización de PCM y de Teléfono de Teclado
digital. La transmisión resultante del Paquete Principal de
Ethernet sobre el segmento de LAN al que da servicio el puerto de
usuario, al equipo de terminal de usuario unido al segmento (en
esta realización el Teléfono de Teclado Digital) conserva sus
características síncronas de TDM. Sin embargo, a menos que el
Teléfono de Teclado Digital sea capaz de sincronizar al Paquete
Principal de Ethernet, se perderán las características de TDM del
enlace. Además, el equipo de terminal de usuario debe ser capaz de
extraer correctamente la información del canal de CBR y la
información del paquete de datos de usuario del Paquete Principal
de Ethernet. Por lo tanto, el Teléfono de Teclado Digital requiere
una función SAR de Ethernet compatible con la función SAR de
Ethernet usada en el CSM para dar formato al Paquete Principal de
Ethernet.
El Teléfono de Teclado Digital debe sincronizar
en primer su Base de Tiempo Principal interna a los Paquetes
Principales de Ethernet que está recibiendo del segmento de LAN. Una
vez que está sincronizado, se puede utilizar la porción de
reensamblaje de la función SAR de Ethernet para extraer la
información de PCM, de señalización y de paquete de datos de
usuario. Entonces se puede procesar los octetos del PCM a través de
la Cola de Flujo de TDM local y pasarlos al CODEC
(Codificador/Descodificador) del Teléfono de Teclado Digital para
su conversión a señales de voz analógicas. La información de
señalización también se procesa a través de la Cola de Flujo de TDM
local y se pasa al a la circuitería de señalización del Teléfono de
Teclado Digital. Los paquetes de datos de usuario encapsulados se
extraen de los Paquetes Principales de Ethernet recibidos y se
reensamblan en su forma original. Los paquetes se pueden transferir
entonces a través de la Cola de Flujo de Paquetes de usuario al
puerto de usuario de Ethernet del Teléfono de Teclado Digital.
A fin de hacer funcionar el sistema descrito, el
Teléfono de Teclado Digital debe ser modificado incorporando la
función SAR de Ethernet y los medios para sincronizar su Base de
Tiempos Principal, usando las técnicas descritas con mayor detalle
en las secciones tituladas "Sincronización de la Temporización
del Sistema" y "Segmentación y Reensamblaje (SAR)de
Ethernet". También se entiende que el Teléfono de Teclado Digital
modificado se puede modificar adicionalmente para incorporar el
Adaptador de UTE, de modo que otros dispositivos a los que da
soporte Ethernet se puedan enchufar simplemente en uno o más
receptáculos convenientes sobre el instrumento del teléfono.
El aparato y los métodos descritos en la
solicitud se entenderán y realizarán fácilmente por un experto en
telecomunicaciones, comunicaciones de datos y técnicas de
establecimiento redes de Ethernet usando componentes y técnicas de
programación convencionales. Se encuentra una descripción básica
general de los conceptos y del establecimiento de redes y paquetes
normales de Ethernet en Una Guía de los Aspectos Esenciales del
Establecimiento de Redes por Tittel y Johnson, publicada por Course
Technology, International Thompson Publishing Company, 1998, ISBN
0-7600-5097-X. Se
encuentra una descripción de la tecnología de conmutación Ethernet
en Tecnología de la Conmutación en la Red local - de la LAN a la
LAN Conmutada y a la LAN Virtual, por Hein y Griffiths, publicado
por International Thompson Computer Press, 1997, ISBN
1-85032-166-3. Se
puede encontrar una descripción del TDM síncrono, y de los
principios de conmutación del teléfono digital en Comunicaciones de
Datos y de Ordenador de William Stalling, publicado por Macmillan,
ISBN
0-02-415440-7.
Claims (10)
1. Un método de transportar tanto información
sensible al retardo como paquetes de datos de usuario
concurrentemente en una LAN (32) de red de área local adaptada para
la conmutación de paquetes usando paquetes normales de Ethernet de
longitud variable transmitidos entre dispositivos (14, 16, 18, 20,
36, 38, 40, 42) sobre segmentos de LAN (34) conectados en topología
de estrella a un Módulo de Conmutación de Comunicaciones CSM (44)
teniendo cada uno de dichos dispositivos (14, 16, 18, 20, 36, 38,
40, 42) un reloj local y teniendo dicho CSM un reloj
principal,
principal,
comprendiendo dicho método:
- segmentar dicha información sensible al retardo y dichos paquetes de datos de usuario en un extremo del segmento de LAN (34);
- encapsular la información sensible al retardo segmentada y los paquetes de datos de usuario segmentados en los paquetes principales de Ethernet que tienen una longitud fija, teniendo cada uno de dichos paquetes principales de Ethernet al menos una porción de ranuras de tiempo de índice binario constante CBR de longitud fija y al menos porción de datos de longitud fija;
- transmitir los paquetes principales de Ethernet a una tasa constante fija sobre el segmento de LAN (34) con un hueco entre paquetes IPG fijo;
- extraer la información sensible al retardo segmentada de las porciones de ranuras de tiempo de CBR y los paquetes de datos de usuario segmentados de las porciones de datos del paquete principal de Ethernet en el otro extremo del segmento de LAN (34); y
- reensamblar la información sensible al retardo y los paquetes de datos de usuario.
2. Un método según la reivindicación 1, donde
la etapa de encapsulado comprende crear cuatro porciones de ranuras
de tiempo de CBR y porciones de datos de usuario dentro de cada uno
de dichos paquetes principales de Ethernet, donde el segmento de
LAN (34) tiene una anchura de banda conforme a
10Base-T y donde los paquetes principales de
Ethernet se transmiten a intervalos de un milisegundo.
3. Un método según la reivindicación 1, donde
la etapa de encapsulado comprende crear una sola porción ranuras de
CBR y una sola porción de datos dentro de cada paquete principal de
Ethernet, donde el segmento de LAN (34) tiene una anchura de banda
conforme a 100Base-TX y donde se transmiten los
paquetes principales de Ethernet a intervalos de 125
microsegundos.
4. Un método como el de la reivindicación 1, que
comprende iniciar una conexión virtual permanente PVC dúplex total
entre un dispositivo recientemente conectado (14, 16. 18, 20, 36,
38, 40, 42) y el CSM (44) en la red de área local LAN (32) en la
cual dichos dispositivos y dicho CSM (44) están identificados cada
uno por una dirección de Control de Acceso de Medios MAC, e incluye
cada uno unos medios para establecer una pluralidad de Colas (58)
de Flujo Multiplexadas en el Dominio de Tiempos TDM y unos medios
para asignar el contenido de la cola (58) de flujo a una pluralidad
de ranuras de tiempo seleccionables, y dicho CSM (44) incluye además
unos medios para conmutar paquetes de Ethernet de una dirección de
fuente de MAC a una dirección de destino de MAC contenida en el
encabezamiento de un paquete normal de Ethernet y unos medios para
procesar datos de índice binario constante CBR,
comprendiendo el método:
- difundir un paquete normal de Ethernet desde el dispositivo recientemente conectado (14, 16, 18, 20, 36, 38, 40, 42), cuyo paquete de Ethernet incluye la dirección de fuente del dispositivo de MAC y un primer código que identifica el dispositivo como que requiere el procesamiento de CBR de información sensible al retardo;
- recibir y analizar el paquete normal de Ethernet en el CSM (44);
- SI el paquete normal de Ethernet contiene tanto una dirección de fuente de MAC que es desconocida para el CSM (44) como dicho primer código, establecer ENTONCES una conexión simplex desde el CSM (44) al dispositivo (14, 16, 18, 20, 36, 38, 40, 42) asignando una ranura de tiempo seleccionada a una cola de flujo de TDM seleccionada del CSM (44) y secuenciar datos del paquete normal de Ethernet en dicha ranura de tiempo seleccionada;
- crear un paquete normal de Ethernet de retorno, cuyo paquete de Ethernet de retorno incluye el dispositivo de dirección de fuente del MAC como dirección de destino y un segundo código que identifica la presencia de dichos medios de procesamiento de datos de CBR;
- transmitir el paquete normal de retorno de Ethernet del CSM (44) a dicha dirección de dispositivo de MAC; y
- SI el paquete de Ethernet de retorno contiene tanto la dirección de fuente del dispositivo de MAC como el segundo código, establecer ENTONCES una conexión simplex del dispositivo al CSM (44) reservando dicha ranura de tiempo seleccionada identificada por el paquete normal de Ethernet de retorno en un Cola (58) de Flujo de TDM del dispositivo; con lo cual se establece una conexión virtual permanente dúplex total entre el dispositivo (14, 16, 18, 20, 36, 38, 40, 42) y el CSM (44).
5. Un método según la reivindicación 4, que
incluye la etapa adicional de:
- clasificar las colas (58) de Flujo de TDM del dispositivo (14, 16, 18, 20, 36, 38, 40, 42) y las colas (58) de Flujo de TDM en el CSM (44) para proporcionar una anchura de banda seleccionada para la conexión virtual permanente dúplex total.
6. Un método según la reivindicación 1 para dar
servicio a los dispositivos (14, 16, 18, 20, 36, 38, 40, 42) en la
red de área local LAN (32) estando adicionalmente dispuesta dicha
LAN (32) para incluir una pluralidad de adaptadores de equipo de
terminal de usuario UTE (46, 48, 50) conectables a dichos
dispositivos (14, 16, 18, 20, 36, 38, 40, 42) y al menos un Módulo
de Conmutación de Comunicaciones CSM (44), teniendo dichos
adaptadores (46) de UTE y dicho CSM (44) unos puertos de red y unos
puertos de usuario respectivos conectados juntos a través de una
pluralidad de segmentos de LAN (34) e identificados por direcciones
de MAC de Control de Acceso de Medios, teniendo cada uno de dichos
Adaptadores de UTE (46, 48, 50) y dicho CSM (44) unos medios de SAR
(66) para la segmentación y el reensamblaje de los paquetes de
Ethernet recibidos por los puertos de red y los puertos de usuario
o transmitidos desde los mismos, estando adaptados dichos medios de
SAR (66) para segmentar los datos recibidos de un primer tipo de
datos sensible al retardo y los datos recibidos de un segundo tipo
de datos no sensible al retardo, para encapsular los datos
segmentados en paquetes principales de Ethernet en emplazamientos
fijos de dichos paquetes según el tipo de datos, extraer segmentos
del primer y del segundo tipos de datos de dichos paquetes, y
volver a ensamblar los segmentos extraídos en el primer y el segundo
tipos de datos, y transmitir dichos paquetes principales de
Ethernet a una tasa constante seleccionada, comprendiendo el
método:
- dar servicio a dispositivos conectados a los adaptadores de UTE (46, 48, 50);
- recibir un primer paquete principal de Ethernet en el CSM (44) procedente de un primer adaptador (46) de UTE;
- extraer datos del primer tipo de datos del primer paquete principal de Ethernet usando los medios de SAR (66);
- procesar los datos extraídos;
- insertar dichos datos extraídos del primer tipo de datos en un segundo paquete principal de Ethernet usando los medios de SAR (66); y
- transmitir el segundo paquete principal de Ethernet a un segundo adaptador (46)de UTE.
7. Un método según la reivindicación 6, donde un
primer y un segundo dispositivos (14, 16, 18, 20, 36, 38, 40, 42)
seleccionados cada unos de los cuales proporciona datos de dicho
primer tipo son conectado respectivamente a dichos primer y segundo
adaptadores (46) de UTE y requieren una conexión permanente
conmutada para el intercambio de información de señalización y
control, incluyendo dicho método las etapas adicionales de:
- intercambiar paquetes principales de Ethernet a dicha tasa constante sobre los segmentos de LAN (34) entre el CSM (44) y el primer y segundo adaptadores(46) de UTE;
- establecer una conexión virtual permanente PVC dúplex total entre cada uno de dichos adaptadores (46, 48, 50) de UTE y el CSM (44) sobre un canal de anchura de banda variable de índice binario constante CBR para los datos del primer tipo de datos; y
- proporcionar información de señalización y control dentro de dichos paquetes principales de Ethernet.
8. Un módulo de conmutación de comunicaciones
CSM (44) a ser utilizado para equipo de conmutación común en una
red de área local LAN (32) adaptado para la conmutación de paquetes
aplicada a paquetes de Ethernet, comprendiendo dicho CSM (44):
- una pluralidad de tarjetas (54) de conmutador de Ethernet teniendo cada tarjeta una pluralidad de puertos de usuario y de primeros medios de conmutación para direccionar paquetes de Ethernet a puertos de usuario seleccionados y desde los mismos,
\newpage
- unos medios para segmentación y reensamblaje SAR (66) de paquetes de Ethernet recibidos por los puertos de usuario conectados operativamente a dichos primeros medios de conmutación y transmitidos a los mismos, estando adaptados dichos medios de SAR (66) para segmentar datos recibidos de un primer tipo de datos sensibles al retardo y datos recibidos de un segundo tipo de datos no sensibles al retardo, para encapsular los datos segmentados en paquetes principales de Ethernet en emplazamientos fijos de dichos Paquetes de Ethernet según el tipo de datos, para extraer segmentos de los primero y segundo tipos de datos de dichos paquetes, y reensamblar los segmentos extraídos en los primer y segundo tipos datos, y para transmitir dichos paquetes principales de Ethernet a una tasa constante seleccionada,
- multiplexar en el dominio de tiempos los medios de TDM conectados a los medios de SAR (66) para el procesamiento síncrono de datos de dicho primer tipo de datos, y
- unos segundos medios de conmutación conectados a los medios (66) de SAR para el procesamiento asíncrono de datos de dicho segundo tipo de datos.
9. Aparato según la reivindicación 8, donde los
medios de multiplexación en el dominio tiempos comprenden una
pluralidad de colas (58) de flujo de TDM, una autopista (64) de
plano posterior de TDM dúplex total que tiene interfaz con dichas
colas (58) de flujo de TDM, y un módulo de procesamiento de índice
binario constante CBR que forma interfaz con la autopista (64) de
plano posterior de TDM.
10. Una red de área local LAN (32) que
comprende:
- una pluralidad de estaciones de usuario, teniendo cada una de dichas estaciones de usuario un teléfono de teclado digital (36, 38, 40, 42) dispuesto para recibir y transmitir señales digitales de voz,
- un adaptador (46, 48, 50) de equipo de terminal de usuario UTE en cada estación de usuario conectado al teléfono de teclado digital (36, 38, 40, 42), teniendo dicho adaptador (46, 48, 50) de UTE al menos un puerto de red, incluyendo dicho adaptador (46, 48, 50) de UTE unos medios de SAR (66) para segmentar y reensamblar segmentos de señal de voz digital en unos primeros emplazamientos preseleccionados dentro de los paquetes principales de Ethernet de longitud fija y transmitir dichos paquetes principales de Ethernet a una tasa fija constante,
- un módulo de conmutación de comunicaciones de CSM (44) que tiene una pluralidad de puertos de usuario, teniendo dicho CSM (44) medios para conmutar paquetes de Ethernet y medios de SAR (66) para segmentar y reensamblar segmentos de señal de voz en unos primeros emplazamientos preseleccionados dentro de los paquetes principales de Ethernet de longitud fija y transmitir dichos paquetes principales de Ethernet a una tasa constante fija, incluyendo dicho CSM (44) unos medios para establecer una conexión virtual permanente PVC entre un puerto de usuario y un puerto de red por medio de dichos paquetes principales de Ethernet cuando se conecta por primera vez un teléfono digital a la LAN (32), y
- una pluralidad de segmentos de cable de LAN, cada uno de dichos segmentos de cable conectado entre un puerto de red del adaptador UTE y un puerto de usuario de CSM, estando adaptados dichos segmentos de cable de LAN para transportar Paquetes de Ethernet entre los puertos conectados.
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