FI103544B - Menetelmä osoitteiden määrittämiseksi tietoliikenneverkon solmuissa - Google Patents

Description

103544

Menetelmä osoitteiden määrittämiseksi tietoliikenneverkon solmuissa 5 Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä osoitteiden määrittämiseksi topologialtaan puumaisen tietoliikenneverkon solmu-laitteissa .

Tässä esityksessä käytetään tietoliikennejärjestel-10 män siirtoyhteyksien risteyskohdista nimitystä solmulaite tai solmu. Solmu voi olla mikä tahansa laite tai laitteisto, joka pystyy puuttumaan kellotahtiin, esim. haaroitin-tai ristikytkentälaite.

Tietoliikenneverkon solmujen on tiedettävä oma 15 osoitteensa (eli sijaintinsa) verkossa, koska osoitteesta riippuu solmun rooli verkossa (konfiguraatio ym.). Tieto osoitteesta on välttämätön myös siksi, että solmu voisi reitittää viestejä verkossa.

Useissa nykyaikaisissa tietoliikenneprotokollissa 20 käytetään loogisia osoitteita, jotka eivät kerro yksikäsitteisesti laitteen fyysistä sijaintia. Esim. Internet-osoitteen host-osasta, joka ilmoittaa, mikä laite on kysymyksessä yhdessä verkossa, ei voida päätellä mitään laitteen fyysisestä sijainnista ko. verkossa. Solmulaitteelle 25 on annettava looginen osoite verkon asennusvaiheessa ja myös silloin, kun solmulaite siirretään uuteen paikkaan verkossa. Osoitteen anto tapahtuu tyypillisesti konfigu-roimalla jokaiselle laitteelle manuaalisesti looginen osoite. Tämä voi tapahtua esim. verkonhallintajärjestelmän 30 avulla verkko-operaattorin verkonhallintatyöasemalta, tai jokaiselle solmulaitteelle voidaan antaa käyttöönottovaiheessa ensin keskitetysti osoite, joka vastaa solmun aiottua sijaintia verkossa, minkä jälkeen solmut siirretään kukin omalle sijaintipaikalleen.

103544 2 Tällaisten menetelmien epäkohtana on niiden vaatima suuri työmäärä, varsinkin silloin, kun on kysymyksessä suuren verkon asennus (suuri määrä solmuja).

Toinen epäkohta on tällaisiin menettelyihin liitty-5 vä joustamattomuus verkon muutostilanteissa, koska kaikille solmuille, joiden paikka verkossa on muuttunut joudutaan manuaalisesti konfiguroimaan uusi osoite.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan parannus edellä esitettyihin epäkohtiin aikaansaa-10 maila uudentyyppinen menetelmä osoitteiden määrittämiseksi topologialtaan puumaisen, point-to-point-yhteyksistä koostuvan tietoliikenneverkon solmuissa. Tämä päämäärä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä kuvataan oheisen patenttivaatimuksen 1 15 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön ajatuksena on muodostaa solmuosoitteet puumaisen verkkorakenteen solmuissa automaattisesti jakamalla solmuissa uniikit tunnisteet kaikille (point-to-point) siirtoyhteyksille isäsolmuun johtavaa yhteyttä 20 lukuunottamatta, sekä lähettämällä kullekin puumaisessa rakenteessa alempana olevalle solmulle (lapsisolmulle) osoitetunniste, joka koostuu sekä isäsolmulta vastaanotetusta osoitetunnisteesta että kyseiselle yhteydelle annetusta tunnisteesta. Koska verkon juurisolmulla ei ole 25 isäsolmua, se lähettää joko osoitetunnisteen, joka muodostuu pelkästään yhteydelle annetusta tunnisteesta tai osoitetunnisteesta, joka muodostuu juurisolmun omasta kiinteästä osoitetunnisteesta ja yhteydelle annetusta tunnisteesta .

30 Keksinnön mukaisesta menetelmää käytettäessä on ainoastaan verkon juurisolmulle annettava osoite ko. sol-mulaitetta asennettaessa (tai muussa vaiheessa). Tämän jälkeen verkon muut solmu(laittee)t saavat automaattisesti tiedon sijainnistaan suhteessa juurisolmuun. Solmun osoite 35 määräytyy siis automaattisesti ennalta sovitulla tavalla solmun sijainnin perusteella. Myös laitteita vaihdettaessa 103544 3 tai uusia asennettaessa vältytään osoitteiden konfiguroin-nilta.

Keksinnön mukainen ratkaisu on erittäin edullinen erityisesti verkoissa, joissa solmulaitteet ovat fyysises-5 ti sellaisissa paikoissa, että niihin on vaikea päästä käsiksi.

Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia suoritusmuotoja kuvataan tarkemmin viitaten esimerkinomaisesti oheisiin piirustuksiin, joissa 10 kuvio 1 havainnollistaa keksinnön mukaisen menetel män perusperiaatetta, kuviot 2a...2f havainnollistavat keksinnön mukaisen menetelmän toimintaa verkon muutostilanteissa, kuvio 3 on vuokaavio, joka kuvaa yksittäisen solmu-15 laitteen toimintaa, kuvio 4 korkean tason lohkokaavio solmun niistä osista, jotka ovat keksinnön kannalta oleellisia, ja kuvio 5 havainnollistaa solmulaitteen keksinnön kannalta oleellisia osia.

20 Lähtökohta keksinnön mukaisessa menetelmässä on se, että ainoastaan verkon juurisolmulle annetaan (manuaalisesti) osoite ko. solmulaitetta asennettaessa. Muiden yksittäisten solmulaitteiden ei sen sijaan tarvitse tietää omaa osoitettaan (eli sijaintiaan) verkossa sil-25 loin, kun ne käynnistetään. Muut yksittäiset solmulaitteet tietävät ainoastaan sen, että niillä on tietty joukko point-to-point-yhteyksiä muihin solmuihin. Yksi näistä yhteyksistä on yhteys ko. solmulaitteen isäsolmuun puurakenteessa, mutta alkutilanteessa (solmun käynnistyessä) ei 30 solmun tarvitse tietää, mikä sen yhteyksistä on kyseinen yhteys.

Keksinnön mukaisen menetelmän periaatetta kuvataan seuraavassa kuvioon 1 viitaten. Ympyröillä kuvatut solmut muodostavat puumaisen hierarkkisen rakenteen, jonka juuri-35 solmua on merkitty viitemerkillä R. Solmujen välisiä linkkejä (eli siirtoyhteyksiä) on kuvattu nuolilla 103544 4 (tiedonsiirtoyhteydet ovat luonnollisestikin kaksisuuntaisia, nuolen suunta kuvaa osoitetunnisteiden lähetystä). Oleellista keksinnön kannalta on se, että verkko muodostaa puumaisen hierarkkisen rakenteen. Toisin sanoen, verkon 5 solmut ja niiden väliset yhteydet muodostavat asyklisen graafin (verkkoon ei muodostu silmukoita).

Juurisolmu R muodostaa jokaiselle yhteydelle tunnisteet esim. numeroimalla yhteydet nollasta eteenpäin tiettyä menetelmää käyttäen. Tämän jälkeen juurisolmu 10 lähettää jokaista yhteyttä pitkin ko. yhteyden tunnisteen. Kuvion esimerkkitapauksessa käytetään tunnisteina kokonaislukuja, joita on merkitty viitemerkeillä 0...N.

Kun mikä tahansa muu solmu paitsi juurisolmu (eli solmu X) on käynnistynyt ja yhteydet on muodostettu, solmu 15 X odottaa tietoa sijainnistaan jotakin yhteyttä pitkin.

Vaihtoehtoisesti solmu voi lähettää kyselyn naapurisol-muille. Kun solmu X vastaanottaa sijaintitiedon, se rekisteröi ko. yhteyden sinä yhteytenä, joka johtaa sen isäsol-muun puumaisessa verkkorakenteessa. Saatu sijaintitieto 20 koostuu sarjasta tunnisteita, joista ensimmäinen ilmoittaa, mitä yhteyttä pitkin päästään verkon juurisolmusta seuraavaan solmuun matkalla solmuun X. Seuraava tunniste ilmoittaa sen yhteyden, jonka kautta päästään mainitusta seuraavasta solmusta lähemmäksi solmua X, jne. Kuvion 25 esimerkissä on tunnisteet erotettu toisistaan pisteellä.

Vastaanotettuaan sijaintitiedon solmu X antaa tunnisteet (ennalta määrätyn menetelmän mukaisesti) kaikille muille yhteyksille paitsi sille, jolta sijaintitieto vastaanotettiin. Tämän jälkeen solmu X lähettää kutakin yh-30 teyttä pitkin sijaintitiedon, joka koostuu solmun omasta sijainnista (sama, jonka solmu X aikaisemmin vastaanotti) lisättynä ko. yhteyden tunnisteella.

Saadun sijaintitiedon pituus riippuu siis siitä, millä tasolla vastaanottava solmu sijaitsee puussa. Esim.

35 kuvion 1 esimerkissä, jossa tunnisteet ovat kokonaislukuja, jotka erotetaan toisistaan pistellä, vastaanottaa 103544 5 solmu AI sijaintitiedon 0 (nolla) juurisolmulta ja seuraa-valla tasolla oleva solmu B1 puolestaan sijaintitiedon 0.0 solmulta AI. Lähetetyt sijaintitiedot on merkitty kuviossa vastaavan linkin viereen.

5 Kun solmuun X tämän jälkeen muodostetaan uusia yh teyksiä, solmu jakaa niille tunnisteet (numeroi ne) ja lähettää niitä pitkin sijaintitiedon. Mikäli solmun X isäsolmusta vastaanotetaan uusi sijaintitieto, se lähetetään edelleen muita yhteyksiä pitkin, varustettuna ko.

10 yhteyden tunnisteella.

Kuvioissa 2a...2f on havainnollistettu keksinnön mukaisen menetelmän toimintaa tilanteessa, jossa solmut E, F ja G liittyvät verkkoon, jossa on jo toiminnassa solmut A...D (kuvio 2a). Kuvioissa on katkoviivoilla esitetty ne 15 solmut, jotka eivät vielä toimi. Toimivat solmut on esitetty yhtenäisellä viivalla, ja mikäli solmun sisälle on merkitty osoitetunniste, tietää solmu myös osoitteensa (eli sijaintinsa verkossa). Tyhjät solmut eivät siis tiedä vielä osoitettaan. Esimerkistä havaitaan, että menetelmä 20 toimii, vaikka solmut käynnistyisivät mielivaltaisessa järjestyksessä.

Kuvion 2a tilanteessa on lisättävistä solmuista käynnistynyt ainoastaan solmu F, mutta se on irti verkos-. ta, koska sen isäsolmu (solmu E) ei ole vielä käynnisty- 25 nyt. Kuvion 2b tilanteessa on solmu E käynnistynyt, jolloin se saa solmulta B osoitteen 0.1. Näin ollen solmu E tietää, että kyseinen yhteys johtaa sen isäsolmuun verkossa. Tämän jälkeen solmu E numeroi kaikki muut olemassa olevat linkit nollasta alkaen ja lähettää niitä pitkin 30 oman osoitteensa, jonka perään on lisätty ko. linkin nume-ro. Tässä esimerkkitapauksessa olemassa olevia linkkejä on vain yksi, joka saa siis numeron nolla ja jota pitkin lähetetään osoite 0.1.0. Tätä on havainnollistettu kuviossa 2c. Tämän jälkeen solmu F tietää osoitteensa (kuvio 35 2d). Kuvion 2e tapauksessa solmu G käynnistyy, jolloin sen isäsolmu (E) huomaa linkin "käynnistymisen" ja päivittää 103544 6 aktiivisten linkkien listaa antamalla sille ennalta sovitun numerointimenetelmän mukaisen numeron (ykkönen). Tämän jälkeen solmu E lähettää solmulle G tunnisteen 0.1.1 (oma osoite lisättynä ko. linkin tunnisteella). Lopputilantees-5 sa (kuvio 2f) kaikki solmut tietävät osoitteensa (sijaintinsa verkossa).

Linkkitunnisteiden jako voidaan toteuttaa monella eri tavalla. Numerointia ei kannata antaa siinä järjestyksessä, jossa linkit käynnistyvät, koska tällöin numerointi 10 ei anna mitään hyödyllistä lisäinformaatiota. Numeroinnissa voitaisiin noudattaa vaikkapa ilmansuuntia, esim. pohjoiseen päin johtavalle linkille voidaan antaa numero yksi ja etelään johtavalle linkille numero nolla. Toinen, käytännössä todennäköisempi vaihtoehto on suorittaa tunnis-15 teiden jako esim. siten, että katsottaessa laitetta tietystä suunnasta, esim. edestä päin tunnisteet muuttuvat valitussa suunnassa, esim. vasemmalta oikealle tai ylhäältä alaspäin.

Kuvion 3 vuokaavio kuvaa yksittäisen solmun toimin-20 taa. Solmun käynnistyttyä se on vaiheessa 31, jossa se odottaa osoiteviestiä ja linkkitapahtumaa. Verkon solmut voivat lähettää osoitetietoaan jatkuvasti, jolloin solmu saa osoitteen heti käynnistyttyään. Linkkitapahtumalla tarkoitetaan tässä yhteydessä solmun jonkin linkin katkea-25 mistä tai käynnistymistä. Vaihe 31 on käynnistymisvaihe, jossa ei suoriteta normaalia datan välitystä. Kun solmu havaitsee osoiteviestin (vaihe 32), tallettaa se vastaanotetun osoitteen ja ko. yhteyden tunnisteen, antaa tunnisteet muille käytössä oleville linkeille sekä lähettää 30 osoitteet lapsisolmuilleen (vaihe 34). Tämän jälkeen solmu « siirtyy normaalitilaansa (vaihe 35) , jossa se suorxttaa normaalia datan välitystä.

Mikäli solmu havaitsee vaiheessa 32 linkkitapahtu-man, se päivittää ylläpitämäänsä linkkilistaa (vaihe 33) 35 ja palaa takaisin vaiheeseen 31, josta päästään normaalitilaan vain sen jälkeen, kun osoite on vastaanotettu.

103544 7

Ollessaan normaalitilassa (vaihe 35) solmu voi havaita : a) lapsisolmun linkkitapahtuman (lapsisolmuun johtava linkki katkeaa tai syntyy linkki uuteen lapsisolmuun) 5 b) uuden osoiteviestin, mikäli verkossa tapahtuu muutoksia solmun yläpuolella (lähempänä juurisolmua), tai c) isäsolmuun johtavan linkin katkeamisen.

Tapauksessa a) solmu päivittää linkkilistaa ja lähettää uuden osoitteen, mikäli syntyi linkki uuteen lapsi-10 solmuun (vaihe 37) . Tapauksessa b) solmu siirtyy vaiheeseen 34, jossa se tallettaa vastaanotetun osoitteen ja ko. yhteyden tunnisteen, antaa tunnisteet muille käytössä oleville linkeille ja lähettää osoitteet lapsisolmuilleen. Tapauksessa c) solmu siirtyy takaisin käynnistysvaiheeseen 15 (vaihe 31) odottamaan uutta osoitetta isäsolmulta.

Edellä kuvatun kaltaista menetelmää käyttävän verkon solmu, joka voi olla esim. digitaalinen ristikytkentä-laite, voidaan toteuttaa käytännössä monin eri tavoin. Toteutustapa voi vaihdella esim. sen mukaan, missä solmun 20 ohjausosa (se osa, joka solmulaitteen toimintaa) sijaitsee. Kuviossa 4 on esitetty eräs korkean tason lohkokaavio solmulaitteen niistä osista, jotka ovat keksinnön kannalta oleellisia. Solmulla (jota on merkitty viitemerkillä N) on tässä tapauksessa neljä kaksisuuntaista yhteyttä (L1...L4) 25 naapurisolmuihin. Tässä esimerkkitapauksessa solmun ohjausosa CTRL on erillinen yksikkö, joka on yhteinen solmun kaikille liitäntäyksiköille IF. Solmu liittyy verkkoon liitäntäyksiköiden IF välityksellä, liitäntä voi olla esim. 2 Mbit/s PCM-liitäntä. Solmujen välillä käytettävä 30 siirtotapa ei ole keksinnön kannalta oleellinen; siirtota-• pana voidaan käyttää esim. mitä tahansa kehyspohjaista menetelmää.

Oleellista solmun kannalta on se, että osoitteiden käsittelyä hoitava osa (ohjausyksikkö CTRL) saa jokaiselta 35 liitäntäyksiköltä tiedon siitä, onko ko. linkki toiminnassa (eli onko vastaanotettava signaali kelvollinen). Tätä 8 103544 viestiä on kuviossa merkitty viitemerkillä CR (carrier). Viitemerkillä DATA on merkitty kunkin liitäntäyksikön IF ja ohjausyksikön välillä tapahtuvaa kaksisuuntaista datasiirtoa .

5 Kuviossa 5 on havainnollistettu tarkemmin ohjaus osan CTRL keksinnön kannalta oleellisia osia. Ohjausosan sisäänmenon muodostaa dekoodausyksikkö 51, joka saa liitäntäyksiköltä esim. kehyksen, jolle on liitäntäyksikössä suoritettu tarkistussumman laskenta. Dekoodausyksikkö 10 purkaa kehyksistä niiden sisältämät, yhteyskäytännön mukaiset tietoyksiköt PDU (Protocol Data Unit) ja välittää ne eteenpäin kytkentäyksikölle 53. Tietoyksiköt sisältävät tiedon vastaanotetun kehyksen tyypistä, kehyksen mahdollisesti sisältämän osoitteen ja kehyksen sisältämän datan.

15 Jos tyyppi on esim. normaali (normaali kehys), kytkentäyk-sikkö kytkee tietoyksiköt edelleen joko suoraan toiselle liitäntäyksikölle tai solmulaitteen muille osille. Lähe-tyssuunnassa muodostaa koodausyksikkö 52 lähtevän kehyksen tietoyksiköistä PDU.

20 Jos vastaanotettu kehys sisälsi osoiteinformaation, kytkentäyksikkö kytkee tietoyksikön osoitteiden käsittely-yksikölle 54, joka tallettaa vastaanotetun osoitteen muistialueelle Ml, jossa ylläpidetään solmun omaa osoitetta. Lisäksi käsittely-yksikkö ylläpitää isäsolmuun johtavan 25 linkin tunnistetta muistialueella M2 sekä muiden linkkien tunnisteita muistialueella M3, jossa voi olla tiedot myös siitä, mikä linkki on kulloinkin aktiivinen/passiivinen.

Edellä on kuvattu keksintöä sellaisena suoritusmuotona, jossa juurisolmu välitti naapurisolmulleen pelkäs- 30 tään kyseisen siirtoyhteyden tunnisteen. Juurisolmu voi • kuitenkin välittää siirtoyhteyden tunnisteen lisäksi oman osoitteensa. Jos siis juurisolmun osoite on kuviossa 1 esim. nolla, välittää se solmulle Ai tunnisteen 0.0, joka välittää solmulle B1 edelleen tunnisteen 0.0.0. Tässä 35 tapauksessa tulee siis välitettävästä osoitetunnisteesta yhtä tasoa pidempi kuin edellä.

103544 9

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella edellä ja oheisissa patenttivaatimuksissa esite-5 tyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. On esim. mahdollista, että isäsolmulta vastaanotettua osoitetunnistetta ei käytetä suoraan solmun omana osoitteena, vaan solmu muodostaa oman osoitteensa sen mukaan, mikä on isäsolmulta vastaanotettu osoitetunniste (prosessoimalla vastaanotta-10 maansa osoitetunnistetta ennalta määrätyllä tavalla siten, että lopputuloksena on uniikki osoitetunniste).

Claims (7)

10 103544

1. Menetelmä osoitteiden määrittämiseksi tietoliikenneverkon solmuissa, joka verkko käsittää useita solmuja 5 (A...G), jotka on kytketty toisiinsa siirtoyhteyksillä siten, että verkko muodostaa puumaisen rakenteen, jossa yksi solmuista on juurisolmu (A), jonka menetelmän mukaisesti solmut lähettävät toisilleen signaaleja, jotka si sältävät solmujen käyttämiä osoitetietoja, 10 tunnettu siitä, että - verkon juurisolmu (A) muodostaa uniikit osoite-tunnisteet kaikille käyttämilleen siirtoyhteyksille ja välittää kunkin osoitetunnisteen kyseistä siirtoyhteyttä pitkin naapurisolmulleen, ja 15. vastaanotettuaan osoitetunnisteen verkon muut solmut (a) muodostavat uniikit tunnisteet kaikille käyttämilleen siirtoyhteyksille, lukuunottamatta sitä yhteyttä, jolta ne vastaanottivat osoitetunnisteen, ja (b) lähettävät kyseisistä siirtoyhteyksistä kullekin osoitetunnis-20 teen, joka käsittää solmun itse vastaanottaman osoitetun nisteen ja kyseistä yhteyttä vastaavan tunnisteen, jolloin kukin solmu määrittää oman osoitteensa vastaanottamansa osoitetunnisteen avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että kukin solmu käyttää vastaanottamaansa osoitetunnistetta suoraan omana osoitteenaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että verkon juurisolmu välittää siirtoyhteyden osoitetunnisteen lisäksi oman osoitteensa • 30 naapurisolmulleen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunnisteina käytetään kokonaisluku j a.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että siirtoyhteyksien tunnisteet muodostetaan ennalta määrätyn periaatteen mukaisesti riip- 103544 11 punnatta siitä, missä järjestyksessä siirtoyhteydet käynnistyvät .

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunnisteet jaetaan sen mu- 5 kaan, mikä on siirtoyhteyden fyysinen sijainti solmulait-teessa.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että solmun lähettämä osoitetun-niste muodostetaan sarjamuotoon erottamalla solmun vas- 10 taanottama osoitetunniste siirtoyhteyden tunnisteesta ennalta määrätyllä erottimella. 103544 12