FI103548B

FI103548B - Vuonvalvontamenetelmä

Info

Publication number: FI103548B
Application number: FI961360A
Authority: FI
Inventors: Petri Mikkilae
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1999-07-15
Also published as: FI103548B1; FI961360A0; US6614807B1; FI961360A; AU2162397A; WO1997036410A1

Description

103548

Vuonvalvontamenetelmä

Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osan mukainen menetelmä datavuon valvomiseksi kerrostettujen tietoliikenneprotokollien yhteydessä. Keksintöä voidaan soveltaa periaatteessa minkä tahansa ker-rosmaisen tietoliikenneprotokollan yhteydessä, joskin sen edullinen käyttöympäristö on OSI-mallin mukaisesti toimiva 10 järjestelmä.

Avoin viitemalli eli OSI-malli (Open Systems Interconnection reference model) on kansainvälisen standardoimisjärjestö ISO:n (International Standards Organization) luoma standardi, jossa kuvataan ne käsitteet, joita käyt-15 täen määritellään tietokoneiden välinen kommunikaatio. OSI-mallin mukaisesti toimivia järjestelmiä kutsutaan avoimiksi järjestelmiksi.

Avoin viitemalli määrittelee kommunikoivan järjestelmän rakenteen ja toiminnot. Rakenteisuus perustuu loo-20 gisiin osiin eli kerroksiin (layers), joita on kuvion 1 mukaisesti yhteensä seitsemän kappaletta. Toiminnot jakau- ; tuvat laitteiden välisiin samalla kerroksella oleviin toimintoihin, joiden määrittelyjä kutsutaan protokolliksi, : ja laitteiden sisällä oleviin päällekkäisten kerrosten '·"· 25 välisiin toimintoihin eli palveluihin (service). Kerrosra- kenteen ideana on se, että muutokset yhdessä kerroksessa eivät aiheuta muutoksia muihin kerroksiin. Näin voidaan kerroskohtaisia standardeja kehittää toisistaan riippumat-ta.

• · · 30 OSI-mallin yksittäinen kerros käyttää hyväkseen • · « alemman kerroksen tarjoamia palveluja, jalostaa niitä ja ..’f* tarjoaa omia palvelujaan edelleen ylemmälle kerrokselle.

·...· Kaksi (N)-kerroksen oliota (entity), jotka sijaitsevat .·. : fyysisesti eri laitteissa kommunikoivat keskenään käyttäen 35 ko. kerroksen yhteyskäytäntöä (eli protokollaa). Tällaisia olioita kutsutaan toistensa vastinolioiksi (peer entity).

2 103548

Kuviossa 2 on havainnollistettu OSI-mallin kerrosten välistä toimintaa. (N+l)-kerroksen oliot saavat (N) -kerroksen palveluja (N)-kerroksen palvelupisteiden (N)-SAP (Service Access Point) kautta. (N+l)-olio voi olla saman-5 aikaisesti liitettynä yhteen tai useampaan (N)-SAP:iin, joka on puolestaan on kytkeytynyt yhteen (N)-olioon, eli yhdestä palvelupisteestä näkyy vain kerroksen yksi olio.

Kaksi eri laitteissa sijaitsevaa vastinoliota kommunikoi keskenään vaihtamalla (N)-kerroksen yhteyskäytän-10 nön mukaisia tietoyksiköitä PDU. Nämä sisältävät (N) -kerroksen yhteyskäytännön mukaista ohjaustietoa (Protocol Control Information, PCI) ja (N)-kerroksen käyttäjädataa. Koska PDU:t kuljetetaan järjestelmien välillä fyysisen yhteyden bittivirrassa, täytyy jokaiselle PDU:lie määri-15 teliä sen esitys bittijonona.

(N+l)-kerrokselta (N)-kerrokselle päin tapahtuvassa siirrossa (N+l)-PDU:t paloitellaan (kootaan päinvastaisessa siirtosuunnassa) (N)-palvelutietoyksiköiksi (N)-SDU (Service Data Unit), jotka kuljetetaan kerrosten välisen 20 rajapinnan yli (N)-kerroksen liitäntätietoyksiköissä (N)-IDU (Interface Data Unit). (N)-IDU sisältää liitännän ohjaustietoa (N)-ICI (Interface Control Information) ja kokonaisen (N)-SDU:n tai osan siitä. Liitäntätietoyksikkö : (N)-IDU siirretään (N)-SAP:n kautta (N)-kerrokselle, jossa '· '· 25 se puretaan jälleen (N)-SDU-osaksi ja ICI:ksi.

: (N)-kerroksella (N)-SDU voidaan jakaa yhteen tai • · · useampaan N-PDU:hun (N)-käyttäjädatana. Jos (N)-kerros ei suorita (N+l)-kerrokselta saamaansa SDU:n paloittelua useaan (N)-kerroksen PDU-tietoyksikköön, yksi (N)- • · · 30 kerroksen PDU vastaa ylemmältä kerrokselta saatua SDU:ta.

• · · (N)-kerroksen tarjoamat palvelut ylemmälle kerrok-..*·* selle näkyvät palvelupisteen (N)-SAP kautta. Nämä kerros- • I t ten väliset palvelut ovat abstrakteja, toteutuksesta riip-.·. : pumattomia toimintoja, joita kutsutaan palveluprimitii- _* ! 35 veiksi. (N)-palveluprimitiivit voidaan toteuttaa esim.

joukkona liitäntätietoyksiköitä (N)-IDU.

3 103548

Edellä on kuvattu OSI-mallia keksinnön jäljempänä esitettävän selityksen ja keksinnön taustalla olevan ongelman ymmärtämisen helpottamiseksi. Koska varsinainen keksintö ei kuitenkaan liity itse OSI-malliin, ei sitä 5 kuvata tässä yhteydessä tarkemmin. OSI-mallia on kuvattu esim. viitteessä Leena Jaakonmäki: Lähiverkko opas, ISBN 951-762-159-0, luku 2.2.1, josta lukija saa halutessaan tarkemman kuvauksen aiheesta.

Useimmissa OSI- tms. kerrosmallin protokollakerros-10 ten palvelurajapinnoissa ei kuitenkaan määritellä mekanismeja SDUriden virtauksen säätelyyn palvelurajapinnan yli. Toisin sanoen, sen paremmin palvelun käyttäjällä kuin sen tarjoajallakaan ei ole määriteltyä tapaa kieltäytyä vastaanottamasta SDU:ita tai rajoittaa niiden määrää. Kuiten-15 kin tämä toiminto on useimmiten toteutettava tavalla tai toisella (tai otettava sen puuttuminen huomioon).

Tunnetuissa implementaatioissa käytetyt menetelmät ovat varsin vaihtelevia. Jos kerrosten välinen vuonvalvonta on yleensä ollenkaan toteutettu, se on varsin primitii-20 vistä tasoa. Esimerkkinä mainittakoon primitiivi, jolla ilmoitetaan toiselle osapuolelle, että SDU:ita ei voida enää vastaanottaa (jolloin lähettävän kerroksen toiminta pysähtyy kokonaan). Samalla tai toisella primitiivillä ilmoitetaan, että SDU:ita voidaan taas vastaanottaa. Tämä * ♦ 25 menetelmä on varsin kömpelö ja tehoton arkkitehtuureissa, joissa kerrosten välinen kommunikointi on asynkronista (eli vastanottava kerros suorittaa puskurointia) ja primitiivin vaikutus ei ole välitön. Tunnetut kuittauksiin perustuvat menetelmät ovat myös tehottomia, koska vaadit- ♦ 30 tavat kuittaukset lisäävät oleellisesti liikenteen määrää.

» « ·

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada ai- ♦ ...Γ kaan parannus edellä esitettyyn epäkohtaan aikaansaamalla

« · I

uuden tyyppinen menetelmä datavuon valvomiseksi, kun kah-: den peräkkäisen kerroksen välillä siirretään dataa asynk- 35 ronisesti. Tämä päämäärä saavutetaan keksinnön mukaisella 4 103548 menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä kuvataan oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön ajatuksena on soveltaa kerrosten välisen vuon valvontaan "sliding window" -tekniikkaa, joka on 5 tunnettu kahden fyysisesti erillään olevan laitteen eli äärijärjestelmän (engl. end system) saman kerroksen olioiden välisestä kommunikoinnista. Keksinnön mukainen ratkaisu perustuu oivallukseen, että kerrostenvälinen kommunikointi on, puskurointiviiveestä johtuen, samantyyppistä 10 kuin kerrosten sisäinen peer-to-peer kommunikointi, jos kerrokset kommunikoivat keskenään asynkronisesti.

Keksinnön mukaisen ratkaisun ansiosta voidaan kerrosten väliset viiveet ja primitiivien puskurointi ottaa kätevästi huomioon. Samalla saadaan käyttöön myös SDU:iden 15 kuittausmekanismi, joka on hyödyllinen esim. muistinhallintaa ajatellen.

Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia suoritusmuotoja kuvataan tarkemmin viitaten kuvioiden 3 ja 4 mukaiseen esimerkkiin oheisissa piirustuksissa, joissa 20 kuvio 1 havainnollistaa OSI-mallin kerrosrakennet- /··. ta, , kuvio 2 havainnollistaa OSI-mallin kerrosten toi- . ' mintaa, kuvio 3 havainnollistaa keksinnön mukaista vuonval-25 vontamenetelmää, ja • · · '···" kuvio 4 havainnollistaa keksinnön mukaisessa mene- • · · *.* * telmässä käytettävää lähetysikkuna-käsitettä.

Tarkastellaan seuraavassa kerrosten (N+l) ja (N) * c · : : ^ välistä kommunikointia kuvioiden 3 ja 4 avulla. Oletetaan, 30 että kerrosten palvelurajapinnassa on määritelty primitii- *. vit DATA.request(data) ja DATA.indication(data). Primitii- villä DATA.request(data) (N+l)-olio voi vaatia (N)-oliota lähettämään yhden tietoyksikön, ja primitiivillä DATA, indication (data) (N)-olio voi vaatia (N+l)-oliota ·;··; 35 vastaanottamaan yhden tietoyksikön.

5 103548

Seuraavassa kuvataan ainoastaan DATA.request- primitiivien vuonvalvontaa. Tätä varten määritellään positiivinen kokonaisluku M. Jokaiselle DATA.request- primitiiville annetaan sarjanumero x alkaen esim. nollasta 5 siten, että kunkin DATA.request-primitiivin sarjanumero on yhtä suurempi, modulo M, kuin edellisen (eli, kun edellinen sarjanumero oli M-l, seuraavan sarjanumero on taas nolla).

Lähettäjänä toimivalle (N+l)-oliolle lisätään muut-10 tujat A ja B, joille annetaan alkuarvo nolla. Nämä muuttujat voivat saada arvoja nollasta arvoon M-l viimemainittu mukaanluettuna. Muuttujat A ja B määrittelevät (N+l)-olion lähetysikkunan, jota on havainnollistettu kuviossa 4, jossa lähetysikkunaa on merkitty viitemerkillä W. Lähety-15 sikkuna kiertää kuviossa myötäpäivään siten, että A määrää sen alkupisteen ja B loppupisteen (ikkunassa, joka ei ole kooltaan nolla on B aina edellä Aita). Lähetysikkunan koko voi siis vaihdella koko ajan.

Palvelurajapintaan lisätään primitiivi, jolla (N)-20 olio ilmoittaa (N+l)-oliolle, että a) (N)-olio on vastaanottanut ja prosessoinut DATA.request-primitiivit sarjanumeroon a asti (a poisluettuna) , ja b) (N)-olio voi vastaanottaa DATA.request-25 primitiivejä sarjanumeroon b asti (b poissuljettuna).

• · · *···* Kuvion 3 esimerkissä tätä primitiiviä on merkitty • · · *.* * viitemerkillä DATA.request.ack(a,b) . Vastaanottaessaan DATA.request.ack-primitiivin (N+l)-olio asettaa muuttujil- • e <.

y : le A ja B arvot a ja b, toisin sanoen parametri a päivit- :*i\· 30 tää suoraan muuttujaa A ja parametri b päivittää suoraan \ muuttujaa B.

”” Huomattakoon, että (N+l)-olio ei voi lähettää en- •;' simmäistäkään DATA.request-primitiiviä ennenkuin (N)-olio : on kasvattanut sen lähetysikkunaa DATA, request. ack- ·;··! 35 primitiivillä antamalla ainakin Bille nollasta poikkeavan arvon.

6 103548 DATA.request-primitiivin sarjanumero n (0 < n < ΜΙ) on lähetysikkunan sisällä, jos ja vain jos: A < n < B, kun A < B, 0 < n < B tai A < n < M, kun B < A, 5 ja lähetysikkunan ulkopuolella muussa tapauksessa.

Kuvion 4 esimerkkitapauksessa M=16, A=14 ja B=4 eli lähetysikkunan sisällä ovat arvot 0...3, 14 ja 15. Kuvioon on piirretty katkoviivalla myös toinen lähetysikkuna W' , joka syntyy lähetysikkunasta W siinä tapauksessa, että 10 vastaanottava kerros on vastaanottanut yhden DATA.request-primitiivin (A:n arvo on kasvanut yhdellä) ja vastaanottava kerros on antanut lähettävälle kerrokselle luvan kahden uuden lisäprimitiivin lähetykseen (B:n arvoa on kasvatettu kahdella).

15 Seuraavaksi lähetysvuorossa olevan DATA.request- primitiivin sarjanumerolle x pätee aina joko: a) x on lähetysikkunan sisällä, jolloin primitiivi voidaan lähettää, tai b) x = b, jolloin ko. primitiiviä ei voida lähet- 20 tää.

. Kullakin hetkellä jo lähetettyjen DATA.request- ' primitiivien status riippuu lähetysikkunan alarajasta a.

Mikäli lähetetyn DATA.request-primitiivin sarjanumero on lähetysikkunan ulkopuolella, ko. primitiivin katsotaan 25 olevan kuitattu (N)-olion toimesta, ja siihen liittyvät "···’ tietorakenteet voidaan purkaa.

• I r *.* ’ Vuonvalvonta toimii siis seuraavaan tapaan. Lähet tävän kerroksen huomatessa, että sillä on dataa lähetettä-: vänä se tutkii, mikä on seuraavana vuorossa oleva sarjanu- :Tr 30 mero. Mikäli kyseinen sarjanumero on lähetysikkunan sisällä, kiinnitetään se lähetettävään dataan ja kasvatetaan • · · samalla sarjanumeroa yhdellä. Viesti lähetetään siis sarjanumerolla varustettuna (kuten DATA.request-primitiivi edellä sarjanumerolla x varustettuna). Vastaanottava ker-\35 ros päivittää tiedon viimeisimmästä vastaanotetusta sarjanumerosta (eli antaa a:lie arvon x). Tätä arvoa käytetään 7 103548 vastaussanomassa siksi, kunnes vastaanotetaan seuraava viesti, jolloin a:n arvoa päivitetään jälleen vastaanotetulla x:n arvolla.

Vastaanottavan kerroksen lähettämän parametrin b 5 arvo riippuu puolestaan siitä puskuritilasta, joka vastaanottavalla kerroksella on kulloinkin käytettävissään. Koska puskuritilan määrä on kuitenkin sovelluskohtaista, ei parametrin b määritystä käsitellä tässä yhteydessä tarkemmin.

10 DATA.indication-primitiivien vuonvalvonta toimii vastaavalla tavalla, mutta (N)- ja (N+l)-olioiden roolit ovat vaihtuneet, koska lähetyssuunta on päinvastainen.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, 15 ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella edellä ja oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Edellä esitetyssä esimerkissä päivitti lähettävä kerros ikkunan alkupistettä sen jälkeen, kun se oli saanut kuittauksen vastaanottaval-20 ta kerrokselta. On myös mahdollista päivittää alkupistettä ' heti sen jälkeen, kun viesti on lähetetty (odottamatta kuittausta). Keksinnön kannalta ei myöskään ole mitään merkitystä sillä, luetaanko lähetysikkunan alku- ja/tai loppupisteitä vastaavat arvot kuuluviksi lähetysikkunaan . 25 vai ei.

• · « « * « • · « • * ψ * · « i · · • ' · » · » f · · · » • · ·

Claims

103548

1. Menetelmä datavuon valvomiseksi kerrostettua tietoliikenneprotokollaa käyttävässä laitteessa, jonka 5 menetelmän mukaisesti siirretään tietoyksikköjä kahden vierekkäisen kerroksen välillä asynkronisesti ja säädetään kerrosten välistä tiedonsiirtonopeutta tietoyksikköjen lähetystä ohjaamalla, tunnettu siitä, että 10 menetelmässä sovelletaan tunnettua "sliding window" -menettelyä siten, että lähetettävillä tietoyksiköillä on kullakin järjestysnumero (x) ja lähettävä kerros ylläpitää muuttuvasta joukosta järjestysnumeroja koostuvaa lähety-sikkunaa (W) ja suorittaa lähetettävänä olevan tietoyksi- 15 kön lähetyksen vain siinä tapauksessa, että kyseisen tietoyksikön järjestysnumero kuuluu mainittuun joukkoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetysikkunan alkupisteen muodostavaa arvoa (A) päivitetään vastaanottavan kerroksen 20 lähettämien järjestysnumeroarvojen (a) avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetysikkunan loppupisteen muodostavaa arvoa (B) päivitetään vastaanottavan kerroksen lähettämien järjestysnumeroarvojen (b) avulla.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, • · · *·!·1 tunnettu siitä, että laitteessa käytetään OSI- • · · • · « .1 · mallin mukaisia protokollakerroksia. • 1 • ( • · · • · • · · · · 103548