FI122292B

FI122292B - Menetelmä, järjestelmä ja verkko-olio puolenvaihdon suorittamiseksi

Info

Publication number: FI122292B
Application number: FI20021894A
Authority: FI
Inventors: Sixten Johansson
Original assignee: Tellabs Oy
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2011-11-15
Also published as: DE60302855T2; US8125893B2; EP1414203A3; CN1514604A; DE60302855D1; CN100592704C; US20050021628A1; FI20021894A; FI20021894A0; EP1414203B1; EP1414203A2

Description

Menetelmä, järjestelmä ja verkko-olio puolenvaihdon suorittamiseksi - Förfa- rande, anordning och nätelement for att utföra överkoppling

KEKSINNÖN ALA

5 Esillä oleva keksintö kohdistuu yleisesti tiedonsiirtoyhteydellä tapahtuvaan tiedonsiirtoon.

KEKSINNÖN TAUSTAA

Maailmanlaajuisten tietokoneverkkojen, kuten Internetin, muodostumisen myötä on syntynyt suuri määrä erilaisia tiedonsiirtomenetelmiä, joiden avulla näihin verkkoi-10 hin kytkeytyneet tietojenkäsittelylaitteet voivat viestiä keskenään. Tämä on synnyttänyt käyttäjille erilaisia liike- ja muita palveluja. Internetin suosio kasvoi räjähdysmäisesti 1990-luvun loppupuoliskolla. Lyhyen, vallankumouksellisen ja ylisanojen täyttämän ajanjakson aikana kuluttajien saataville tuli aivan uudenlaisia palveluja ja uudenlaista sisältöä. Samoin opeteltavaksi tuli uusia käsitteitä, kuten elektroninen 15 kaupankäynti, internet-palveluntarjoajat (ISP:t), portaalit, uusmedia, dotcom-yhtiöt ja jopa "uusi talous".

Monet tietojenkäsittelylaitteista, kuten yhteen kytketyistä tietokoneista, palvelimista ja reitittimistä, oli kuitenkin alun perin suunniteltu perinteiseen pakettipohjaiseen siirtoon, jossa tyypillisesti ei otettu huomioon reaaliaikaisia tapahtumia. Esimerkke-20 jä tällaisesta tiedonsiirrosta ovat www-sivut ja nettiselailu. Myös monet luotetut sovellukset, kuten verkkopankki, voitiin toteuttaa niin, etteivät mahdolliset viiveet haitanneet. Jopa nopeimmat tiedonsiirtomenetelmät, kuten ATM (Asynchronous ^ Transfer Mode), oli suunniteltu niiden suuresta tiedonsiirtonopeudesta huolimatta ^ melko viivesietoisiin ympäristöihin. Viime aikoina telekommunikaatioteollisuus on i § 25 keskittynyt siirtymiseensä kohti IP:n käyttöä telepalveluissa.

i

CD

^ Nämä laitteet kantavat kuitenkin viivesietoisen tiedonsiirron perintöä. Niinpä näissä £ laitteissa on yhä jäänteitä sellaisista elementeistä ja suunnittelusta, jotka väistämättä aiheuttavat tiedonkäsittelyn hitautta järjestelmätasolla ja viiveitä tiedonsiirrossa. ” Eräänä esimerkkinä tästä on se, että ne on pohjimmiltaan suunniteltu oleellisesti ei- § 30 reaaliaikaiseen eli viivesietoiseen käyttöön.

(M

Esimerkkinä tällaisesta lähestymistavasta on kuvassa 1 esitetty järjestelmä puolen-vaihtoprosessia varten. Tyypillisesti puolenvaihdon tarpeesta ilmoitetaan mikropro- 2 sessorien välityksellä. Kun työskentely-yhteys (W) vikaantuu, mikroprosessori (CPU) saa keskeytyspyynnön. Keskeytyspyynnön saatuaan työskentelypuolen CPU lähettää merkinantosanoman varmennuspuolen CPU:lle, joka sen jälkeen siirtää tällä yhteydellä siirrettävän liikenteen varmentavalle yhteydelle (P). Kuvan 1 järjestelmä 5 voi sisältää jonkin muunneltavan mikropiirin (IC), kuten asiakasmikropiirin (ASIC) mutta ei puolenvaihtoprosessia varten, ja mikroprosessorin läsnäolo on siinä välttämätön.

Perinteisen CPU-sanomanvaihtoon perustuvan puolenvaihdon haittapuoli on prosessin hitaus. Tämä on erityisen ongelmallista suurten yhteysmäärien ollessa kyseessä, 10 koska silloin suoritin joutuu käsittelemään suuren määrän keskeytyspyyntöjä. Tämän vuoksi ratkaisut eivät ole riittäviä reaaliaikaisuutta vaativalle liikenteelle tai yhteyksille. Lisäksi puolenvaihtoaika ei ole riittävän nopea oleellisesti reaaliaikapohjaisille yhteyksille, jotka tyypillisesti vaativat vaihtoa alle 50 ms:ssa.

Ottaen huomioon tietojenkäsittelylaitteiden järjestelmien ja niiden välisen tiedonsiir-15 ron erilaiset rajoitukset olisi suotavaa ratkaista nämä ja muut tekniikan tasoon liittyvät ongelmat tai lievittää niiden haittavaikutuksia. Näin ollen tarvitaan reaaliaikaisille sovelluksille sopiva puolenvaihto toiminnallisuus.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Nyt on keksitty reaaliaikaiseen käyttöön sopiva menetelmä, järjestelmä ja verkko-20 olio puolenvaihtotoiminnon suorittamiseksi.

Keksinnön ensimmäisen aspektin mukaisesti toteutetaan järjestelmä puolenvaihdon suorittamiseksi varmennetun tiedonsiirron periaatteiden mukaisessa dataliikenteessä, johon järjestelmään kuuluu tiedonsiirtoyksikön muunneltava integroitu piiri puo-o 25 lenvaihtotarpeen ilmaisemiseksi reaaliaikapohjaisessa dataliikenteessä mainitun ^ tiedonsiirtoyksikön varmennuspariyksikön muunneltavalle integroidulle piirille, o i 5¾ Keksinnön toisen aspektin mukaisesti toteutetaan verkko-olio puolenvaihdon suoritin tamiseksi varmennetun tiedonsiirron periaatteiden mukaisessa dataliikenteessä, jo-

CL

hon verkko-olioon kuuluu tiedonsiirtoyksikön muunneltava integroitu piiri puolen-g 30 vaihtotarpeen ilmaisemiseksi reaaliaikapohjaisessa dataliikenteessä mainitun tiedon- g siirtoyksikön varmennuspariyksikön muunneltavalle integroidulle piirille.

o cv

Keksinnön kolmannen aspektin mukaisesti toteutetaan menetelmä puolenvaihdon suorittamiseksi varmennetun tiedonsiirron periaatteiden mukaisessa dataliikenteessä, johon menetelmään kuuluu vaihe reaaliaikapohjaisessa dataliikenteessä ilmene 3 västä puolenvaihtotarpeesta ilmaisevan sanoman lähettämiseksi tiedonsiirtoyksikön muunneltavalta integroidulta pimitä mainitun tiedonsiirtoyksikön varmennuspariyk-sikön muunneltavalle integroidulle piirille.

Edullisessa järjestelyssä menetelmä, järjestelmä ja verkko-olio mahdollistavat vaih-5 tovarmennetun yhteyden, kuten LSP:n (Label Switched Path), puolenvaihdon suorittamisen (alle) 50 ms:ssa. Edullisen järjestelyn tarkoituksena on siirtää puolenvaihtoon liittyvät tehtävät CPU:lta laitteistotasolle (HW). Muunneltava mikropiiri (IC) käyttää jotakin tiedonsiirtoprotokollaa ilmoittaakseen puolenvaihdon tarpeesta kahden (tai useamman) yksikön välillä ilman CPU:n osallistumista. Muunneltava mik-10 ropiiri perustuu edullisesti ASIC-asiakaspiiriin tai ohjelmoitavaan FPGA-kenttä-matriisipiiriin (Field Programmable Gate Array).

Keksinnön suoritusmuodon etuna on, että se toteuttaa ratkaisun erittäin nopean puolenvaihdon, noin 2 μ$, suorittamiseksi, jolloin tuhansien yhteyksien puolenvaihto on mahdollista suorittaa alle 50 ms:ssa. Tämä on edullista kaikessa reaaliaikaisuutta 15 edellyttävässä dataliikenteessä.

Esillä olevan keksinnön ymmärtämisen helpottamiseksi viitataan seuraavaan selostukseen ja oheisiin piirustuksiin, ja keksinnön suojapiiri määritellään oheisissa patenttivaatimuksissa.

PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS

20 Keksintöä selostetaan esimerkinomaisesti viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuva 1 esittää puolenvaihtomenettelyä tekniikan tason mukaisessa järjestelmässä, kuva 2 esittää esimerkkinä 1+1-tyyppistä varmennusvaihtorakennetta, δ ^ kuva 3 esittää esimerkkinä järjestelmää puolenvaihtomenettelyn toteuttamiseksi 9 keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti, co

(M

x 25 kuva 4 esittää toisena esimerkkinä järjestelmää puolenvaihtomenettelyn toteuttami- “ seksi keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti,

CO

“ kuva 5 esittää vuokaaviona menetelmää puolenvaihdon toteuttamiseksi keksinnön

(M

§ erään suoritusmuodon mukaisesti, cv kuva 6 esittää verkkojärjestelmän erästä suoritusmuotoa, jossa sovelletaan keksin-30 nön periaatteita.

4 kuva 7 esittää esimerkkinä puolenvaihtoa 1+1-varmennetulla LSP-yhteydellä keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti.

SUORITUSMUOTOJEN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

Keksinnön edulliset suoritusmuodot toteuttavat menetelmän, järjestelmän ja verkko-5 olion vaihtovarmennetun yhteyden, kuten LSP:n (Label Switched Path), puolenvaihdon suorittamiseksi (alle) 50 ms:ssa. Edullisen järjestelyn tarkoituksena on siirtää puolenvaihtoon liittyvät tehtävät CPU:lta laitteistotasolle (HW). Muunneltava mikropiiri (IC) käyttää jotakin tiedonsiirtoprotokollaa ilmoittaakseen puolenvaihdon tarpeesta kahden (tai useamman) yksikön välillä ilman CPU:n osallistumista. Muun-10 neltava mikropiiri perustuu edullisesti ASIC-asiakaspiiriin tai ohjelmoitavaan FPGA-kenttämatriisipiiriin (Field Programmable Gate Array). Yksikkö, esimerkiksi varmennetun toimialueen kohteen työskentely-yksikkö, joka on havainnut vian, lähettää ns. varmennussanoman yksikön varmennuspariyksikölle. Varmennuspariyk-sikkö tulkitsee varmennussanoman ja aktivoi yhteyden varmennusyksikössä. Vaih-15 toehtoisesti varmennussanomaa voidaan käyttää myös tiedottamaan toiselle yksikölle, että yhteys toimii virheettömästi; eikä pelkästään ilmoittamaan varmennusyksi-kölle viallisesta yhteydestä.

Keksinnön suoritusmuodon soveltaminen reaaliaikaiseen tiedonsiirtoon on lisäksi edullisempaa kuin nykyisten VoIP-ratkaisujen (Voice over IP) käyttö, koska MPLS-20 ja Ethernet-pohjaisessa ratkaisussa määriteltyihin tunnuksiin (label) perustuva verkkoliikenteen tarkkailu on huomattavasti nopeampaa kuin nykyisessä VoIP-ratkai-sussa.

Yhteys käsittää toiminnallisen yhteyden lähteen ja kohteen välillä toisiinsa vaihto- varmennetun tiedonsiirron periaatteiden mukaisesti kytkettyjen tietojenkäsittelylait- o 25 teiden järjestelmässä. Edullisesti yhteys käsittää nopean IP-pohjaisen yhteyden eri cό tarkoituksiin, joita voivat olla esimerkiksi www-käyttö, sähköposti, tiedostojen siir- o ^ to, etäkoneyhteydet, uutisryhmien käyttö, hakemistopalvelut, verkonhallinta ja tie- ^ dostopalvelut. Esimerkkejä on selostettu OSI-mallissa. Edullisesti lähde ja kohde on £ kytketty valokuidun avulla. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää myös kaapelia, kuten 30 kuparikaapelikytkentää, tai radiolinkkikytkentää. Puolenvaihto kohdistuu käytössä “ olevaan yhteyteen, joka kärsii yhteysviasta tai tiedonsiirtovirheestä. Yhteysvika § lähteen ja kohteen välillä voi olla fyysinen tai toiminnallinen, ja se voi aiheutua

C\J

siitä, että jokin verkkoelementti menettää kykynsä siirtää käyttäjä- tai huolto- ja ylläpitotietoa (O AM).

5

Keksinnön joissakin suoritusmuodoissa käytetään muunneltavia mikropiirejä (IC). Asiakaspiiri (ASIC) on tiettyyn sovellukseen, esimerkiksi tietylle siirtoprotokollalle tai nk. kämmentietokoneelle, erityisesti suunniteltu mikrosiru. Tyypillisesti ASIC on verrattavissa yleismikropiireihin, kuten esimerkiksi PC-koneissa käytettäviin mikro-5 prosessoreihin ja RAM-muistisiruihin. Asiakaspiirejä käytetään monissa erilaisissa kohteissa, esimerkiksi autojen päästönvalvonnassa, ympäristön tilan tarkkailussa ja PDA-laitteissa (Personal Digital Assistant). ASIC voi olla valmiiksi tehty tietylle sovellukselle tai se voidaan valmistaa erityisvaatimusten mukaisesti (tyypillisesti jonkin komponenttikirjaston "rakennuspalikoista") tiettyä asiakassovellusta varten. 10 Mikroprosessorin puolenvaihtoprosessissa suorittama tiedonkäsittely voidaan edullisesti siirtää asiakaspiireille, jolloin vähennetään riippuvuutta mikroprosessorista esimerkiksi prosessointiajan suhteen. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää ohjelmoitavaa kenttämatriisipiiriä (FPGA). FPGA on mikropiiri, jota voidaan ohjelmoida kentällä valmistuksen jälkeen. FPGA:t ovat periaatteessa samanlaisia kuin ohjelmoita-15 vat kertakirjoittuvat lukumuistipiirit (PROM), mutta niiden käyttömahdollisuudet ovat merkittävästi laajemmat.

Seuraavassa esitetään vaihtovarmennuksen periaatteiden yksityiskohtia keksinnön eräiden suoritusmuotojen osalta.

Vaihto varmennus on täysin allokoitu varmennusmekanismi, jota voidaan käyttää 20 kaikissa topologioissa. Se on täysin allokoitu siinä mielessä, että varmennusolion reitti ja kaistanleveys on varattu valitulle työskentelyoliolle. Jotta varmennus toimisi työskentelyolion kaikissa mahdollisissa vikatilanteissa, on kuitenkin tiedettävä, että varmennusoliolla on täydellinen fyysinen diversiteetti kaikissa tavallisissa vikati-loissa. Tämä ei ehkä aina ole mahdollista.

^ 25 LSP-pohjainen rakenne voi olla tyyppiä 1+1, 1:1 tai 1:N, jotka kaikki ovat käyttöön kelpoisia keksinnön suoritusmuodossa.

CD

o ^ 1+1-tyypissä kullekin työskentelyoliolle on dedikoitu varmennusolio, ja työskente- 0X1 lyolio on sillattu varmennusolioon varmennetun toimialueen lähteessä. Työskentely- £ ja varmennusolion liikenne siirtyy yhtä aikaa varmennetun toimialueen kohteeseen, 30 jossa tapahtuu valinta työskentely- ja varmennusolion välillä tiettyjen ennalta määri -“ teltyjen kriteerien, kuten vianilmaisun, perusteella. Kuvassa 2 on esitetty esimerkki g 1+1 -arkkitehtuurista (200).

CM

1:1-tyypissä kullekin työskentelyoliolle on dedikoitu varmennusolio. Palveleva liikenne siirtyy joko työskentelyolion tai varmennusolion kautta. Menetelmä valinnan 6 suorittamiseksi työskentelyolion ja varmennusolion välillä riippuu mekanismista. Varmennusoliota voidaan käyttää kuljettamaan (ns.) "ylimääräistä liikennettä" silloin, kun sitä ei käytetä työliikenteen siirtoon.

Yksityiskohtaisempaa tietoa vaihtovarmennuksesta on esitetty standardiluonnokses-5 sa Y.1720 "Protection Switching for MPLS networks" COM 13-R 14-E June 2001, joka on sisällytetty tähän hakemukseen viitteenä.

Keksinnön joissakin suoritusmuodoissa käytetään reaaliaikaista tiedonsiirtoa. Reaaliaikaisuutta voidaan pitää tietokoneen vasteaikanopeutena, jonka käyttäjä aistii riittävän välittömäksi tai joka mahdollistaa sen, että tietokone pysyy jonkin ulkoisen 10 prosessin tahdissa (esimerkiksi säätilan visualisoimiseksi sen alati muuttuessa). "Reaaliaikainen" on adjektiivi, joka liittyy tietokoneisiin tai reaaliajassa toimiviin prosesseihin. Reaaliaikaisuus kuvastaa ihmisen, ei koneen, aikakäsitystä. Reaaliai-kapohjainen tiedonsiirto ja reaaliaikaiset yhteydet ovat tietoliikenteessä erittäin tärkeitä, erityisesti käytettäessä IP-sovelluksia.

15 Keksinnön eräissä suoritusmuodoissa käytetään MPLSiää (Multiprotocol Label Switching). MPLS on standardoitu tekniikka verkkoliikennevirran nopeuttamiseksi ja liikenteen hallinnan helpottamiseksi. MPLSissä muodostetaan tietty polku tietylle pakettijonolle, jonka jokaisessa paketissa on tunnus (label), jolloin säästyy aikaa, koska reitittimen ei tarvitse hakea seuraavan solmun osoitetta, johon paketti lähete-20 tään. MPLS on moniprotokollajärjestelmä, koska se toimii IP-protokollan, ATM-protokollan (Asynchronous Transport Mode) ja frame relay -verkkoprotokollien kanssa. Viitaten verkon standardimalliin (OSI-malliin; Open Systems Interconnection), MPLS mahdollistaa useimpien pakettien edelleenlähettämisen tasolla 2 (kytkentä) tason 3 (reititys) asemesta. Sen lisäksi, että MPLS nopeuttaa liikennettä ^ 25 yleensä, se myös helpottaa verkonhallintaa palvelun laadun (QoS) suhteen. Näistä ^ syistä tämän tekniikan odotetaan yleistyvän nopeasti, kun verkot alkavat siirtää i o enemmän ja erityyppistä liikennettä.

i

CD

Keksintöä voidaan soveltaa monenlaisissa verkoissa (ei pelkästään MPLSissä), jois-£ sa käytetään puolenvaihtotyyppistä mekanismia yhteyden varmennukseen. Esimer- 30 kiksi sitä voidaan käyttää hyvin nopean tiedonsiirron tarjoavassa Ethemet-poh-t2 jäisessä verkkoliikenteessä. Fast Ethernet mahdollistaa 100 Mbit/s siirtonopeuden ja § sitä käytetään tyypillisesti LAN-, WAN- ja MAN-mnkoverkoissa, ja se tukee verk- C\| kokortilla varustettuja työasemia. Gigabit Ethernet tarjoaa vielä paremman runko-verkkotuen 1000 Mbit/s siirtonopeudellaan (= 1 gigabitti eli 1 miljardi bittiä sekun- 7 nissa). 10-Gigabit Ethernet mahdollistaa siirtonopeuden, joka on jopa 10 miljardia bittiä sekunnissa.

Fast Ethernet on lähiverkon (LAN) siirtostandardi, joka mahdollistaa 100 Mbit/s nopeudella tapahtuvan tiedonsiirron. Sitä voidaan myös käyttää laajemman alueen 5 WAN- ja MAN-verkoissa (Wide Area Network; Metropolitan Area Network). Fast Ethernet -verkkoon voidaan liittää myös työasemia, joissa on 10 Mbit/s Ethernet-kortti. (100 Mbit/s on jaettu siirtonopeus; 10 Mbit/s kortti rajoittaa siirtonopeutta kullekin työasemalle.)

Gigabit Ethernet -siirtotekniikka perustuu lähiverkoissa (LAN) käytettävään Ether-10 net-kehysrakenteeseen ja -protokollaan ja mahdollistaa siirtonopeuden, joka on miljardi bittiä (1 gigabitti) sekunnissa. Sitä voidaan myös käyttää laajemman alueen WAN- ja MAN-verkoissa. Gigabit Ethernet on määritelty standardissa IEEE 802.3, ja sitä käytetään nykyään runkona monissa yritysverkoissa. Gigabit Ethemetin fyysisenä siirtovälineenä on pääasiallisesti valokuitu (joskin hyvin lyhyitä etäisyyksiä 15 voidaan toteuttaa kuparillakin). Olemassa olevat 10 ja 100 Mbit/s -kortteihin perustuvat Ethernet-lähiverkot voivat syöttää dataa Gigabit Ethernet -runkoverkkoon. Gigabit Ethernetin kanssa kilpaileva vaihtoehtoinen tekniikka on ATM.

Käyttöön on tulossa myös uudempi standardi, 10-Gigabit Ethernet. Tämä standardi, IEEE 802.3ae, määrittelee kehittyvää tiedonsiirtotekniikkaa, joka mahdollistaa data-20 siirron nopeudella 10 miljardia bittiä sekunnissa. 10-Gigabit Ethernet, joka perustuu useimmissa nykyisissä lähiverkoissa (LAN) käytettävään Ethemet-tekniikkaan, on nk. "disruptiivinen" tekniikka, joka mahdollistaa tehokkaamman ja vähemmän kalliin keinon siirtää dataa verkkojen välisillä runkoyhteyksillä sekä tarjoaa yhtenäisen tekniikan yhteyden päästä päähän. Valokuidun avulla 10-Gigabit Ethernet voi kor-25 vata nykyisiä verkkoja, jotka käyttävät ATM-kytkimiä ja SONET-multipleksereitä ° OC-48 SONET -renkaassa, yksinkertaisemmalla 10-Gigabit Ethernet -kytkimiä § käyttävällä verkolla ja samalla nostaa tiedonsiirtonopeutta 2,5 Gbps:stä 10 gigabit- g> tiin sekunnissa. 10-Gigabit Ethernet -tekniikkaa käytetään LAN-, WAN- ja MAN- x verkkojen välillä. 10-Gigabit Ethernet käyttää tunnettua IEEE 802.3 Ethernet MAC- 30 protokollaa (Media Access Control) sekä sen kehysmuotoa ja -kokoa. Kuten Fast g Ethernet ja Gigabit Ethernet, myös 10-Gigabit Ethernet käyttää full-duplex- c\i tiedonsiirtoa, joka mahdollistaa huomattavan etäisyysalueen. Monimuotokuidulla

O

^ 10-Gigabit Ethernet tukee etäisyyksiä aina 300 metriin saakka; yksimuotokuidulla se tukee etäisyyksiä aina 40 kilometriin saakka. Pienemmät Gigabit Ethernet -verkot 35 voivat toimia datan syöttäjinä 10-Gigabit Ethernet -verkkoon.

8

Kuva 3 esittää esimerkkinä järjestelmää puolenvaihtomenettelyn toteuttamiseksi keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti. Kuvan 3 esimerkkijärjestelmä käsittää kaksi yksikköä, joita myös verkko-olioiksi kutsutaan: Varmennetun yhteyden työskentely-yhteyttä varten yksikkö (300), joka toimii kohteena, ja varmennetun yhtey-5 den varmennusyhteyttä varten varmennuspariyksikkö (302), joka myös toimii kohteena. Molemmissa yksiköissä (300, 302) on asiakaspiiri (ASIC) puolenvaihtomenettelyn suorittamiseksi. Lisäksi molemmissa yksiköissä (300, 302) voi olla mikroprosessori (CPU) yksikön keskitettyä ohjausta varten. Asiakaspiirit voivat kuitenkin olla riippumattomia CPU:sta ja toimia itsenäisesti. Yksikkö (300) havaitsee yhteys-10 vian. Yksikkö (300) lähettää varmennussanoman varmennuspariyksikölle (302). Varmennuspariyksikkö (302) vastaanottaa ja tulkitsee varmennussanoman. Sano-manvaihto tapahtuu asiakaspiirien välillä, eikä CPU:n osallistumista tarvita. Varmennuspariyksikkö (302) aktivoi yhteyden varmennusyksikössä (302).

Kuva 4 esittää toisena esimerkkinä järjestelmää puolenvaihtomenettelyn toteuttami-15 seksi keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti. Kuvan 4 esimerkissä on esitetty 14 korttia (Card#0, Card#l, ... Card#13), jotka ovat vaihtovarmennusjärjestelmässä kohdepäässä käytettäviä asiakaspiiriin perustuvia kortteja. Korttien määrä on valittu satunnaisesti, ja kullakin kortilla voi olla mikä tahansa satunnainen määrä yhteyksiä. Kortti Card#0 havaitsee yhteysvian. Card#0 lähettää varmennussanoman (400) kor-20 tille Card#l ilmoittaakseen, että kortin Card#0 yhteys on vikaantunut. Kortti Card#l voi toimia osana varmennuspariyksikköä, ja Card#0 voi toimia osana työskentely-yksikköä. Kortteja voidaan vaihtoehtoisesti nimittää yksiköiksi. Kortit voivat olla riippumattomia kohteen CPU:sta ja ne pystyvät toimimaan itsenäisesti. Kortti Card#l vastaanottaa ja tulkitsee varmennussanoman. Kortti Card#l aktivoi yhteyden 25 varmennusyksikössä.

^ Kuva 5 esittää vuokaaviona menetelmää puolenvaihdon suorittamiseksi keksinnön ^ erään suoritusmuodon mukaisesti. Vaiheessa 500 havaitaan yhteysvika yksikössä.

9 Havaitseminen voi tapahtua kummassa tahansa yksikössä, työskentely- tai varmen- oj nusyksikössä. Vian havainnut yksikkö lähettää varmennussanoman varmennuspa- | 30 riyksikölle vaiheessa 502. Varmennuspariyksikkö vastaanottaa sanoman vaiheessa 504. Sanoma välitetään ASIC-pohjaisella yhteydellä yksiköiden välillä. Varmennus-§ pariyksikkö tulkitsee sanoman. Vaiheessa 506 varmennuspariyksikkö aktivoi yhteytä den varmennusyksikössä. Työskentely-yksikkönä voi toimia kuvan 3 yksikkö (300), o ^ ja varmennusyksikkönä voi toimia kuvan 3 yksikkö (302). Vastaavasti esimerkiksi 35 kortti Card#0 voi olla osa työskentely-yksikköä, ja kortti Card#l voi olla osa var-mennusyksikköä.

9

Kuva 6 esittää keksinnön periaatteita soveltavaa verkkojärjestelmän suoritusmuotoa. Kuvan 6 esimerkissä käytetään varmennettua yhteyttä, ja se perustuu 1+1-vaihtovarmennukseen. Toiminnallinen työyhteys (W) ja toiminnallinen varmennus-yhteys (P) liittävät solmun 1 solmuun 2 edullisesti nopeiden datasiirtovälineiden 5 kautta. Edullisesti käytetään valokuituun perustuvia datasiirtolinjoja. Vaihtoehtoisesti voidaan myös käyttää esimerkiksi kuparikaapelia tai radiolinkkiyhteyksiä. Tyypillisesti tiedonsiirtovälineet muodostavat IP-pohjaisen verkkoyhteyden rungon. Kuvan 6 mukainen järjestelmä voi toimia laajana runkoverkkona, joka käyttää IP-protokollaa tietoliikennepalveluissaan, ja MPLS:ää voidaan käyttää tällaisen verkon 10 kantajana. Solmut 1 ja 2 voivat olla dataverkoissa toimivia tietojenkäsittelylaitteita kuten palvelintietokoneita. Solmut 1 ja 2 on kytketty toisiinsa reitittimillä 1, 2 ja 3, 4, mahdollisesti myös ristiin. Solmujen välille on muodostettu LSP-polku reitittimien kautta. Kuvan 6 datapaketeissa on segmenttitunnus (20, 30, 40) polun eri segmenteille, tunnus (50) ja OAM-paketit (14). Datavirta muodostetaan solmussa 1.

15 Näin ollen solmu 1 toimii LSP:n lähde-LSR-reitittimenä (Label Switched Router). Virta ja LSP-polku päätyvät lopulta solmuun 2. Näin ollen solmu 2 toimii LSP:n kohde-LSR:nä. Datavirran tarkkailu tapahtuu edullisesti kohteessa. Vaihtoehtoisesti tarkkailu voi tapahtua verkkoreitittimissä kuten kohde-LSR, joka ei välttämättä toimi lopullisena vastaanottavana päänä vaan voi välittää virtaa eteenpäin.

20 Kuva 7 esittää esimerkkinä puolenvaihtoa 1+1-varmennetulla LSP-yhteydellä keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti. Kuvan 7 esimerkissä käytetään 1+1-varmennettua yhteyttä, missä puolenvaihto tapahtuu periaatteessa kohteessa. Tyypin 1:1 tai 1:N -varmennuksessa puolenvaihto tapahtuu periaatteessa lähteessä. Vaiheessa 700 molemmat yhteydet (työskentely-yhteys (W) ja varmennusyhteys (P)) toimivat 25 normaalisti, joten yhteyksien tila on OK. Yksikössä Unit#0 Activity-tila on "1", jolloin liikenne pääsee läpi, ja yksikössä Unit#l Activity-tila on "0", jolloin liikenne o ei pääse läpi. Vaiheessa 701 työskentely-yhteys vikaantuu. Näin ollen työskentely- cö yhteydellä tapahtuu yhteysvirhe. Yksikkö Unit#0 havaitsee virheen ja ilmoit-

O

^ taa/lähettää sanoman (400) yksikölle Unit#l. Edullisesti tarkkailuja sanomanvaihto ^ 30 tapahtuu yksikköjen asiakaspiirien välillä ilman CPU:n osallistumista. Vaiheessa £ 702 työskentely-yhteydellä on vika ja varmennusyhteys on aktiivinen. Yksikkö ^ Unit#l on vastaanottanut sanoman (400) ja puolenvaihto suoritetaan kohteessa.

t2 Yksikössä Unit#0 Activity-tila on "0", jolloin liikenne ei pääse läpi, ja yksikössä § Unit#l Activity-tila on " 1", jolloin liikenne pääsee läpi.

c\i 35 Vaikka edellä on selostettu, että varmennussanomalla ilmoitetaan puolenvaihdon tarpeesta yhteysvian tapauksessa, niin vaihtoehtoisesti varmennussanomaa voidaan 10 käyttää myös tiedottamaan toiselle yksikölle, että yhteys toimii virheettömästi; eikä pelkästään ilmoittamaan varmennusyksikölle viallisesta yhteydestä.

Kuvan 5 mukaisen esimerkkimenetelmän vaiheet voidaan toteuttaa järjestelmässä, verkko-oliossa ja tietokoneohjelmatuotteessa. Näin ollen menetelmää voidaan sovel-5 taa kuvien 3, 4, 6 ja 7 esimerkkitapauksissa.

Suoritusmuodot on selostettu asiakaspiireihin perustuvina. On huomattava, että yhtä hyvin voidaan käyttää FPGA:han perustuvaa ratkaisua.

Edellä on selostettu keksinnön eräitä toteutuksia ja suoritusmuotoja. Alan ammattilaiselle on selvää, että keksintö ei rajoitu edellä selostettujen suoritusmuotojen yksi-10 tyiskohtiin vaan se voidaan toteuttaa keksinnön tunnuspiirteistä poikkeamatta myös muiden vastaaviin välineisiin perustuvien suoritusmuotojen avulla. Keksinnön suo-japiiriä rajoittavat vain oheiset patenttivaatimukset. Näin ollen patenttivaatimusten määrittelemän keksinnön vaihtoehtoiset toteutukset kuuluvat myös keksinnön suo-japiiriin.

15 δ cv ώ o 05 cv

X

cc

CL

05 00

CV

O

CV

Claims

1. Järjestelmä (300, 302) tiedonsiirron puolenvaihdon suorittamiseksi vaihto varmennetun tietoliikenteen periaatteiden mukaisesti, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu tiedonsiirtoyksikön (300) muunneltava mikropiiri reaaliaikai-5 suuteen perustuvassa tietoliikenteessä ilmenevän puolenvaihtotarpeen (400) ilmoittamiseksi mainitun tiedonsiirtoyksikön varmennuspariyksikön (302) muunneltavalle mikropiirille.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, joka toteuttaa yksiköiden välisen sanomanvaihdon ilman mikroprosessorin (CPU) osallistumista.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, jossa muunneltava mikropiiri käsittää ainakin toisen seuraavista: ASIC-asiakaspiiri ja ohjelmoitava FPGA-kenttämatriisipiiri (Field Programmable Gate Array).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, jossa vaihtovarmennus käsittää varmennetun, työskentely-yhteyteen ja varmennusyhteyteen perustuvan LSP:n.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, jossa mainittu yksikkö käsittää LSP-työskentely-yhteyttä vastaavan työskentely-yksikön ja varmennuspariyksikkö käsittää LSP-varmennusyhteyttä vastaavan varmennusyksikön.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, jossa ilmoitus käsittää varmen-nussanoman sen tiedon välittämiseksi, että vastaanottavan yksikön tiedonsiirto on 20 vikaantunut tai vikaantumaton.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, jossa reaaliaikaisuuteen perustu- ^ va dataliikenne käsittää että puolenvaihto tapahtuu alle 50 millisekunnissa yhteysvi- ^ an ilmenemisestä. to o g>

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, jossa datasiirrossa käytetään re- x 25 aaliaikaisille tietoliikennepalveluille ainakin yhtä seuraavista: Internet-protokolla, Ethernet j a MPLS. 05 $2

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, jossa dataliikenteen kantajana § käytetään MPLS-tunnuskytkentätekniikkaa (Multiprotocol Label Switching). c\i

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, jossa MPLS toimii IP-pohjaisen 30 dataliikenteen runkoverkkona.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, jossa reaaliaikaisuuteen perustuva dataliikenne on sellaista, että ihminen aistii reaaliaikaiseen dataliikenteeseen perustuvan sovelluksen oleellisesti välittömäksi.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, jossa tiedonsiirto tapahtuu läh-5 teenä toimivan tietojenkäsittelyolion ja kohteena toimivan tietojenkäsittelyolion välillä.

13. Verkko-olio (300, 302) vaihtovarmennetun tietoliikenteen periaatteiden mukaisen tiedonsiirron puolenvaihdon suorittamiseksi, tunnettu siitä, että verkko-olioon kuuluu tiedonsiirtoyksikön (300) muunneltava mikropiiri reaaliaikai-10 suuteen pemstuvan tietoliikenteen puolenvaihto tarpeen (400) ilmoittamiseksi mainitun tiedonsiirtoyksikön varmennuspariyksikön (302) muunneltavalle mikropiirille.

14. Muunneltava mikropiirikortti puolenvaihdon suorittamiseksi vaihtovarmennetun tiedonsiirron periaatteiden mukaisessa dataliikenteessä, joka dataliikenteessä käytettävä muunneltava mikropiirikortti on järjestetty ilmoittamaan reaaliaikaisuu- 15 teen perustuvan dataliikenteen puolenvaihdon tarpeesta (400) mainitun dataliiken-nekortin varmennusparikortin muunneltavalle mikropiirille.

15. Menetelmä vaihtovarmennetun tietoliikenteen periaatteiden mukaisen tiedonsiirron puolenvaihdon suorittamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmään kuuluu vaihe, jossa 20 lähetetään ilmoitus puolenvaihtotarpeesta (400) reaaliaikaisuuteen perustuvassa dataliikenteessä tiedonsiirtoyksikön (300) muunneltavalta mikropiiriltä mainitun tiedonsiirtoyksikön varmennuspariyksikön (302) muunneltavalle mikropiirille.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, joka lisäksi ennen ilmoituksen cö lähettämisvaihetta käsittää vaiheen, jossa havaitaan dataliikenteen yhteysvika yksi en ^ 25 kössä. C\l ir

17. Patenttivaatimusten 15-16 mukainen menetelmä, joka lisäksi käsittää vaiheen, ^ jossa vastaanotetaan ilmoitus tarpeesta varmennuspariyksikössä ja suoritetaan puo- oo lenvaihto aktivoimalla tiedonsiirto varmennuspariyksikössä. CM O £3

18. Tietokoneohjelmatuote, joka käsittää tietojenkäsittelyjärjestelmän suoritetta- 30 vissa olevista käskyistä koostuvan ohjelman vaihtovarmennetun tiedonsiirron periaatteiden mukaisen tiedonsiirron puolenvaihdon suorittamiseksi, johon tietokoneoh-jelmatuotteeseen kuuluu: tietokoneohjelmakoodi, joka saa järjestelmän lähettämään ilmoituksen reaaliaikaisuuteen perustuvan tiedonsiirron puolenvaihdon tarpeesta (400) tiedonsiirtoyksikön (300) muunneltavalta mikropiiriltä mainitun tiedonsiirtoyksikön varmennuspariyk-sikön (302) muunneltavalle mikropiirille. 5 δ cv CD O O) (M X en CL cn oo δ o o cv