HU216033B - Híradástechnikai kapcsolóelrendezés digitális adatok kapcsolásához aszinkron átviteli rendszerekben - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya híradástechnikai kapcsőlóelrendezés digitálisadatők kapcsőlásáhőz aszinkrőn átviteli rendszerekben, az elrendezéslegalább egy bemenő csatőrnájáról (1–1, 1–N) egy kimen csatőrnájára(2), amely digitális adatők fejléccel ellátőtt adatblőkkőkból állnak,a kapcsőlóelrendezésnek egy tárőló bűffer mezője (9) van atővábbítandó adatblőkkők számára, valamint a tővábbítand adatblőkkőkategy azők fejlécében levő adőtt bit (CLP) értéke szerint az alacsőnyveszteségű LL adatblőkkők számára fenntartőtt részbe (LL), vagy a kiskésleltetésű LD adatblőkkők számára fenntartőt részbe (LD) rendelőkapcsőlója (8) és kapcsőlóvezérlője (6) van, végül a bűffer mezőből(9) adatblőkkőkat kiőlvasó egysége van. A találmány értelmében a közösbűffer mező (9) legalább két részből áll: egy kis késleltetésű LDadatblőkkők számára fenntartőtt részből (LD), és egy alacsőnyveszteségű LL adatblőkkők számára fennta tőtt részből (LL); amikőr abűffer mező (9) tele van, és egy LL adatblőkk van a bemenő csatőrnák(1–1, 1–N) valamelyikénél, akkőr a számára való helybiztősításhőz egyLD adatblőkkőt lecserélő kialakí ású kapcsőlója (8) éskapcsőlóvezérlője (6) van; és a bűffer mezőből (9) adatblőkkőkatkiőlvasó egysége egy őlyan blőkkszerver (7), amely abban az esetben,ha az LL adatblőkkők darabszáma a száműkra enntartőtt részben (LL) nemnagyőbb egy beállítőtt küszöbértéknél, akkőr a kis késleltetésű LDadatblőkkők számára fenntartőtt részből (LD) őlvasó, míg ellenkezőesetben az alacsőny veszteségű (LL) a atblőkkők számára fenntartőttrészből (LL) őlvasó kialakítású. ŕ

Description

A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 3 lap ábra)

HU 216 033 Β blokkok számára fenntartott részből (LD), és egy alacsony veszteségű LL adatblokkok számára fenntartott részből (LL); amikor a buffer mező (9) tele van, és egy LL adatblokk van a bemenő csatornák (1-1, 1-N) valamelyikénél, akkor a számára való helybiztosításhoz egy LD adatblokkot lecserélő kialakítású kapcsolója (8) és kapcsolóvezérlője (6) van; és a buffer mezőből (9) adatblokkokat kiolvasó egysége egy olyan blokkszerver (7), amely abban az esetben, ha az LL adatblokkok darabszáma a számukra fenntartott részben (LL) nem nagyobb egy beállított küszöbértéknél, akkor a kis késleltetésű LD adatblokkok számára fenntartott részből (LD) olvasó, míg ellenkező esetben az alacsony veszteségű (LL) adatblokkok számára fenntartott részből (LL) olvasó kialakítású.

A találmány tárgya híradástechnikai kapcsolóelrendezés digitális adatok kapcsolásához aszinkron átviteli rendszerekben, az elrendezés legalább egy bemenő csatornájáról egy kimenő csatornájára. A digitális adatok fejléccel ellátott adatblokkokból állnak. A kapcsolóelrendezésnek egy tároló buffer mezője van a továbbítandó adatblokkok számára, valamint a továbbítandó adatblokkokat egy, azok fejlécében levő adott bit értéke szerint az alacsony veszteségű LL adatblokkok számára fenntartott részbe, vagy a kis késleltetésű LD adatblokkok számára fenntartott részbe rendelő kapcsolója és kapcsolóvezérlője van, végül a buffer mezőből adatblokkokat kiolvasó egysége van.

Ilyen kapcsolóelrendezés jól használható a nagy sebességű csomagkapcsolt hírközlési eljárásoknál, amelyek utalva az aszinkron átvitelre, elterjedten ATM (Asynchronous Transfer Mode) rövidítéssel szerepelnek a nemzetközi szakirodalomban. Az ATM előnye, hogy különböző adatforrásokhoz különböző sávszélességeket lehet általa rendelni.

A nagy sebességű csomagkapcsolt hírközlési eljárások kétségkívül lehetővé teszik a vegyes forgalmú átviteli csatornák flexibilis kialakítását, ahol például audio-, videó- és adatjelek egyaránt átvitelre kerülhetnek. Annak köszönhetően, hogy az egyes jelforrásokhoz sztochasztikus sávszélességértékek vannak hozzárendelve, első pillantásra nem lehet megállapítani, hogy vajon a rendelkezésre álló átviteli és kapcsoló eszközök az adatátvitelre kellő mértékben ki vannak-e használva. A nagy sebességű csomagkapcsolt hálózatok fő előnye éppen a nagyfokú flexibilitásban rejlik, abban, hogy különféle adatforgalmú átviteli csatornák kiszolgálására képes. A jelen találmány célkitűzése éppen egy ilyen vegyes forgalmú átviteli csatornák kiszolgálására alkalmas ATM rendszer, amely a jelenlegieknél hatékonyabban használja ki a rendelkezésre álló csatornakapacitást.

A találmány azon alapul, hogy egyes források kis késleltetést tesznek szükségessé, míg mások alacsony valószínűségű információvesztést követelnek meg az egyes ATM adatblokkokra. A CCITT 1.361 számú ajánlása (ATM felületspecifikáció B-ISDN-hez, 1990. január) szerint az egyes ATM adatblokkok fejléce tartalmaz egy úgynevezett CLP bitet (Cell Loss Priority), amely lehetővé teszi a két adatblokktípus megkülönböztetését.

Az ATM hálózatok felhasználó számára nyújtott teljesítőképességét elsősorban az adatblokk-elfogadási valószínűség határozza meg. Az ismert forrásallokációs eljárásoknál akkor kerül egy ATM kapcsolat elfogadásra, ha annál az összegzett bemenőoldali forgalom esetén is az adatblokk-vesztési valószínűség egy megszabott maximumérték alatt marad. Ezeknél az ismert eljárásoknál az adatblokkok várható késleltetése nem bír számottevő jelentőséggel. Bizonyos esetekben nagyobb adatblokk-vesztési valószínűség is elfogadható, ekkor ezt az adatblokk fejlécében például a CLP bit adhatja meg. Vezessük be most az adatforgalom két osztályba való besorolását. Az első osztályba tartozzon mindazon átvitel, illetőleg adatforgalom, amely alacsony adatblokk-vesztési valószínűséget követel meg, míg a másik osztályba tartozzon mindazon átvitel, illetőleg adatforgalom, amelynél az adatblokk-vesztési valószínűség jelentősebb, viszont a késleltetés csekély.

Azon forrásoknál, amelyeknél az információáram egy aszinkron átviteli hálózaton való áthaladása után annak időzítését tekintve helyes visszaállítása követelmény, előny a kis késleltetés. Ez abból adódik, hogy a végberendezésben lévő jittermentesítő buffer tár méretét kisebbre lehet választani, ha az átviteli hálózat kis késleltetés értékkel rendelkezik. Azon forrásoknál ellenben, amelyeknél az információáram hibamentes rekonstruálhatósága az elsődleges követelmény, az alacsony adatblokk-vesztési valószínűséget kell előnyben részesítenünk. Az utóbbi hibamentes rekonstruálhatósági követelményre példa lehet a (gépek közötti) adatátvitel, míg az előbbi kis késleltetési követelményre az audio/video jeleket említhetjük meg.

Az integrált áramkörök technológiájának fejlődésével ma már több száz ATM adatblokkcella valósítható meg egyetlen lapkára integrált formában. Ezek a buffer cellák a saját (on-chip) vezérlőlogikával együttesen kiválóan alkalmasak az úgynevezett LDOLL (Low Delay Or Low Loss) besorolási technika megvalósítására. Az LDOLL besorolási technikánál a kis késleltetésű celláknak kiszolgálási prioritást, míg az alacsony adatblokkveszteségű celláknak tárolási prioritást biztosítunk.

A célkitűzésünket megvalósító kapcsolóelrendezés legáltalánosabb, találmányunk szerinti formájában a bevezető szerinti elrendezésben a közös buffer mező legalább két részből áll: egy kis késleltetésű LD adatblokkok számára fenntartott részből, és egy alacsony veszteségű LL adatblokkok számára fenntartott részből. Amikor a buffer mező tele van, és egy LL adatblokk van a bemenő csatornák valamelyikénél, akkor a számára való helybiztosításhoz egy LD adatblokkot kicserélő kialakítású kapcsolója és kapcsolóvezérlője van.

HU 216 033 Β

A buffer mezőből adatblokkokat kiolvasó egysége egy olyan blokkszerver, amely abban az esetben, ha az LL adatblokkok darabszáma a számukra fenntartott részben nem nagyobb egy beállított küszöbértéknél, akkor a kis késleltetésű LD adatblokkok számára fenntartott részből olvasó, míg ellenkező esetben az alacsony veszteségű LL adatblokkok számára fenntartott részből olvasó kialakítású.

A különböző források eltérő adatforgalmával kapcsolatos megfontolásainknál figyelembe kell vennünk, hogy az adatblokkátvitel néhány mikroszekundumot, az adatblokkcsoport (egy forrás aktivitási időtartama) mondjuk egy másodperc törtrészét veszi igénybe, a forrás és a célállomás közötti kapcsolat pedig néhány perces nagyságrendű.

A kapcsolat fennállása alatt nincs végig szükség a teljes sávszélességre. Ráadásul a kapcsolat két irányában is általában eltérő a sávszélességigény. Bizonyos források, mint például egyes videokódolók változó bitsebességgel (VBR) dolgoznak. így például fileátvitel esetén adatcsomagcsoportokat továbbítunk. Az átvitel megszakítása nem jelent feltétlenül azonnali megszakítást, mivel számos adat vihető át szekvenciális módon. VBR-kódolók esetében az adatblokksebesség (vagyis a sávszélesség) 1/25 másodpercenként (avagy 1/30 másodpercenként), azaz a videó képfrekvenciának megfelelően változhat. Az LDOLL besorolási technika buffer elrendezésével lehetővé teszi a rövid idejű túlterheléseket az adatforgalomban. Ez alternatívát jelent az adatcsomagcsoportok letiltásával szemben.

Találmányunkat a következőkben ábrák segítségével ismertetjük.

Az 1. ábra egy ATM kapcsolóelrendezést mutat.

A 2. ábra az LD és LL adatblokk-elvesztési PR valószínűséget mutatja egy találmány szerinti kapcsolóelemre, grafikus ábrázolásban, összehasonlítva a FIFO típusú tárolással.

A 3. ábra az LD és LL adatblokkok E késleltetését mutatja egy találmány szerinti kapcsolóelemre, grafikus ábrázolásban, összehasonlítva a FIFO típusú tárolással.

A 4. ábra a TH küszöbértéktől függő LD és LL adatblokk-vesztési PR valószínűséget mutatja egy találmány szerinti kapcsolóelemre, grafikus ábrázolásban, összehasonlítva a FIFO típusú tárolással.

Az 5. ábra a TH küszöbértéktől függő LD és LL adatblokkok E késleltetését mutatja egy találmány szerinti kapcsolóelemre, grafikus ábrázolásban, összehasonlítva a FIFO típusú tárolással.

Az 1. ábra egy ATM kapcsolóelrendezést mutat, amely egy ATM hálózat elemi építőkockájának tekinthető. Az elrendezés N számú 1-1,..., 1-N bemenő csatornát és egy 2 kimenő csatornát tartalmaz. Feltételezzük, hogy a kapcsolóelrendezés szinkron módon működik; a két egymást követő adatblokk között eltelt időtartamot időrésnek nevezzük.

A 3-1,..., 3-N adatblokkvevők fogadják a bejövő soros adatblokkokat, majd azok teljes beérkezésük után a 4-1,..., 4-N bemeneti bufferekbe kerülnek. A párhuzamosítás lehetővé teszi az adatblokkfejlécek vizsgálatát és az ATM adatblokkok párhuzamos feldolgozását. Itt kapnak szerepet a nagy sebességű kapcsolóelemek a másodpercenkénti több millió adatblokk kezelésében. Az 5 besoroló egység a 4-1,..., 4-N bemeneti bufferekhez van kötve. Ez az 5 besoroló egység jól realizálható a közismert, rugalmasan írható-olvasható bufferek által. Ez közvetíti a nem üres adatblokkokat a 4-1,..., 4-N bemeneti bufferektől a 9 buffer mezőhöz.

Az 5 besoroló egység az adatblokk fejlécében levő CLP bit értékét is megvizsgálja, aminek alapján vezérli a 6 kapcsolóvezérlő a párba rendezett két 8 kapcsolót. Ennek megfelelően a CLP bittől függően az adatblokkok a 9 buffer mező LL részébe vagy LD részébe kerülnek.

Az adatblokkok a 4-1,..., 4-N bemeneti bufferektől LL adatblokkok esetében tárolási prioritással jutnak a 9 buffer mezőhöz. Más szavakkal, amikor a 9 buffer mező tele van, és egy LL adatblokk van a 4-1,..., 4-N bemeneti bufferek valamelyikénél — az irányítás szerepét természetesen a 6 kapcsoló vezérlő tölti be -, a 9 buffer mezőben lévő legrégebbi LD adatblokkot cseréljük ki. A legrégebbi LD adatblokk lecserélése által minimalizálhatjuk az LD típusú adatblokkokra vonatkozó átlagos késleltetést. Az LL típusú adatblokk elvesztése csak akkor következik be, ha a 9 buffer mező megfelelő LL része teljesen megtelt. Az LD típusú adatblokk elvesztése akkor következik be, ha a 9 buffer mező megfelelő LD része telt meg teljesen, avagy történhet az LD adatblokk lecserélése következtében is.

A 9 buffer mezőben elhelyezkedő adatblokkok két kapcsolódó lista szerint vannak szervezve: az egyik tartalmazza a kis késleltetésű LD adatblokkokat (a 9 buffer mező LD része), míg a másik tartalmazza az alacsony veszteségű LL adatblokkokat (a 9 buffer mező LL része). Mindkét típusra a legrégebbi adatblokk mindig a lista tetején foglal helyet.

A 7 blokkszerver a 9 buffer mezőből adatblokkokat emel ki; a kiválasztandó blokk típusa függ a 9 buffer mezőben levő LL és LD adatblokkok számától. A kiszolgálás ezen megközelítésében egy TH küszöbértéket alkalmazunk (ez lehet például 40), amely azt jelenti, hogy először az LD adatblokkokat szolgáljuk ki addig, amíg kevesebb, mint 40 LL adatblokk van a 9 buffer mezőben. Azt a döntést, hogy éppen következően milyen adatblokkot kell kiolvasni, egy 13 felügyelő áramkör hozza meg, amelyik a 9 buffer mező LL részében tartja számon a blokkok darabszámát. Ha ezen blokkok darabszáma túllépi a (beállítható) TH küszöbértéket, egy pár 12 a, 12b kapcsoló lép működésbe, az adatblokkok kiolvasása az LD részből abbamarad, míg az adatblokkok kiolvasása az LL részből elindul.

A 10 kimeneti bufferen keresztül az adatblokkok a 11 adóhoz kerülnek, amely azokat sorossá alakítva a 2 kimenő csatornára teszi. Minden időrésben az adatblokkok kiszolgálása teljes egészében megtörténik,

HU 216 033 Β még mielőtt egy új adatblokk kerülne a 9 buffer mezőbe.

Az 5 besoroló egység adott esetben áthidalhatja az 5 besoroló egységet és a 9 buffer mezőt. Ez például akkor fordulhat elő, ha az 5 besoroló egység a 9 buffer mezőt üresnek találja, és a 4-l,...,4-N bemeneti bufferek legalább egy adatblokkot tartalmaznak. Meg kell jegyezzük, hogy még ha a bemeneti és kimeneti tárolók közötti átvitel végtelenül gyorsan zajlana is le, az adatblokkok sorossá/párhuzamossá való átalakítása egy időrésnyi időt vesz igénybe, azaz annyit, amennyi egy teljes adatblokk átviteléhez szükséges. Azt feltételezhetjük, hogy a besorolás és a kiszolgálás egy vagy több időrést igényel, és így a kapcsolóelrendezés okozta minimális késleltetési többletet két időrésnyinek tekinthetjük.

A 2. ábrától az 5. ábráig az 1. ábrán bemutatott kapcsolóelem fő tulajdonságait szemléltetjük számított, szimuláció útján nyert eredmények alapján. A szimulációnál különös hangsúlyt fektettünk az egyes feltételezett források aktivitásának változásaira, főként pedig a rövid idejű túlterhelések előfordulására. Kétbemenetű kapcsolóelem feltételezésével végeztük a számításokat, továbbá az LDOLL besorolást végző egységről azt tettük fel, hogy egy 150 Mbit/s átviteli kapacitású csatornát hajt meg. Az adatblokkméreteket 53 oktetben határoztuk meg, 44 oktet terhelési aránnyal. Minden bemenő csatorna multiplexeit. Az egyik csatorna több VBR (változó bitsebességű) kódoló összegezett kimenőjelét viszi át, átlagosan 3,9 Mbit/s sebességgel. A másik csatorna több ki/be kapcsolódó forrás (például fileserver) forgalmát bonyolítja le, maximálisan 3 Mbit/s-nak megfelelő sávszélességgel, és átlagosan 0,1 s ki/be kapcsolódási időkkel. A kimeneti VBR-jelfolyam 90%-ban LD, és 10%-ban LL adatblokkokat tartalmaz. A ki/be kapcsolódó forgalomra pont fordított ez az arány. Minden 1/30-ad másodpercben az egy informatikai keretben levő biteket adatblokkokba helyezzük, és állandó sebességgel visszük át.

Az LDOLL besorolási technikát a szimuláció során 50 bufferből álló méretű adatblokk bufferrel, 40-es TH küszöbértékkel és változó számú forrással szimuláltuk. A ki/be kapcsolódó fonások és a VBR-források számát egyenlőre választottuk, így az LD adatblokkok küldéséből eredő terhelés a teljes terhelés 2/3-a. A két típusú forrásra azok számát 19-től 23-ig változtatva az LDOLL besorolással nyert terhelést változó mértékűre vettük.

A 2. ábra az adatblokk-vesztési PR valószínűséget mutatja az LD adatblokkokra (folytonos vonal) és LL adatblokkokra (szaggatott vonal) a találmány szerinti kapcsolóelem esetében, összehasonlítva azzal, ha a 9 buffer mezőből FIFO tárolási elv szerint (az elsőként beirt adatot olvasva ki szintén elsőként) juttatjuk a kimenetre a tártartalmat (lásd a pontozott vonalat). Az adatblokk-vesztési PR valószínűséget a terhelés függvényében ábrázoltuk (1 a maximális terhelés). A PR valószínűségek 0 és 1 közötti értéket vehetnek fel, a skálán a szimulációban használt ΙΕ-00-tól ΙΕ-20-ig relatív értékek szerepelnek a függőleges tengelyen. A hagyományos FIFO besorolásnál kapott adatblokk-vesztési PR valószínűség majdnem teljesen egybeesik az LD adatblokkokra kapottal; az LL adatblokkokra nyert adatblokk-vesztési PR valószínűség nagymértékben alacsonyabb. Ez akkor is igaz, ha a terhelés megközelítőleg egyenletesen egységnyi. Ekkor az adatblokk-vesztési PR valószínűség az LD adatblokkokra egységnyivé válik, mivel a tárolási prioritás következtében a buffer az LL adatblokkok számára látszólagosan üresnek mutatkozik. A 2. ábra jól mutatja, hogy a buffer túlterhelésekor a helyettesítési mechanizmus következményeként az LD adatblokkok vesznek el először.

A 3. ábra az adatblokkok E késleltetését mutatja az LD adatblokkokra (folytonos vonal) és LL adatblokkokra (szaggatott vonal), összehasonlítva a FIFO tárolási elv szerintivel (pontozott vonal). Az adatblokkok E késleltetését a terhelés függvényében ábrázoltuk. Az ábrából kitűnik, hogy a FIFO tárolással összehasonlítva, az LD adatblokkok E késleltetése lényegesen lecsökken azon az áron, hogy az LL adatblokkoké viszont megnő.

A 4. ábra az adatblokk-vesztési PR valószínűséget mutatja az LD és LL adatblokkokra a FIFO tárolással összehasonlítva, a TH küszöbérték különböző értékeire. Kitűnik, hogy az adatblokk-vesztési PR valószínűség az LD adatblokkokra viszonylag érzéketlen a TH küszöbérték változására.

Az 5. ábra az adatblokkok E késleltetését mutatja az LD és LL adatblokkokra a FIFO tárolással összehasonlítva, a TH küszöbérték különböző értékei szerint. Növelve a TH küszöbértéket az átlagos E késleltetés csökken az LD adatblokkokra, és nő az LL adatblokkokra, és ugyanakkor az adatblokk-vesztési PR valószínűség is nő az LL adatblokkokra nézve. Látható, hogy nincs olyan TH küszöbérték, amelyre az LD adatblokkok E késleltetése nagyobb lenne, mint az LL adatblokkoké.

Claims (1)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Híradástechnikai kapcsolóelrendezés digitális adatok kapcsolásához aszinkron átviteli rendszerekben, az elrendezés legalább egy bemenő csatornájáról (1-1, 1-N) egy kimenő csatornájára (2), amely digitális adatok fejléccel ellátott adatblokkokból állnak, a kapcsolóelrendezésnek egy tároló buffer mezője (9) van a továbbítandó adatblokkok számára, valamint a továbbítandó adatblokkokat egy, azok fejlécében levő adott bit (CLP) értéke szerint az alacsony veszteségű LL adatblokkok számára fenntartott részbe (LL), vagy a kis késleltetésű LD adatblokkok számára fenntartott részbe (LD) rendelő kapcsolója (8) és kapcsolóvezérlője (6) van, végül a buffer mezőből (9) adatblokkokat kiolvasó egysége van, azzal jellemezve, hogy a közös buffer mező (9) legalább két részből áll: egy kis késleltetésű LD adatblokkok számára fenntartott részből (LD), és egy alacsony veszteségű LL adatblokkok számára fenntartott részből (LL); amikor a buffer mező (9) tele van, és egy LL adatblokk van a bemenő csatornák (1-1, 1-N) valamelyikénél, akkor a számára való helybiztosításhoz

   HU 216 033 Β egy LD adatblokkot kicserélő kialakítású kapcsolója (8) és kapcsolóvezérlője (6) van; és a buffer mezőből (9) adatblokkokat kiolvasó egysége egy olyan blokkszerver (7), amely abban az esetben, ha az LL adatblokkok darabszáma a számukra fenntartott részben (LL) nem nagyobb egy beállított küszöbértéknél (TH), akkor a kis késleltetésű LD adatblokkok számára fenntartott részből (LD) olvasó, míg ellenkező esetben az alacsony veszteségű LL adatblokkok számára fenntartott részből

   5 (LL) olvasó kialakítású.