SE468495B - Saett och anordning foer att synkronisera tvaa eller flera kommunikationsnaet av tidsmultiplextyp - Google Patents

Description

4-68 495 2 nod i det sammansatta nätet är tillordnad rollen som överordnad masternod, vilken för bestämmning av överföringshastigheten hos de enskilda kommunikationsnäten innefattar organ för att addera ett fast tomgångsmönster till varje från noden utsänd tidsram, följt av ett fast triggningsmönster som start på nästa tidsram, och att masternoder i enskilda kommunikationsnät, vilka synkro- niserar det respektive nätets dataöverföring, innefattar organ för att vid mottagning av triggningsmönstret i masternoden starta utsändning av en ny tidsram från denna masternod.

En nod tillodrnas alltså i det sammansatta nätet rollen som överordnad masternod, vilken bestämmer överföringshastigheten hos de enskilda kommunikationsnäten. Detta sker genom att ett fast tomgångsmönster adderas till varje från noden utsänd tids- ram, följt av ett fast triggningsmönster som start på nästa tidsram. Vid mottagning av triggningsmönstret i en masternod i ett enskilt kommunikationsnät, vilken synkroniserar detta kommuë nikationsnäts dataöverföring, startar masternoden utsändning av en ny tidsram.

För att bevara fas- eller bitsynkroniseringen i ett enskilt kommunikationsnät, utväljs den första noden som master. Master- noden utsänder kontinuerligt data eller ett klockmönster. Nod nummer två mottager data eller ett klockmönster så att dess PLL (Phase Locked Loop) låses till masterklockan. Klockan hos den andra noden kommer att vara låst till masterklockan vid utsänd- ning av data till de andra noderna på bussen. De andra noderna kommer på samma sätt att låsa sina PLL:er till PLL:en uppströms.

Den överordnade mastern bestämmer överföringshastigheten i hela det sammansatta nätet. Varje enskilt nätverk i detta låses vid denna hastighet för utsändningen av tidsramar. Detta sker genom att den överordnade mastern startar varje ram med trigg- ningsmönstret. Detta mönster igenkänns och vidarebefordras av alla andra noder nedströms i nätverket. Om en nod är master i ett annat nätverk startar den en ny ram i detta. När en master har slutat utsändningen av en ram väntar den tills den på nytt mottager triggningsmönstret innan den startar utsändning av en ny ram. 468 495 Figurbeskrivning.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hävisning till ritningarna, varvid på dessa fig. 1 schematiskt som exempel visar ett mindre avsnitt av ett nät, som är sammansatt av flera kommunikationsnätverk, fig. 2 utgör en jämförande sammanställning av tre tidsramse- rier, som uppträder i ett sammansatt nät enligt uppfinningen, nämligen från en överordnad masternod, en masternod i ett snabbt delnätverk, resp. en masternod i ett långsamt delnätverk, fig. 3 i en liknande sammanställning som i fig. 2 åskådliggör verkan av utbredningsfördröjning på ramserierna enligt fig. 2, fig. 4 schematiskt visar topologin hos ett i praktiken förekommande nät, i vilket uppfinningen kan tillämpas, fig. 5 visar ett schematiskt blockschema av en utföringsform av en i nätet enligt fig. 4 ingående mottagande masternod.

Föredragna utföringsformer.

Med hänvisning till figur 1 är ett sammansatt nät uppbyggt av flera kommunikationsnät av tidsmultiplextyp. Närmare bestämt är dessa kommunikationsnät exemplifierade av sex bussar Bl-B6 innehållande fem noder Nl-N5. Noderna N2-N5 utgör begynnelsenod på var sin av de respektive bussarna B3-B6. Från noden N1 utgår bussarna Bl och B2. Noderna N3 och N5 ligger på bussen Bl, noden N2 på bussen B2, och noden N4 på bussen B4.

Var och en av noderna N2-N5 har genom placeringen i början av en buss tilldelats rollen som masternod, som styr ramsynkronise- ringen på denna buss. Noden N1 har i kraft av sin placering i början av alla bussar tilldelats rollen som överordnad master- nod, vilken styr synkroniseringen av dessa bussars masternoder.

Ehuru ej visat, innehåller naturligtvis nätets bussar även andra noder än masternoder.

Dataöverföringen är uppdelad i tidsramar, schematiskt åskåd- liggjort i fig. 2. Den totala cykeltiden omfattar, i tur och ordning från ramens början, ett fast triggningsmönster TM, data D i ej närmare visade tidluckor, samt ett fast tomgångsmönster TOM.

Tomgångsmönstret TOM är lagrat i den överordnade masternodens 4--8 495 C\ 4 dator och adderas av den senare till tidsramen som reaktion på att en tidluckräknare, som ingår i denna nod, räknat färdigt.

Detta kan exempelvis ske, på ett sätt som lätt inses av fack- mannen, genom att tidsramen tilldelas en extra tidlucka, som erhåller tomgångsmönstret. Till tomgångsmönstret läggs därefter ett nytt fast triggningsmönster TM som start på nästa tidsram.

Varje ram påbörjas således med triggningsmönstret TM. Detta mönster alstras och fördelas av masternoderna över bussarna, så- som Bl-B6. Noder nedströms detekterar mönstret och synkroniserar sin logik för en ny ram. Det gör inget om tiden för dataöverför- ing skiljer sig mellan olika bussar, men den totala cykeltiden måste vara densamma.

Den överordnade masternoden N1 påbörjar sin ram med trigg- ningsmönstret. När detta mönster når en masternod, dvs någon av noderna N2-N5, vet denna att en ny tidsram har påbörjats. Mas- ternoden startar då ramen på sin buss, dvs den respektive av bussarna B3-B6, genom sändning av ett triggningsmönster ned- ströms. För att uppnå synkronisering utan att mastrarna börjar "slira" i förhållande till varandra avslutas varje cykel av tomgångsmönstret.

Tomgångsmönstret gör det möjligt att uppnå cykelsynkroni- sering utan att ha total klocksynkronisering mellan delnätverken Bl-B6. Om masternodernas klockor ej arbetar med samma hastighet absorberas skillnaden av tomgångsmönstret. Om en masternods klocka är mycket snabb måste noden vänta tills den mottager triggningsmönstret innan den kan påbörja sändning på sin buss/- bussar. Om å andra sidan dess klocka är långsam har den tom- gångstiden till förfogande för att fullfölja sin utsändning tills den mottager triggningsmönstret, som underrättar om att sändning skall påbörjas. Det av masternoderna utsända tomma utrymmet kommer ej att ha samma längd. Därför måste det av den överordnade masternoden tillagda tomgångmönstret vara tillräck- ligt långt för att sätta alla masternoder i stånd att avsluta sina utsändningar i tid för att mottaga triggningsmönstret.

I figur 2 jämförs som exempel ramarna från en överordnad masternod och två masternoder 1 resp. 2 med varandra. Som synes ligger längden på den överordnade masternodens adderade tom- gångsmönster TOM1 emellan de båda masternodernas tomma utrymmen TOM2 resp. TOM3. Masternodens 1 tomma utrymme TOMZ är därvid 468 495 5 längst eftersom den sänder snabbast, medan masternodens 2 tomma utrymme TOM3 är kortast eftersom den sänder långsammast. Som exempel kan tiden tTOM för den överordnade masternodens adderade tomgångsmönster sättas till: tTOM = 2 x Af/f x T, där f/f = oscillatorns noggranhet _ T = 1/ramupprepningsfrekvens Det kommer att föreligga en kort utbredningsfördröjning innan en masternod påbörjar sin transmission men denna fördröjning kommer att vara konstant genom nätverket och påverkar ej synkro- niseringen. I fig. 3 åskådliggörs ett exempel på utbredningsför- dröjning för mastrarna enligt fig. 2.

Sättet enligt uppfinningen kan tillämpas i MAC-protokollet PTM (L.Gauffin, L.Hâkansson, B.Pehrson, Multi-Gigabit Networking based on PTM, lzst MultiG workshop, Stockholm, November 1, 1990). Detta är ett anslutningsorienterat höghastighetsprotokoll för Gigabit-nätverk. Dess topologi är en dubbelfiberbuss, visat schematiskt i fig. 4. PTM står för Programable Time Multiplex.

Bandbredden är uppdelad i tidsramar med längden T. Varje cykel uppdelas i N tidluckor och varje tidlucka används för att överföra en n-bitram. Från början är T = 125 us, N = 2048, och n = 64 bitar.

Huvudegenskapen hos MAC-protokollet är att ett litet antal av tidluckorna (kallade statiska luckor) används som styrkanaler mellan noderna. Alla andra tidluckor (kallade dynamiska luckor) utgör fri bandbredd och är dynamiskt tilldelade till noder.

Inledningsvis är de dynamiska luckorna jämnt fördelade mellan alla noder ehuru fördelningen är olika på var och en av buss- arna. _ En annan betydelsefull egenskap hos PTM-nätet är att varje nod kan vara ansluten till 1, 2 eller 3 dubbelfiberbussar, och att innehållet i en tidlucka på en dubbelbuss kan kopplas över till en tidlucka på en annan dubbelbuss.

En av de intressantaste aspekterna med detta nätverk med många individer är att skillnaderna mellan LAN (Local Area Network), MAN (Medium Area Network) & WAN (Wide Area Network) försvinner. I framtiden tillhandahålls fibrerna i det mycket snabba nätverket av telekommunikationsföretagen som mörka fibrer med väggadaptrar, där den egna utrustningen kan anslutas. 4es 495 6 Ramsynkroniseringen på PTM-nätet genomförs på följande sätt.

Varje nod på samma buss synkroniseras totalt med användning av en PLL. För synkronisering mellan olika bussar används enligt uppfinningen ett tomgångsmönster enligt ovan. Vid användning av systemet med tomgångsmönster och PLL behövs inga mycket noggran- na klocksignaler i noderna. Kristaller med en tolerans av 200 ppm kan användas. p För att undvika cykelslirning måste tomgångmönstrets längd vara längre än skillnaden i cykeltid mellan nätets långsammaste och snabbaste bussar. Den maximala skillnaden i cykeltid är här 2 x 200 ppm = 400 ppm. En cykeltid av T = 125 us ger en tom- gångstid av 50 ns. Om detta översätts till bitar (en bit = 0,925 ns) ger det en minsta längd hos tomgångsmönstret av 54 bitar. Det totala antalet databitar i en tidsram är approxima- tivt 130000. Detta ger ett overhead av mindre än 1 promille.

PLL:en måste erhålla en signal för att hålla klocksignalen stabil. Tomgångsmönstret utförs därför som en bitfrekvens. Det föreligger inget problem att använda en bitsekvens för att illustrera tomgång eftersom tidluckeräknaren håller reda på när ramen är avslutad.

Två saker krävs av triggningsmönstret innan en ny ram kan på- börjas. För det första får det inte finns något tvivel om att det rör sig om ett triggningsmönster. För det andra måste räkna- ren i noden ha indikerat slutet på ramen innan triggningsmönst- ret anländer. Tomgångsmönstret måste vara tillräckligt långt för att garantera att den långsammaste bussen hinner avsluta sin ram.

Figur 5 visar som exempel schematiskt uppbyggnaden av en mottagande nod i nätverket enligt fig. 4. På den med 2 beteckna- de ingående fibern inkommer antingen data eller ett klockmöns- ter. Mottagna data är pâ ovan beskrivet sätt uppdelade i tids- ramar, som omfattar triggningsmönster, data och tomgångsmönster.

Data eller klockmönstret tillförs via den mottagande nodens mottagare 4 till en faslåsningskrets 6, som låser nodens PLL till en masternods klocka. Den mottagande nodens klocka kommer därmed att vara låst till masterklockan vid utsändning av data till andra noder i nätverket.

Data mottages vidare i en data-mux 8, som vidarebefordrar in- kommande data uppdelade i 16-bitspaket till en triggningsmöns- 468 4-95 7 ter-komparator 10. I komparatorn 10 är det fasta triggnings- mönstret lagrat i och för jämförelse med och identifiering av en inkommande tidsrams triggningsmönster, vilket föregånget av tomgångsmönstret ingår i det första 16-bitpaketet. Villkor för att påbörja detektering av triggningsmönstret erhålles från en räknare 12, som styrs av nodens PLL, och vars period är lika med cykeltiden för en tidsram minus tomgångsmönstrets längd.

Efter att ha räknat färdigt avger räknaren 12 villkoret till komparatorn 10, antytt med pil 14, i form av en signal att påbörja sökandet efter triggningsmönstret. Så snart triggnings- mönstret detekterats skickas från komparatorn 10 en återställ- ningssignal, antytt med pil 16, till räknaren 12, som påbörjar en ny räknecykel. Samtidigt påbörjas utsändning, antytt med pil 18, av data i form av 64-bitpaket till en ej visad, s.k. PTM- maskin (Programable Time Multiplex). Denna är i princip en switch, som har styrinformation för att koppla data till en eller flera mottagande enheter, t.ex. ett interface till en dator, en nod i samma eller ett annat nätverk, etc.

Närmare detaljer avseende ovanstående beskrivning, liksom avseende utförande och funktion av de i fig 1, 4 och 5 schema- tiskt visade nätverken, bussarna, noderna och blocken, framstår som självklara för fackmannen och har därför ej beskrivits närmare här.

Claims (6)

Ch OO .[_\... -e (f: Patentkrav.

1. Sätt att för bildande av ett sammansatt nät synkronisera två eller flera kommunikationsnät av tidsmultiplextyp, via vilkas noder cyklisk överföring av tidsramar äger rum, vilka *z innehåller tidluckor avsedda för dataöverföring, kännetecknat av att överföringshastigheten hos de enskilda kommunikationsnäten -gx bestäms genom att addera ett för det sammansatta nätet gemen- samt, fast tomgångsmönster till varje från en nod utsänd tids- ram, följt av ett fast triggningsmönster avsett att indikera start för utsändning av nästa tidsram.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att en nod i det sammansatta nätet tillordnas rollen som överordnad masternod, vilken bestämmer överföringshastigheten hos de enskilda kommuni- kationsnäten genom att addera det fasta tomgångsmönstret till varje från noden utsänd tidsram, följt av det fasta triggnings- mönstret som start på nästa tidsram, vilket triggningsmönster vid mottagning i en masternod i ett enskilt kommunikationsnät, vilken synkroniserar detta kommunikationsnäts dataöverföring, startar utsändning av en ny tidsram från denna masternod.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att tomgångs- mönstret är väsentligen större än skillnaden mellan det snabbas- te och långsammaste kommunikationsnätets cykeltid.

4. Sätt enligt något av krav 1-3, kännetecknat av att adde- ringen av det fasta tomgångsmönstret är räknarstyrd.

5. Anordning för att, för bildande av ett sammansatt nät, synkronisera två eller flera kommunikationsnät av tidsmultiplex- typ, via vilkas noder (Nl-N5) cyklisk överföring av tidsramar äger rum, vilka innehåller tidluckor avsedda för dataöverföring, kännetecknad av att en nod (N1) i det sammansatta nätet är till- ordnad rollen som överordnad masternod, vilken för bestämmning av överföringshastigheten hos de enskilda kommunikationsnäten (Bl-B6) innefattar organ för att addera ett fast tomgångsmönster (TOM) till varje från noden utsänd tidsram, följt av ett fast triggningsmönster (TM) som start på nästa tidsram, och att masternoder (N2-N5) i enskilda kommunikationsnät, vilka synkro- niserar det respektive nätets dataöverföring, innefattar organ (8-12) för att vid mottagning av triggningsmönstret i masterno- den starta utsändning av en ny tidsram från denna masternod.

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att nämnda organ 468 495 9 för att starta utsändning av en ny tidsram från en masternod innefattar en räknare (12), vars period är lika med cykeltiden för en tidsram minus tomgângsmönstrets längd, samt en trigg- ningsmönsterkomparator (10), i vilken det fasta triggningsmönst- ret är lagrat i och för jämförelse med och identifiering av en inkommande tidsrams triggningsmönster, varvid räknaren är an- sluten till komparatorn för att, när den räknat färdigt, avge en signal till komparatorn att påbörja detektering av inkommande triggningsmönster.