SE509030C2 - Metod och anordning för synkronisering av parallella bitströmmar - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 509 030 2 Ett paketförmedlande nät, à andra sidan, saknar generellt medel för att reservera resurser och màste lägga till information till huvudet i varje meddelande före sändning.

Vidare kan inte fördröjningar i ett paketförmedlande nät förutsägas med tillräcklig noggrannhet och paket kan till och med försvinna under överföringen pä grund av buffert- spärrar eller förstörd information i paketets huvud. De tva sista faktorerna gör det svart att stödja realtids- tjänster i ett paketförmedlande nät.

För att adressera ovan nämnda problem fokuserar kommunikationsindustrin utvecklingen pà ATM (Asynchronous Transfer Mode). CCITT (International Telegraph and Tele- phone Cunsultative Comittee) har ocksa tagit ATM som standard i B-ISDN (Broadband- Integrated Services Digital Network). ATM är förbindningsorienterat och etablerar en kanal precis som kretskopplade nätverk, men använder smá paket med fix storlek, vilka kallas celler, för informa- tionsöverföring. ATMs paketorienterade natur kräver att nätverket maste ha mekanismer som till exempel buffert- resurser och länkhanterare för att kunna garantera real- tidskrav för en förbindelse.

En annan lösning, som syftar till att uppfylla kraven pà realtidsegenskaper och som utgår frán kretskopplade nätverk och som adresserar de typiska problem med kretskopplade nätverk som beskrivits ovan, har utvecklats pà senare och benämns DTM (Dynamic Synchronous Transfer Mode). (Se C Bhom, P Lindgren, L Ramfelt och P Sjödin, The DTM Gigabit Network, Journal of High Speed Networks, 3(2):109-126, 1994 och L Gauffin, L Håkansson och B Pehrson, Multi-gigabit networking based on DTM, Computer Networks and ISDN Systems, 24(2):1l9-139, April 1992). DTM utnyttjar ett delat medium och använder kanaler som kommunikationsabstraktion. Dessa kanaler skiljer sig fràn telefonikretsar pà olika sätt. För det första är uppkopp- lingsfördröjningen så kort att resurser kan allokeras/ deallokeras dynamiskt efter användarens behov. För det andra är kanalerna av simplextyp och minimerar därför 10 15 20 25 30 35 5091350 3 extra omkostnader. För det tredje, erbjuder de multipla bithastigheter, vilket ger möjlighet att stödja stora variationer i användarens kapacitetskrav. Slutligen är kanalerna multi-cast vilket medger fler än en slut- destination.

För att kunna nà stora dataöverföringshastigheter för ett nätverk finns tvà vägar att gà, antingen kan man öka frekvensen, dvs antalet överförda bitar per sekund eller sá kan man sända data parallellt. Eftersom kostnaden för elektronik ökar snabbt med ökade mottagningshastigheter, finns det en uppenbar fördel i att kunna använda parallell överföring för att uppnå mycket stora överföringshastig- heter. Vidare kan man naturligtvis använda den yppersta tekniken för att uppná optimal hastighet i antal överförda bitar per sekund men ändà màngdubbla den sammanlagda överföringshastigheten genom att sända parallellt.

För att kunna sända data parallellt kan man med dagens teknik bl.a. utnyttja tvà typer av parallella system, dels kan man sända bitströmmar i skilda bärare, sà kallad SDM (Space Division Multiplexing) eller sa kan man utnyttja en bärare i vilken man sänder olika bitströmmar pà olika vàglängder eller frekvens, sä kallad WDM (Wave- lenght Division Multiplexing). Naturligtvis kan man utnyttja en kombination av ovanstående tekniker för att erhálla optimalt utnyttjande av nätverket. Uttrycket parallella bitströmmar används häri som begrepp för bade SDM och WDM.

En rad fördelar med att just använda DTM i parallella överföringar kan identifieras. DTM utnyttjar ett delat medium med separerade kontroll- och datakanaler, vilket befriar en nod frán att bevaka alla bitströmmar för att söka efter flaggor eller huvuden. DTM är förbindelse- orienterat och använder TDM- (Time Division Multiplexing) kanaler, vilket medför att noden vet var och när data ska läsas eller skrivas. Genom TDM kan det existera flera kopplingar förmedlade pà en enskild bitström, vilket medför en hög kanal upplösning. De flesta WDM-arkitekturer 10 15 20 25 30 35 509 050 4 använder en våglängd som lägsta upplösningsenhet. Flera användare kan använda samma bitström både genom TDM- kanaler och genom så kallad tidluckeåteranvändning. DTM utnytjar en fördelaktigt synkroniseringsmetod vilket tillåter bitströmmarna att behandlas oberoende av varandra och reducerar därmed dispersionsproblem.

Allt det ovanstående gör DTM speciellt lämpligt för parallell överföring. Det finns dock inget som hindrar att man även använder de i uppfinningen föreslagna metoderna för andra typer av protokoll.

I dagens och framtidens bredbandsnätverk kommer majoriteten av noderna att vara bredbandsmottagare men smalbandssändare, jämför till exempel Video On Demand. Dvs de allra flesta noder kommer att ha ett mycket större behov av att kunna ta emot stora mängder data på kort tid än att behöva sända stora mängder data.

Den föreslagna uppfinningen är inte begränsad till denna typ av noder, men speciellt lämpligt för att hantera den typen av applikationer där mottagandet av data är bredbandigt relativt sändandet av data.

Det finns ett antal större och mindre problem med att använda parallella bitströmmar. Ett problem är att synkronisera mellan de olika parallella bitströmmarna.

Problemet uppstår när en mottagare måste byta bitström för att läsa ny data. Innan data kan läsas måste mottagaren synkronisera sin klocka till den nya bitströmmen. Detta kan ta tid, speciellt om mottagaren måste synkronisera till mer än bitklockan t.ex. till tidluckor och ramar. Man kan även välja att inte synkronisera mellan de olika parallella bitströmmarna. Effekten av detta blir då att tidluckor i de olika parallella bitströmmarna kommer att driva i förhållande till varandra. Om en nod då ska läsa tidluckor från olika parallella bitströmmar finns en risk att dessa hamnar över varandra och orsakar en konflikt om noden endast kan läsa från en bitström i sänder.

Ett svårt problem i optisk överföring är dispersion, dvs att ljus har olika utbredningshastighet vid olika 10 15 20 25 30 35 5Û9 ÛÉÛ 5 vàglängder, vilket medför att tvá vàglängder vilka är synkroniserade vid sändning är osynkroniserade vid mottagning. Detta är speciellt ett problem vid 1550 nm.

Ytterligare komplexitet introduceras om man använder optisk förbikoppling i ett delat medium. Optisk förbi- koppling är fördelaktigt av flera anledningar: för det första, utan optisk förbikoppling skulle alla våglängder nödvändigtvis regenereras i varje nod, vilket innebär att det mäste finnas sändare och mottagare för varje vàglängd i varje nod. Detta är dyrt. För det andra, i händelse av ett nodfel kommer data, som är optiskt förbikopplad, inte att pâverkas av nodfelet utan kan passera noden. Detta medger att noder lokaliserade nedströms om den felande noden fortfarande kan kommunicera med övriga delar av nätet.

När sändare ska dela en vàglängd vid användning av optisk förbikoppling finns det ett antal områden man mäste beakta. Data som har sitt ursprung olika langt frán mottagaren kommer att ha dämpats olika mycket i fibern, vilket kan medföra problem vid läsning av denna data.

Eftersom data genereras i olika noder med olika lokala klockor kan klockglapp uppstä och eftersom olika lokala lasrar, vilka kan ha smà skillnader i váglängd, används kan man fä intra-vàglängds dispersion, dvs närliggande tidluckor kan glida in i varandra.

Ytterligare ett problem är hur man ska återvinna klockan. DTM använder en plesiosynkron mekanism för att erhålla bitsynkronisering, dvs klockan deriveras ur bit- strömmen. Detta medför att bitströmmen mäste ha ett givet antal flanker för att trigga en PLL (Phase Locked Loop) samt en relativt hög DC stabilitet. Detta kan àstadkommas genom att data kodas och genom att sända flanker i tomma tidluckor. Om en ren avtappningsmekanism används med optisk förbikoppling, kan inte en tom tidlucka innehàlla “ljus” när en sändare ska lägga till data i en tidlucka.

För att lösa detta problem mäste en mycket snabb optisk 2:1 multiplexor användas, vilken kan switcha pà enskilda 10 15 20 25 30 35 509 030 6 bitar. Detta är tekniskt extremt svart och mycket kostbart.

I First IEEE International Workshop on Broadband Switching Systems, April 1995 in Poland p 182. beskrivs váglängdsàteranvändning i system med parallella bit- strömmar i ett optiskt WDM nätverk.

Patentskrift SE 460 750 beskriver ett telekommunika- tionssystem i vilket tal- och datainformation i tidsupp- delad form överförs över bussar i ett matrisformat nät.

Patentskrift SE 468 495 beskriver ett sätt och en anordning för att synkronisera tvà eller flera kommunika- tionsnät av tidsmultiplexerad typ.

Redogörelse för uppfinningen Föreliggande uppfinning angriper ovan nämnda problem, med att synkronisera bitströmmarna, med dispersion och speciellt intravàglängdsdispersion, med olika dämpning av data vilken orginerar frán olika noder, med klockglapp samt med att kunna derivera klockan ur inkommande data.

Detta problem löses genom att all data i en bitström är genererad i en och samma nod. Ändamålet med föreliggande uppfinning är således att pà ett effektivt sätt använda parallella bitströmmar, t.ex. WDM eller SDM eller en kombination av dessa utan att problem med dämpning, klockglapp, klockderivering, synkronisering eller dispersion uppträder samtidigt som man uppnär en kostnadseffektiv lösning.

Detta erhàlls enligt uppfinningen genom att en masternod bestämmer takten hos en triggerbitström. Slav- noder, vilka var för sig ansvarar för synkroniseringen av respektive bitströmmar, synkroniserar sin bitklocka till triggerbitströmmen, och därefter synkroniserar slavnoden starttiden för en ram, i en till slavnoden hörande bitström, i enlighet med starten för en ram i trigger- bitströmmen. Synkroniseringsmetoden kan även användas dà varje nod i ett nätverk sänder pà en separat bitström men läser frán fler bitströmmar. 10 15 20 25 30 35 509 030 7 Synkroniseringen mellan de parallella bitströmmarna är mycket viktig för att erhàlla ett effektivt fungerande nät. En masternod utses i nätverket samt till masternoden associeras en triggerbitström. Masternoden bestämmer takten i nätverket genom att till varje cykel lägga ett startmönster först samt ett antal fylltidluckor sist.

Fylltidluckorna är till för att absorbera skillnader i klockhastighet. Vidare utses ett antal slavnoder och till varje slavnod associeras en eller flera bitströmmar. Slav- noden mäste kunna skriva till de associerade bitström- marna. Hastigheten pà den till slavnoden associerade bit- strömmen mäste vara en multipel av hastigheten pá trigger- bitströmmen. Slavnoden lyssnar pà triggerbitströmmen och synkroniserar sin bitklocka till den. Slavnoden lägger ett likadant startmönster och fylltidluckor till sin bitström som masternoden gjorde till triggerbitströmmen och synkro- niserar starten för en ram pà sin associerade bitström till starten för en ram pà triggerbitströmmen. Pa detta sätt synkroniseras samtliga parallella bitströmmar i nätet.

En fördel med synkroniseringen enligt uppfinningen är att en nod kan byta dynamiskt mellan tvá parallella bitströmmar vilket inte kan uppnàs utan synkronisering.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritning.

Beskrivning av en exemplifierande utföringsform Figur 1 visar en utföringsform av hur synkronisering i ett nätverk med tre parallella bitströmmar ástadkommes.

I figuren ses nod 71, som är tilldelad rollen som master- nod, samt till masternoden 71 hörande triggerbitström 72.

Masternoden förser bitströmmen 72 med ett triggnings- mönster samt tomgängsmönster. Slavnoden 73 lyssnar pà triggerbitströmmen, synkroniserar sin bitklocka därtill, tillför synkroniseringsmönster och tomgángsmönster till den bitström 74 som slavnoden 73 ansvarar för samt 10 509 030 8 synkroniserar starten för en ram pà sin bitström 74 till starten för en ram pà triggerbitströmmen 72. Pà liknande sätt hanterar slavnoden 75 den bitström 76 som slavnoden 75 ansvarar för. Därmed har erhàller samtliga noder 71, 72, 75, 77 och 78 synkronisering via bitströmmar 72, 74 och 76. Metoden är utmärkt för tillämpning med i uppfin- ningen beskrivna nätverk. Som aletrnativ kan man även använda metoden dà varje nod använder en egen separat våglängd för sändning men läser fràn fler än en vàglängd.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till den ovan beskrivna och pà ritningen visade utföringsformeren, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patent- kraven.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 509 050 9 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för synkronisering av ett tidsmulti- plexerat nätverk där överföringen sker via ramar, vilka är indelade i tidluckor, i minst tvá parallella bitström- mar (72, 74, 76), varvid ett synkroniseringsmönster samt ett tomgàngsmönster läggs till varje ram, k ä n n e t e c k - naat awrz att en bitström (72) tilldelas rollen som trigger- bitström; att en masternod (71) bestämmmer överföringshastig- heten genom att tillföra ett synkroniseringsmönster samt ett tomgàngsmönster till varje ram pá trigggerbitströmmen (72): att minst en annan nod (73, 75) tilldelas rollen som slavnod; att nämnda slavnod (73, 75) tilldelas minst en av nämnda parallella bitströmmar (74, 76); och att nämnda slavnod (73, 75) synkroniserar sin bit- klocka i enlighet med triggerbitströmmen (72) samt synk- roniserar starten för en ram pà den tilldelade bitström- men (74, 76) i enlighet med starten för en ram pá triggerbitströmmen (72).

2. Förfarande enligt krav l, känn e t e c kna t av att varje nod (77, 78) som inte är master- eller slavnod synkroniserar sin bitklocka och ramklocka i enligt med synkroniseringsmönstret.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, att var och en av nämnda noder sänder data pà en separat vàglängd. eller 3, a\f att tidsmultiplextringen sker enligt DTM.

4. Förfarande enligt krav 1, kàínI1e- te<:kf*at 10 15 20 25 30 509 030 10

5. Förfarande enligt nagot av kraven l-4, kåinI1e- t e c kn a t av att nätverket är ett kretskopplat WDM nätverk.

6. System för synkronisering av ett tidsmultiplexe- rat nätverk där överföringen sker via ramar, vilka är indelade i tidluckor, i minst tvä parallella bitströmmar (72, 74, 76), att en första nod (71), kännetecknat av: kallad masternod, är anord- nad att generera àtminstone en första bitström av nämnda paralella bitströmmar och att förse den första bitström- men med ett synkroniseringsmönster; och 75), kallad slavnod, nad att generera åtminstone en andra bitström av nämnda att en andra nod (73, är anord- parallella bitströmmar och att synkronisera starten för en ram pà den andra bitströmmen till starten för en ram pà den första bitströmmen.

7. System enligt krav 6, kännetecknat av att en eller flera andra noder är anordnade att synkronisera sina bitklockor till nàgon av nämnda bitströmmar.

8. System enligt krav 6 eller 7, kännetecknat axr att nämnda nätverk är ett kretskopplat nätverk i vilket nämnda parallella bitströmmar förmedlas med olika vàglängder i en optisk ledare.