SE509246C2 - Metod och anordning för tidluckeåteranvändning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 509 246 2 faktorerna gör det svàrt 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 Committee) har också 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 smà paket med fix storlek, vilka kallas celler, för informa- tionsöverföring. ATMs paketorienterade natur kräver att nätverket mäste 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 utgär fran kretskopplade nätverk och som adresserar de typiska problem med krets- kopplade 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, DTM Gigabit Network, Journal of High Speed Networks, 3(2):lO9-126, 1994 och L Gauffin, Pehrson, Multi-gigabit networking based on DTM, Computer Networks and ISDN Systems, 24(2):ll9-139, April 1992). DTM utnyttjar ett delat medium och använder kanaler som The L Håkansson och B kommunikationsabstraktion. Dessa kanaler skiljer sig fràn telefonikretsar pá 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 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 i ett nätverk finns tvà vägar att gà, antingen kan man öka lO 15 20 25 30 35 509 246 3 frekvensen, dvs antalet överförda bitar per sekund eller sä 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 uppnà mycket stora överföringshastig- heter. Vidare kan man naturligtvis använda den yppersta tekniken för att uppnà optimal hastighet i antal överförda bitar per sekund men ändå màngdubbla den sammanlagda överföringshastigheten genom att sända parallellt.

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

En rad fördelar med att 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 nöden vet var och när data ska läsas eller skrivas. Genom TDM kan det existera flera kopplingar förmedlade pá en enskild bitström, vilket med- för en hög kanal upplösning. De flesta WDM-arkitekturer använder en vàglängd som lägsta upplösningsenhet. Flera användare kan använda samma bitström både genom TDM- kanaler och genom sä kallad tidluckeàteranvändning. DTM utnytjar en fördelaktigt synkroniseringsmetod vilket tilláter bitströmmarna att behandlas oberoende av varandra och reducerar därmed dispersionsproblem. 10 15 20 25 30 35 509 246 4 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.

Det finns ett antal större och mindre problem med att använda parallella bitströmmar. Ett problem är att synkro- nisera mellan de olika parallella bitströmmarna. Problemet uppstår när en mottagare måste byta bitström för att läsa ny data. Innan data kan läsas måste mottagaren synkroni- sera 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. från olika parallella bitströmmar finns en risk att dessa Om en nod då ska läsa tidluckor 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 våglängder, vilket medför att två våglängder 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 förbikopp- ling är fördelaktigt av flera anledningar: för det första, utan optisk förbikoppling skulle alla våglängder nödvän- digtvis regenereras i varje nod, vilket innebär att det måste finnas sändare och mottagare för varje våglängd i varje nod. Detta är dyrt. För det andra, i händelse av ett nodfel kommer data, som är optiskt förbikopplad, inte att påverkas 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 våglängd vid användning av optisk förbikoppling finns det ett antal områden man måste 10 15 20 25 30 35 509 246 5 beakta. Data som har sitt ursprung olika langt från 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 uppstå och eftersom olika lokala lasrar, vilka kan ha smà skillnader i våglängd, används kan man fä intravàglängdsdispersion, dvs närliggande tidluckor kan glida in i varandra.

Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hälla en lösning som gör det möjligt för en nod i ett nätverk att hantera parallella bitströmmar pá ett enklare sätt, varför noden kan ges en enklare konstruktion. Vidare är det önskvärt att en sàdan lösning minskar ovan nämnda problem med dämpning, klockglapp, klockderivering, synk- ronisering eller dispersion uppträder.

I Fïrst IEEE International Workshop on Broadband Switching Systems, April 1995 in Poland p 182. beskrivs vàglängdsáteranvändning i system med parallella bitström- mar i ett optiskt WDM nätverk.

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

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

Redogörelse för uppfinningen Syftet med föreliggande uppfinning uppnàs medelst uppfinningen, vilken definieras i de bifogade patent- kraven.

Enligt uppfinningen tillhandahålls sàledes ett för- farande och ett system av inledningsvis nämnt slag, i vilket noder i nämnda nätverk delas in i klungor. Vidare utnyttjas en första bitström av nämnda parallella bit- strömmar för komunikation mellan noder inom var och en av nämnda klungor, varvid vidare spridning av den första bitströmmen frán en av nämnda klungor till en annan av 10 15 20 25 30 35 '509 246 6 nämnda klungor förhindras. Förekommande kommunikation mellan nämnda klungor sker därvid företrädesvis pá en annan bitström av nämnda parallella bitström.

Genom att introducera nodrepresentanter inom en klunga av noder kan man för merparten av noderna i en klunga använda kostnadseffektiva làgeffektslasrar eller multi-mode lasrar, medan nodrepresentanten ansvarar för all lángdistanskommunikation pà en separat bitström.

Tidluckeàteranvändning utnyttjas alltsà i detta fall genom att man organiserar grupper av noder i klungor samt att man till varje klunga utser en nodrepresentant som är anordnad att kommunicera med andra nodrepresentanter med utnyttjande av en separat, parallell bitström (dvs en separat, parallell våglängd).

Mellan varje klunga anordnas företrädesvis ett fil- terorgan pà den eller de bitströmmar som utnyttjas för tidluckeàteranvändning (eller snarare “bitströmsáter- användning”) enligt uppfinningen. Filterorganet förhindrar vidare förmedling av bitströmmen till nedströms liggande klungor som utnyttjar samma bitström för sin interna kommunikation. Inom varje separat klunga kan då samma bitström användas för kommunikation mellan noder belägna i samma klunga. För kommunikation mellan noder i olika klungor används nodrepresentanten som relä för att förmedla logiska kanaler.

För varje klunga utses företrädesvis en nod till masternod, vilken om sà önskas även kan vara tilldelad rollen som nodrepresentant. Masternoden ansvarar för synkroniseringen inom klungan genom att bestämma ramtakten pà den bitström som används för kommunikation inom klungan. Det är vidare föredraget att denna master- nod synkroniserar ramtakten pà den bitström som används för kommunikation inom klungan till en ramtakt pà en parallell bitström, exempelvis en bitström som används för kommunikation med andra nodrepresentanter.

Fördelen med att utnyttja nodrepresentanter är att kostnadseffektiva làgeffekts- eller multi-modlasrar kan 10 15 20 25 30 35 509 246 7 utnyttjas i de noder i en klunga vilka inte är nodrepre- sentanter. Merparten av noderna i en klunga behöver enbart ha förmåga att skriva på den eller de våglängder som används inom klungan. All kommunikation på andra våglängder sker via nodrepresentanten. Merparten av noderna i klungan behöver alltså således endast ett minimerat antal sändare för kommunikation med nedströms liggande noder, och kan således ges en betydligt enklare och kostnadseffektivare konstruktion. Endast nodrepresen- tanten behöver vara utrustad att kunna skriva på en parallell våglängd.

Eftersom indelningen av noderna i klungor, speciellt i samband med s.k. bitströmsåteranvändning, relaxerar kravet på korrelation till andra, parallella bitströmmar, minskar eller elimineras ovan nämnda problem med intra- våglängdsdispersion, klockglapp och dämpning. t.ex. TV, Video, säljas till hemmen är mycket priskänslig. Att kunna till- Utrustning, datorer etc, vilken ska verka utrustning till ett så attraktivt pris som möjligt är ett villkor för att kunna konkurrera inom sektorn för hemelektronik. För noder avsedda för bredbandsapplikatio- ner blir problemet extra stort eftersom noderna måste använda framkantsteknologi med stora krav på hård- och mjukvara. Det inses således att den förenklade konstruk- tion som kan användas vid utnyttjande av uppfinningen innebär stora fördelar i detta sammanhang.

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

Kortfattade beskrivning av bifogade ritningar Exemplifierande utföringsformer av uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig l visar ett exempel på uppbyggnaden av en nod som med fördel kan utnyttjas i samband med uppfinningen; 10 l5 20 25 30 35 509 246 8 Fig 2 visar den elektriska delen av den nod som visas i Fig 2; och Fig 3 visar utnyttjandet av klungor och bitströms- àteranvändning i enlighet med en utföringsform av uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Figur l visar schematisk ett exempel pà uppbyggnaden av en nod som med fördel utnyttjas i samband med uppfin- ningen, varvid en första optisk fiber betecknas l, en (”WDM Coupler”) betecknas 2 samt betecknas 3. Pà den första optiska fibern l bärs tvà olika vàglängder Ll och första vàglängdskopplare en första lx2-delare (”lx2 Coupler”) L2, dessa tvá våglängder används för att förmedla tvà bitströmmar Bl och B2. använder för att kommunicera data nedströms, Bl är den bitström vilken noden dvs inom den klunga som noden tillhör. I den första vàglängskopplaren 2 separeras de tvà vàglängderna Ll och L2 från varandra, och Ll, som används för att förmedla Bl, sänds pá en andra (optisk/elektrisk) Fràn den första o/e-omvandlaren 5 förmedlas optisk fiber till en första o/e- omvandlare 5. den första bitströmmen Bl elektriskt in i noden där data kan läsas fràn och skrivas in i pà förhand överenskomna tidluckor. Den andra vàglängden L2, som används för att förmedla B2, data, varför den förmedlas pà en tredje optisk fiber 6 (lx2 Coupler”) 3. pà L2 och förmedlar L2 vidare pà en fjärde optisk fiber 8 används i denna nod endast för läsning av till en lx2-delare lx2-delaren 3 delar samt en femte optisk fiber 9. Den femte optiska fibern 9 leds till en andra o/e-omvandlare 10. Fràn den andra o/e- omvandlaren 10 förmedlas B2 pà elektrisk väg in i noden så att data kan läsas fràn pà förhand överenskomna tidluckor.

Frán noden leds Bl till en första 2:1-multiplexor ll där data genererad i noden skrivs in i Bl. Från den första 2:1-multiplexorn ll leds den modifierade bitströmmen Bl' till en första e/o- (elektro/optisk) omvandlare 12 som omvandlar bitströmmen Bl' till optisk form pà våglängden 10 15 20 25 30 35 509 246 9 L1. Från den första e/o-omvandlaren 12 leds L1 på en sjätte optisk fiber 13 till en andra våglängdskopplare (”WDM Coupler") 14. Till den andra vàglängdskopplaren 14 leds ocksa den fjärde optiska fibern 8. I den andra våglängdskopplaren 14 kombineras Ll, buren pà den sjätte optiska fibern 13, med L2, buren pà den fjärde optiska fibern, och dessa förmedlas vidare pá en sjunde optisk fiber 16 till nästa nod nedströms.

Figur 2 visar den elektriska delen av den nod som visas i Fig 1. I detta utföringsexempel tas två parallella bitströmmar emot och en sänds. Naturligtvis kan man tänka sig en nod vilken tar emot fler än två bitströmmar samt sänder fler än en bitström. En PLL 20, 23 triggar en tidluckeräknare 18, 25 vilken pekar in i en kanaltabell 19, 24. Varje ingång i kanaltabellen motsvaras av en tidlucka i bitströmmen. När en flagga i kanaltabellen 19, 24 visar att motsvarande tidlucka ska läsas tar demulti- plexorn 21, 22 data från tidluckan för vidare behandling i noden. På motsvarande sätt sker sändning av data. När noden ska sända data läggs data i sändningstabellen 29 på den plats vilken motsvarar den tidlucka vilken ska användas för sändning. När tidluckeräknaren 28 pekar på en ingång i sändningstabellen 29 som har en flagga vilken indikerar att data ska sändas i denna tidlucka skriver multiplexorn 26 data i tidluckan. Därifrån förs data till multiplexorn 11 i Figur 1. Tidluckeräknaren triggas av en PLL 27.

Fig 3 visar utnyttjandet av klungor och bitströms- återanvändning i enlighet med en utföringsform av uppfinningen.

Tre olika klungor 42, 43 och 44 med flera noder i varje klunga använder samma bitström (våglängd) 47 för kommunikation inom respektive klunga. Detta innebär att en tidlucka vilken har används för kommunikation mellan två noder i den första klungan 42 i bitström 47 inte behöver vara outnyttjad längre nedströms utan kan först åter- användas i klungan 43 och sedan återigen i klungan 44. För 10 15 20 25 30 509 246 lO att förhindra vidare spridning av bitströmmen 47 nedströms och därmed förhindra störningar i nedströms belägna klungor finns filter 45 och 46 anordnade mellan de olika 43 och 44. 43 och 44 finns en speciell nodrepresentant 71, 72 respektive 73 för klungorna 42, I varje klunga 42, klungan. I denna utföringsform är bitströmmen 47 driven av lasrar med làg uteffekt, vilket är möjligt då avstànden inom varje klunga är relativt kort. Nodrepresentaterna 7l, 72 och 73 har tillgång till de med ovan nämnda bitström 47 parallella bitströmmarna (våglängderna) 48, 49 och 50, vilka används för làngdistanskommunikation mellan klung- orna. Nodrepresentanterna 71, 72 och 73 fungerar som en relästation för kommunikation mellan klungorna. Nodrepre- sentanterna 71, 72 och 73 ansvarar för att motta och sända styrinformation fràn/till varandra. Detta innebär att logiska kanaler mellan olika klungor sätts upp och förs över via nodrepresentanterna 71, 72 och 73. Den längst uppströms liggande noden i varje klunga, vilket i detta exempel ràkar vara nodrepresentanterna 71, 72 och 73, svarar för synkronisering av bitströmmen 47 pà respektive avsnitt genom att förse bitströmmen 47 med ett regelbundet återkommande ramstartsmönster. Tillförandet av ramstarts- mönstret pá bitströmmen 47 inom de olika klungorna sker företrädesvis i enlighet med förekomsten av ett motsvar- ande ramstartsmönster pa någon av de övriga bitströmmarna 48, 49 50.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna och pà ritningen visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 509 246 ll PATENTKRAV

1. Förfarande för hantering av bitströmmar i ett tidsmultiplexerat nätverk i vilket data överförs längs ett delat medium med untyttjande av minst tvá parallella bitströmmar, vilka förmedlas pà respektive våglängder, kännetecknat av: att noder i nämnda nätverk delas in i àtminstone tvà (42, 43, 44); att minst en första bitström (47) av nämnda paral- klungor lella bitströmmar används för kommunikation mellan noder inom var och en av nämnda àtminstone tva klungor (42, 42, 44); 0Ch att vidare spridning av den första bitströmmen (47) fràn en av nämnda àtminstone tvà klungor till en annan av nämnda àtminstone tvà klungor förhindras.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av (48) lella bitströmmar utnyttjas för kommunikation mellan att àtminstone en andra bitström av nämnda paral- nämnda àtminstone tvà klungor.

3. . Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - awr att en nodrepresentant (71, 72, 73) utses inom (42, 43, (71, 72, 73) använder nämnda àtminstone en andra bitström för 44). na.t varje klunga 44) och att nodrepresentanten kommunikation med andra klungor (42, 43, kèàn11e- (47) vidare spridning förhindras medelst medelst ett avbrott. 2 eller 3, awr att nämnda första bitströms

4. Förfarande enligt krav l, te<:kI1at

5. Förfarande enligt krav 1, 2 eller 3, känne - (47) vidare spridning förhindras medelst ett passivt optiskt filter. t e c k n a t a v att nämnda första bitströms lO 15 20 25 30 35 509 246 12

6. Förfarande enligt nagot föregàende krav, k:ä11- n e t e c k n a t a v att nämnda nätverk arbetar enligt ett DTM-protokoll.

7. System för hantering av bitströmmar i ett delat medium i form av en optisk ledare i ett tidsmultiplexerat nätverk, kännetecknat av att noder anslutna till nämnda delade medium är 44); att en första bitström förmedlad av en första vàg- indelade i åtminstone tvá klungor (42, 43, längd är allokerad för kommunikation mellan noder inom (42, 43, 44); att systemet innefattar organ för att förhindra var och en av nämnda åtminstone tvà klungor vidare utbredning av nämnda första bitström, förmedlad med utnyttjande av nämnda första vàglängd, fràn en av nämnda àtminstone tvà klungor till en annan av nämnda åtminstone tvà klungor.

8. System enligt krav 7, kännetecknat av att en nod i nämnda första klunga, kallad masternod, är anordnad att synkronisera kommunikationen pà en vàglängd som används inom klungan.

9. System enligt nagot av kraven 7 eller 8,1<är1- n e t e c k n a t a v att nätverket är kretskopplat. 8 eller 9, a\r att nämnda optiska medium

10. System enligt något av kraven 7, kännetecknat utnyttjar vàglängdsmultiplexering.

11. ll. System enligt nàgot av kraven 7-10, käànrie - t e<:kI1a t a\r att nämnda organ för att förhindra vidare utbredning innefattar ett avbrott.

12. System enligt något av kraven 7-10, kàinI1e- t ec:kI1a.t a\r att nämnda organ för att förhindra vidare utbredning innefattar ett passivt optiskt filter. lO 509 246 13

13. System enligt nagot av kraven 7-12, känne - t e c k n a t a v att kommunikation mellan nämnda åtmins- tone tvà klungor sker med utnyttjande av en andra bit- ström som är parallell med nämnda första bitström.

14. System enligt nagot av kraven 7-13, kä nne - t e c k n a t a v att nänmda nätverk arbetar enligt ett DTM-protokoll .