SE516328C2

SE516328C2 - Packet telecommunications transmission system handling several channels with data terminal with adaption layer

Info

Publication number: SE516328C2
Application number: SE9700899A
Authority: SE
Inventors: Per Tholin; Gunnar Bahlenberg; Erik Dillner; Magnus Johansson; Lis-Marie Ljunggren; Harry Tonwall; Per-Ola Wester
Original assignee: Telia Ab
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 2001-12-17
Also published as: SE9700899D0; SE9700899L

Abstract

The system handles several channels having one or more data terminals with an adaption layer. The terminal processes incoming data with a constant delay. A registration mechanism is provided in the terminal for registering incoming data packets according to the channel with which they are associated. The packets are placed in a circular queue and emptied at a constant rate. A loading mechanism is provided in the data terminal for placing the incoming data packets in the queue at a location corresponding to the constant delay. The delay terminal removes the data packets in the queue at a predetermined speed.

Description

20 25 30 35 40 _- .man O 000: 516 328 2 matas in via ett paketbaserat parallellt gränssnitt (inter- face) till AALen som implementerar AAL typ l (AAL l) och kan bearbeta fyra parallella kanaler. En MPEG-2-avkodare är kopplad till AALen och innefattar en demultiplexer som bl.a. ästadkommer återhämtning av SystemTidsKlockan (STC) och audio, video och datasignaler. Dessa signaler anbringas an- tingen till en separat monitor, t.ex. en HDTV (High Defini- tion Television/högupplösningstelevision)/multikanalstele- vision, eller till en arbetsstation. Arbetsstationen kan W även vara anordnad med en ATM-adapter för att tillåta direkt utbyte av privat information (dvs. icke audio- och video- flöden, men data som t.ex. tillåter användning av delade textområden), utan att gá igenom systemmultiplexorn. 20 25 30 35 40 _- .man O 000: 516 328 2 is input via a packet-based parallel interface to the AAL that implements AAL type 1 (AAL 1) and can process four parallel channels. An MPEG-2 decoder is connected to the AAL and includes a demultiplexer which i.a. provides recovery of the SystemTimeClock (STC) and audio, video and data signals. These signals are either applied to a separate monitor, e.g. an HDTV (High Definition Television) / multi-channel television, or to a workstation. The workstation W can also be provided with an ATM adapter to allow direct exchange of private information (ie not audio and video streams, but data such as allowing the use of shared text areas), without going through the system multiplexer.

Med ett systemarrangemang för transmission av MPEG-2 över ATM levereras ett multiplexerat MPEG-2-transport/pro- gramflöde till ATM-adaptionsskiktet (AAL), via ett paket- baserat parallellt gränssnitt (interface), där det delas upp i celler för överföring. Med denna arbetsmetod finns det en risk att fördröjningsvariationer kommer att introduceras före det att transmissionen inträffar. Systemflödet måste vidare uppdelas i olika delar, baserat pà dess innehåll, för att fullständigt använda de möjligheter som den virtuella (VCIS) överföres över olika virtuella kanaler (VCs). kanalidentifieraren erbjuder, t.ex. audio och video ATM är en kopplingsorienterad paketswitchningsteknik, dvs. en förbindelse upprättas mellan ändpunktsterminalut- rustningar före det att någon data överföres, och när väl denna förbindelse har upprättats väljer ATM-cellerna själva vägen, dvs. cellerna innehåller nödvändig adresseringsinfor- mation.With a system arrangement for transmitting MPEG-2 over ATM, a multiplexed MPEG-2 transport / program flow is delivered to the ATM adaptation layer (AAL), via a packet-based parallel interface, where it is divided into cells for transmission. . With this working method, there is a risk that delay variations will be introduced before the transmission occurs. The system flow must be further divided into different parts, based on its content, in order to fully utilize the possibilities that the virtual (VCIS) is transmitted over different virtual channels (VCs). the channel identifier offers, e.g. audio and video ATM is a switch-oriented packet switching technology, ie. a connection is established between endpoint terminal equipment before any data is transmitted, and once this connection has been established, the ATM cells choose the path itself, ie. the cells contain the necessary addressing information.

Det fysiska skiktet hos en ATM-skiktsmodell, såsom med andra nätverk, fungerar som ett gränssnitt till fysiska media, t.ex. optiska eller elektriska, och genomför i huvud- sak en omvandling mellan bitflödet hos nätverket och ett cellflöde hos ATM-skiktet som är hjärtat i ATM-nätverket.The physical layer of an ATM layer model, as with other networks, acts as an interface to physical media, e.g. optical or electrical, and mainly performs a conversion between the bit flow of the network and a cell flow of the ATM layer which is the heart of the ATM network.

ATM-adaptionsskiktet (AAL) lingsfunktion mellan högre skikt och ATM-skiktet genom att som kan betraktas som en omvand- generera ATM-celler fràn data överfört till det av de högre skikten, uppdelas i ett antal typer, varvid var och en är anpassad att stödja olika typer av trafik.The ATM adaptation layer (AAL) function between the higher layer and the ATM layer in that which can be considered as a conversion-generating ATM cells from data transferred to that of the higher layers, is divided into a number of types, each of which is adapted to support different types of traffic.

IOÛÛÜ' 000.00 10 15 20 25 30 35 40 516 328 3 Med MPEG-2, då kodad data inträder i MPEG-2-system- skiktet, paketeras data i paketerade enkla flöden (PES) multiplexeras till antingen ett transportflöde eller ett som programflöde, beroende på applikationen, dvs. var och en av dessa flöden är avsedda för användning med en annorlunda typ av applikation. Syftet med MPEG-2-systemskiktet är följakt- ligen att kombinera ett eller flera enkla flöden av video, audio eller annan data, till singel- eller multipelpaket- orienterade multiplexerade flöden. Synkroniserad avkodning_ med varken underflöde eller överflöde, hos avkodnings- buffrarna effektueras dessutom genom att lägga till tids- stämplar för avkodning, och presentation av audio- och videodata och tidsstämplar avseende leverans av dataflöden.IOÛÛÜ '000.00 10 15 20 25 30 35 40 516 328 3 With MPEG-2, when encoded data enters the MPEG-2 system layer, data is packaged in packaged single flows (PES) multiplexed into either a transport flow or one as a program flow, depending on the application, ie. each of these flows is intended for use with a different type of application. Accordingly, the purpose of the MPEG-2 system layer is to combine one or more single streams of video, audio or other data, into single or multiple packet oriented multiplexed streams. Synchronized decoding_ with neither underflow nor overflow, of the decoding buffers is also effected by adding timestamps for decoding, and presentation of audio and video data and timestamps regarding delivery of data flows.

Flöden hos presentationsenheter, som genereras frán en ursprunglig audio- och/eller videokälla är i huvudsak okodad representationer av bilder, eller ljudramar, och kodningen av presentationsenhetsflödena resulterar i ett flöde av accessenheter, dvs. accessenheter är kodade representationer av presentationsenheter. Ett enkelt flöde är ett annat namn för ett flöde av accessenheter. Varje audio- eller video- källa resulterar med andra ord i ett enkelt flöde som har en tidsbas som dikteras av klockan använd för att sampla den audio/visuella signalen. Enkla flöden som är relaterade till varandra grupperas i ett program. Flödena hos ett program måste ha samma tidsbas.Flows of presentation units, which are generated from an original audio and / or video source, are essentially uncoded representations of images, or sound frames, and the coding of the presentation unit flows results in a flow of access units, i.e. access units are coded representations of presentation units. A simple flow is another name for a flow of access units. In other words, each audio or video source results in a simple flow that has a time base dictated by the clock used to sample the audio / visual signal. Simple flows that are related to each other are grouped in one program. The flows of a program must have the same time base.

När information överföres via ett ATM-nätverk införs alltid fördröjningsvariationer, vanligtvis refererade till såsom celljitter. Avjittering (dejittering) är en funktion som definieras i AAL1.When information is transmitted over an ATM network, delay variations, usually referred to as cell jitters, are always introduced. Dejittering is a function defined in AAL1.

Dá ett MPEG-2-transportflöde överförs över en kanal mäste fördröjningsvariationen som införes hållas inom smala gränser. Om inte detta kriterium hàlles kan inte ände-till- ände-synkronisering uppnås. Detta i tur skapar problem dä transportflödet överföres över ett ATM-nätverk, och termi- nalen genomför AAL-skiktfunktioner som kan resultera i en variabel fördröjning.When an MPEG-2 transport stream is transmitted over a channel, the delay variation introduced must be kept within narrow limits. If this criterion is not met, end-to-end synchronization cannot be achieved. This in turn creates problems when the transport flow is transmitted over an ATM network, and the terminal performs AAL layer functions that can result in a variable delay.

En variabel fördröjning kommer att inträffa om tran- sportflödet har en variabel bithastighet (VBR) och/eller kanalkodning tillförs i form av interleaving och Reed- Solomon-kodning (se ITU-T Rec. I.363, AALl). 10 15 20 25 30 35 40 'QIO 000000 .516 328 4 Enligt en första aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahálles ett pakettelekommunikationstransmissions- system, anpassat att hantera flera kanaler, som har åtmin- stone en dataterminal med ett adaptionsskikt, varvid nämnda terminal är anpassad att bearbeta inkommande data med en konstant fördröjning, kännetecknat av att registreringsmedel är anordnat i nämnda terminal för att registrera inkommande datapaket enligt kanalen med vilken de är förknippade, och av att inkommande datapaket är placerade i ett cirkulärt kö- medel, varvid nämnda kömedel är anpassat att tömmas vid en konstant hastighet.A variable delay will occur if the transport flow has a variable bit rate (VBR) and / or channel coding is added in the form of interleaving and Reed-Solomon coding (see ITU-T Rec. I.363, AAL1). According to a first aspect of the present invention, there is provided a packet telecommunication transmission system adapted to handle several channels having at least one data terminal with an adaptive layer, said terminal being adapted to handle processing incoming data with a constant delay, characterized in that recording means are arranged in said terminal for recording incoming data packets according to the channel to which they are associated, and in that incoming data packets are placed in a circular queuing means, said queuing means being adapted to emptied at a constant speed.

Laddningsmedel är företrädesvis tillhandahállna i nämnda dataterminal för att placera inkommande datapaket i nämnda cirkulära kömedel vid ett läge som motsvarar nämnda konstanta fördröjning.Charging means are preferably provided in said data terminal for placing incoming data packets in said circular queuing means at a position corresponding to said constant delay.

Laddningsmedel är företrädesvis tillhandahállna i nämnda dataterminal för att avlägsna datapaket i nämnda kömedel vid en förutbestämd hastighet.Charging means are preferably provided in said data terminal for removing data packets in said queuing means at a predetermined rate.

Antikollisionsmedel kan tillhandahållas i nämnda data- terminal för att förhindra kollisioner i nämnda kömedel mellan datapaket som härrör från olika kanaler med olika bithastigheter.Anti-collision means can be provided in said data terminal to prevent collisions in said queuing means between data packets originating from different channels with different bit rates.

Nämnda antikollisionsmedel kan vara anpassat, i hän- delsen av en potentiell kollision mellan ett första och ett andra datapaket, att lokalisera nämnda andra datapaket vid ett läge i nämnda kömedel så nära ett idealiskt läge som möjligt.Said anti-collision means may be adapted, in the event of a potential collision between a first and a second data packet, to locate said second data packet at a position in said queuing means as close to an ideal position as possible.

Nämnda pakettelekommunikationssystem kan vara ett ATM- system.Said packet telecommunication system may be an ATM system.

Nämnda registreringsmedel, laddningsmedel, avladdnings- medel och antikollisionsmedel kan utgöra del av ett AAL.Said means of registration, means of charge, means of discharge and means of anti-collision may form part of an AAL.

Nämnda AAL kan vara ett AAL1.The AAL may be an AAL1.

Nämnda pakettransmissionssystem kan vara anpassat att förmedla MPEG-transportflöden.Said packet transmission system may be adapted to transmit MPEG transport flows.

Nämda transportflöde kan ha en variabel bithastighet och kanalkodning kan ha tillförts i form av interleaving och Reed-Solomon-kodning.Said transport flow may have a variable bit rate and channel coding may have been added in the form of interleaving and Reed-Solomon coding.

Nämnda transportflöde kan ha en konstant bithastighet, a, varvid nämnda konstanta bithastighet kan ha degenererats till en variabel bithastighet på grund av införandet av 000000 10 15 20 25 30 35 40 v 516 328 5 felkorrigerande celler i nämnda transportflöde, en konstant bithastighet, b, kan vara återlagrad, varvid b kan vara större än a, och cellintervallreduktionsmedel kan vara an- ordnat för att reducera cellintervall på ett kontrollerat sätt.Said transport flow may have a constant bit rate, a, said constant bit rate may have degenerated to a variable bit rate due to the introduction of error correcting cells into said transport flow, a constant bit rate, b, may be rearranged, whereby b may be greater than a, and cell interval reducing means may be provided to reduce cell interval in a controlled manner.

Enligt en andra aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahálles i ett pakettelekommunikationstransmissions- system anpassat att hantera flera kanaler som åtminstone har en dataterminal med ett adaptionsskikt, en metod för att bearbeta inkommande data med en konstant fördröjning, känne- tecknad av stegen av att registrera inkommande datapaket enligt kanalen med vilken de är förknippade, och placera in- kommande datapaket i en cirkulär kö, och genom att tömma nämnda kö vid en konstant hastighet.According to a second aspect of the present invention, there is provided in a packet telecommunication transmission system adapted to handle several channels having at least one data terminal with one adaptation layer, a method for processing incoming data with a constant delay, characterized by the steps of registering incoming data packets according to the channel with which they are associated, and placing incoming data packets in a circular queue, and by emptying said queue at a constant speed.

Utföringsformer av uppfinningen kommer nu att beskrivas medelst exempel.Embodiments of the invention will now be described by way of example.

Då ett MPEG-2-transportflöde såsom nämnts ovan över- föres över en kanal mäste fördröjningsvariationen hållas inom smala gränser. Om ände-till-ände-synkronisering inte uppnås kommer problem att uppstå på grund av att AAL-skiktet i en terminal kan lägga till en variabel fördröjning. En sådan variabel fördröjning kan inträffa om transportflödet har variabel bithastighet (VBR) förs i form av interleaving och Reed-Solomon-kodning (se ITU-T Rec. I.363, AAL 1). Detta inträffar på grund av att "interleavern” och/eller kanalkodning till- består av ett minne med fastställd längd, uttryckt i ett antal bytes, och tiden det tar för att fylla detta minne kommer att bestämmas av ”inskrivnings”-bithas- tigheten. Detta introducerar en signifikant fördröjnings- variation, dvs. ett självinducerat celljitter orsakat av variationer i bithastigheten.When an MPEG-2 transport stream, as mentioned above, is transmitted over a channel, the delay variation must be kept within narrow limits. If end-to-end synchronization is not achieved, problems will arise because the AAL layer in a terminal can add a variable delay. Such a variable delay can occur if the transport flow has variable bit rate (VBR) in the form of interleaving and Reed-Solomon coding (see ITU-T Rec. I.363, AAL 1). This occurs because the "interleaver" and / or channel coding consists of a memory of a fixed length, expressed in a number of bytes, and the time it takes to fill this memory will be determined by the "write" bit rate. This introduces a significant delay variation, i.e. a self-induced cell jitter caused by variations in the bit rate.

Om MPEG-2-transportflödet har en konstant bithastighet (CBR) kommer i så fall det resulterande flödet av AAL-PDUs fortfarande att ha en variabel bithastighet på grund av den extra informationen i form av ”felkorrigeringsceller” som tillförs till paketflödet. För att göra det möjligt för transportflödet att överföras på ett tillförlitligt sätt genom en CBR-trafikklass i ATM-nätverket måste CBR-egen- skaper återlagras. Det skall emellertid observeras att ny CBR-hastighet naturligtvis kommer att ökas på grund av in- OIOIUI 10 15 20 25 30 35 40 .516 328 6 formationen som har tillförts till transportflödet. Detta o u ø v v | o v c o» kräver att cellintervallet reduceras pà ett kontrollerat sätt.If the MPEG-2 transport flow has a constant bit rate (CBR), then the resulting flow of AAL-PDUs will still have a variable bit rate due to the additional information in the form of "error correction cells" supplied to the packet flow. To enable the transport flow to be transmitted reliably through a CBR traffic class in the ATM network, CBR properties must be re-stored. It should be noted, however, that new CBR velocity will naturally increase due to the information added to the transport flow. This o u ø v v | o v c o »requires that the cell interval be reduced in a controlled manner.

Föreliggande uppfinning tillhandahåller ett sätt att implementera en konstant bitfördröjning i en implementering av ett AALl-skikt. Denna teknik kan emellertid användas i alla applikationer där det är nödvändigt att àstadkomma konstant fördröjning.The present invention provides a method of implementing a constant bit delay in an implementation of an AAL1 layer. However, this technique can be used in all applications where it is necessary to achieve a constant delay.

Med tekniken i föreliggande uppfinning registreras inkommande datapaket med hänsyn till deras kanal-”anknyt- ning”. Beroende pà bithastighet är inkommande dataceller anordnade i en cirkulär uppgiftskö. Positionen hos en cell i uppgiftskön bildar den fastställda fördröjningen som behövs introduceras. Kön töms vid en känd hastighet. Pà grund av att samma kö används för ett antal kanaler, och bithastig- heterna hos var och en av kanalerna kan vara helt olika kan kollisioner inträffa vid placerandet av cellerna i kön.With the technology of the present invention, incoming data packets are registered with respect to their channel "connection". Depending on the bit rate, incoming data cells are arranged in a circular task queue. The position of a cell in the task queue forms the determined delay that needs to be introduced. The queue is emptied at a known speed. Because the same queue is used for a number of channels, and the bit rates of each of the channels can be completely different, collisions can occur when placing the cells in the queue.

Effekterna av dessa kollisioner kan minimeras genom att placera en cell, vars föredragna position redan är upptagen. i den närmast bäst belägna positionen i kön.The effects of these collisions can be minimized by placing a cell whose preferred position is already occupied. in the closest best position in the queue.

Funktionerna hänvisade till ovan kan tillhandahållas genom lokaliseringsregistreringsmedel, laddningsmedel, av- laddningsmedel och antikollisionsmedel i ett AAL.The functions referred to above can be provided by location detection means, charge means, discharge means and anti-collision means in an AAL.

Föreliggande uppfinning kan tillämpas vid implemen- teringen av ett ATM-adaptionsskikt eller nàgon annan appli- kation där en konstant bitvariation i en databearbetningsen- het behövs. Det bör inses att en implementering av ett AAL ingar i alla typer av terminaler som är kopplade till ett ATM-nätverk.The present invention can be applied in the implementation of an ATM adaptation layer or any other application where a constant bit variation in a data processing unit is needed. It should be understood that an implementation of an AAL in all types of terminals connected to an ATM network.

Claims

10 15 20 25 30 35 516 328 7 n o I o a o v I u a oo PATENT REQUIREMENTS

Packet telecommunication transmission system adapted to handle several channels having at least one data terminal with one adaptation layer, said terminal being adapted to process incoming data with a constant delay, characterized in that recording means are arranged in said terminal for recording incoming data packets according to the channel with which they are associated with, and in that incoming data packets are placed in circular queuing means arranged to be emptied at a constant speed, means of charge being arranged in said data terminal for placing incoming data packets in said circular queuing means at a position corresponding to said constant delay.

A packet telecommunication transmission system according to any one of claims 1, characterized in that discharge means are arranged in said data terminal for removing data packets in said queuing means at a predetermined speed.

Packet telecommunication transmission system according to any one of the preceding claims, characterized in that anti-collision means are arranged in said data terminal to prevent collisions in said queue means between data packets originating from different channels with different bit rates.

A packet telecommunication transmission system according to claim 3, characterized in that said anti-collision means is adapted, in the event of a potential collision between a first and a second data packet, to locate said second data packet at a location in said queue means as close as possible to an ideal location.

Packet telecommunication transmission system according to any one of the preceding claims, characterized in that said packet telecommunication system is an ATM system. 10 15 20 25 30 35 Ian iv: n nu ..5_16 328 3

Packet telecommunication transmission system according to claim 5, characterized in that said recording means, charging means, discharging means and anti-collision means form part of an AAL.

A packet telecommunication transmission system according to claim 6, characterized in that said AAL is an AAL1.

Packet telecommunication transmission system according to any one of the preceding claims, characterized in that said packet transmission system is adapted to transmit MPEG transport flows.

Packet telecommunication transmission system according to claim 8, characterized in that said transport flow has a variable bit rate and in that channel coding has been added in the form of interleaving and Reed-Solomon coding.

Packet telecommunication transmission system according to claim 8, characterized in that said transport flow has a constant bit rate, a, and in that said constant bit rate has degenerated to a variable bit rate due to the introduction of error correction cells in said transport flow, and in that a constant bit rate, b, is re-stored, and because b is greater than a, and because cell interval reducing means are provided to reduce cell intervals in a controlled manner.

11. ll. Method for processing incoming data with a constant delay in a packet telecommunication transmission system arranged to handle several channels having at least one data terminal with an adaptation layer, characterized by the steps of registering incoming data packets according to the channel to which they are associated; placing incoming data packets in a circular queue; and emptying said queue at a constant rate wherein the step of placing incoming data packets in said circular queue at a location corresponding to said constant delay.

A method according to any one of claims 10 or 11, characterized by the steps of removing data packets from said queue at a predetermined speed. - advert 10 15 20 25 30 _ .. 5.16 328 9

A method according to any one of claims 11-12, characterized in that it prevents collisions in said queue between data packets originating from different channels with different bit rates.

A method according to claim 13, characterized in, in the event of a potential collision between a first and a second data packet, locating said second data packet at a location in said queue as close as possible to an ideal location.

Method according to any one of claims 11-14, characterized in that said packet telecommunication system is an ATM system.

Method according to claim 15, characterized in that it performs the steps of registration, charging, discharging and collision prevention in an AAL.

Method according to claim 16, characterized in that said AAL is an AAL1.

Method according to any one of claims 11-17, characterized in that said packet transmission system is adapted to transmit MPEG transport flows.

Method according to claim 18, characterized by said transport flow having a variable bit rate, channel coding which has been applied in the form of interleaving and Reed-Solomon coding.

Method according to claim 19, characterized by said transport flow having a constant bit rate, a, and by said constant bit rate which has degenerated to a variable bit rate by introducing error correction cells in said transport flow, and by re-storing a constant bit rate , b, where b is greater than a, and by reducing the cell range in a controlled manner.