SI20398A - Postopek in priprava za prenos podatkovnih in govornih paketov med paketnim in sinhronim omrežjem - Google Patents

Abstract

Priprava in postopek za prenos in obdelavo, tako podatkovnih, kot tudi govornih paketov med paketnim podatkovnim omrežjem ter sočasnim telekomunikacijskim omrežjem. Izum temelji na uporabi paketnega upravitelja (4), medpomnilnika (6) z dvema ločenima dostopoma (DPRAM) ter razširitvenega modula (2), ki opravlja funkcijo obdelave paketov. Naloga paketnega upravitelja (4) je prenašanje paketov med medpomnilnikom (6) ter elektronskimi elementi (3) na razširitvenem modulu (2). Uporaba izuma v realnem primeru razbremeni jedro komunikacijskega procesorja ter njegovo zunanje vodilo, zlasti fleksibilnega razširitvenega modula (2) ter paketnega upravitelja (4), pa je možno hitro in učinkovito prilaganje osnovnega sistema na spremembe na telekomunikacijskem področju, kakor tudi na različne proizvajalce programske opreme, za obdelavo paketov in elektronskih elementov (3), kot so DSP procesorji in FPGA vezja.ŕ

Description

POSTOPEK IN PRIPRAVA ZA PRENOS PODATKOVNIH IN GOVORNIH PAKETOV MED PAKETNIM IN SINHRONIM OMREŽJEM

Področje tehnike izuma

Predmet izuma je postopek in priprava za prenos podatkovnih in govornih paketov med paketnim in sinhronim omrežejem.

Izum se nanaša na področje elektronskih vezij ter ustrezne programske opreme za uporabo v komunikacijah. Bolj natančno, se izum nanaša na področje prenosa, tako govornih kot tudi podatkovnih, paketov po standardnih obstoječih telekomunikacijskih ter podatkovnih omrežij.

Tehnični problem, ki ga izum rešuje

Sodobna elektronska vezja za uporabo v komunikacijah so v večji meri sestavljena iz glavnega komunikacijskega procesorja, ki skrbi za kontrolo nad celotnim vezjem, ter elektronskih komponent, največkrat uporabljeni so digitalni signalni procesorji (DSP), ki skrbijo za obdelavo paketov.

Glavna problematika na tem področju je velika obremenitev samega jedra ter zunanjega vodila komunikacijskega procesorja pri opravljanju prenosa paketov med komunikacijskim procesorjem ter elektronskimi komponentami za obdelavo paketov. Prav tako je problematična hitrost le tega prenosa, saj ne sme zavirati pretoka podatkov. Izum rešuje zgoraj opisani problematiki ter zagotavlja, tako razbremenitev jedra komunikacijskega procesorja in njegovega zunanjega vodila, kot tudi potrebno hitrost pretoka paketov.

Stanje tehnike

Za rešitev opisane problematike že obstajajo rešitve, vendar pa vsebujejo določene pomankljivosti.

Ena od rešitev, prikazana na sliki. 1, uporablja svoje namensko integrirano vezje (ASIC) 24, v katerem je realizirana celotna kontrola prenosa in tudi sam prenos paketov med zunanjim sinhrono-dinamičnim pomnilnikom (SDRAM) 28 komunikacijskega procesorja 36, po sliki 1, ter notranjim pomnilnikom DSP procesorjev 22, ki obdelujejo pakete. Podatki iz paketnega omrežja 34, po sliki 1, prestreza komunikacijski procesor 36, ter sprejete pakete z govorno vsebino shrani v SDRAM 28. Integrirano vezje ASIC 24 pakete preko PCI mosta 30 in PCI vodila 26 prenese v notranji spomin enga od DSP procesorjev. Prenos paketov v tem primeru poteka paralelno. Tu se paket obdela ter odda v sinhrono omrežje 20, po sliki 1. Postopek za prenos paketov iz sinhronega 20 v paketno 34omrežje je isti, samo da se odvija v obratnem vrstnem redu.

Za celoten prenos torej skrbi integrirano vezje ASIC 24 in na ta način razbremeni jedro komunikacijskega procesorja 36. Pomankljivost pri tej rešitvi je ta, da se pri branju in zapisovanju paketov v SDRAM 28 iz strani DSP procesorjev 22 uporablja zunanje vodilo komunikacijskega procesorja 32, po sliki 1, kar povzroči obremenitev tega vodila. Druga pomankljivost pa je to, daje to integrirano vezje 24 končen in zaključen produkt, ki se ga ne da spreminjati in prilagajati hitrim spremembam, ki se odvijajo na področju telekomunikacij.

Druga rešitev, prikazana na sliki 2, za prenos paketov uporablja serijski pretok podatkov, po serijskem vodilu 50. Podatki iz paketnega omrežja 44, po sliki 2, prestreza komunikacijski procesor 48, po sliki 2, ter sprejete pakete z govorno vsebino preko zunanjega procesorskega vodila 42, po sliki 2, shrani v SDRAM pomnilnik 40. Komunikacijski procesor 48 pakete shranjene v SDRAM-u 40 pošlje po serijskem kanalu 50 do DSP procesorjev 52, kjer se shrani v notranji spomin enega od njih. Pretok podatkov po serijskem kanalu 50 lahko poteka transparentno ali z uporabo HDLC (High-level Data Link Control) enkapsulacije. Izbrani DSP procesor paket obdela ter ga odda v sinhrono omrežje 46. Postopek za prenos paketov iz sinhronega 46, po sliki 2, v paketno 44 omrežje je isti, samo da se odvija v obratnem vrstnem redu.

Za celoten prenos paketov skrbi komunikacijski procesor 48, kar dodatno obremenjuje njegovo jedro, kar je velik problem in v tem primeru ostane nerešen. Za komunikacijo med komunikacijskim 48 in enim izmed DSP procesotjev 52 se uporablja serijska vmesnika komunikacijskega procesorja 48. in DSP procesorja. Ta način odpravlja problematiko obremenitve zunanjega procesorskega vodila 42.

Naloga in cilj izuma je takšen postopek in priprava za prenos podatkovnih in govornih paketov med paketnim in sinhronim omrežejem, da bodo odpravljene pomanjkljivosti znanih rešitev.

Po izumu je naloga rešena s postopkom in pripravo za prenos podatkovnih in govornih paketov med paketnim in sinhronim omrežejem po neodvisnih patentnih zahtevkih.

OPIS IZUMA

Izum, poleg tega, da ponuja rešitve opisanih tehničnih problemov, tudi odpravlja pomankljivosti, ki so omenjene pri zgoraj opisanih, že obstoječih rešitvah.

Za izvedbo izuma je uporabljen • razširitveni modul 2, ter dva standardna integrirana vezja:

• pomnilnik z dvema ločenima dostopoma 6 (Dual Port RAM - DPRAM) in • paketni upravitelj 4.

Razširitveni modul 2 je elektronsko vezje, ki ga sestavljajo različne elektronske komponente 3 in sicer v večji meri integrirana vezja. Z izrazom razširitveni modul je definirana implementacija elektronskih komponent 3 v skupno elektronsko vezje. Razširitveni modul je tako lahko del osnovnega elektronskega vezja ali pa je realiziran kot natična enota osnovnega elektronskega vezja. Funkcija razširitvenega modula 2 je obdelovnje govornih in podatkovnih paketov. Prednost uporabe razširitvenega modula 2 je to, da se lahko v njegovem sklopu uporabi različna integrirana vezja, namenjena obdelavi paketov, kar ima za posledico zelo fleksibilno rešitev. Med možna, integrirana vezja sodijo DSP procesorji ter namenska integrirana vezja.

Glavna lastnost DPRAM-a, v primeru izuma tudi prednost, je ta, da se ga priključi na dve ločeni vodili, tako da se lahko iz obeh vodil hkrati dostopa do pomnilnika 6. Ta lastnost je v izumu uporabljena na naslednji način: eno dostopno mesto je priklopljeno na zunanje procesorsko vodilo 10, po sliki 3, komunikacijskega procesorja 12, po sliki 3, drugo pa na razširitveno vodilo 8 do razširitvenega modula 2. DPRAM je torej uporabljen kot zunanji pomnilnik komunikacijskega procesoija 12, ki opravlja funkcijo medpomnilnika 6. V njem se shranjujejo paketi, ki se prenašajo med komunikacijskim procesorjem 12 in razširitvenim modulom 2. V primeru branja in pisanja v DPRAM iz razširitvenega modula 2, se do medpomnilnika 6 dostopa preko mesta, ki je priklopljen na razširitveno vodilo 8, kar pomeni, da to dejanje popolnoma nič ne obremenjuje zunanjega procesorskega vodila 10. Na ta način je odpravljena ena od pomankljivosti zgoraj opisanih obstoječih rešitev.

Element izuma je tudi paketni upravitelj 4. Njegova naloga je prenašanje paketov med medpomnilnikom 6 ter elektronskim komponentami 3 na razširitvenem modulu 2, ki so namenjeni obdelavi paketov. To pomeni, da paketni upravitelj 4, opravlja celotno transakcijo paketov in s tem razbremeni jedro komunikacijskega procesorja 12. Izum odpravi še drugo pomankljivost, ki je bila omenjena pri obstoječih rešitvah. Zelo pomembna prednost izuma pred že realiziranimi rešitvami je to, da programska oprema, ki se izvaja na paketnem upravljalniku 4 ni enolično določena. To pomeni, da je ta izum primeren za implementacijo v različne sisteme, katerih opis sledi v podrobnem opisu izumov.

Kratek opis slik

Rešitve po izumu bodo postale poznavalcem tehnike bolj jasne in razvidne po pregledu sledečega podrobnega opisa skupaj s spremljajočimi shemami.

Slika 1: prikazuje stanje tehnike z uporabo namenskega integriranega vezja ASIC.

Slika 2: prikazuje stanje tehnika s serijsko povezavo med komunikacijskim procesorjem in

DSP procesorji.

Slika 3: prikazuje postavitev ter povezavo vseh elementov, uporabljenih v izumu.

Slika 4: prikazuje postopek za prenos paketov iz strani komunikacijskega procesorja do razširitvenega modula.

Slika 5: prikazuje postopek za prenos paketov iz strani razširitvenega modula do komunikacijskega procesorja.

Podroben opis izuma

Za boljšo ponazoritev postopka izuma, je podrobno opisan postopek prenosa paketov v smeri iz komunikacijskega procesorja v razširitveni modul ter v obratno. Glede na prikazane zmožnosti, zmogljivosti ter prednosti se ponuja kar nekaj možnih načinov uporabe. Opisana sta tudi dva primera uporabe, vendar se za uporabo izuma ne gre omejevati samo na opisana primera.

Opis postopka

Kot je bilo razvidno iz splošnega opisa izuma, je postopek sestavljen iz dveh delov, ki se izvajata istočasno. En del postopka je prenos paketov iz komunikacijskega procesorja do razširitvenega modula, drugi del pa prenos paketov iz razširitvenega modula do komunikacijskega procesorja. Oba dela postopka se izvajata istočasno, zato sta tudi začetka 60 in 80 istočasna in enkratna dogodka. V ta namen sta narisani dve shemi, in sicer slika 4 ter slika 5, ki prikazujeta omenjena dela postopka, navezujeta pa se na sliko 3, ki prikazuje postavitev ter povezavo vseh elementov, uporabljenih v izumu. Postopek bo za oba dela opisan po posameznih stanjih ki so na slikah 4 in 5 oštevilčeni.

Postopek prenosa paketa iz komunikacijskega procesorja 12 do razširitvenega modula 2 poteka na sledeči način. Po začetku 60 izvajanja postopka, komunikacijski procesor 12 preide v stanje čakanja na prispeli paket 62, ter v njej ostane dokler ne prejme novega paketa. Ko komunikacijski procesor 12 prejme nov paket, ki ustreza pogojem za prenos, ga preneseshrani 64 neposredno v medpomnilnik 6, ter zatem signalizira 66 paketnemu upravitelju 4 o prispelem paketu. Namesto signalizacije 66 o prispelem paketu, lahko paketni upravitelj 4 tudi sam pregleduje pakete v medpomnilniku in pripravljenega prenese v .

Paketni upravitelj 4 paket prenese 68 v razširitveni modul. S tem ke prenos paketa končan in se ponovno začne odvijati iz stanja čakanja na nov paket 62.

Postopek prenosa paketa iz razširitvenega modula 2 do kominikacijskega procesorja 12 poteka na sledeči način. Po začetku 80 izvajanja postopka začne paketni upravitelj 4 z iskanjem 82 pripravljenega paketa na razširitvenem modulu. V stanju 84 paketni upravitelj 4 preveri vsak paket. Če paket ni pripravljen se vrne na iskanje 82 novega paketa, če pa je paket pripravljen ga prenese 86 v medpomnilnik 6. Ko se paket že nahaja v medpomnilniku 6 paketni upravitelj signalizira komunikacijskemu procesoiju 12 o prenesenem paketu. Če komunikacijski procesor ne (12) uporablja načina signalizacije, lahko tudi sam pregleduje pakete shranjene v medpomnilniku (6), ter ugotovi kateri paket je nov. Po tem dejanju se postopek vrne na iskanje 82 novega pripravljenega paketa.

Prenos govornih paketov

Prenos govornih paketov je zelo pogosta funkcija, ki jo morajo opravljati elektronska vezja v sodobnih telekomunikacijskih sistemih, ki jih sestavljajo podatkovna in telekomunikacijska omrežja. Uporaba izuma v tem primeru omogoča bistveno povečanje zmogljivosti elektronskega vezja v smislu povečanja kapacitete pretoka govornih podatkov in s tem povečanje števila govornih kanalov, kijih lahko vezje obdela.

Tipična naloga, ki jo uporabljajo taka elektronska vezja je prenos govornih paketov med paketnim podatkovnim omrežjem 16, po sliki 3, (IP - Internet Protocol; ATM Asynchronous Transfer Mode) ter sinhronim telekomunikacijskim omrežjem 14, po sliki 3, (TDM - Time Division Multiplexing). Govorni podatki v sinhronem omrežju 14 so časovno multipleksirani vzorci zvoka in se prenašajo v 125ps dolgih zaporednih okvirjih, znotraj katerih je določeno število kanalov velikosti 8 bitov. Če pomnožimo velikost kanala (8 bitov) s pogostostjo okvirjev (1 /125ps) dobimo hitrost 64kbit/s na govorni kanal. Posamezni kanal znotraj okvira predstavlja en telefonski pogovor, število kanalov v okvirju pa predstavlja kapaciteto telefonske linije. Podatki v paketnih omrežjih so razporejeni na drugračen način. Celotni podatkovni promet se prenaša v točno definiranih paketih, odvisni od tipa omrežja. Paket je sestavljen iz točno definirane glave, ki prenaša potrebne podatke o vsebini ter o naslovih pošiljatelja in prejemnika, ter iz polnila v katerem je vsebovana dejanska vsebina. V primeru govornega paketa je ta vsebina po določenih standardih (CODEC - Coding Decoding) zakodiran govor. Ker oblika podatkov v omenjenih omrežjih ni enaka, je potrebno pred prenosom paketa med omrežji, le tega ustrezno preoblikovati. V ta namen se uporabljajo programski paketi, ki se v večini primerov izvajajo na DSP procesorjih.

V tej izvedbi izuma je potrebno prilagoditi razširitveni modul 2 na tak način, da bo sposoben obdelovati zgoraj opisane govorne pakete. V ta namen se za elektronske elemente 3 na razširitvenem modulu 2 uporabi DSP procesorje. Programska oprema za obdelavo govornih paketov je že realizirana, ponujajo pa jo različni proizvajalci v različnih izvedbah. V tem primeru se pokaže prednost rešitve s prilagodljivim razširitvenim modulom 2, saj različni proizvajalci programske opreme za obdelavo govornih paketov podpirajo različne DSP procesorje, ali pa imajo na voljo celo svoje izvedenke le teh.

Za prenos govornih paketov med komunikacijskim procesorjem 12 in DSP procesorji na razširitvenem modulu 2 se uporabi paketni upravitelj 4, ki preko medpomnilnika 6 po razširitvenem vodilu 8 prenaša govorne pakete. Zaradi možne uporabe različnih DSP procesorjev je potrebno prilagoditi tudi način prenosa govornih paketov. Zaradi prilagodljivosti paketnega upravitelja je potrebno prilagoditi samo programsko opremo, ki jo le ta izvaja, tako da ustreza izbranemu tipu DSP procesorjev.

Prenos paketa iz paketnega omrežja 16 v sinhrono omrežje 14 poteka na sledeči način. Ko komunikacijski procesor 12 sprejme paket iz paketnega omrežja 16, najprej pregleda njegovo glavo. Če je v njej zapisano, da gre za paket z govorno vsebino, ga prenese v DPRAM medpomnilnik 6. Paketni upravitelj 4 ta paket preko razširitvenega vodila 8 prenese v notranji pomnilnik enega izmed DSP procesorjev na razširitvenem modulu 2. DSP procesor paketu odstrani glavo, polnilo dekodira ter kot 64kbit/s pulzno moduliran govor odda v sinhrono omrežje.

Iz opisa primera je razvidno da je osnovni sistem za prenos in obdelavo govornih paketov povsem neodvisen od izbire proizvajalca programske opreme ter od izbire DSP procesorjev za obdelavo govornih kanalov.

Preusmerjanje paketov

Uporaba izuma za preusmerjnja paketov je prav tako zelo smotrna, saj ponuja veliko fleksibilnost ter možnost hitrega prilagajanja novim standardom na komunikacijskem področju, hkrati pa ponuja veliko hitrost preusmerjanja.

V tem primeru preusmerjanje temelji na preusmerjanju med IP paketnim omrežjem ter ATM paketnim omrežjem. Za to izvedbo izuma je potrebno prilagoditi razširitveni modul 2 na tak način, da bo sposoben preusmeriti čim večje število. V ta namen se uporabi kombinacijo DSP procesorjev ter namenskega integriranega vezja. V namenskem integriranem vezju realiziramo željeno funkcionalnost (protokol), na tak način, da napišemo ustrezno programsko opremo, ki se bo izvajala v vezju.

Preusmerjanje paketov poteka na naslednji način. Komunikacijski procesor 12 sprejme pakete, ki so sestavljeni iz glave in polnila, iz paketnega omrežja 16 (IP ali ATM) ter jih, preko zunanjega vodila 10 shrani neposredno v medpomnilnik 6. Paketni upravitelj 4 preko razširitvenega vodila 8 podatke prenese v razširitveni modul 2, ki paket ustrezno obdela ter preoblikuje glavo paketa, medtem ko polnilo ostane nespremenjeno. Obdelan paket paketni upravitelj 4 prenese preko razširitvenega vodila 8 nazaj v medpomnilnik 6, kjer je na voljo komunikacijskemu procesorju 12, da ga odda na zahtevan naslov v drugo paketno omrežje (ATM ali IP) omrežje. Zaradi možne uporabe različnih DSP procesorjev ter različne realizirane funkcije v namenskem integriranem vezju je potrebno prilagoditi tudi način prenosa paketov. Zaradi prilagodljivosti paketnega upravitelja je potrebno prilagoditi samo programsko opremo, ki jo le ta izvaja, tako da ustreza izbranemu tipu DSP procesorjev oziroma namenskem integriranem vezju.

V tem primeru možno zagotoviti tudi to, da elementi na razširitvenem modulu, preko FPGA vezja, sami dostopajo do medpomnilnika 6, kar preusmerjanje paketov še pohitri. Na ta način dosežemo, da je osnovni sistem za preusmerjanje paketov povsem neodvisen od izbire elektronskih elementov (DSP procesorji in namensko integrirano vezje) na razširitvenem modulu 6 ter od izbire funkcionalnosti (protokola), ki jo opravlja le ta.

Claims (7)

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Postopek prenosa paketov med komunikacijskim procesorjem in razširitvenim modulom, označen s tem, da sta za postopek prenosa paketov uporabljena medpomnilnik (6) in paketni upravitelj , pri čemer po začetku (60) izvajanja postopa, komunikacijski procesor (12) čaka v stanju (62) na novi paket, če novi prispeli paket ustreza pogojem za prenos, ga komunikacijski procesor (12) shrani neposredno v medpomnilnik (6), komunikacijski procesor (12) signalizira (66) paketnemu upravitelju (4) o prispelem paketu, če ni uporabljen način signalizacija (66) za obveščanje o novih paketih, lahko paketni upravitelj (4) sam pregleduje pakete shranjene v medpomnilniku (6), ko ima paketni upravitelj (4) informacijo o novem paketu v medpomnilniku (6), ga prenese (68) pripravljenega v razširitveni modul (2), ko je prenos (68) končan se postopek vrne v stanje (62), ko komunikacijski procesor (12) čaka na novi paket.

2. Postopek prenosa paketov med komunikacijskim procesorjem in razširitvenim modulom, označen s tem, da sta za postopek prenosa paketov uporabljena medpomnilnik (6) in paketni upravitelj , pri čemer po začetku (80) izvajanja postopka začne paketni upravitelj (4) z iskanjem (82) pripravljenega paketa v razširitvenem modulu (2), pri vsakem paketu preide v stanje (84) kjer preveri če je paket pripravljen, če paket ni pripravljen se paketni upravitelj (4) vrne na iskanje (82) novega paketa, če je paket pripravljen ga paketni upravitelj (4) prenese (86) v medpomnilnik (6), ko se paket nahaja v medpomnilniku (6), paketni upravitelj (4) signalizira komunikacijskemu procesoiju (12) o prispelem paketu, če komunikacijski procesor ne (12) uporablja načina signalizacije, lahko tudi sam pregleduje pakete shranjene v medpomnilniku (6), ter ugotovi kateri paket je nov, ko je paket shranjen v medpomnilniku (6), se paketni upravitelj vrne na iskanje (82) pripravljenega paketa v razširitvenem modulu (2).

3. Priprava za prenos paketov med komunikacijskim procesorjem in razširitvenim modulom, označena s tem, da izvaja postopke po zahtevkih 1 in 2.

4. Priprava za prenos paketov med komunikacijskim procesorjem in razširitvenim modulom, označena s tem, da so za prenos paketov uporabljeni medpomnilnik (6), paketni upravitelj (4) ter razširitveni modul (2).

5. Priprava po zahtevku 4, označena s tem, da je za realizacijo medpomnilnika (6) uporabljen pomnilnik z dvema ločenima dostopoma (DPRAM);

da je medpomnilnik (6) z enim dostopnim mestom priključen na zunanje vodilo komunikacijskega procesoma (12) in z drugim dostopnim mestom na razširitveno vodilo (8).

6. Priprava po zahtevku 4, označena s tem, daje za realizacijo paketnega upravitelja (4) uporabljen integrirano vezje;

daje pa paketni upravitelj (4) priključen na razširitveno vodilo (8).

7. Priprava po zahtevku 4, označena s tem, da razširitveni modul (2) pomeni način implementacije elektronskih komponent (3);

da je za realizacijo razširitvenega modula (2) uporabljen ali del osnovnega elektronskeg vezja ali natično elektronsko vezje, na katerega je možno vključiti različne elektronske komponente (3);

da se za možne elektronske komponente (3) smatra eden ali več digitalnih signalnih procesorjev (DSP) in eno ali več namenskih integriranih vezij; daje razširitveni modul priključen na razširitveno vodilo (8).