WO1998049799A2 - Verfahren zur gesicherten datenübertragung in synchronen übertragungssystemen - Google Patents

Verfahren zur gesicherten datenübertragung in synchronen übertragungssystemen Download PDF

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    • H04J2203/006—Fault tolerance and recovery

Definitions

  • the invention relates to a method for secure data transmission in synchronous transmission systems, in particular the synchronous digital hierarchy (SDH) and transmission systems (SONET) using the same frame structures, in which correction bits are inserted in the overhead of the transmission pulse frame.
  • SDH synchronous digital hierarchy
  • SONET transmission systems
  • the object of the invention is to provide an improved method for secure data transmission for digital transmission systems.
  • the method according to the invention is therefore not applicable to STM-1 transmission systems, but higher transmission bit rates are used anyway for long-haul systems, these use pulse frame formats STM-4, STM-16, ST-64, ...
  • error correction can be maintained for groups of four STM-1 signals each. This is also necessary in order to be able to carry out the correction at these high data rates at all.
  • Each STM-4 pulse frame - or a corresponding group of four - can be encoded and decoded closed. It is advantageous to divide each STM-4 pulse frame into 5 coding sections, the control bytes of which are inserted in lines 2, 3, 6, 7 and 8 of the overhead.
  • a BCH code which is relatively easy to implement, is advantageously used for the correction.
  • control and data bytes are assigned to one another as closely as possible in terms of time.
  • the length of a code also determines the memory requirement. For a given correction ability, it should therefore be chosen as short as possible.
  • Figure 1 shows the overhead of an STM-4 pulse frame
  • Figure 2 shows the assignment of the information bits to coding sections.
  • the STM-4 pulse frame shown in Figure 1 consists of 9 rows and 1080 columns.
  • the first 36 columns are reserved for overhead OH, the exact distribution of which can be found in the recitation G.708, Figure 5-3.
  • the upper part of the overhead, designated RSOH (regenerator section overhead) comprises the first 3 lines.
  • the fourth line contains the pointers AU-n pointers and the following 5 lines are labeled MSOH (multiplex section overhead) and contain further bytes intended for the transmission of additional information, the meaning of which is also recommended by Recommendation G.708 can be seen. However, for the invention this is unommet ⁇ Lich.
  • Columns 37 to 1080 are referred to as payload PL and are used to transmit user data.
  • Each Cod istsab ⁇ section comprises 1944 bytes, of which 1922 bytes of information and 22 bytes of control.
  • the coding and decoding is carried out bit-parallel to increase the correction capability in the case of bundle errors and because of the high data rate.
  • H. the bytes belonging to a coding section are divided into eight code blocks BCH-1, BCH-2, ... (FIG. 2).
  • a code block BCH-1 comprises, for example, all the first bits of a coding section, including the first bits of the associated control bytes.
  • the next code block BCH-2 comprises all second bits etc.
  • Each code can correct two errors in a code block and can be expanded to recognize a further error.
  • the implementation of the corresponding BCH code is problem-free for a person skilled in this field.
  • control bytes EC-1, EC-2, EC-3, EC-4 and EC-5 are, as shown in the figure, in the 2-4, 6-8, 10-12, 14-16, 18-20 , 22-24, 26-28 and the 30th column of the 2, 3, 6, 7 and 8th row are arranged in the overhead. If an error detection is additionally provided, then columns 31 and 32 and possibly also columns 34 to 36 of the lines listed above are available for further control bytes K1 and K2.
  • the parity (eg 01 and 10) can be formed using the information bits; there is a parity error, although two corrections in a code block, there is certainly at least one more error.
  • the assignment of the data bytes to the control bits EC-1, EC-2, EC-3, EC-4 and EC-5 is selected so that there is a minimal amount of memory (transmission and reception).
  • the fifth coding section BLOCK 5 ends with the overhead which contains the EC-5 control bytes.
  • the following coding section BLOCK 1 then begins after the overhead with the payload in the eighth line.
  • Part of the overhead namely the RSOH part
  • this part is replaced on the transmitting and e-side by a fixed bit sequence, for example logical zeros. Consequently, a code with a correspondingly smaller scope can also be used.
  • the method can of course be used in all transmission systems that use the same frame structure.

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Abstract

In einem STM-4-Pulsrahmen der Synchronen Digitalen Hierarchie SDH werden im Overhead in der 2, 3, 6, 7 und 8ten Zeile Kontrollbytes eingefügt, die 5 Codierungsabschnitte (BLOCK 1 bis BLOCK 5) zugeordnet sind. Der verwendete BCH-Code kann 2 Fehler korrigieren. Durch die Fehlerkorrektur wird die Restfehlerrate wesentlich verringert, ohne dass hierfür die Payload eingeschränkt wird oder eine Erhöhung der Übertragungsrate erforderlich ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur gesicherten Datenübertragung in synchronen ÜbertragungsSystemen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gesicherten Datenübertragung in synchronen Übertragungssystemen, insbesondere der Synchronen Digitalen Hierarchie (SDH) und gleiche Rahmenstrukturen verwendenden Übertragungssystemen (SONET) , bei dem Korrekturbits im Overhead des Übertragungspulsrahmens eingefügt werden.
Zur Verbesserung der Restfehlerrate bei der Datenübertragung in der Synchronen Digitalen Hierarchie wurde die Verwendung von fehlerkorregierenden Codes vorgeschlagen. Da aber andererseits die verwendeten und auch bisher nur vom ITU (International Telecommunication Union) empfohlenen Übertragungspulsrahmen nicht geändert werden sollen, wurde vorge¬ schlagenen, die benötigten Kontrollbytes in den bisher nicht verwendeten Zeitschlitzen (Bytes) des STM-1-Pulsrahmens zu übertragen. Dieser Pulsrahmen ist in der Recommendation G.708 (03/93), Figur 5-2 dargestellt. Es wurde vorgeschlagen, 13 von 22 möglichen Bytes für die Fehlerkorrektur zu verwenden. Die Relation von Kontollbytes zu schützenden Datenbytes zu ist jedoch relativ gering. Außerdem müßten mehrere aufeinanderfolgende Übertragungspulsrahmen zusammengefaßt werden, um eine effektivere Fehlerkorrektur durchzuführen, wozu auch größere Zwischenspeicher erforderlich wären.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur gesicherten Datenübertragung für digitale Übertragungssysteme anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfah- ren gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un¬ teransprüchen angegeben.
Besonders vorteilhaft ist, daß die Korrektur erst bei STM-4- Pulsrahmen durchgeführt wird. Im Overhead des STM-4-
Pulsrahmen steht bereits eine relativ größere Anzahl von freien Bytes für die Fehlerkorrektur zur Verfügung. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren zwar nicht für STM-1-Übertra- gungssyteme anwendbar, für Weitverkehrssysteme werden jedoch ohnehin höhere Übertragungsbitraten verwendet, diese verwenden Pulsrahmenformate STM-4, STM-16, ST-64, ... Bei den über STM-4 hinausgehenden Systemen kann die Fehlerkorrektur für Gruppen von jeweils vier STM-1-Signalen beibehalten werden. Dies ist auch schon notwendig, um die Korrektur bei diesen hohen Datenraten überhaupt durchführen zu können. Jeder STM- 4-Pulsrahmen - oder eine entsprechende Vierergruppe - kann geschlossen codiert und decodiert werden. Vorteilhaft ist die Aufteilung jedes STM-4-Pulsrahmens in 5 Codierungsabschnitte, deren Kontrollbytes in den Zeilen 2, 3, 6, 7 und 8 des Over- heads eingefügt werden. Hierbei werden noch ausreichend freie Zeitschlitze für die Aufnahme von Bytes freigehalten, deren Verwendung noch nicht feststeht. Dies betrifft insbesondere die Overhead-Bytes der STM-1-Signale . Jeder Codierungsabschnitte wird durch 8 gleiche Blockcodes gesichert, die je- weils das lte, das 2te, ... oder das 8te Bit umfassen. Durch diese verschachtelte Codierung wird die Wirksamkeit gegen Bündelfehler beträchtlich erhöht. Codierung und Decodierung erfolgt bitparallel um eine niedrigere Verarbeitungsgeschwindigkeit zuzulassen.
Zur Korrektur wird vorteilhafter weise ein BCH-Code verwendet, der relativ einfach zu implementieren ist.
Zweckmäßig ist es, (1944, 1922, 2)-BCH-Codes zu verwenden, die Codierungsabschnitte von 1944 Bytes und damit ein Fünftel des Pulsrahmens umfassen, wobei je Codierungsabschnitt 22 Kontrollbytes vorgesehen sind. Dieser Code kann bis zu zwei Fehler korrigieren. Bestimmte Bytes des Pulsrahmens, die nicht von der Korrektur umfaßt werden sollen, werden sende- und empfangsseitig durch feste Kombination, beispielsweise logische Nullen, ersetzt.
Um Speicherplatz zu sparen, ist es zweckmäßig, daß Kontroll- und Datenbytes einander zeitlich möglichst eng zugeordnet sind. Auch die Länge eines Codes bestimmt den Speicherbedarf mit. Sie ist daher bei einer vorgegebenen Korrekturfähigkeit, möglichst kurz zu wählen.
Über die Korrektur hinaus besteht sowohl die Möglichkeit, den BCH-Code sowohl zusätzlich für die Erkennung von einem weiteren Fehler auszulegen, als auch eine separate Fehlererkennung durchzuführen. Beides hat den Vorteil, daß eine unnötige Korrektur und damit zusätzliche Fehler vermieden werden, wenn ein Überschreiten der Korrekturfähigkeit erkannt wird.
Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbei¬ spiels näher beschrieben.
Figur 1 zeigt den Overhead eines STM-4-Pulsrahmens, Figur 2 die Zuordnung der Informationsbits zu Codierungsab- schnitten.
Der in Figur 1 dargestellte STM-4-Pulsrahmen besteht aus 9 Zeilen und 1080 Spalten. Die ersten 36 Spalten sind für den Overhead OH reserviert, dessen genaue Aufteilung aus der re- comendation G.708, Figur 5-3 zu entnehmen ist. Der obere Teil des Overheads, mit RSOH (regenerator section overhead) bezeichnet, umfaßt die ersten 3 Zeilen. Die 4te Zeile enthält die Pointer AU-n pointers und die folgenden 5 Zeilen sind mit MSOH (multiplex section overhead) bezeichnet und enthalten weitere für die Übertragung zusätzlicher Information vorgesehene Bytes, deren Bedeutung ebenfalls der Empfehlung G.708 zu entnehmen ist. Für die Erfindung ist dies jedoch unwesent¬ lich.
Die Spalten 37 bis 1080 werden als Payload PL bezeichnet und dienen zu Übertragung von Nutzdaten.
Der gesamte Übertragungspulsrahmen wird in fünf Codierungsab¬ schnitte BLOCK 1 bis BLOCK 5 aufgeteilt. Jeder Codierungsab¬ schnitt umfaßt 1944 Bytes, davon sind 1922 Informationsbytes und 22 Kontrollbytes.
Die Codierung und Decodierung wird zur Erhöhung der Korrekturfähigkeit bei Bündelfehlern und wegen der hohen Datenrate bitparallel ausgeführt, d. h. die einem Codierungsabschnitt zugehörenden Bytes werden in acht Codeblöcke BCH-1, BCH-2, ... (Figur 2) aufgeteilt. Ein Codeblock BCH-1 umfaßt beispielsweise alle ersten Bits eines Codierungsabschnittes einschließlich der ersten Bits der zugehörigen Kontrollbytes. Der nächste Codeblock BCH-2 umfaßt alle zweiten Bits usw. Je- der Code kann in einem Codeblock zwei Fehler korrigieren und für das Erkennen eines weiteren Fehlers erweitert werden. Die Realisierung des entsprechenden BCH-Codes ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet problemlos.
Die Kontrollbytes EC-1, EC-2, EC-3, EC-4 und EC-5 werden, wie in der Figur dargestellt, in der 2-4, 6-8, 10-12, 14-16, 18- 20, 22-24, 26-28 und der 30sten Spalte der 2, 3, 6, 7 und 8ten Zeile im Overhead angeordnet. Wird zusätzlich eine Fehlererkennung vorgesehen, dann stehen für weitere Kon- trollbytes Kl und K2 die Spalten 31 und 32 und gegebenenfalls auch die Spalten 34 bis 36 der vorstehend angeführten Zeilen zur Verfügung.
Als einfachste Maßnahme zur Fehlererkennung kann die Parität (z.B. 01 und 10) über die Informationbits gebildet werden; ist ein Paritätsfehler vorhanden, obwohl zwei Korrekturen in einem Codeblock erfolgen sollen, so ist sicher mindesten ein weiterer Fehler vorhanden.
Auch sind noch freie Zeitschlitze für weitere noch nicht festgelegte Funktionen im Overhead vorhanden, insbesondere werden die Zeilen 1, 4, 5 und 9 des Overheads nicht verwendet.
Die Zuordnung der Datenbytes zu den Kontrollbits EC-1, EC-2, EC-3, EC-4 und EC-5 ist so gewählt, daß sich ein minimaler Speicheraufwand (sende- und empfangsseitig) ergibt. Der fünfte Codierungsabschnitt BLOCK 5 endet mit dem Overhead, der die EC-5-Kontrollbytes enthält. Der folgende Codierungsabschnitt BLOCK 1 beginnt dann nach dem Overhead mit der Pay- load in der achten Zeile.
Ein Teil des Overheads, nämlich der RSOH-Teil, soll nicht korrigiert werden, da dessen Inhalt entlang einer Strecke geändert werden kann. Dieser Teil wird bezüglich des Codes sende- und e pangsseitig durch eine festgelegte Bitfolge, beispielsweise logische Nullen, ersetzt. Es kann folglich auch ein Code mit einem entsprechend geringerem Umfang verwendet werden.
Nimmt man den RSOH-Teil, erste Spalte und die Spalten 5, 9, 13, .. ,31 bis 36 aus der Codierung aus, das sind insgesamt 60 Informationsbytes bzw. 12 Bits je Codeblock, dann reicht ein (1832, 1910) -BCH-Code aus. Es stehen dann je Codierungsabschnitt auch 12 Taktperioden mehr zur Verarbei- tung zur Verfügung.
Das Verfahren kann selbstverständlich bei allen Übertragungssystemen verwendet werden, die dieselbe Rahmenstruktur verwenden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur gesicherten Datenübertragung für die Syn¬ chrone Digitale Hierarchie (SDH) , bei dem im Overhead (OH) eines Übertragungspulsrahmens Kontrollbytes zur Fehlerkorrektur eingefügt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8ten Zeile des Overheads (OH) ) eines die Struktur des Transportmoduls STM-4 aufweisenden Übertragungspulsrahmen Kontrollbytes (EC-1, ..., EC-5) eingefügt werden, daß die Payload (PL) des Ubertragungspulsrahmens, die zu schützenden Bytes des Overheads (OH) und die Kontrollbytes (FEC-1 bis FEC-5 und Kl bis K5) in 5 gleiche Codie- rungsabschnitte (BLOCK 1, ..., BLOCK 5) eingeteilt werden, daß jeweils alle ersten, alle zweiten, .. bis alle achten Bits jedes Bytes eines Codierungsabschnittes (BLOCK 1, ..., BLOCK 5) jeweils durch einen 2-Fehler korrigierenden Blockcode (BCH-1, BCH-2, ..., BCH-8) gesichert werden, dessen Kontrollinformation in den Overhead eingefügt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kontrollbytes (EC-1) eines Codierungsabschnittes (BLOCKl) in einer Zeile des Overheads (OH) angeordnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Informationsbytes der Codierungsabschnitte (BLOCKl, ..., BLOCK5) den zugehörigen Kontrollbytes (EC-1 ..., EC-5) so zugeordnet sind, daß ein minimaler Speicheraufwand erforderlich ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kontrollbytes (EC-1, ..., EC-5) in der 2-4, 6-8, 10- 12, 14-16, 18-20, 22-24, 26-28 und 30sten Spalte des Overheads angeordnet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der ein Codierungsabschnitt (Block 5) mit dem Overhead- anteil der achten Zeile endet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in den Spalten 31 und 32 des Overheads (OH) und gegebenenfalls in den Spalten 34 bis 36 weitere Kontrollbytes (Kl, ..., K5) angeordnet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Blockcode ein BCH-Code vorgesehen ist,
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der BCH-Code 1944 Bits, davon 1922 Datenbits umfaßt und 2
Fehler korrigieren kann.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein zur Erkennung von 3 Fehlern erweiterter BCH-Code oder eine entsprechende Fehlererkennung verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der BCH-Code 1932 Bits, davon 1908 Datenbits umfaßt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die nicht für eine Korrektur vorgesehenen Bytes des Overheads (OH) sende- und empfangsseitig für Zwecke der Fehler¬ korrektur durch vorgegebene Bitfolgen ersetzt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auch bei der Übertragung von Übertragungspulsrahmen, die mehr als vier STM-1-Pulsrahmen enthalten, die Fehlerkorrektur innerhalb von Gruppen die vier STM-1-Pulsrahmen umfassen, er- folgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Overhead auf eine bereits mit anderweitiger Informa- tion belegter oder freigelassener Spalte jeweils drei Spalten in den Zeilen 2, 3, 6,7 und 8 mit Kontrollbyts belegt werden.
PCT/DE1998/001139 1997-04-25 1998-04-23 Verfahren zur gesicherten datenübertragung in synchronen übertragungssystemen WO1998049799A2 (de)

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