WO2000038362A1

WO2000038362A1 - Verfahren zur übertragung von daten in rahmen zwischen datenübertragungseintheiten

Info

Publication number: WO2000038362A1
Application number: PCT/DE1999/003827
Authority: WO
Inventors: Horst Müller
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2000-06-29

Abstract

Bei diesem Verfahren werden Daten aus einer Mehrzahl von Datenströmen entsprechend ihrer Abtastreihenfolge in einen Rahmen angeordnet. Die für die Synchronisierung der eingangsseitig anliegenden Datenströme und die zur Synchronisierung des zu übertragenden Rahmens notwendigen Informationen sind auf definierten Plätzen des Rahmens abgelegt.

Description

Beschreibung

Verfahren zur Übertragung von Daten in Rahmen zwischen Daten^¬ übertragungseinheiten

Zur besseren Ausnutzung einer Übertragungskapazität in Übertragungsnetzen, insbesondere in optischen Übertragungsnetzen, werden Multiplexer zur Bündelung von eingangsseitigen Kanälen bei Wellenlängenmultiplexern verwendet. Mit diesen Multi- plexern können zum einen die Bandbreite der optischen Kanäle besser ausgenützt sowie zum anderen die Anzahl der zum Wel- lenlängenmultiplexen erforderlichen selektiven Laser reduziert werden.

Herkömmliche Multiplexer, insbesondere Multiplexer bei einer Sonet/SDH Datenübertragung, sind kostenintensiv und sehr komplex. Darüber hinaus bringen sie den Nachteil mit sich, daß sie lediglich ein Multiplexen von Synchronen Digitalen Hierarchie SDH-Signalen ermöglichen, die entsprechend einer Syn- chronen Digitalen Hierachie SDH-Multiplexfunktion nach der ITU-Empfehlung G.707 ausgebaut sind.

Eine nachträgliche Bündelung von Kanälen durch Multiplexer vor einer bestehenden Datenübertragungsstrecke mit ellenlän- genmultiplexern bringt den Nachteil mit sich, daß die optischen und elektrischen Regeneratoren in der Ubertragungs- strecke an eine sich erhöhende Übertragungsfrequenz angepaßt werden müssen.

Eine Datenübertragung von Asynchronen Transfer Mode ATM-Signalen oder von Internet Protokoll IP-Signalen in der synchronen digitalen Hierarchie, bei denen beispielsweise virtuelle Container VC-4-Signale verkettet werden, um eine größere geschlossene Bandbreite für die Nutzinformationen zu erhalten, erfordern einen zusätzlichen Aufwand an Hard- und Software. Multiplexer, insbesondere Terminal-Multiplexer MUX, in der Synchronen Digitalen Hierarchie SDH können nur dann eingesetzt werden, wenn sie aufgrund ihrer Funktionalität die angelieferten Tributary-Signale multiplexen können. Dies ist bei verketteten Virtuellen Container VC-4-Signalen, wie sie im Asynchronen Transfer Mode ATM und bei IP-Signalen verwendet werden, bisher nur mit einem erhöhten zusätzlichen technischen Aufwand möglich. Die Nutzdaten oder Daten werden dabei in Rahmenformaten mit ersten und zweiten Steuerinforma- tionen übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dem es auf einfache Weise möglich ist, Daten mehrerer Kanäle mit einer kleinen Bandbreite in einem Datenüber- tragungskanal zu übertragen.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe durch die Patentansprüche 1 und 7 gelöst.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß bestehende Datenübertragungswege, insbesondere Datenübertragungswege mit elektrischen Regeneratoren, nicht geändert zu werden brauchen.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß eine transparente Datenübertragung beliebigen Formats möglich ist.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß Pointer im Multiplexer entfallen können.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß die Bandbreite des Datenübertragungskanals ganz ausgenützt wird.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß selektive La- ser am Eingang der Wellenlängenmultiplexer eingespart werden. Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Weitere Sonderheiten der Erfindung werden aus den nachfolgen- den näheren Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen ersichtlich.

Es zeigen:

Figur 1 ein Ausschnitt einer Datenübertragungsstrecke,

Figur 2 zeigt einen Rahmen für ein Multiplexsignal,

Figur 3 einen weiteren Rahmen für ein Multiplexsignal,

Figur 4 einen weiteren Rahmen für ein Multiplexsignal und

Figur 5 eine Ausgestaltung eines Ausschnittes der Datenübertragungsstrecke.

In Figur 1 ist ein Ausschnitt aus einem Datenübertragungssystem, daß insbesondere mit Wellenlängen-Multiplexern für beispielsweise N x 10 Gbit/s-Kanäle ausgestaltet ist, darge- stellt. Bei diesem Datenübertragungssystem werden eine Vielzahl von 2,5 Gbit/s-Signale, hier beispielsweise 4 x 2,5 Gbit/s-Signale, durch eine erste Datenübertragungseinheit, einen Terminal-Multiplexer MÜXE, zusammengefaßt. Das Ausgangssignal des Terminal-Multiplexers MUXE, wird an einen Wellenlängenmultiplexer WDM weitergeleitet. Die über einen Wellenlängenmultiplexer WDM geleiteten Daten werden beispielsweise über optische und elektrische Verstärker OA, ER und weitere Wellenlängenmultiplexer WDM zu einer am Ende eines Übertragungssystems angeordneten zweiten Datenübertra- gungseinheit, die ebenfalls ein Terminal-Multiplexer MUXA ist, übertragen.

Die an den Eingängen des Terminal-Multiplexers MUXE anliegenden Datenströme zu jeweils 2,5 Gbit/s werden mit Hilfe des Terminal-Multiplexers MUXE mit einer Datenrate von 10 Gbit/s zusammengefaßt. Die auf den einzelnen Datenkanälen zu übertragenden Daten können ohne bestimmtes Rahmenformat durch den Terminal-Multiplexer MUXE empfangen und die Daten in einem Rahmenformat der nachfolgend beschriebenen Art zu nachgeord- neten Einheiten weitergeleitet werden.

Eine in dem Terminal-Multiplexer MUXE vorgesehene Rahmenbildungseinheit bildet beispielsweise erste oder zweite Rahmen Rl, R2.

In einem ersten Verfahren können in dem ersten oder zweiten Rahmen Rl, R2 Nutzdaten mit ersten Steuerinformationen übertragen werden. Unter den ersten Steuerinformationen sind Synchronisierinformationen Cl/2, Sl/2, XX, Bl, AI, A2 zusammengefaßt. Die Synchronisierinformationen sind dabei im einzelnen ein erstes und zweites Byte zur Rahmensynchronisationsin- formation AI, A2 und eine Information zur Bestimmung einer Bitfehlerrate Bl sowie zur Synchronisation Cl/2, Sl/2 der an der ersten Datenübertragungseinheit MUXE anliegenden Datenströme. Die zweiten Steuerinformationen werden im wesentlichen durch Nutzdaten belegt.

Um die Nutzdaten mit den Steuerinformationen in annähernd der gleichen Zeit wie die Nutzdaten ohne Steuerinformationen übertragen zu können, wird die Übertragungsrate der einem Rahmen Rl, R2 zugewiesenen Daten erhöht. Mit der Erhöhung der Datenübertragungsrate wird erreicht, daß die am Eingang des Terminal-Multiplexers MUXE anliegenden Nutzdaten bzw. Daten plus die von der Rahmenbildungseinheit des Terminal-Multiplexers MUXE in den Rahmen einzufügenden Steuerinformationen in der ursprünglichen Übertragungszeit, daß heißt in 125 Mi- krosekunden übertragen werden. In einer Datenübertragsstrecke in der elektrische Regeneratoren ER zwischen den Wellenlän- genmultiplexern WDM angeordnet sind, darf die Erhöhung der Datenübertragungsrate bis zu etwa einem Promille betragen. Da die elektrischen Regeneratoren ER die Bitfehlerrate anhand des Bl Bytes des synchronen digitalen Hierarchierahmens überwachen, muß diese Funktion weiterhin gewährleistet sein. Für die Synchronisierung muß der Übergang der Bytekombination A1_A1_A2A2 der Rahmensychronisationsinformation sowie das zur Bitfehlermessung benötigte Bl Byte entsprechend dem synchro^¬ nem Transportmodul STM-64 Signal nach G.707, Fig. 9-5 erfol^¬ gen.

In den Figuren 2 bis 4 sind mögliche Ausgestaltungen von Rahmen angegeben, die innerhalb des ersten Verfahrens von einer im Terminal-Multiplexer MUXE angeordneten Rahmenbildungseinheit zum Weitertransport der eingangsseitig am Terminal-Mul- tiplexer MUXE anliegenden Daten der einzelnen Datenströme gebildet werden.

In Figur 2 ist eine Belegung eines ersten Rahmens Rl dargestellt. Im einzelnen sind dies die AI und A2 Byte zur Rahmen- Synchronisation, ein Bl Byte zur Bitfehlerratenmessung, Cl/2 Stopfinfor ationsbytes und die S1/S2 Stopfbytes zur Synchronisation der an dem Terminal-Multiplexer MUXE anliegenden Daten. Entsprechend der Fig. 9-5 der ITU-Empfehlung G.707 muß der für die Synchronisierung entscheidende Übergang zwischen den ersten und zweiten Bytes AI und A2 zwischen den Bytepositionen im Rahmen 192 und 193 erfolgen.

Die Nutzdaten N der am Terminal-Multiplexer anliegenden Daten, nachfolgend auch als Tributary Signale bezeichnet, sind mit II, 12, 13 und 14 bezeichnet. Die II, 12, 13 und 14 Bytes werden nach Abtastung der eingangsseitig an den Datenkanälen des Multiplexers MUXE anliegenden Datenströme in fortlaufender Reihenfolge im ersten Rahmen Rl abgelegt. Bei diesem Verfahren wird die Datenübertragungsrate zwischen den Terminal- Multiplexern geringfügig höher gewählt, als die Summe der Bitraten der Tributary-Signale. Die Tributary-Signale bzw. die Daten der Datenströme, die zueinander plesiochron sein können, dürfen dabei bis zu maximal 4,6 Part-per-Million (ppm) von ihrer Sollfrequenz abweichen. Mit dieser Angabe wird die maximale Abweichung von der Sollfrequenz angegeben. Um diese Tributary-Signale multiplexen zu können, wird ein Stopfverfahren verwendet. Als ein Beispiel für das Stopfverfahren sei hier beispielsweise ein Positiv/Null/Negativ-Stopfverfahren angeführt. Bei diesem Verfahren wird die StopfInformation in den Cl und C2 Bytes im Rahmen Rl übertragen. In den C1/C2 Bytes wird jeweils angegeben, ob die Stopfbytes Sl und S2 mit Nutzinformation der Tributary-Signale besetzt sind oder nicht. Zum Beispiel wird bei einer Belegung von 000 bei den Cl Cl Cl Bytes angezeigt, daß das Sl Byte ein Informationsbyte ist, während bei einer Belegung mit 111 angezeigt wird, daß das Sl Byte ein Stopfbyte ist.

Durch eine Belegung eines C2 Bytes kann durch ein S2 Byte ebenfalls zwischen Nutzdaten und Stopfbyte unterschieden werden.

Um gegen Einzelbitfehler bei den Cl/C2-Bytes sicher zu sein, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Rahmens Rl jeweils eine Mehrheitsentscheidung durchgeführt und in einem Bl Byte mit übertragen.

Bei dem in Figur 2 dargestellten ersten Rahmen Rl beinhalten die C1/C2 Bytes die Bits Cll, C12, C13, C14, C21, C22, C23 und C24 für die vier Tributary-Signale 1,...,4. Die Nutzdaten werden byteweise von den Tributary-Signalen in dem Rahmen Rl übertragen, wobei am Rahmenanfang immer das Nutzdatenbyte II des ersten Tributary-Signals 1 steht. Es folgen die Nutzdatenbytes 12, 13 und 14 der weiteren drei Tributary-Signale 2, 3 und 4. Das Einlesen der Nutzdatenbyte-Folge II, 12, 13 und 14 wird zyklisch wiederholt. Ein Nutzdatenbyte des Tributary- Signals 1, 2, 3 und 4 umfaßt beispielsweise 8 Bit des Tributary-Signals und braucht nicht mit der Byte-Struktur des Tributary-Signals übereinzustimmen. Ein Aufsynchronisieren auf ein Tributary-Signal um dessen Bytestruktur zu erkennen ist nicht erforderlich. Der erste Rahmen Rl hat 64 x 270 x 9 Byte = 155520 Byte. Unter nominellen Bedingungen umfassen die Nutzdaten abzüglich der Bytes AI, A2, Bl, Cl/2 und Sl 155508 Byte bzw. 38877 Byte pro Tributary-Signal. Dies erfordert eine Erhöhung der Über- tragungsbitrate auf 9,95328 MB/s x 155520/155508 =

9,954048062 Gbit/s und damit um den Faktor 1,000077166 entsprechend 0,07716 Promille oder 77ppm.

Aus Gründen einer einfacheren Realisierbarkeit, die sich etwa durch eine Teilung durch ein Vielfaches von 8kHz ergibt, könnte z.B. eine Bitrate von 9,954048 Gbit/s entsprechend 38883 x 256 kbit/s gewählt werden. Die Frequenzerhöhung liegt damit unter 0,1 Promille und kann von den elektrischen Regeneratoren ER verarbeitet werden. Das Stopfverfahren läßt eine Frequenzabweichung der Tributary Signale um den Faktor

(155 508/4 + 1)/155 508/4 = 1,000025722 zu, entsprechend 25,7 Part-per-Million pp .

Eine maximal erlaubte Frequenzabweichung eines Tributary Signals soll laut ITU-Empfehlung G.813, Seite 3, Kap. 5 nur 4, 6 ppm betragen. Eine Frequenztoleranz des Übertragungssignals um bis zu 25,7ppm - 4,6ppm = 21,1 ppm ist damit zulässig.

Im Figur 3 ist eine weitere Ausprägung des ersten Rahmens Rl gezeigt. Bei dieser Ausprägung werden 5 Cl/2 Stopfinformati- onsbytes verwendet, um die Empfindlichkeit gegen Bitverfälschungen der Cl/2 Stopfinformationsbytes zu verringern. Durch einen Mehrheitsentscheid können jeweils bis zu zwei der fünf Stopfinformationsbits verfälscht werden, ohne daß es zu einer falschen Stopfentscheidung kommt. Darüber hinaus stellt der weitere erste Rahmen Rl zwei Byte für Overheadinformationen XX zur Verfügung. Diese Overheadinformationen können z. B. zur Steuerung der optischen und elektrischen Regeneratoren verwendet werden. Die nominelle Nutzinformation beträgt 155520 Byte - 16 Byte = 155504 Byte.

Die Übertragungsbitrate ist bei der weiteren Rahmenausgestal- tung um den Faktor

155520/155504 = 1,000102891 erhöht. Dies entspricht einer Erhöhung der Übertragungsbitrate von 0,1029 Promille.

Die zulässige Frequenzabweichung der Tributary Signale darf ebenfalls 25,7 Part-per-Million ppm betragen.

Bild 4 zeigt eine Ausprägung eines zweiten Rahmens R2. Anstelle des zuvor aufgeführten Pos/Null/Neg-Stopfverfahrens kann auch ein Positiv-Stopfverfahren realisiert werden. Bei einem positiv Stopfverfahren können die Stopfinformations- bytes C2 und die zugehörigen Stopfbytes S2 entfallen. Die Übertragungsbitrate wird dann so gewählt, daß für ein Tributary Signal mehr Übertragungskapazität im Rahmen zur Verfügung gestellt wird, als maximal angeboten werden kann. Für eine relative Füllfrequenz von z.B. r=0,5 ergibt sich pro Tributary Signal ein Nutzinformationsfeld von 155520Byte - 8Byte - r x 4byte/4 = 38877,5 Byte pro Rahmen.

Da aber 16 x 270 x 9 = 38880 Byte pro Tributary Signal ange- boten werden, muß die Übertragungsbitrate um den Faktor

38880/38 877,5 = 1,000064305 entsprechend 0,064 Promille oder 64,3ppm erhöht werden.

Das Positiv-Stopfverfahren läßt eine Frequenzabweichung der Tributary Signale um den Faktor (38877,5 + 0,5)/38 877,5 = 1,00001286 entsprechend 12,8ppm zu.

Bei einer Einhaltung der Übertragungsbitrate von besser als 12,8 - 4,6 = 8,2ppm ist eine Übertragung der Tributary Signa- le in dem zweiten Rahmen R2 möglich. Sowohl für das Pos/Null/Neg- Stopfverfahren als auch für das Positiv-Stopfverfahren können im Rahmen mehr als nur einmal die Stopfinformation und damit das Stopfbyte übertragen werden. Dadurch können größere Frequenztoleranzen für die Tributary Signale oder das Übertragungssignal zugelassen werden.

In einem zweiten Verfahren können exakt die in der Synchronen Digital-Hierarchie SDH-Technik üblichen Ubertragungsbitraten beibehalten werden. Die Übertragungsbitrate entspricht dabei der Summe nach der nominellen Bitrate der Tributary-Signale.

Bei dem zweiten Verfahren wird redundante Information in den Tributary Signalen die bei einer SDH-Übertragung gegeben sind im Multiplexer MUXE sendeseitig entfernt und im Multiplexer MUXA empfangsseitig wieder eingesetzt. Das zweite Verfahren bildet somit eine Möglichkeit SDH-Signale über bestehende Datenübertragungsstrecken mit exakt der in der SDH-Technik üblichen Übertragungsrate zu übertragen. Im zweiten Verfahren muß dazu lediglich sende- und empfangsseitig auf das Tributary Signal aufsynchronisiert werden, um die redundanten Informationen sendeseitig entfernen und empfangsseitig wieder mit redundanter Information im Multiplexer MUXA besetzen zu können.

Bei dem zweiten Verfahren entspricht die Übertragungsbitrate der SDH-Bitrate für beispielsweise einem STM-64 Signal. Die Übertragungsbitrate bei einem STM-64 Signal beträgt 9.95328 Gbit/s. Um dies zu ermöglichen werden einige beliebige über- flüssige Overheadinformationen aus den Tributary Signalen im Multiplexer MUXE sendeseitig entfernt und empfangsseitig im Muliplexer MUXA wieder eingesetzt.

Es werden sendeseitig soviel an redundanten Informationen entfernt, wie für das Multiplexen (AI, A2 und Bl-Bytes) und das Stopfverfahren (Cl/2 und S-Bytes) an zusätzlichen Informationen benötigt werden. Entsprechend Fig. 9-4 der ITU-Empfehlung G.707 sind über 1000 Overhead Bytes des RSOH und MSOH der Tributary Signale frei für eine zukünftige internationale Standardisierung. Von diesen Bytes oder auch z.B. von den AI oder A2 Bytes der Synchronisierinformation selbst, können beim Multiplexen auf der Sendeseite z.B. drei bzw. vier Bytes entfernt werden. Entsprechend den Figuren 2 und 3 müssen dann in einem Rahmen nicht 38880 Byte sondern nur 38877 Byte bzw. 38876 Byte Tri- butary Nutzinformation untergebracht werden. Bevorzugt würde in diesem Fall ein Pos/Null/Neg-Stopfverfahren.

Es ist auch möglich, mehr als die unmittelbar erforderlichen drei bzw. vier Bytes an redundanten Informationen beim sende- seitigen Multiplexen zu entfernen, um im Übertragungssignal weitere Overheadinformationen XX zur Steuerung der optischen und elektrischen Regeneratoren unterbringen zu können.

Vorteilhaft ist, daß die Übertragungsbitrate exakt der bei der SDH-Technik verwendeten Bitrate entspricht.

Vorteilhaft ist ferner, daß weitere zusätzliche Steuerinformationen bzw. Overheadinformationen XX im Rahmen untergebracht werden können.

Die zuvor beschriebenen Verfahren 1 und 2 ermöglichen nicht nur, ein Multiplexen von vier 2,5 Gbit/s Tributary Signalen auf 10 Gbit/s, sondern auch von 16x2,5 Gbit/s Tributary Signalen auf 40Gbit/s oder von vier lOGbit/s auf 40 Gbit/s usw.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Datenübertragungstrecke. Bei dieser Ausgestaltung sind zusätzlich die Multiplexer MUXA1 und MUXE1 an den Wellenlängenmultiplexern WDM angeordnet. Diese Multiplexer MUXE1, MUXA1, die sich funktional gleich verhalten wie die Terminal-Multiplexer

MUXE, MUXA am Anfang oder Ende der Datenübertragungsstrecke. Der Multiplexer MUXA1 zweigt beispielsweise die Signale ASl und AS3 ab. An deren Stellen können im Multiplexer MUXEl die Signale ESI und ES3 im Multiplexer MUXEl eingespeist werden. Die Signale 2 und 4 werden zum Multiplexer MUXEl durchgeschaltet.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einer ersten und zweiten Datenübertragungseinheit (MUXE, MUXA) , wobei in einem Rahmen (Rl, R2 ) erste und zweite Steuerinformationen und Nutzdaten (N) angeordnet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die ersten Steuerinformationen als Synchronisationsinfor- ationen ausgebildet sind und daß die für die zweiten Steuerinformationen vorgesehenen Bereiche innerhalb des Rahmens (Rl, R2) auch mit zu übertragenden Nutzdaten (N) belegt werden.

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 Synchronisationsinformationen aus Bytes zur Rahmensynchronisation (AI, A2), zur Bestimmung der Bitfehlerrate (Bl) und zur Synchronisation (Cl/2, Sl/2) der an der ersten Datenübertragungseinheit (MUXE) anliegenden Datenströme gebildet sind.

3. 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 als erste Steuerinformation Steuerbefehle (XX) zur Steuerung der zweiten Datenübertragungseinheit (MUXA) und /oder für elektrische Regeneratoren die zwischen der ersten und zweiten Datenübertragungseinheit (MUXE, MUXA) angeordnet sind vorgesehen sind.

4. 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 Bytes zur Rahmensynchronisation (AI, A2 ) , und zur Messung der Bitfehlerrate (Bl) gemäß dem Standard eines Syn- chronen Transfer Mode (STM) -Rahmens angeordnet sind.

5. 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 zur Datensynchronisation der Datenströme ein Stopfverfah- ren verwendet wird.

6. 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 zwischen den Datenübertragungseinheiten (MUXE, MUXA) Da- tenströme abgezweigt und/oder eingespeist werden.

7. Verfahren zur Übertragung von mindestens einem STM-Rahmen im Synchronen Transfer Mode (STM) zwischen einer ersten und zweiten Datenübertragungseinheit (MUXE, MUXA) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei der Übertragung von mindestens einem STM-Rahmen die redundanten und freien Bytes in dem oder den STM-Rahmen in der ersten Datenübertragungseinheit (MUXE) entfernt und in der zweiten Datenübertragungseinheit (MUXA) wieder in dem oder den STM-Rahmen eingefügt werden.

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 zwischen den Datenübertragungseinheiten (MUXE, MUXA) Da- tenströme abgezweigt und/oder eingespeist werden.