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Die vorliegende Erfindung betrifft
das Gebiet der Datenkommunikationsnetzwerke. Insbesondere schafft
die vorliegende Erfindung ein System und Verfahren zur pfadgeschützten Vermittlung
in einem Ringnetzwerk.
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Ringnetzwerke sind aus der Datenkommunikation
bekannt. Typische Ringsysteme umfassen verteilte digitale Faserschnittstellen("FDDI")-Ringe, Token-Ring-Strukturen
und neuerdings synchrone optische Netzwerk("SONET")-Ringe. Ein Ringnetzwerk umfaßt typischerweise
mehrere Netzwerkknoten, die durch einen oder mehrere Datenkommunikationskanäle (oder
-pfade) miteinander gekoppelt sind. Diese Netzwerkknoten können wiederum
mit den lokalen Knoten oder Netzwerken gekoppelt sein oder können mit
anderen Ringstrukturen gekoppelt sein.
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In einem SONET-Netzwerk sind die
Netzwerkknoten durch mehrere virtuelle Pfade logisch verbunden,
die bei einer oder mehreren physikalischen Netzwerkverbindungen
vorhanden sind, die mit den Knoten gekoppelt sind. Jeder virtuelle
Pfad kann mehrere virtuelle Kanäle
aufweisen, wobei jeder virtuelle Kanal Pakete (oder Zellen) transportiert, die
gemäß dem SONET-Standardformat
formatiert sind, das als synchrone Nutz-Einhüllende ("SPE") bekannt
ist. Die SPE definiert des weiteren die Datenzellen als Vorspann-
und Nutzabschnitte. Vorspanninformation wird verwendet, um den Betrieb beizubehalten
und das Netzwerk zu warten, während die
Nutzinformation die lieferbare Information des Systems darstellt,
die in dem bestimmten virtuellen Kanal transportiert wird. Die physikalische
Netzwerkverbindung, die die Netzwerkknoten überspannt, kann eine oder mehrere
Faseroptikverbindungen aufweisen. In einigen Netzwerktopologien
trägt eine einzige
Faser Nutzinformation in beide Richtungen um den Ring, während es
in anderen eine Faser für eine
Richtung und eine andere Faser für
die; andere Richtung gibt. In einem SONET-Ringnetzwerk werden die
zwei Richtungen typischerweise als die Ost- und Westrichtung des
Rings bezeichnet.
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Ein wichtiges Konzept beim Entwurf
von Ringnetzwerken ist die pfadgeschützte Vermittlung. Die pfadgeschützte Vermittlung
bezieht die Erfassung, wann ein Fehler auf dem Ringnetzwerk auftrat, und
das Umleiten des Datenverkehrs ein, um die fehlerhafte Verbindung
anzupassen. In einigen Ringsystemen ist ein getrennter pfadgeschützter Kanal
oder Verbindung vorgesehen, so daß, wenn der Hauptdatenpfad
erschwert wird (oder ansonsten nicht betreibbar), das System Verkehr
zu dem geschützten
Kanal vermittelt. Jedoch erfordern diese Systeme einen getrennten
physikalischen Kanal zwischen den Netzwerkknoten wie auch zusätzliche
Hardware, um den pfadgeschützten
Kanal zu unterstützen.
Wenn außerdem
der pfadgeschützte
Draht (oder Faser) physikalisch nahe der Hauptverbindung zwischen
den Knoten (title es gewöhnlich
der Fall ist) geführt
wird, wird ein Fehler (wie ein Faserschnitt der Hauptverbindung
von einem Löffelbagger
oder einer anderen schweren Maschine) höchstwahrscheinlich dazu führen, daß der pfadgeschützte Kanal
ebenfalls fehlerhaft sein wird.
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Ein weiterer Typ der pfadgeschützten Vermittlung,
der als auf einen Empfänger
basierende pfadgeschützte
Vermittlung bekannt ist, bezieht eine getrennte pfadgeschützte Leitung
nicht ein wie in dem oben beschriebenen System, sondern umfaßt eher
eine besondere Vermittlungsschaltung bei dem Empfänger von
jedem Netzwerkknoten, die verwendet wird, um den fehlerhaften Pfad
zu vermeiden. Dieser Typ der pfadge schützten Vermittlung wird gewöhnlich in
unidirektionalen SONET-Pfadvermittlungsringen ("UPSR")
eingesetzt. Ein UPSR verwendet typischerweise zwei optische Fasern,
eine, um Daten in einer Richtung entlang des Rings zu transportieren,
und eine zweite, um Daten in die andere Richtung entlang des Rings
zu transportieren. 1, die
weiter unten genauer diskutiert wird, stellt so ein SONET-UPSR-Netzwerk
dar.
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In einem auf einem Empfänger basierenden pfadgeschützten Vermittlungssystem
werden zwei identische Nutzströme
(Datenströme)
entlang zweier getrennter virtueller Pfade übertragen, die zwei Netzwerkknoten
verbinden, den Sender-Knoten
und den Empfänger-Knoten,
Die zwei Pfade stellen die zwei Übertragungsrichtungen
von einem Knoten und zu dem nächsten
dar, d.h. "Osten" und "Westen". Im Betrieb startet
der Sender eines bestimmten virtuellen Kanals zwei identische Nutzströme in jeder
Richtung (Osten und Westen) zu dem Empfänger-Knoten. Der Empfänger-Knoten
empfängt
die zwei Nutzströme, vergleicht
ihre relative Übertragungsqualität und schaltet
von einem Strom zum anderen (bei dem Empfängerknoten) auf Grundlage dieses
Vergleichs.
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Die Hauptprobleme dieses Typs eines
pfadgeschützten
Schemas sind: (1) es verschwendet Bandbreite, da es die Verdoppelung
der Datenmenge erfordert, die zum Transport nützlicher Information auf dem
Ringnetzwerk nötig
ist; (2) die Vermittlungszeit als Reaktion auf einen Fehler ist
relativ langsam; und (3) es erfordert sowohl für den Sender als auch den Empfänger des
virtuellen Pfads eine relativ komplexe Schaltung, um die duale Übertragung
zu verwalten.
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Aus der
US-A-4 538 026 ist
ein Schleifensystem für
ein Ringnetzwerk bekannt. In diesem System wird ein Paar Knoten
zu anderen Knoten zurückgeführt, so
daß ein
anderer Netz- Werkknoten
zu dem Ringnetzwerk hinzugefügt
oder von ihm entfernt werden kann.
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Aus der
US-A-4 633 246 ist
ein komplexer auf einen Empfänger
basierender pfadgeschützter Vermittlungsmechanismus
für ATM-Netzwerke
wie bereits oben erwähnt
bekannt. Dieser Mechanismus erfordert die Kommunikation zwischen
allen Knoten in dem Ringnetzwerk, um eine Vermittlung durchzuführen und
wird hauptsächlich
von dem Empfänger verwendet,
an den die Pakete gerichtet sind.
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Aus Yoshio Kajiyama et al.: "ATM SELF-HEALING
RING", Proceedings
of the Global Telecommunicatuions Conference (Globecom), US, New York,
IEEE, 6. Dezember 1992, Seiten 639 bis 643, XP00357855, ISBN 9-7803-0608-2
ist ein System bekannt, in welchem ein Fehler bei einem Knoten stromabwärts des
Fehlers erfaßt
wird, der dann einen Knoten stromaufwärts des Fehlers benachrichtigt.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um
die bereits erwähnten
Probleme zu lösen,
und es ist deshalb Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren und System der pfadgeschützten Vermittlung in einem
Ringnetzwerk zu schaffen.
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Was das Verfahren angeht, wird diese
Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, und was das System angeht,
wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 5 gelöst.
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Außerdem sind vorteilhafte Änderungen
der vorliegenden Erfindung Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Genauer sind ein System und ein Verfahren zur
pfadgeschützten
Vermittlung in Ringnetzwerken vorgesehen, in denen die pfadgeschützte Vermittlung bei
den Sender-Knoten auftritt, der einen bestimmten virtuellen Kanal
der Datenpakete auf dem Ringnetzwerk initiierte. Ein Fehler in einem
der Datenkommunikationspfade des Ringnetzwerks wird von dem Netzwerkknoten
auf jeder Seite des Fehlers erfaßt. Diese Netzwerkknoten initiieren
dann einen Einhüll-Mechanismus,
der eine besondere Feedbackanzeige-Flag in diese eingehüllten Pakete
einbettet, die bei den zwei Knoten empfangen werden, und diese Pakete
(mit der Feedbackanzeige) dann in umgekehrter Richtung zu dem Sender-Knoten,
der die Pakete auf dem Ring initiierte, einhüllt (oder zurücksendet).
Jeder Sender-Knoten erfaßt,
ob die empfangenen Pakete zu virtuellen Kanälen gehören, die er auf dem Ring initiierte,
und wenn er es so erfaßt
hat, bestimmt er dann, ob der Feedbackanzeige-Flag gesetzt ist.
Wenn das so ist, tritt eine Schutzschaltung bei den Sender-Knoten
auf, so daß die
zusätzlichen Pakete,
die zu dem bestimmten virtuellen Kanal gehören, in einer Richtung geschaltet
werden, die dem Fehler entgegengesetzt ist. Ein Ringkontinuitätsmechanismus
wird verwendet, um zu bestimmen, wann die Sender-Knoten in ihren
vorherigen Betriebszustand zurückgebracht
werden und eine Müllsammelfunktion
ist auch inbegriffen.
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Die vorliegende Erfindung löst die Nachteile der
gegenwärtig
bekannten pfadgeschützten
Systeme und Verfahren und hat viele Vorteile wie etwa: (1) optimiert
für Ringstrukturen;
(2) verschwendet keine Systembandbreite wie die auf einem Empfänger basierenden
Systeme; (3) ermöglicht
schnelle geschützte
Vermittlung; (4) niedrige Kosten und niedrige Kom- plexität; und (5)
kann einfach in existierende Netzwerkknoteneinrichtungen integriert
werden (wie etwa einem SONET-Add/Drop-Multiplexer.
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Dies sind nur einige der vielen Vorteile
der vorliegenden Erfindung, die unten genauer mit Bezug auf bevorzugte
Ausführungsformen
beschrieben wird. Vorteilhafterweise kann diese Erfindung andere und
unterschiedliche Ausführungsfor men
haben und mehrere Details können
auf verschiedenen Arten verändert
werden, ohne den Umfang der Erfindung zu ver- lassen. Dementsprechend
müssen
die Zeichnungen und die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen,
die unten dargestellt werden, als beispielhaft und nicht beschränkend angesehen
werden.
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Die vorliegende Erfindung befriedigt
das allgemeine Bedürfnis,
das oben angemerkt ist, und hat viele Vorteile wie es aus der folgenden
Beschreibung hervorgehen wird, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen gelesen wird, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Ringnetzwerks wie etwa eines SONET-UPSR ist,
das das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassen
kann;
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2 ein
Blockdiagramm des Ringnetzwerks ist, das in 1 gezeigt ist, in dem ein Fehler zwischen
zwei der Netzwerkknoten in dem System auftrat;
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3 eine
bevorzugte Paket/Zellen-Karte gemäß der vorliegenden Erfindung
ist, die einen Vorspannabschnitt und einen Nutzabschnitt umfaßt, wobei
besondere Signalkennungen in den Vorspannabschnitt des Pakets eingebettet
sind, um die pfadgeschützte
Vermittlung bei einem Sender-Knoten zu erleichtern;
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4 ein
Diagramm zweier Netzwerkknoten ist, die einen bevorzugten Einhüll-Mechanismus
zeigen und die bevorzugte auf einem Sender basierende farbgeschützte Vermittlungsfunktion
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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5 ein
bevorzugtes Zustandsübergangsdiagramm
des Einhüll-Mechanismusses
ist;
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6 ein
bevorzugtes Zustandsübergangsdiagramm
des Ringkontinuitätmechanismusses
der vorliegenden Erfindung ist;
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7 ein
Diagramm ist, das die bevorzugte Müllsammelfunktion der Erfindung
zeigt; und
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8 ein
Blockdiagramm ist, das mehrere Elemente eines bevorzugten SONET-ADD/Drop-Multiplexers
zeigt, der die auf einen Sender basierende pfadgeschützte Funktionalität der vorliegenden
Erfindung aufweist.
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Es wird nun zu den Zeichnungen übergegangen,
in denen 1 ein Systemdiagramm
eines Ringnetzwerks 10 wie eines SONET-UPSR-Netzwerks darstellt,
das eine auf einen Sender basierende Pfadvermittlungsfunktionalität der vorliegenden Erfindung
einbeziehen könnte.
Das Ringnetzwerk 10 umfaßt mehrere Netzwerkknoten 12,
die als N0–N5 bezeichnet
sind, und in eine Ringstruktur durch einen oder mehrere Kommunikationspfade 14a, 14B eingekoppelt
sind. Wie in 1 gezeigt
transportieren die zwei Pfade 14A, 14B SONET-Datenströme (viele
Pakete/Zellen) in zwei entgegengesetzten Richtungen um den Ring
(d. h. Osten und Westen). Die Kommunikationspfade 14A, 14B sind
vorzugsweise Faseroptikverbindungen (in SONET), aber könnten alternativ
elektrische Pfade oder selbst drahtlose Verbindungen (in anderen
Typen von Ringnetzwerken) sein. Im Fall einer Faseroptikverbindung
könnten
die Pfade 14A, 14B auf einer einzigen Faser 14,
dualen Fasern 14A, 14B oder irgendeiner andere
Kombination der Verbindungen ausgeführt sein.
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Jeder Netzwerkknoten 12 wird
vorzugsweise mit zwei anderen Netzwerkknoten 12 in der Ringstruktur 10 gekoppelt.
Beispielsweise ist der Netzwerkknoten N0 mit den Netzwerkknoten
N1 und N5 gekoppelt. Die Kopplung zwischen den Knoten in 1 läuft auf zwei Wegen ab, was
bedeutet, daß jeder
Knoten 12 Daten (Pakete/Zellen) zu jedem der zwei anderen
Knoten 12, mit denen er verbunden ist, sendet und von diesen
empfängt.
Jeder Netzwerkknoten 12 umfaßt zumindest zwei Sender/Empfänger-Schnittstellen,
eine für
jede Verbindung zum anderen Knoten 12. Die Netzwerkknoten 12 könnten viele
Typen bekannter Netzwerkeinrichtungen sein wie etwa Add/Drop-Multiplexer
("ADMs"), Schalter, Router,
Querverbindun gen zu anderen Typen von Einrichtungen. Die Einrichtungen 12,
die in 1 gezeigt sind,
sind vorzugsweise ADMs. Diese ADMs 12 sind mit den lokalen
Knoten 16 gekoppelt und werden verwendet, um Pakete/Zellen
von dem lokalen Knoten 16 zu dem SONET-Datenstrom hinzuzufügen und
umgekehrt Pakete von dem SONET-Datenstrom zu den lokalen Knoten 16 abzuzweigen.
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In solch einem SONET-Ringnetzwerk 10 sind
die Netzwerkknoten 12 logisch durch mehrere virtuelle Pfade
miteinander verbunden, die bei der (den) pyhsikalischen Netzwerkverbindungen) 14 vorhanden
sind. Virtuelle Pfade sind auch als logische Pfade oder "Rohre" bekannt. Obwohl
es beispielsweise nur eine physikalische Verbindung vom Knoten N0
zum Knoten N1 zum Knoten N2 gibt, kann es viele virtuelle Pfade
zwischen diesen Knoten wie einen virtuellen Pfad von N0 zu N1, einen
anderen von N0 zu N2 und einen weiteren von N1 zu N2 geben. Jeder virtuelle
Pfad kann mehrere virtuelle Kanäle
aufweisen, wobei jeder virtuelle Kanal Pakete (oder Zellen) transportiert,
die gemäß der SONET-SPE
formatiert sind. Für
mehr Information über
SONET-Formate, Leitungsgeschwindigkeit und Betriebstheorie siehe John
Bellamy, Digital Telephony, 2. Ausgabe (1991), S. 403–425.
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2 stellt
ein Blockdiagramm eines Ringnetzwerks 10 dar, das in 1 gezeigt ist, in dem ein Fehler 22 zwischen
den Netzwerkknoten 12 in dem System (N5 und N4) auftrat.
Dies ist ein Beispiel einer Situation, in der ein Pfadschutz-Mechanismus
in dem System ausgelöst
werden könnte,
um zu verhindern, daß zusätzliche
Datenpakete zu der fehlerhaften Verbindung 22 übertragen
werden, und das System daher effizienter wird.
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In der vorliegenden Erfindung gibt
es drei Stufen der Pfadschutz-Funktion. Zuerst wird ein Fehler (oder
eine Anomalie) bei den zwei Knoten 12 erfaßt, die
zu dem fehlerhaften Pfad gehören,
und ein "Einhüll-Mechanismus" wird bei jedem dieser
Knoten initiiert, um die Pakete von dem Fehler 22 weg zu
lenken. Zur gleichen Zeit, zu der der Einhüll-Mechanismus initiiert wird, betten die
zwei Knoten, die Pakete einhüllen,
auch eine Feedback-Anzeige in die eingehüllten Pakete ein, um anzuzeigen,
daß ein
Fehler bei dem Knoten auftrat und daß die Pakete zu den Knoten
zurückgeschickt
wurden, der die Pakete initiierte. Zweitens erfaßt für jeden virtuellen Kanal, der eingehüllt wurde,
sein zugehöriger
Sender-Knoten die zurückkommenden
Pakete, die zu den eingehüllten
virtuellen Kanälen
gehören,
und initiiert einen Schutzschalter, so daß zusätzliche lokale Pakete, die zu
dem virtuellen Kanal hinzu geführt
werden, nicht zu dem Fehler gesendet werden, sondern statt dessen
in die andere Richtung um den Ring gesendet werden, Drittens geht
das System unter Verwendung der Ringkontinuitätsfunktion in den normalen
Betrieb über,
sobald der Fehler berichtigt wurde.
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Der Einhüll-Mechanismus ist graphisch
in 2 gezeigt und seine
Besonderheiten sind genauer in Verbindung mit den 3, 4 und 5 beschrieben. Die auf einem Sender basierende
Pfadvermittlungsfunktion ist in 4 gezeigt
und die Ringkontinuitätsfunktion
ist in 6 beschrieben.
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Wieder mit Bezugnahme auf 2 ist eine Anomalie (oder
ein fehlerhafter Zustand) 22 in den Verbindungen zwischen
den Netzwerkknoten N5 und N4 des Ringnetzwerks 10 gezeigt.
Dieser fehlerhafte Zustand 22 könnte ein Leitungsschnitt (wie
etwa, wenn ein optisches Faserkabel während einer Grabung beschädigt wird),
eine Verschlechterung des Signalniveaus zwischen den Knoten oder
eine Verschlechterung der Signalqualität (wie etwa ein Anstieg der
Bit-Fehlerrate) sein. Jedenfalls kann der Netzwerkknoten 12 der
vorliegenden Erfindung programmiert sein, um auf viele unterschiedliche
Typen von Anomalien zu reagieren. Sobald der Fehler erfaßt ist,
werden die Knoten 12 (über
die Pfadschutz-Kon trolleinheiten, die unten beschrieben sind) programmiert,
um die empfangenen Pakete/Zellen von der Anomalie 22 "einzuhüllen", indem sie zu dem Sender-Knoten,
von dem sie kommen, und endgültig zu
ihren Zielknoten auf der anderen Seite des Fehlers zurückgeschickt
werden.
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Als Beispiel wird der Datenstromfluß betrachtet
der in 2 gezeigt ist
(20A–20G).
In diesem Beispiel sind Daten- pakete von dem lokalen Knoten LN0
(der an den Netzwerkknoten N0 gekoppelt ist), an den lokalen Knoten
LN3 (der an den Netzwerkknoten N3 angekoppelt ist) gerichtet. Anfänglich (vor
der Anomalie) überträgt der Knoten
N0 die Pakete von LN0 im Uhrzeigersinn (oder östlich) um den Ring 10 zu
N3. Dann tritt aber ein Fehler 22 zwischen den Knoten N5
und N4 auf, der Kommunikationen entlang dieses Unterpfads des Rings
vereitelt. Das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung erfaßt die Anomalie
bei den Knoten N5 und N4 und initiiert eine Einhüll-Funktion bei diesen Knoten,
so daß irgendwelche
ankommenden Pakete, die nicht zu den entsprechenden lokalen Verbindungen
abgezweigt werden (d.h. "durchgehende" Pakete), in die umgekehrte
Richtung zurückgeleitet
werden. Auf diese Art werden die Pakete/Zellen, die bei N5 von N0 empfangen
werden, zurück
zu N0 entlang des Pfads 20C und dann zu N1, N2 und N3 entlang
der Pfade 20D, 20E und 20F zurückgeleitet,
wo sie von dem SONET-Ring zu dem lokalen Knoten LN3 entlang des
Pfads 20G abgezweigt werden.
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Wie unten genauer beschrieben umfaßt die vorliegende
Erfindung des weiteren eingebettete Signalbits in den eingehüllten Paketen/Zellen,
die einen Schutzschalter bei dem Sender auslösen, von dem die Pakete/Zellen
ausgehen. Wenn beispielsweise die eingehüllten Pakete von N5 zu N0 zurückkehren, werden
die eingebetteten Signalbits für
den bestimmten virtuellen Kanal bei N0 erfaßt, was dann eine pfadgeschützte Vermittlungsfunktion
veranlaßt,
zusätzliche
Pakete von LN0 von dem fehlerhaften Zustand 22 weg und
in die entgegengesetzte Übertragungsrichtung
zu vermitteln.
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3 ist
eine bevorzugte Paket/Zellen-Karte 30 gemäß der vorliegenden
Erfindung, die einen Nutzabschnitt 32 und einen Vorspannabschnitt 34 aufweist,
wobei besondere Signalkennungen (oder -anzeigen) 36, 38 in
dem Vorspannabschnitt 34 des Pakets eingebettet sind, um
die pfadgeschützte
Vermittlung bei dem Sender-Knoten zu erleichtern. Das Paket/ Zelle
kann gemäß der SONET-SPE-Struktur für den Fall
eines SONET-Ringnetzwerks formatiert sein oder kann gemäß einer
anderen Rahmenstruktur formatiert sein, die einen Nutzabschnitt
und Vorspannabschnitt für
den Fall anderer Typen von Ringnetzwerken hat. Wie bereits angemerkt
enthält
der Nutzabschnitt nützliche
Information, die über
das Netzwerk transportiert wird und der Vorspannabschnitt enthält typischerweise
Betriebs- und Wartungsinformation, die von dem Netzwerk verwendet wird,
um den Pakettransport zu erleichtern. Für die vorliegende Erfindung
erleichtern die zwei Signalkennungen, die in dem Vorspannabschnitt
des Pakets/Zelle eingebettet sind, die pfadgeschützte Vermittlung bei dem Sender-Knoten
eines bestimmten virtuellen Kanals. Diese zwei Kennungen sind die Kennung 36 des
virtuellen Kanals (oder "VCI") und die vorwärts gerichtete
Einhüll-Benachrichtigungsanzeige 38 (oder "FWN"). Die VCI 36 ist
vorzugsweise ein Signal mit mehreren Bits, das den Sender-Knoten identifiziert,
der das Paket auf das Ringnetzwerk 1G abschickte, wie auch
der bestimmte virtuelle Kanal, zu dem das Paket gehört. Die
letztere Identifizierung ist notwendig, da ein Sender für einen
bestimmten Netzwerkknoten 12 wie etwa der Knoten N0 verschiedene
virtuelle Kanäle
haben könnte,
die zu ihm gehören,
und jeder dieser virtuellen Kanäle
kann notwendig sein, um individuell pfadgeschützt geschaltet zu werden. Die
FWN-Anzeige 38 ist vorzugsweise ein einziges Bit, das anzeigt,
ob dieses Paket/Zelle um einen Fehler eingehüllt wurde oder nicht. Die VCI-Anzeige 36 ist in
dem Paket/Zellenvorspann 34 von dem Sender eingebettet,
der den bestimmten virtuellen Kanal auf dem Netzwerk startete, während die FWN-Anzeige 38 von
dem Empfänger-Knoten 12 gesetzt
wird, wo die Einhüllung
auftritt.
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4 ist
ein Diagramm von zwei Netzwerkknoten 12, das den bevorzugten
Einhüll-Mechanismus
und die bevorzugte auf einen Sender basierende pfadgeschützte Vermittlungsfunktion
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die zwei Netzwerkknoten 12 in
dieser Figur entsprechenden den Knoten N0 und N5, die in den 1 und 2 gezeigt sind. Diese Knoten 12 sind
vorzugsweise ADM-Elemente, die Pakete/Zellen von entsprechenden
lokalen Knoten in mehreren virtuellen Pfaden/Kanälen, die das Ringnetzwerk 10 umspannen,
hinzufügen,
abzweigen und multiplexen. Jedes ADM 12 ist vorzugsweise
wie in 8 (unten beschrieben)
angeordnet, obwohl andere Anordnungen mit Sicherheit möglich sind.
Diese Netzwerkknoten 12 umfassen östliche und westliche Sender/Empfänger-Schnittstellenschaltungen
zum Senden und Empfangen von Paketen/Zellen von den zwei anderen
Knoten, mit denen es verbunden ist. Beispielsweise umfaßt der Netzwerkknoten
N0 eine östliche
Sender/Empfänger-Schnittstelle
zum Senden und Empfangen von Paketen/Zellen zu/von Knoten N5 und
eine westliche Sender/Empfänger-Schnittstelle
zum Senden und Empfangen von Paketen/Zellen zu/von Knoten N1. Eine
virtuelle Pfad-Kontrolleinheit ("VP
CTL") 42 und
ein lokaler Schalter 44 sind in jedem Knoten 12 eingeschlossen. Die
zusätzlichen
Elemente erleichtern die pfadgeschützte Vermittlungsfunktion bei
jedem Sender-Knoten.
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Zuerst wird die Situation betrachtet,
in der ein Fehler in dem Ring nicht auftrat und lokaler Verkehr von
LN0 zu dem Paketstrom durch den Netzwerkknoten N0 zur Übertragung
zum lokalen Knoten LN4 hinzugefügt
wird, der mit dem Netzwerkknoten N4 angekoppelt ist. In dieser Situation
werden Pakete LN0 bei N0 empfangen und zu dem Knoten N5 über den
Da tenpfad 14B vermittelt. Da diese Pakete an den Knoten
N4 gerichtet sind, werden sie normalerweise über den Knoten N5 weitergegeben
und auf den Datenpfad zwischen den Knoten N5 und N4 zurückgeschickt.
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Nehmen wir nun an, daß zur Zeit
T0 (50) ein Fehler bei der Schnittstelle der Knoten N5/N4
auftritt. Dieser Fehler könnte
ein Leitungsschnitt des optischen Faserkabels sein, das die zwei
Knoten miteinander koppelt oder könnte irgendeine Verschlechterung
des Signalniveaus oder Übertragungsqualität sein.
In jedem Fall stellt die VP-CTL-Schaltung 42 in Knoten
N5 fest, daß eine
Anomalie in dem Pfad zwischen ihm und Knoten N4 auftrat und verkündet einen
Fehler. Wenn dies auftritt, wird die Einhüll-Funktion 52 beim
Knoten N5 initiiert. Auf die gleiche Weise entdeckt die VP-CTL 42
im Knoten N4 auch die Anomalie und initiiert eine Einhüll-Funktion.
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Wie oben beschrieben veranlaßt die Einhüll-Funktion,
daß die
durchgeleiteten Pakete, die beim Knoten N5 empfangen wurden, zum
Knoten N0 mit dem FWN-Anzeige-Flag 38 zurückgeschickt
werden, der gesetzt ist 54, um anzuzeigen, daß die Pakete,
die zu dem bestimmten virtuellen Kanal gehören, eingehüllt wurden. Jene Pakete, die
bei dem Knoten N5 abge- zweigt wurden (d. h. Pakete, die an den
lokalen Knoten LN5 gerichtet sind) sind nicht eingehüllt, sondern
einfach aus dem SONET-Datenstrom abgezweigt. Dies ist die erste
Stufe der pfadgeschützten
Vermittlung in der Erfindung – zur
Zeit T0 tritt der Fehler auf, zur Zeit T1 wird der Fehler von der virtuellen
Pfad-Kontrolleinheit 42 erfaßt und die Einhüll-Funktion 52 wird
initiiert und zur Zeit T2 wird der FWN-Bit 38 bei jeder
Zelle/Paket gesetzt, die/das von dem bestimmten Netzwerkknoten 12 eingehüllt ist.
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5 stellt
ein Zustandsübergangsdiagramm 70 des
bevorzugten Einhüll-Mechanismusses dar.
Anfangs ist jeder Knoten
12 in dem normalen Zustand 72,
was bedeutet, daß es
keine Fehler oder Anomalien weder auf der östlich gerichteten noch der westlich
gerichteten Sender/Empfänger-Schnittstelle des
Knotens 12 gibt. Wenn jedoch ein Fehler wie etwa eine Leitungstrennung
oder ein Leistungsverlust der Verbindung auftritt, wird ein Anomalieauslöser erzeugt
(gewöhnlich
von einem Protokoll-Agenten für
niedrige Niveaus) und von der VP-CTL-Schaltung 42 von den
zwei Knoten auf jeder Seite des fehlerhaften Zustands erfaßt. Die
Knoten 12 treten dann in den Einhüll-Zustand 74 ein,
in dem ankommende durchgehende Pakete von der fehlerhaften Verbindung
weggeschickt werden und die FWN-Anzeigebits 38 werden in
jedem virtuellen Kanal gesetzt, der umgeleitet wird. Solange die
Anomalie fortbesteht, werden die Knoten in dem Einhüll-Zustand 74 bleiben.
Sobald die Anomalie ausgeräumt
wurde, wird der Anomaliedämpfungszeitgeber 80 in
jedem Knoten gesetzt. Der Zweck dieses Verzögerungszeitgebers 80 ist
es, Oszillationen oder Einschwingungen in dem Datenstrom zu verhindern,
die sich ergeben könnten,
wenn die Einhüll-Funktion sofort unterbrochen
wurde, nachdem der Fehler berichtigt wurde. In dem bevorzugten SONET-ADM-Ringsystem 10,
das in den Zeichnungen gezeigt ist, wird der Anomaliedämpfungszeitgeber
typischerweise auf mehrere Minuten eingestellt, obwohl andere Zeiten
sicherlich möglich
sind, und tatsächlich
ist der Dämpfungszeitgeber
ein optionales Merkmale dieser Erfindung. Während der Zeitdauer, zu welcher
der Anomaliedämpfungszeitgeber
betrieben wird, werden Pakete/Zellen fortwährend von dem Knoten weg eingehüllt, obwohl.
die Anomalie ausgeräumt
wurde. Wenn die Anomalie während
dieser Zeitdauer wieder auftritt, gehen die Knoten 12 in
den Einhüll-Zustand 74 zurück.
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Sobald der Dämpfungszeitgeber 80 ausgelaufen
ist, treten die Knoten in den Schwebezustand 76 ein. In
diesem Zustand ist die Einhüll-Funktion
abgestellt, aber das System ist noch nicht bereit, in den normalen
Betriebsmodus zurückzu kehren.
Während des
Schwebezustands 76 führt
ein Wiederherstellungszeitgeber 82 für eine vorherbestimmte Zeitdauer
zu einer Verzögerung.
Der Zweck dieses Zeitgebers ist es, dem Sender-Knoten zu erlauben,
in ihren normalen Zustand zurückzukehren
(angenommen, daß die
Sender für
die Rückkehr
vorgesehen sind). Wie auch der Anomaliedämpfungszeitgeber 80 ist der
Zweck des Wiederherstellungszeitgeber 82 Einschwingungen
in dem Ringnetzwerk 10 zu verhindern.
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Zurück zu 4 werden die eingehüllten Pakete mit der eingebetteten
Feedback-Information dann zu den Knoten N0 auf dem Datenpfad 14A zurückgeschickt.
Dies führt
zu der zweiten Stufe der pfadgeschützten Vermittlung in der Erfindung.
Zur Zeit T3, wenn die eingehüllten
Pakete von dem Knoten N0 empfangen werden, inspiziert die virtuelle Pfad-Kontrolleinheit 42 im
Knoten N0 die ankommenden Pakete bezüglich zweier Informationen – zuerst prüft sie die
virtuelle Kanalkennung (VCI) 36, um zu bestimmen, ob ein
bestimmtes Paket auf dem Ringnetzwerk von diesem Knoten initiiert
wurde. Da die VCI 36 einmalig den Sender-Knoten für einen
bestimmten virtuellen Kanal und den Kanal selbst identifiziert,
kann durch Prüfung
dieses Felds jeder Knoten 12 bestimmen, welche Pakete er
anfänglich
auf das Netzwerk sendete. Wenn die VP-CTL-Schaltung 42 feststellt,
daß ein
bestimmtes Paket auf dem Netzwerk von diesem Knoten initiiert wurde, überprüft sie daraufhin
den FWN-Anzeigebit 38, um festzustellen, ob das Paket von einem
anderen Knoten eingehüllt wurde.
Wenn dies so ist, signalisiert zu einer Zeit T4 daraufhin die VP-CTL 42 dem
Schalter 44 die Pfadschutzfunktion für den bestimmten virtuellen
Kanal auszuführen.
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Nachdem die VP-CTL-Schaltung 42 zumindest
ein Paket für
den bestimmten virtuellen Kanal mit gesetzten FWN-Bit empfangen
hat, schaltet sie den Schalter 44, so daß die zusätzlichen
Pakete/Zellen, die zu dem virtuellen Kanal gehören und von dem lokalen Knoten
LN0 empfangen wurden, zu dem Netzwerkknoten N1 und von dem Fehler
bei dem Netzwerkknoten N5 weg geschaltet werden. Dies ist die zweite
Stufe der pfadgeschützten
Ermittlung in der Erfindung – zur
Zeit T3 werden die Datenpakete/Zellen inspiziert, um festzustellen,
ob sie auf dem Ring von diesem Knoten initiiert wurden und ob sie von
einem anderen Knoten 56 eingehüllt wurden, und zur Zeit T4
schaltet die VP-CTL-Schaltung 42 den lokalen Schalter 44,
wenn das Datenpaket zu einem virtuellen Kanal gehört, das
von diesem Knoten initiiert wurde, und wenn die FWN-Anzeige 38 gesetzt
ist 58, werden zur Zeit T5 zusätzliche Pakte, die vom Knoten
N0 empfangen werden, von dem Fehler weg geschaltet.
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Auf die gleiche Art inspiziert jeder
der Knoten 12 in dem Netzwerk ankommende Pakete von anderen
Knoten, um festzustellen: (a) wenn die Pakete zu einem virtuellen
Kanal gehören,
der von diesem Knoten initiiert ist; und (b) wenn eine Einhüllung von
einem anderen Knoten initiiert wurde. Wenn diese zwei Bedingungen
zutreffen, schaltet die VP-CTL-Schaltung 42 des
bestimmten Knotens, der den virtuellen Ka nal initiierte, seinen
lokalen Schalter 44, um zusätzliche Pakete, die zu dem
bestimmten virtuellen Kanal gehören,
von dem Fehler weg zu leiten. Die letzte Stufe des pfadgeschützten Vermittlungsmechanismusses
der vorliegenden Erfindung – Wiederherstellen
des Netzwerks für
normale Betriebsbedingung – verwendet
den unten beschriebenen Ringkontinuitätsmechanismus.
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6 ist
ein bevorzugtes Zustandsübergangsdiagramm 90 des
Ringkontinuitätsmechanismusses
der vorliegenden Erfindung. Dieser Mechanismus veranlaßt die Sender
in den normalen Betrieb zurückzukehren
(angenommen, daß die
Rückkehr
in dem bestimmten virtuellen Kanal vorgesehen ist), wenn ein Fehler
aus dem Ringnetzwerk 10 entfernt ist. In der bevorzugten
Umsetzung der Erfindung gibt es einen einzigen Ma sterringkontinuitätsknoten.
In dem SONET-ADM-System, das in den vorherigen Figuren gezeigt ist,
könnte
beispielsweise Knoten N0 der Masterknoten sein. Die verbleibenden
Knoten in dem Netzwerk werden als untergeordnete Knoten angesehen.
Der Masterknoten steuert die Erfassung der Ringkontinuität und die
Verschickung von Ringkontinuitätsnachrichten
zu den untergeordneten Knoten. Er tut dies, indem er ununterbrochen
besondere Kontinuitätsprotokollpakete
in den Datenstrom einspeist, die in dem Ringnetzwerk zirkuliert.
Wenn diese Pakete nicht auf dem gleichen Datenpfad zurückkommen,
gibt es keine Ringkontinuität,
d. h. ein Fehler trat auf. Wenn diese Protokollpakete jedoch auf dem
gleichen Datenpfad zurückkehren,
gibt es eine ununterbrochene Ringverbindung. Indem dieser Zustand
ununterbrochen erfaßt
wird und besondere Signalprotokollpakete zu den untergeordneten
Knoten geschickt werden, kann jeder untergeordnete Knoten wissen,
ob der Ring ununterbrochen ist oder nicht.
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Angenommen, daß es zuerst einen ununterbrochenen
Ring (kein Fehler) gibt, sind die Knoten 12 in dem ununterbrochenen
Ringzustand 92. Jedoch tritt zu einem bestimmten Zeitpunkt
eine Anomalie auf wie ein Kabelschnitt zwischen den Knoten N5 und N4
in 4, und ein Anomalieauslöser wird
bei diesem Knoten erzeugt. Dieser veranlaßt die Knoten auf jeder Seite
des Fehlers in den unterbrochenen Ringzustand 94 einzutreten.
Im gleichen Augenblick wird der Masterknoten erfassen, daß ein Fehler
in dem Ring (keine Kontinuität)
auftrat und wird besondere Signalprotokollpakete zu allen untergeordneten
Knoten schicken, so daß jeder
Knoten weiß,
daß ein
Fehler auftrat. Solange die Anomalie fortbesteht, bleiben die Knoten 12 in
diesem Zustand. Zwischenzeitlich werden Pakete/Zellen bei diesen
Knoten eingehüllt und
die FWN-Anzeigebits 38 werden gesetzt, um die entsprechenden
Sender-Knoten zu veranlassen, zum Schutz lokalen Verkehr von dem
Fehler weg zu schalten. Wenn die Anomalie ausgeräumt ist, setzen die Knoten
den Anomaliedämpfungszeitgeber
100, der
vorzugsweise der gleiche Zeitgeber ist, der in der Einhüll-Zustandsmaschine
verwendet wird, obwohl es ein getrennter Zeitgeber sein könnte. Der
Zweck dieses Zeitgebers ist der gleiche wie in der Einhüll-Zustandsmaschine – Stabilität des Ringnetzwerks.
Sobald der Anomaliedämpfungszeitgeber 100 ausläuft, treten
die Knoten in den Haltezustand ein und der Wiederherstellungszeitgeber 102 wird
gesetzt. Während
des Haltezustands schickt der Masterknoten immer noch Nachrichten
zu den untergeordneten Knoten, daß der Ring unterbrochen ist.
Wie für
die Einhüll-Zustandsmaschine
wird der Wiederherstellungszeitgeber 102 in der Ringkontinuitätszustandsmaschine
auch aus Stabilitätszwecken
verwendet. Sobald der Zeitgeber 102 ausläuft, beginnt der
Masterknoten Protokollpakete zu verschicken, die anzeigen, daß der Ring
kontinuierlich ist und die Knoten treten in den kontinuierlichen
Ringszustand 92 ein.
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Zu diesem Zeitpunkt sind die verschiedenen Sender-Knoten
immer noch so konfiguriert, daß sie lokalen
Verkehr von dem fehlerhaften Zustand zum Schutz wegschalten. Wenn
diese Knoten die "Ringkontinuitätspakete" empfangen, die anzeigen,
daß der
Fehler entfernt wurde, kann die VP-CTL-Schaltung 42 bestimmen,
ob sie zurückschaltet 44,
so daß die
lokal erzeugten Pakete wiederum zu den Knoten geleitet werden, wo
der Fehler vorher auftrat. Ob die Netzwerkknoten 12 zu
ihrem vorherigen Zustand "zurückkehren" werden oder nicht,
hängt vom
Entwurf der Knoten ab. In gewissen Fällen werden die Knoten 12 mit
einer Rückkehr
versehen sein, so daß sie
in ihren vorherigen Betriebszustand zurückschalten werden, nachdem
die Ringkontinuität
mitgeteilt wird. In anderen Fällen
werden die Knoten jedoch nicht zurückkehren, sondern einfach fortfahren,
Pakete in der Richtung von dem vorherigen Fehler wegzuschicken. Wenn
dann ein Fehler in der neuen Übertragungsrichtung
auftritt und die Pakete von der neuen Richtung zurückgeschickt
werden, wird die VP-CTL- Schaltung 42 wieder
das FWN-Anzeigebit 38 erfassen und zu der anfänglichen Übertragungsrichtung
zurückschalten
44.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft das Konzept des Müllsammelns. Müllsammeln
in einem Ringnetzwerk ist der Vorgang des Löschens von Paketen/Zellen aus
dem Datenstrom, die aus irgendeinem Grund endlos in dem Ring kreisen
(oder möglicherweise
kreisen könnten).
Durch Vorsehung der eingebetteten Feedback-Anzeigen in dem Vorspann
der virtuellen Paket/Zellen-Kanäle, schafft
die vorliegende Erfindung eine elegante Lösung des Problems des Müllsammelns.
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7 ist
ein Diagramm, das die bevorzugte Müllsammelfunktion der Erfindung
zeigt. In dieser Figur hüllen
die zwei Knoten 12, N5 und N4, jeweils Pakete ein. Das
ist die gleiche Situation, die oben beschrieben ist, wenn ein Fehler
zwischen diesen zwei Knoten auftritt und somit den Einhüll-Mechanismus- und
die Pfadschutz-Funktion der Erfindung ausgelöst wird.
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Zur Zeit T1 (110) kommt ein (e) Paket/Zelle beim
Knoten N5 an und wird zur Zeit T2 (112) in die andere Richtung
zum Knoten N0 und schließlich
zu den anderen Knoten einschließlich
N4 zurückgeschickt.
Zur Zeit T3 verläßt das Paket
den Knoten N5 mit gesetztem FWN-Anzeigebit 38. Das Paket/Zelle wird
dann um das Ringnetzwerk in der Richtung von dem Knoten N5 weg transportiert.
Zur Zeit T4 kommt das Paket beim Knoten N4 an, der auch Pakete einhüllt. Wenn
das Paket beim Knoten N4 abgezweigt werden soll, wird es dementsprechend
weitergeleitet. Aber wenn es ein durchgehendes Paket ist und sein FWN-Anzeigebit 38 bereits
gesetzt ist, wird das Paket entfernt werden. Durch Einbetten der
FWN-Anzeige 38 in eingehüllten Paketen wird somit eine
einfache Müllsammelfunktion
mit einer einfachen Regel erreicht, die bestimmt, wann Pakete entfernt
werden – wenn
ein Paket bei einem Knoten ankommt, der Pakete einhüllt und
den es durch- queren sollte, und das Paket, dessen FWN-Anzeige-Flag 38 bereits
gesetzt ist, wird entfernt.
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Schließlich stellt 8 ein Blockdiagramm dar, das mehrere
Elemente eines bevorzugten SONET-Add/Drop-Multiplexers 12 zeigt,
der eine auf einen Sender basierende pfadgeschützte Funktionalität der vorliegenden
Erfindung aufweisen. Der bevorzugte ADM 12 weist zwei Sender/Empfänger ("T/R")-Schnittstellenschaltungen
auf, einen östlichen
SO-NET-T/R-Agenten 120 und
einen westlichen SONET-T/R-Agenten, einen Agenten für jede Übertragungsrichtung
auf dem Netzwerk. Die zwei SONET-T/R-Agenten 120 sind zwischen
den physikalischen Datenpfadverbindungen 14 gekoppelt und entspre
chen östlichen
und westlichen Paket-über-SONET("POS")-Agenten 122.
Die POS-Agenten 122 sind wiederum mit einem Frame- Relay
("FR")-Agenten 124 gekoppelt,
der auch mit dem lokalen Knoten 16 über eine lokale Knotenschnittstellenleitung 126 gekoppelt
ist.
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Die östlichen und westlichen SONET-T/R-Agenten 120 sorgen
für die
SONET-Schichtschnittstelle zu dem Ringnetzwerk 10 und bilden
die Schnittstelle des SONET-Protokolls zu dem POS-Protokoll. Die
entsprechenden POS-Agenten 122 senden und empfangen Pakete
von dem FR-Agenten 124 und koppeln sie mit den SONET-Agenten 120.
Diese POS-Agenten 122 verwenden die POS-Standardprotokolldefinitionen
für das Rahmen
der Pakete in die SONET-SPE. Der FR-Agent 124 ist ein Agent
hö- herer
Stufe, der die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationen über das Netz verwaltet, vielzählige virtuelle
Kanäle
aufbaut und abbaut, die innerhalb des SONET-Datenstroms geschaffen
werden können,
und Pakete zu den lokalen Knotenverbindungen 126 addiert
und von ihnen abzweigt. Der FR-Agent 124 umfaßt vorzugsweise
die VP-CTL-Schaltung 42 zum Erfassen von Fehlen auf verschiedenen
virtuellen Kanälen
und zum Auslösen der
Pfadschutz- und Rückkehr-Funktion
des zugehörigen
Pfadschalters 44, der auch zu dem FR-Agenten gehört.