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Querverweise auf verwandte Patentanmeldungen
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Diese
Patentanmeldung beansprucht die Vorteile der früher eingereichten, noch anhängigen provisorischen
Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 60/088.747, eingereicht am
10. Juni 1998.
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Technisches Fachgebiet
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Diese
Erfindung betrifft das Gebiet der Telekommunikation und der Datenkommunikation
und spezieller eine integrierte Sprach- und Datenkommunikation über ein
lokales Netzwerk (LAN).
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Heutzutage
besteht die typische Bürokommunikationsinfrastruktur
aus zwei voneinander unabhängigen
Netzwerken: dem Telekommunikationsnetz und dem Datenkommunikationsnetz.
Das Telekommunikationsnetz stellt leitungsvermittelte Kanäle mit begrenzter
Bandbreite (typischerweise 64 kbit/s bis 128 kbit/s) bereit. Die
leitungsvermittelte Charakteristik und die begrenzte Bandbreite
eines solchen Netzwerkes vermag die heutigen Anforderungen an eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung
nicht zu erfüllen.
Das Bürodaten-Kommunikationsnetz
stellt eine Paketübertragung
(Ethernet oder Token-Ring) über
Netzknoten und/oder Schalter sowie in weit geringerem Maße Zellen
im asynchronen Übertragungsmodus
(ATM) bereit. Diese Datenkommunikationsnetze stellen Bandbreiten
von 10 Mbit/s bis 100 Mbit/s zu den Desktops zur Verfügung. Der
Paketcharakter dieser Netzwerke stellt jedoch ein Hindernis für die Übertragung
verzögerungsempfindlicher
Daten, wie beispielsweise Echtzeit-Audio- oder -Videodaten dar.
Ausgenommen davon ist ATM, welches jedoch für die heutigen Desktops nicht ökonomisch
realisierbar ist.
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Datenübertragung
sowie Sprach- und Videokonferenzschaltungen nähern sich einander an, und alles
dies wird über
ein einziges Netzwerk bereitgestellt werden. Das Wunder, das dieses
Zusammengehen vorantreibt, ist der exponentielle Fortschritt der
Chiptechnologie. Erzeugnisse auf der Grundlage innovativer neuer
Chipkonstruktionen werden schon bald für alle im Büro benötigten Daten-, Audio- und Videokommunikationsverbindungen
einen einzigen An schluss an jeden Desktop möglich machen. Bürosysteme,
welche Sprach-, Video- und Datenkommunikation vereinen, reduzieren
die Kosten der Ausrüstung
und ermöglichen
und ein gemeinsamer Hochgeschwindigkeits-Internet und -Webzugriff
direkt vom Desktop aus zeichnet sich ab. Diese Erzeugnisse werden
eine qualitativ hochwertige Alternative zu den gegenwärtigen,
isolierten Sprach-, Videokonferenz- und Datennetzausrüstungen
bieten. Diese Erzeugnisse werden solchen Benutzern Vorteile bieten,
welche die Bequemlichkeit und den Nutzen eines digitalen Tastentelefonsystems
oder einer Nebenstellenanlage mit dem Zusatzvorteil eines vollständig integrierten
lokalen Netzwerkes (LAN) sowie eines Hochgeschwindigkeits-Fernnetzwerk-Zugriffes
(WAN), alles eingebaut in einem System, wünschen.
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Stand der Technik
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Wirkungsweise der Verknüpfung in
lokalen Netzwerken für
ein herkömmliches
digitales Tasten/Hybridtelefonsystem
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Ein
herkömmliches
digitales Tasten/Hybrid-Büro-Telekommunikationssystem
besteht aus zwei Hauptkomponenten: 1) das digitale Tastentelefongerät und 2)
die gemeinsame Geräteeinheit
(d. h. die Hintergrund- bzw. geschlossene Verdrahtungsanordnung),
welche die digitalen Tastentelefone mit den äußeren Leitungen zur Zentrale
verbindet.
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Das
typische interne Büro-Telekommunikationsnetz
nutzt eine „Sternverdrahtungstopologie" bestehend aus einer „Home-Run-Verdrahtung", bei welcher jedes
einzelne Telefon über
ein zugewiesenes nicht abgeschirmtes, paarweise verdrilltes Kabel (UTP)
zur gemeinsamen Geräteeinheit
(CEU) zurückverbunden
ist.
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Hier
muss eine deutliche Unterscheidung zwischen einem an die Nebenstellenanlage
PBX (vom Typ der gemeinsamen Geräteeinheit
CEU) angeschlossenen Industriestandard-Analogtelefon vom Typ 2500 (beispielsweise
einem Touch Tone®-Telefon) und einem elektronischen
digitalem Tastentelefon, das an die Nebenstellenanlage PBX angeschlossen
ist, getroffen werden. Ähnlich
dem elektronischen digitalen Tastentelefon ist auch das Analogtelefon
vom Typ 2500 an die Nebenstellenanlage PBX mittels eines zugewiesenen
UTP-Kabels angeschlossen. Jedoch wird beim Analogtelefon vom Typ 2500
eine Audio-Schmalbandübertragung
benutzt, um die Kommunikation mit der PBX zu signalisieren.
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Analoge PBX-Signalisierungsverfahren
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Das
Analogtelefon vom Typ 2500 ist über das
nicht abgeschirmte, paarweise verdrillte Kabel (UTP) unter Anwendung
des Industriestandards „Schleifenschnittstelle" angeschlossen. Der
Telefon-Schleifenschnittstellenanschluss (Stationsanschluss) an
der PBX stellt eine Quelle für
einen „Schleifengleichstrom" sowie eine Analogsignalkanal-Bandbreite
von 300 Hz bis 3.400 Hz zur Audiosignalübertragung bereit. Für die Standard-Schleifenschnittstelle
sind zwei Arten der Signalisierung der gemeinsamen Geräteeinheit
(CEU) über
das UTP-Kabel vorgesehen: 1) der Gabelschalterzustand und 2) DMTF(Dualton-Multifrequenz)-Schmalbandsignale.
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Wenn
sich das Analogtelefon vom Typ 2500 „auf der Gabel" befindet, dann befindet
es sich im Freizustand, und zwischen dem zugehörigen PBX-Stationsanschluss
und dem Telefon fließt
kein Schleifengleichstrom. Wenn der Handapparat des Analogtelefons
vom Typ 2500 von der Gabel abgehoben wird (d. h. er bewegt sich
von „der
Gabel weg"), dann
wird der Gabelschalterkontakt geschlossen und der Schleifengleichstrom
fließt
zwischen dem PBX-Stationsanschluss
und dem Telefon. Die Schleifenschnittstellenschaltung in der PBX-Station überwacht
den Zustand des Schleifengleichstromes (d. h. es fließt kein
Schleifenstrom oder es fließt
ein Schleifenstrom innerhalb eines akzeptablen Bereiches), um den
Zustand des über
das UTC-Kabel an die PBX-Station angeschlossenen Analogtelefons
vom Typ 2500 festzustellen. Wenn kein Strom fließt, zeigt dies an, dass sich
das Telefon im „Freizustand
auf der Gabel" befindet
und kein Dienst erforderlich ist. Die Feststellung eines fließenden Schleifengleichstromes
innerhalb eines akzeptablen Bereiches zeigt an, dass das Telefon „von der
Gabel abgehoben" wurde
und ein Dienst benötigt
wird.
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Durch
die von Analogtelefon vom Typ 2500 erzeugten Zustände „auf der
Gabel" und „von der
Gabel abgehoben" und
deren Feststellung durch den zugehörigen PBX-Stationsanschluss,
kann das Telefon mit der PBX kommunizieren (d. h. ein Signal geben),
dass ein Dienst benötigt
wird. Nachdem mm das Telefon der PBX signalisiert hat, dass es einen Dienst
benötigt,
ist eine Einrichtung erforderlich, um mit der PBX zu kommunizieren,
welche Art von Dienst benötigt
wird. Die Anforderung der Art des Dienstes erfolgt unter Nutzung
der „Schmalband"-DTMF-Signalisierung.
Wie oben beschrieben, stellt die Schleifenschnittstelle einen Audiokanal
mit einer Bandbreite von 300 Hz bis 3.400 Hz zwischen dem Analogtelefon
vom Typ 2500 und dem zugehörigen
PBX-Stationsanschluss bereit. Das Telefon enthält einen DTMF-Signalgenerator,
und der PBX-Stationsanschluss hat Zugriff zu einem DTMF-Signaldetektor. Das
DTMF-Signalisierungsschema umfasst eine Basis von sechzehn eindeu tigen
Digits oder Zeichen. Das zusammengesetzte Spektrum der DTMF-Signale
fällt in
den Audiokanal mit der Bandbreite von 300 Hz bis 3.400 Hz und ermöglicht es, dass
die DTMF-Digits über die
Schleifenschnittstelle übertragen
werden, um Dienstanforderungen und die die PBX signalisierende Adresse
zu übermitteln. Wenn
die DTMF-Signalübertragungen
aufhören,
ist die Audiokanalbandbreite zur Übertragung von Sprachsignalen
verfügbar.
Daher rührt
der Ausdruck „Schmalband"-Signalisierung,
weil die gleiche Kanalbandbreite sowohl zur Übertragung der DTMF-Signalisierungsinformation
als auch der Sprachsignalinformation genutzt wird.
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PBX-Signalisierungs- und Vermittlungsverfahren beim
digitalen Tastentelefon
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Die
heutzutage handelsüblich
verfügbaren Systeme
nutzen anbietereigene Kommunikationsverknüpfungen, um digitalisierte
Sprache und Telefonsteuersignale zwischen dem eigenen digitale Tastentelefon
und der gemeinsamen Geräteeinheit
(CEU) über
das nicht abgeschirmte, paarweise verdrillte Kabel (UTP) zu übertragen.
Typischerweise überträgt die Ausrüstung des
Anbieters zwei 64 kbit/s-Voll-Duplex-Steuerkanäle und einen 16 kbit/s-Voll-Duplex-Signalisierungs-D-Kanal
(2B + D) über
die Kommunikationsverknüpfung
zwischen dem Telefon und der CEU. Die beiden 64 kbit/s-B-Kanäle werden
benutzt, um über
leitungsvermittelte Kanäle
digitalisierte Sprache oder über
leitungsvermittelte Kanäle
Daten zu übertragen.
Der 16 kbit/s-D-Kanal wird benutzt, um Telefonsteuersignalpakete
sowie Daten niederer Geschwindigkeit (beispielsweise ASCII-Zeichen
von der CEU zum LCD-Display des Telefons) zu übertragen.
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Die
beiden 64 kbit/s-B-Kanäle
sind in der Lage, digitalisierte Sprache in Form von 8-Bit-PCM (Impulscodemodulation)-Worten
oder andere Synchron formatisierte 8-Bit-Digitaldaten zu diesen
Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Kanälen
zu übertragen.
In beiden Fällen
erfolgt die Übertragung
einer Information in einem B-Kanal auf leitungsvermittelter Basis.
Die Eigenart der leitungsvermittelten Verbindung besteht darin,
dass sie eingestellt wird, wenn die Information zu übertragen
ist. Es wird eine konstante Bandbreite zur Verfügung gestellt (in diesem Falle
64 kbit/s pro B-Kanal), und diese konstante Bandbreite ist für die Dauer
der Verbindung verfügbar.
Schließlich
wird die Verbindung getrennt, wenn sie nicht mehr benötigt wird.
Dies beschreibt gegenwärtig
einen typischen Telefonanruf. Eine Telefonnummer wird gewählt, die Verbindung
wird hergestellt und ein Gespräch
wird über
einen gewissen Zeitraum geführt.
Die Verbindung wird getrennt, wenn das Gespräch beendet ist und der Benutzer
auflegt. Da her sind die B-Kanäle des
digitalen Tastentelefons nur aktiv, wenn eine Gespräch oder
eine Datenverbindung ablaufen. Die B-Kanäle sind nicht aktiv, wenn sich
das Telefon im Freizustand befindet.
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Das
elektronische digitale Tastentelefon nutzt bandüberschreitende binäre Signalisierungsbits über den
D-Kanal, um Signalisierungspakte mit der CEU auszutauschen. Die
Signalisierungspakete werden dazu benutzt, einen Lampenzustand (Tasten-LED-Zustand,
Ein, Aus, Blinkrate usw.) sowie Telefonsteuerbefehle (CODEC-Strom
an, Lautsprecher Ein, Freigabe des Lautsprecher-Tonmodus usw.) von der
CEU an das Telefon zu übertragen.
Die vom Telefon an die CEU gesandten D-Kanal-Signalisierungspakete
werden dazu benutzt, die Telefontyp-Identifikation, den Gabelschalterzustand
und die Tastenschlussinformation zu übertragen. Im Gegensatz zu
den von den B-Kanälen
weitergeleiteten leitungsvermittelten Verbindungen ist der D-Kanal
immer aktiv.
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Wenn
sich das Telefon im Freizustand befindet, muss die CEU immer noch
eine Möglichkeit
haben, eine Zustandsinformation an das Telefon zu senden. Beispielsweise
muss die CEU Lampenzustandsbefehle an das Telefon senden, um den
Zustand der LEDs unter den Leitungstasten am Telefon auf den neuesten
Zustand zu bringen. Dies ist notwendig, weil das freie digitale
Mehrleitungs-Tastentelefon den Zustand der ankommenden Leitungen
(frei, belegt, Anrufen, Halten usw.) durch entsprechendes Leuchten
der LED unter der zugehörigen
Leitungstaste anzeigen muss. Weiterhin benötigt die CEU eine Einrichtung,
mit einem freien Telefon zu kommunizieren, dass es einen ankommenden
Anruf hat, d. h. Befehle zu übertragen,
um den Telefonlautsprecher einzuschalten und einen Klingelton zu
erzeugen. In entsprechender Weise muss das freie Telefon eine Einrichtung
aufweisen, um mit der CEU zu kommunizieren, dass ein Dienst benötigt wird,
d. h. dass der Hörer
abgehoben wurde oder eine Außenleitung gewählt wurde, über welche
eine Gespräch
geführt werden
soll.
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Telefon- und Datennetzwerkintegration
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Die
Integration von Audio-, Video- und Computerdaten zur Übertragung über ein
einziges Netzwerk ist in der letzten Zeit durch eine ganze Anzahl von
Autoren vorgeschlagen worden.
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US 5.384.766 beschreibt
ein System, durch welches Daten eines Telefons, eines Niedergeschwindigkeits-Datenterminals
sowie eines LAN-Terminals (Hochgeschwindigkeits- Datenterminal) multiplex über eine
einzige Leitung an eine Vermittlungseinrichtung übertragen werden.
EP 0 596 652 beschreibt eine Vorrichtung
zur Informationsübertragung
in form isochroner und nicht isochroner Daten über ein LAN durch Zeit-Multiplexierung
der Daten in einem wiederholten Muster von Zeit-Datenübertragungsblöcken.
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Diese
Vorschläge
haben die Übertragung und
den Empfang von Sprache und Daten in Paketen mit vorgegebenen Zeitschlitzen
innerhalb jedes Datenübertragungsblockes
und gemeinsamer Nutzung der Kanalkapazität forciert, wobei aber den
verzögerungsempfindlichen
Sprachpaketen in einer gewissen Form Vorrang eingeräumt wurde.
Diese Vorschläge
haben auch die Anpassung sowohl die isochroner (beispielsweise Video)
als auch die nicht isochrone (beispielsweise Daten) Übertragung über ein isochrones
Netzwerk durch den Ersatz von Standard-Paketübertragungsverfahren (wie beispielsweise
10Base-T-Ethernet) durch Synchrone Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Überttragungsschemata
vorangetrieben. Dies erfordert eine spezielle und komplizierte Schnittstellen-Schaltungstechnik,
welche zwischen dem Standard-Ethernet oder der Token-Ring-Media-Access-Steuereinheit
(MAC) und dem körperlichen Übertragungsmedium
einzufügen ist.
Vom Stand der Technik wurde jedoch die Integration von Telekommunikation
und Daten im Zusammenhang mit den Anforderungen eines kleinen oder mittelgroßen Büros nur
unvollkommen gelöst,
welche typischerweise Personalcomputer, Abteilungsrechner, Server,
Drucker usw. umfassen, die untereinander durch nicht abgeschirmtes,
paarweise verdrilltes Kabel (UTP) in einem LAN unter Anwendung standardgemäßer Pakete,
wie Ethernet, verbunden sind und auch ein digitales Tasten/Hybridtelefonsystem mit
Telefon-Handapparaten aufweisen, welche über ein separates UTP-Kabelsystem
mit der gemeinsamen Geräteeinheit
(CEU) verbunden sind. Nachfolgend werden einige der Ergebnisse und
Probleme bei der Integration der beiden Netzwerke angesprochen.
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Das
typische interne Büro-Telekommunikationsnetzwerk
benutzt eine „Stern-Verdrahtungstopologie". Ein in einem kleinen
oder mittelgroßen
Büro verlegtes
10Base-T- oder ein
100Base-TX-Ethernet-LAN nutzt eine ähnliche „Stern-Verdrahtungstopologie". Jeder einzelne
Personalcomputer (PC), Abteilungsrechner oder andere vom Ethernet
unterstützte
Vorrichtung ist an einen Ethernet Netzknoten/Schalter unter Nutzung
eines zugewiesenen UTP-Kabels, d. h. einer „Home-Run-Verdrahtung". Die erforderliche
Qualität
des UTP-Kabels hängt jedoch
von der angewandten Netzwerk-Übertragungsgeschwindigkeit
ab. Beim 10Base-Ethernet, welches eine Übertragungsgeschwindigkeit
von 10 MB/s bereitstellt, werden Kabel der Kategorie 3 oder hoher verwendet;
beim 100Base-TX-Ethernet, welches eine Übertragungsgeschwindigkeit
von 100 MB/s bereitstellt, werden sowohl Kabel der Kategorie 5 als auch
andere physikalische Medien, wie Glasfasern, verwendet.
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Die
Integration des digitale Tasten/Hybrid-Telefonsystems mit einem
Ethernet-LAN wird nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht,
indem Ethernet-Pakete zum Transport der B-Kanal-Information und der D-Kanal-Information
zu einer gemeinsamen Vorrichtung, welche die Funktion einer CEU ausführt, verwendet
werden. Dieses Paket-Übertragungsverfahren
ist keine Ausgabe für
die herkömmlich über den
D-Kanal geleiteten Telefonsteuerungssignalpakete. Jedoch ermöglichen
die B-Kanäle
die Übertragung
leitungsvermittelter Informationen mit konstanter Bitrate (CBR).
Daher erfordert die Umwandlung der B-Kanäle in Standard-Ethernet-Paketübertragungen
der leitungsvermittelten CBR-Kanal-Emulation, welche ein Merkmal
der vorliegenden Erfindung ist.
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Der
andere Hauptunterschied, der zu erarbeiten ist, wenn die 2B- und
D-Übertragungen
des digitalen Tastentelefons über
Ethernet-LAN erfolgen sollen, besteht im Widerspruch zwischen zugewiesener
und gemeinsam benutzter Kommunikationsverknüpfung zwischen den Stationen
und der gemeinsamen Geräteeinheit.
Zuvor war angemerkt worden, dass sowohl bei herkömmlichen Büro-Telekommunikationsnetzwerken
als auch bei 10Base-T- oder 100Base-TX-Ethernet-LAN eine körperliche „Sternverdrahtungstopologie" angewandt wird,
um die Stationen mit der gemeinsamen Geräteeinheit (d. h. Telekommunikationsvermittlung
oder Ethernet-Netzknoten bzw. -Schalter) zu verbinden. Jedoch wird
diese Netzwerk-Topologie bei den meisten Telekommunikationsnetzwerken
angewandt, um eine zugewiesene Punkt-zu-Punkt-Übertragung zwischen der gemeinsamen
Geräteeinheit
und einem einzelnen Stationsgerät
herzustellen. Andererseits erlaubt Ethernet die Übertragung von Informationen
von vielen an ein einziges Ethernet-Segment angeschlossenen Stationsgeräten.
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Im
Falle von 10Base-T- und 100Base-TX-Ethernet ist jedes Stationsgerät durch ein
zugewiesenes UTB-Kabel mit einem Netzknoten oder eine zurückverbunden.
Ethernet-Netzknoten sind Verstärkereinrichtungen,
welche die auf einem Stationskabel empfangenen Signalübertragungen vervielfachen
und an alle an den Netzknoten angeschlossenen Stationskabel weiterleiten,
wobei ein einziges gemeinsam benutztes Ethernet-Segment für alle Stationen
er zeugt wird. Das Ergebnis ist die Erzeugung eines Verkehrsflusses
aus vielen Quellen über
die gleiche Kommunikationsverknüpfung.
Ethernet-Vermittlungen wirken auch als Wiederholungsvorrichtungen,
jedoch sind es selektive Wiederholungsvorrichtungen. Eine Ethernet-Vermittlung liest aus
dem an einem Zugangsanschluss empfangenen Paketkopf die Bestimmungsadresse
und leitet das Paket ausschließlich
an den zugeordneten Abgangsanschluss (oder im Falle einer Mehrfachversendung Abgangsanschlüsse). Die
anderen Anschlüsse
an der Vermittlung werden an diese übertragene Paketinformation
nicht erhalten, indem für
jeden Anschluss der Vermittlung ein isoliertes Ethernet-Segment
bereitgestellt wird. Die Netzwerk-Topologie ermöglicht es jedoch, dass ein
Netzknoten an einen Anschluss einer Vermittlung angeschlossen wird,
um die Zahl der Netzwerkbenutzer zu vergrößern. Wiederum ist das Ergebnis
die Erzeugung eines Verkehrsflusses von mehreren Quellen (d. h.
allen an den Netzknoten angeschlossenen Stationen) an einen Anschluss
der Vermittlung. Die Kapazitätsausdehnung
der Netzwerktechnologie erfordert ein integriertes digitale Tasten/Hybridtelefonsystem
und ein Ethernet-LAN, um mehrere an ein einziges Ethernet-LAN-Segment angeschlossene
digitale Tastentelefone zu unterstützen. Dies ist auf einer integrierten
gemeinsamen Sprach/Datenvorrichtung lokalisiert, welche die gleiche
Funktion ausführt
wir eine CEU mit der zusätzlichen
Aufgabe der Identifizierung der an einem einzigen Systemanschluss
ankommenden einzelnen Verkehrsflusstypen sowie Weiterleitung der
einzelnen Ströme
an ihre richtige Zieladresse.
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Signalisierungserfordernisse für ein digitales
Tastentelefon
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Die
Funktion eines herkömmlichen
digitalen Tasten/Hybridtelefonsystems hängt von den Steuersignalübertragungen
zwischen dem Telefon und der gemeinsamen Geräteeinheit (CEU) ab. Diese Signalisierungsübertragungen
schaffen eine Kommunikationsverknüpfung zwischen der auf der
System-CPU ausgeführten
Anrufverarbeitungs-Merkmals-Software und den Anforderungen des Benutzers über den Wählerpfad
und die Merkmalstasten am Telefon. Zwischen jedem digitalen Tastentelefon
und der System CPU in der CEU ist eine unabhängige Kommunikationsverknüpfung dieses
Typs erforderlich. Diese unabhängigen
Kommunikationsverknüpfungen
wurden in einem separaten Telefon-Netzwerk nach dem Stand der Technik über individuell
zugewiesene Punkt-zu-Punkt-Kabelverbindungen zwischen jedem digitales
Tastentelefon und der CEU-Stationsanschluss-Schnittstelle geleitet.
Hier ist es wichtig, anzumerken, dass es über irgendein individuelles
Stationskabel nur ein Signalisierungskanal läuft. Daher hat jeder körperliche
Stationsanschluss im System nur einen zugewiesenen Sig nalisierungskanal.
Dies setzt für
die Verbindung zwischen dem körperlichen Stationsanschluss
und den an diesen Anschluss angeschlossenen Stationssignalisierungskanal
für das Telefon
voraus, dass eine Einrichtung für
die Systemsoftware vorgesehen ist, um einzig und allein das zugehörige Telefon
zu identifizieren.
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Es
ist für
jedes Telefon ein zugewiesener Signalisierungskanal erforderlich,
um eine Kommunikationsverknüpfung
zwischen der Anrufverarbeitungs-Merkmals-Software und der vom Benutzer über die
Tasten am Telefon eingegebenen Anforderung herzustellen. Falls multiple
digitale Tastentelefone über
ein Ethernet-Segment an die noch zu beschreibende gemeinsame Geräteeinheit
angeschlossen sind, gibt es keine direkte Verbindung des körperlichen
Systemanschlusses zur Definition eines dem Telefon zugewiesenen
Signalisierungskanals. Daher wird nach der vorliegenden Erfindung
die Einrichtung einer ausgeklügelteren
logischen Signalisierungskanalverknüpfung zu mehreren Telefonen über Ethernet-Segmente
ermöglicht,
um den Austausch von Signalisierungsinformationen zwischen den einzelnen
Telefonen und der System-CPU in der gemeinsamen Vorrichtung, welche
die Funktion der CEU ausführt
zu ermöglichen.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Aufbau solcher Verknüpfungen
sind weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung.
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Dienstqualiltätsanforderungen (QoS) für verzögerungsempfindliche
Daten
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Das
wichtigste Element bei der Realisierung der Übertragung von Daten, Sprache
und Videokonferenzen über
ein einziges Netzwerkgeflecht ist, dass durch die erforderlichen Übertragungssteuerverfahren
eine garantierte Dienstqualität
(QoS) für
Audio-, Video- und andere verzögerungsempfindliche
Daten erreicht wird. In Abhängigkeit
vom Anwendungsfall, von der Bandbreite und von den Daten selbst
kann es nicht die vorherrschende Ausgabe sein. Warum sollte es beispielsweise
die Bandbreite betreffen, wenn ein mit 64 kbit/s digitalisierter
Sprachkanal (PCM) über ein
10 Mbit/s-Ethernet-Segment übertragen
wird. Sicherlich ist genügend
Bandbreite vorhanden, um die 64 kbit/s-Information über das
Segment zu übertragen.
Unglücklicherweise
verursacht der Konflikt zwischen Echtzeit-Audio- und/oder Videoanwendungen und
Computerdateiübertragungsanwendungen
beim Zugriff zum LAN-Segment ein Problem mit den Echtzeit-Übertragungen.
Dieser Konflikt verursacht nicht akzeptable Verzögerungen, welche Pakete betreffen, verzögerungsempfindliche
Daten befördern
und in der Warteschlange auf den Eingang in das Medium warten, während Dateiübertragungspakete
das Medium benutzen. Dies betrifft speziell den Fall des 10 Mbit/s-Ethernet
(10Base-T), wo Computerdateiübertragungen
die maximale Ethernet-Paketgröße von 1518
Byte benutzen können.
Unter Berücksichtigung der
Präambel,
des Datenübertragungsblock-Startbegrenzers
(SFD) und der Lücke
zwischen den Paketen (IPG) wird ein einzelnes Paket maximaler Größe das Medium
für 1,23
ms blockieren. Die durch die Übertragung
dieser Pakete maximaler Größe verursachte Wartezeit
braucht schnell die für
Digital-Digital-Verbindungen in einem digitale Tasten/Hybridtelefonsystem
vorgeschriebene Umlaufzeit-Echo-Pfadverzögerung von 2,0 ms auf.
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Eine
zusätzliche
Verzögerung
kann bei Paketübertragungen
durch die Ethernet-Medienzugangssteuercharakteristik
für das
Verfahren zur Trägerabfühlung mit
mehrfachem Zugriff und Kollisionsfeststellung (CSMA/CD) hereingebracht
werden. Paketkollisionen im Medium werden durch asynchrone Übertragungen
von Mehrstationenvorrichtungen in das Medium hineingetragen und
erfordern die erneute Übertragung
verdorbener Pakete. Wenn eine Kollision festgestellt wird, wählt die
zeitverzögerte Übertragungsstation
eine zufällige
Verzögerung,
führt diese
Verzögerung
aus und überträgt erneut.
Dieser Vorgang der Kollisionsfeststellung und erneuten Übertragung
von Paketen vergrößert die
Verzögerung
aller Pakete, welche das Netzwerk durchlaufen. Paketkollisionen
und die daraus resultierende erhöhte
Verzögerung
werden in schlecht konstruierten oder überbenutzten Netzwerken (d.
h. unkorrekt verlegten Netzwerken oder Netzwerken mit zu vielen Benutzern
pro Segment) zu einem beachtlichen Problem.
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Unsere
vorgeschlagene vermittelte Ethernet-Implementierung eines integrierten
Sprach-Daten-Systems
reduziert die durch Paketkollisionen auf dem Übertragungsmedium verursachten
Wartezeiten und unterstützt
die Entwicklung eines QoS-Transportverfahrens durch Isolierung von
Kollisionsbereichen. Das Switched Ethernet verbessert die Netzwerkproduktivität durch
segmentierten Netzwerkverkehr und durch Bereitstellen eines privaten
10 Mbit/s-(10Base-T)
oder 100 Mbit/s-(100Base-TX) Zuganges zum Desktop. Jedoch besteht
die Forderung nach einem tatsächlich
integrierten Kommunikationssystem darin, alle Kommunikationsbedürfnisse über ein
einziges Netzwerk am Desktop zur Verfügung zu stellen. Die einzige
Verbindung zum Desktop diktiert, dass als Minimum ein digitales
Tastentelefon und der Computer des Benutzers bzw. der Abteilungscomputer
das gleiche LAN-Segment zum Computer gemeinsam nutzen müssen. Daher
vermag das Arbeiten in einer Switched Ethernet-Umgebung das Problem mehrere Stationsvorrichtungen
zu haben, welche unabhängige
und in diesem Fall inkompatible Verkehrsströme über das gleiche LAN-Segment
zu erzeugen, zwar deutlich zu reduzieren, aber nicht zu eliminieren.
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Paketwarteschlangen-Verzögerungen
im Ethernet-Schalter fügen
auch bei Paketübertragungen
Wartezeiten hinzu, wodurch zusätzliche
Beeinträchtigungen
bei der Schaffung einer garantierten QoS für verzögerungsempfindliche Daten auftreten. Bei
herkömmlichen
Schalterkonstruktionen wurden Zuerst-Ein-Zuerst-Aus(FIFO)-Warteschlangen
angewandt, um den Verkehrsfluss durch den Schalter zu ordnen. Einen
Anschluss verlassende Pakete werden in derjenigen Reihenfolge organisiert,
in welcher sie empfangen werden. Es gibt keine spezielle Behandlung
für diejenigen
Pakete aus dem Verkehrsfluss, die eine höhere Priorität haben
oder mehr verzögerungsempfindlich
sind. Wenn eine Anzahl von Paketen aus verschiedenen Verkehrsflüssen fertig zum
Versenden ist, werden sie streng nach der FIFO-Reihenfolge behandelt.
Wenn sich eine Anzahl kleinerer Pakete in der Warteschlange hinter
einem längeren
Paket befindet, dann führt
die FIFO-Warteschlangenbildung zu einer größeren durchschnittlichen Verzögerung pro
Paket, als wenn die kürzeren Pakete
vor den längeren
Paketen übertragen
werden. Eine garantierte QoS ist keine Angelegenheit, die vom FIFO-Warteschlangenmodell
praktisch unterstützt
wird.
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Eine
Anzahl von Schalterkonstruktionen hat zur Einführung verschiedener Mehrfachausgabe-Warteschlangen- und
Regelalgorithmen ähnlich der
gewichteten fairen Warteschlangenbildung (WQF) geführt, um
festzustellen, wenn ein Paket bedient werden soll, um die individuellen
Verkehrsflüsse
zu verbessern. Jedoch stört
sich der Verkehr von verschiedenen Flüssen untereinander, und gerade die
Hinzufügung
einer FIFO-Warteschlange trennt nicht das Verhalten der einzelnen
Verkehrsflüsse. Wenn
ein Stau auftritt, muss der Zeitsteuerungsalgorithmus die verschiedenen
Prioritätsverkehrsflüsse in der
FIFO-Warteschlange verteilen, was wiederum zu Wartezeiten in Verbindung
mit dem herkömmlichen FIFO-Modell
führt.
Wenn andererseits der Vermittlungsmechanismus durch dynamisch zugeteilte Flusswarteschlangen
an jeden aktiven Verkehrsfluss eine Prioritätsbildung für die Verkehrsflüsse bewirkt, werden
durch den Dienst des Prioritäts-Zeitsteuerungsalgorithmus
die dem FIFO-Warteschlangenmodell
innewohnenden Probleme gelöst.
Dieses Schema erlaubt es, die Verkehrsflüsse vom Schalter aus unabhängig von
der Reihenfolge weiterzuleiten, in welcher die Pakete ankommen.
Wenn der Schalter eine größere Bandbreite
hat als sie vom Verkehr benötigt
wird, kann aller Verkehr gleichmäßig bedient werden.
Wenn jedoch Stau auftritt stellt der Prioritäts-Zeitsteuerungsalgorithmus
sicher, dass nach ihren minimalen garantierten QoS-Parametern weitergeleitet
werden. Es ist wichtig anzumerken, dass entweder das Schicht 2-Protokoll oder das
Schicht 3-Protokoll angewandt werden kann, um die Prioritätsflusswarteschlangen
zu bilden und zu steuern. Dies erlaubt die Entwicklung sehr vielseitiger
und leistungsfähiger
Schaltalgorithmen.
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Die
Entwicklung eines integrierten Sprach-Daten-Kommunikationssystems
auf der Grundlage des Standes der Technik des Ethernet-Vermittlungsverfahrens
schafft private 10 Mbit/s (10Base-T)- oder 100 Mbit/s (100Base-TX)-Zugänge zum
Desktop mit individuell geregelten Verkehrsflüssen. Vielseitige Vermittlungs-
und Zeitsteuerungsalgorithmen können
implementiert werden, um eine garantierte Verzögerungs-QoS für die einzelnen
Paketströme
durch den Schalter zu erstellen. Jedoch ist die schrittweise Auflösung der
Verkehrsflusssteuerung auf die Grundlage eines einzelnen Paketes
beschränkt.
An einem Anschluss mit begrenzter Bandbreite (beispielsweise 10
Mbit/s) weisen im Falle eines gemischten gleichzeitigen Verkehrsflusses
von großen
Paketen, welche Computerdatei-Informationen befördern und kleinen Paketen,
welche verzögerungsempfindliche
Informationen befördern,
tritt noch immer eine Beeinträchtigung
bei der Gewährleistung einer
garantierten QoS für
die verzögerungsempfindliche
Information auf.
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Offenbarung der Erfindung
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In
Anbetracht des zuvor Gesagten ist es eine Aufgabe dieser Erfindung,
ein Verfahren und ein Gerät
für die Übertragung
Audio-, Video- und Paketdaten über
ein einziges Netzgeflecht unter Nutzung eines Synchronen Transportpfades
mit geringer Verzögerung
zu schaffen, um die Dienstqualität
(QoS) für verzögerungsempfindliche
Informationen sicherzustellen.
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Es
ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und ein
Gerät für die Übertragung
Audio-, Video- und Paketdaten über
eine einzige Netzverknüpfung
zwischen dem Benutzerstationsgerät und
der gemeinsamen Vermittlungseinrichtung unter Verwendung eines Synchronen
Transportpfades mit geringer Verzögerung gekapselt in Ethernet-Datenübertragungsblöcken zu
schaffen.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und
ein Gerät
zur automatischen Einstellung einer permanenten virtuellen Verbindung (PVC)
zur Übertragung
von Signalisierungs- und Steuerungsinformationen über eine
einzige Netzverknüpfung
zwischen dem Benutzerstationsgerät
und der gemeinsamen Vermittlungseinrichtung unter Verwendung von
Ethernet-Datenübertragungsblöcken zu
schaffen, in welchen eine zugewiesene individuelle PVC für jedes
Benutzerstationsgerät
eingerichtet, welcher mit der gemeinsamen Netzverknüpfung verbunden
ist.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und
ein Gerät
zur automatischen Reservierung einer Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Ablaufwarteschlange
innerhalb eines Kommunikationsvermittlungsmoduls (CSM) zur Umwandlung
verzögerungsempfindliche
Daten zu schaffen, welche gekapselt in Ethernet-Datenübertragungsblöcken von einem
Zugangsanschluss der Ethernet-Vermittlungseinrichtung empfangen
werden in Synchrone Digitalbytes, welche zur Übertragung auf einer TDM-Datenautobahn
in TDM-Zeitschlitze eingereiht werden. Ein ergänzender Aspekt dieser Aufgabe
der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen,
um Digitalbytes aus den Synchronen TDM-Zeitschlitzen der TDM-Datenautobahn
in einer Reihenfolge in eine reservierte TDM-Ablaufwarteschlange innerhalb einer
CSM zur Kapselung in Ethernet-Datenübertragungsblöcken zu überführen, um
sie aus dem Abgangsanschluss (bzw. -anschlüssen im Falle von Mehrfachversendung)
der Ethernet-Vermittlunsgeinrichtung zu übertragen.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und
ein Gerät
zur Wegsteuerung der Anrufeinstellungsinformation über eine
permanente virtuelle Vollduplexverbindung (PVC) durch eine reservierte
Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Ablaufwarteschlange innerhalb eines Kommunikationsvermittlungsmoduls
(CSM). Die PVC läuft
zwischen einem Mikrocomputer im CSM und der Benutzerstationsgerät (UTE)
ab, welche dem am zugehörigen
Anschluss am CSM angeschlossenen Ethernet-LAN-Segment angefügt ist.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und
ein Gerät
zur Wiederbenutzung der gleichen permanenten virtuellen Vollduplexverbindung
(PVC) zu schaffen, welche die Signalisierungs-, Steuerungs- und
Anrufeinstellungsinformation durch eine reservierte Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Ablaufwarteschlange
innerhalb der Ethernet-Vermittlungseinrichtung
befördert,
um verzögerungsempfindliche
Informationen unter Ver wendung eines gesteuerten Verzögerungs-Dienstqualitätsmechanismus
(QoS) für
die verzögerungsempfindliche Information
zu befördern.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und
ein Gerät
zu schaffen, verzögerungsempfindlicher
Informationen über
ein Ethernet-LAN-Segment unter Verwendung eines Kanals mit konstanter
Bitrate (CBR) mit scalierbarer Bitrate verkapselt in standardgerechten
Ethernet-Datenübertragungsblöcken zu
transportieren, wobei dieser CBR-Kanal über eine
geeignete WAN-Schnittstelleneinrichtung in ein Fernnetz (WAN) erstreckbar
und transportierbar ist.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und
ein Gerät
zur Bildung eines Taktgabe-Referenzsignals mit fixierter konstanter Rate
zu schaffen, das zur Wiedergewinnung und Synchronisierung von Echtzeitdaten über ein
nicht isochrones Medium Verwendung finden soll.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Kurz
beschrieben betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und
ein Gerät
zum Transport und zur Steuerung verzögerungsempfindlicher Informationen
(beispielsweise Audio und Video) sowie nicht verzögerungsempfindlicher
Informationen (beispielsweise Computerdaten) über ein einziges Netzwerkgeflecht,
wobei für
die verzögerungsempfindlichen
Informationen gesteuerte Dienstqualitäts-Charakteristiken bereitgestellt
werden. Es ist ein Kommunikationsvermittlungsmodul (CSM) vorgesehen,
welcher sowohl alle Funktionen eines herkömmlichen Ethernetschalters
als auch die Funktionen einer herkömmlichen gemeinsamen Telekommunikationsgeräteeinheit
(CEU) ausführt
und ferner in der Lage ist, eine leitungsvermittelte Kanal-Emulation
mit Zeitbereichsmultiplex-Synchronisierung (TDM) und scalierbarer
Bandbreite und konstanter Bitrate bereitzustellen. Eine Serie von
Master-Ethernet-Paketen
wird verwendet, um verzögerungsempfindliche
Informationen und Benutzerdaten-Paketinformationen
für den Transport über ein
LAN-Segment zwischen einem CSM und einem Benutzerstationsgerät(UTE)-Adapter
zu kapseln.
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Zusätzlich sind
CBR-Kanäle
mit scalierbarer Bitrate über
eine lokale WAN-Schnittstelleneinrichtung, die zur Protokollwandlung
und Ratenumwandlung der in den CBR-Kanälen wei tergeleiteten Informationen
in ein geeignetes Übertragungsformat
des speziellen WAN-Typs in der Lage ist, in ein Fernnetz (WAN) erstreckbar
und transportierbar ist. Unter Anwendung der in der vorliegenden
Erfindung vorgeschlagenen Verfahren kann ein CBR-Kanal mit scalierbarer
Bandbreite vom Desktop aus eingerichtet, über das Ethernet-LAN zur lokalen
WAN-Schnittstelleneinrichtung transportiert und aus dem WAN am Kopfende
des Netzwerkes oder an entfernten privaten Endstellenanlage entnommen
werden.
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Sowohl
der CSM als auch der UTE-Adapter benutzen Ethernet-Segmentierungs-
und Wiederzusammenfügungs(SAR)mechanismen,
um verzögerungsempfindliche
Informationen zwischen den Master-Ethernet-Paketen und den TDM-Ablaufwarteschlangen
einzureihen. Die Ethernet-SAR-Funktion reiht auch die Benutzer-Datenpaket-Informationen zwischen
den Master-Ethernet-Paketen und den Benutzerpaket-Warteschlangen
ein. An der Benutzer-Anschluss-Schnittstelle
der CSM erzeugt, formatiert und überträgt dieser
Ethernet-SAR-Mechanismus
die Master-Ethernet-Pakete zur Media-Access-Steuereinheit (MAC)
zur Übertragung über das LAN-Segment.
Von der Benutzeranschluss-Schnittstellen-MAC empfangene Ethernet-Pakete
werden durch den Ethernet-SAR-Mechanismus bearbeitet, um die verzögerungsempfindliche
Information und die Benutzer-Paketinformation zu extrahieren. Die TDM-Datenautobahn-Schnittstelle
der CSM reiht die verzögerungsempfindlichen
Informationen zwischen den TDM-Ablaufwarteschlangen und den TDM-Datenautobahn-Zeitschlitzen
ein. Die Hochgeschwindigkeits-Paketschnittstelle der CSM reiht die
Datenpakete zwischen den Benutzerpaket-Ablaufwarteschlangen und
dem Hochgeschwindigkeits-Paketbus ein.
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Diese
Merkmale der vorliegenden Erfindung kombinieren den Transport verzögerungsempfindlicher
Informationen und nicht verzögerungsempfindlicher
Informationen über
eine einzige Netzwerkverknüpfung
zwischen dem CSM und em UTE-Adapter. Zusätzlich sorgen die vorgeschlagenen
Merkmale für die
Trennung und unabhängige
Verarbeitung der CBR-Kanal-Informationen
durch den CSM und den UTE-Adapter.
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Ferner
werden durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein Gerät für die automatische
Einstellung permanenter virtueller Verbindungen (PVCs) durch die
automatische Reservierung dynamisch zugeteilter TDM-Ablaufwarteschlangen. Die
PVCs werden benutzt, um Kommunikationen zwischen der Steuerungssoftware,
die auf einem Mikroprozessor in der gemeinsamen Geräteeinheit ausgeführt wird
und mehreren entfernten Terminaleinrichtungen über LAN-Segmente zu realisieren. Bei
diesem Unterfangen überträgt die entfernte
Terminaleinrichtung ihre Identifikation, wenn diese zu Beginn an
das LAN-Segment angefügt
wurde. Die Anschlusskarte im CSM, der das LAN-Segment verwaltet,
erkennt den Terminaltyp, erkennt den Paketkopf und weist eine TDM-Ablaufwarteschlange
für die
CBR-Kanal-Nutzinformation
zu. Die CBR-Kanal-Nutzinformation wird dann aus der TDM-Ablaufwarteschlange
in einen TDM-Datenautobahn-Zeitschlitz zum Synchronen Transport
zur Steuerungsmikroprozessorkart eingereiht. Der Steuerungsmikroprozessor
nimmt die Anwesenheit einer neuen Terminaleinrichtung durch Übertragung
einer Nachricht in einem speziellen Datenautobahn-Zeitschlitz zur Anschlusskarte
zur Kenntnis. Die Anschlusskarte weist dann eine TDM-Ablaufwarteschlange
für den speziellen
Datenautobahn-Zeitschlitz zu und reiht die Nachricht aus der TDM-Ablaufwarteschlange
in den Nutzteil eines an die neue Terminaleinrichtung adressierten
Paketes ein. Nach dem Einrichten wird die PVC zu einer bestimmten
Terminaleinrichtung fixiert und bleibt aktiv bis die Terminaleinrichtung
vom Netz genommen wird. Zusätzlich
zum Transport der Steuerungsinformation wird die PVC dazu benutzt,
verzögerungsempfindliche
Informationen (wie beispielsweise Audio und Video) über einen
CBR-Kanal mit scalierbarer Bandbreite zwischen der Terminaleinrichtung
und dem CBR-Verarbeitungsmodul im CSM zu transportieren. Die vorliegende
Erfindung stellt ein Verfahren und ein Gerät zur Verfügung, um mehrfache PVCs gleichzeitig über ein
einziges LAN-Segment zu transportieren, deren jede mehrere CBR-Kanäle unterschiedlicher
Bandbreiten trägt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine vereinfachte schematische Zeichnung eines kleinen Büros nach
Stand der Technik, ausgerüstet
mit einem Ethernet-LAN entlang eines digitalen PBX-Telefonsystems.
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2 ist
ein vereinfachtes schematisches Diagramm des gleichen Büros mit
Sprach- und Datenübertragung
und integrierter Steuerung über
ein einziges Netzwerk nach der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Funktionsblockdiagramm des Kommunikationsvermittlungsmoduls
(CSM) angeschlossen über
ein LAN-Segment an eine Benutzer-Terminaleinrichtung (UTE) und zeigt die
Transportpfade für
verzögerungsempfindliche
Daten (beispielsweise Sprache) und für Benutzer-Paketdaten durch
das System.
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4 ist
ein Blockdiagramm des Kommunikationsvermittlungsmoduls (CSM) und
zeigt die Verbindung der vielfachen Kommunikationsvermittlungsmodule
(CSM) und/oder der vielfachen Weitbereichsnetzwerk-Schnittstellenkarten
(WAN) untereinander und zwar über
Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Datenautobahnen und Hochgeschwindigkeits-Paketbuses zur
Verarbeitungs-CPU mit konstanter Bitrate (CBR) bzw. zum Ethernet-Schaltetz.
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5 ist
ein Paket-Blockdiagramm, welches die Taktbeziehung zwischen dem
Kanal mit konstanter Bitrate (CBR), welcher Oktette von Typ I-Master-Ethernet-Paketen
für 10Base-T
weiterleitet zeigt und die Startplätze des CBR-Kanals und der
datenübertragenden
Oktettblöcke
innerhalb des Datenübertragungsblockes
benennt.
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6 ist
ein Paket-Blockdiagramm, welches das Format der Information zeigt,
welche im reservierten Kanal mit konstanter Bitrate (CBR) Blöcke von
Oktetten überträgt sowie
eine Beispiel der Benutzer-Datenpaketkapselung im Typ I-Master-Ethernet-Paketen
für 10Base-T
wiedergibt.
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7 ist
ein Paket-Blockdiagramm, welches die Taktbeziehung zwischen dem
Kanal mit konstanter Bitrate (CBR), welcher Oktette von Typ II-Master-Ethernet-Paketen
für 100Base-TX weiterleitet zeigt
und die Startplätze
des CBR-Kanals und der datenübertragenden
Oktettblöcke
innerhalb des Datenübertragungsblockes
benennt.
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8 ist
ein Paket-Blockdiagramm, welches das Format der Information zeigt,
welche im reservierten Kanal mit konstanter Bitrate (CBR) Blöcke von
Oktetten überträgt sowie
eine Beispiel der Benutzer-Datenpaketkapselung im Typ II-Master-Ethernet-Paketen
für 100Base-TX wiedergibt.
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Die 9, 10 und 11 sind
die erste, zweite bzw. dritte Seite eines Flussdiagrammes, welches
die automatische Einstellung einer permanenten virtuellen Verbindung
(PVC) zwischen dem Benutzerterminal, der Geräteeinheit und dem Kommunikationsvermittlungsmodul
(CSM) darstellt.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Gesamtbeschreibung
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1 zeigt
eine typische Anordnung eines kleinen Büros nach Stand der Technik
mit einem mit 10 bezeichneten Ethernet-LAN, das in „Sternverdrahtungstopologie" mittels eines nicht
abgeschirmten, paarweise verdrillten Kabels (UTP) 22 von
einem Ethernet-Netzknoten 12 zu einem PC 14, einem
Abteilungsrechner 16, einem Drucker 18 und einem Server 20.
Ein separates herkömmliches
digitales Tasten/Hybrid-Büro-Telekommunikationssystem,
das allgemein mit 24 bezeichnet ist, ist über UTP-Kabel 26 in
einer entsprechenden „Sternverdrahtungstopologie" mit digitales Tastentelefongeräten, wie 28,
verbunden, welche von der gemeinsamen Geräteeinheit (CEU) 30 aus
Zugang zum Zentralbüro
haben.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung, die in 2 in vereinfachter
Form dargestellt ist, ist ein einziges, allgemein mit 32 bezeichnetes
Netzwerk zur integrierten Übertragung
und Steuerung von Audio-, Video- und Computerdaten in „Sternverdrahtungstopologie" über ein UTP-Kabel 34 zu
verschiedenartigen Benutzerstationsgeräten, wie dem zuvor beschriebenen
PC 14, Abteilungsrechner 16, Drucker 18 und
Server 20, wie auch modifizierten digitalen Tastentelefongeräten 36, 38, 40 und 42.
Daten und Sprache werden im Format von Ethernet-Standardpaketen von einem Kommunikationsvermittlungsmodul
(CSM) 44 über
Benutzerstationsgeräte(UTE)-Adapter,
die mit 46, 48 und 50 bezeichnet sind, übertragen
und gesteuert. Die UTE-Adapter können
in ein digitales Telefongerät
eingebaut sein, wie es beim Gerät 36 angegeben
ist. In diesem Falle kann der PC direkt in eine geeignete Aufnahme
des Telefongerätes
eingesteckt sein.
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Die
in den 1 und 2 dargestellten Systeme sind
nur bruchstückhaft
und es versteht sich, dass die Netzwerke in vielen Fallen viel größer sind
und mehr Positionen und Typen von Benutzerstationsgeräten aufweisen.
Das dargestellte System wurde jedoch begrenzt, um die Erläuterung
zu vereinfachen.
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Der
CSM 44 wird in seinen in 3 dargestellten
Funktionen in Verbindung mit einem einzigen UTE-Adapter, der mit
der Bezugszahl 46 ebenfalls in 2 dargestellt
ist, detailliert erläutert
werden. Die 4 zeigt eine mögliche Ausführungsform
des CSM 44, wobei die Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Datenautobahn
sowie die Paketbusstruktur beschrieben werden. Der in 4 dargestellte
CSM 44 enthält alle
Funktionen eines herkömmlichen
Ethernet-Schalters
darunter einen Verarbeitungsmodul 52 für eine konstante Bitrate (CBR),
eine Anzahl identischer Ethernet-Schalterkarten 54, eine
Anzahl von Standard-Weitbereichsnetzwerk (WAN)-Schnittstellenkarten 55 sowie
eine Ethernet-Schalternetzkarte 56, vorzugsweise unter
Verwendung eines Durchschaltewerkes. Die Schalterkarten 54 haben
jeweils 8 Benutzeranschlüsse,
und die WAN-Schnittstellenkarten 55 haben Systemanschlüsse zum
Anschließen
anderer Systemmodule.
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Die
Ethernet-Schalterkarten 54 und die WAN-Schnittstellenkarten 55 kommunizieren
alle intern über
eine Hochgeschwindigkeitspaketschnittstelle 62 mit der
Ethernet-Schalterstrukturkarte 56. Die Schalterkarten 54 und
die WAN-Schnittstellenkarten 55 kommunizieren auch alle
intern über
eine Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Synchronvollduplex-Datenautobahn-Struktur 64 mit
der CPU des CBR-Verarbeitungsmoduls 52.
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Bezug
nehmend auf die 3 sind ein Benutzeranschluss
der Ethernet-Schalterkarte 54 und ein Netzwerkanschluss
des Benutzerstationsgerät(UTE)-Adapters 46 verbunden über ein
einziges LAN-Segment 34 dargestellt. Der UTE-Adapter 46 bedient
ein digitales Tastentelefon 38 und einen Benutzer-PC 16.
Er kann auch als analoger POTS-Anschluss 39 dienen.
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Der
Benutzeranschluss der Ethernet-Schalterkarte 54 ist mit
einer Ethernet-Segmentierungs- und
Wiederzusammenfügungsfunktion
(SAR) 66 integriert, die später im Detail beschrieben werden
wird und welche verzögerungsempfindliche
Informationen über
die TDM-Datenautobahn 64 und
nicht verzögerungsempfindliche
Benutzerinformationen über
die Paktschnittstelle 62 verarbeitet.
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Die
TDM-Datenautobahn 64 besteht aus TX- und RX-TDM-Ablaufwarteschlangen 58,
einer Ethernet-Schalterkarten/TDM-Hauptplatinen-Schnittstelle 59,
einer TX- und RX-TDM-Hauptplatine 60 sowie
einer Sprachverarbeitungs-CPU-Karten/TDM-Hauptplatinen-Schnittstelle 61.
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Die
Hochgeschwindigkeitspaketschnittstelle 62 besteht aus TX-
und RX-Paket-Ablaufwarteschlangen 63, einer Ethernet-Schalterkarten/Paketbus-Hauptplatinen-Schnittstelle 65,
einer TX- und RX-Hochgeschwindigkeitspaketbus-Hauptplatine 67 und
einer Ethernet-Schalterstrukturkarten-Hauptplatinen-Schnittstelle 68.
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Die
verschiedenen durch das System ausgeführten Funktionen sollen nun
in Verbindung mit den Blockdiagrammen der 3, 4, 5 und 6 beschrieben
werden.
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Permanente virtuelle Verbindung (PVC)
für den CBR-Kanaltransport
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Die
mit den Ethernet-Anschlüssen
an den Ethernet-Schalteranschlusskarten 64 im Kommunikationsvermittlungsmodul
(CSM) 44 verbundenen LAN-Segmente werden benötigt, um
den Verkehrsfluss von den zahlreichen Stationsgeräten zu unterstützen. Daher
muss die gemeinsame Geräteeinheit eine
Einrichtung aufweisen, um die einzelnen an das Segment angeschlossen
Stationsgeräte
zu identifizieren. Die Ethernet-Standards sehen als Einrichtung zur
einheitlichen Identifizierung der Stationsgeräte die Verwendung von Media-Access-Control-Adressen (MAC) vor.
Die MAC sind ein Bestandteil der Schnittstellenschaltung an jedem „Media-Access"-Punkt, und jeder
MAC ist einer einzigen Adresse zugeordnet.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der Erfindung ist ein digitales Tastentelefon 38 derart
modifiziert, dass, wenn es erstmalig über einen Benutzerstationsgerät(UTE)-Adapter 46 an
ein Ethernet-LAN-Segment 34 angeschlossen wird, der UTE-Adapter
ein Paket, welches seine MAC-Quelladresse (SA) sowie eine Information
betreffend seinen Gerätetyp, übertragen
in einen Protokollkopf eines höheren
Niveaus und gekapselt in ein Standard-Ethernet-Paket, als Rundruf
oder mehrfach aussendet. Während
dieses Funktionsinitialisierungsmodus sind die vom ATE-Adapter übertragenen Pakete
Standard-Ethernet-Pakete und nicht die von der Erfindung vorgeschlagenen
Master-Ethernet-Pakete. Der Anschluss an der Ethernet-Schalteranschlusskarte 54,
der dieses LAN-Segment bedient, empfängt das Paket, erkennt es als
Rundruf- oder Mehrfachrufpaket aus seinem MAC-Zieladressen(DA)feld,
liest die MAC-SA und durchsucht seine lokale Adressentabelle nach
einer Übereinstimmung. Wenn
die MAC-SA in der
lokalen Adressentabelle nicht gefunden wird, erfolgt die Feststellung,
dass ein neues Gerät
dem LAN-Segment hinzugefügt
wurde. Die Ethernet-Schalteranschlusskarte prüft noch gründlicher die am Zugangsanschluss
ankommenden Pakete, ob sie noch keine Eintragung in die lokale Adressentabelle
haben. Die Ethernet-Schalteranschlusskarte liest ferner in diesen
Paketen und sieht nach, ob der UTE-Adaptereinrichtungstyp in einem Kopf
eines höheren
Protokollniveaus übertragen wurde.
Wenn ein Kopf mit höherem
Protokollniveau und eine UTE-Adaptereinrichtung festgestellt werden,
wird für
den UTE-Adapter-Paketverkehr eine Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Ablaufwarteschlange 58 reserviert.
Die lokale Adressentabelle wird dann mit der neuen MAC-SA des UTE-Adapters
auf den neuesten Stand gebracht und ein Identifikator für seine neue
TDM-Ablaufwarteschlange wird an den Tabelleneintrag angefügt. Wenn
nach dem weiteren Lesen im Paket die Ethernet-Schalteranschlusskarte
für die Übertragung
des UTE-Adaptertyps keinen Kopf mit höherem Protokollniveau feststellt,
wird die lokale Adressentabelle mit der neuen MAC-SA des Paketes auf
den neuesten Stand gebracht. Das Paket wird dann als ein Standard-Ethernet-Datenpaket
verarbeitet.
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An
dieser Stelle des Initialisierungsprozesses hat die Ethernet-Schalteranschlusskarte
die Anfügung
des UTE-Adapters an das LAN-Segment erkannt und für dessen
Kanalinformation mit konstanter Bitrate (CBR) eine TDM-Ablaufwarteschlange 58 reserviert.
Jedoch erwartet die CBR-Verarbeitungs-CPU-Karte 52, welche
die CBR-Kanalverarbeitungs-software ausführt, noch nicht, dass ein neuer UTE-Adapter
an das LAN-Segment angefügt
worden ist. Die reservierte TDM-Ablaufwarteschlange ist für eine fehlerhafte
CBR-Kanal-Bandbreite bemessen, welche benutzt wird, um die neue
UTE-Adapter-Paketinformation auf die CBR-Verarbeitungs-CPU-Karte weiterzuleiten.
Die Ethernet-Schalteranschlusskarte führt eine Syntaxanalyse des
Standard-Ethernet-Kopfes aus den UTE-Adpaterpaketen durch und platziert
die CBR-Kanal-Nutzinformation in die reservierte TDM-Ablaufwarteschlange
(wobei anzumerken ist, dass diese Nutzinformation den Kopf mit höherem Protokollniveau
durch den UTE-Adapter verkapselt im Standard-Ethernet-Paket enthält). Die
Paket-Nutzinformation wird dann aus der TDM-Ablaufwarteschlange
eingereiht und in einem Synchronen Zeitschlitz auf der zugehörigen System-TDM-Datenautobahn 60 zur
CBR-Verarbeitungs-CPU-Karte 52 übertragen, welche die CBR-Kanalverarbeitungssoftware
ausführt.
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Die
CBR-Verarbeitungs-CPU empfängt
die Paket-Nutzinformation, ob der Gerätetyp ein UTE-Adapter ist.
Dadurch wird ein Simplex-Verbindungspfad vom UTE-Adapter 46 über eine
TDM-Ablaufwarteschlange 58 zur CBR-Verarbeitungs-CPU 52 eingerichtet.
Es ist nicht erforderlich, die Ethernet-Schalterkartennummer oder
die MAC-SA des UTE-Adapters (d. h. den Standard-Ethernet-Kopf) zur
CBR-Verarbeitungs-CPU weiterzuleiten. Die CBR-Verarbeitungs-CPU kommuniziert mit jeder Ethernet-Schalteranschlusskarte über eine
unabhängige
TDM-Datenautobahn, wodurch eine Ethernet-Schalteranschlusskarte
durch die die Information übertragende
TDM-Datenautobahn identifiziert wird. Die CBR-Verarbeitungs- CPU identifiziert
ferner mittels des Zeitschlitzes auf der die Information übertragenden
TDM-Datenautobahn
den individuellen UTE-Adapter. Verfolgt man die Verknüpfung weiter zurück, dann
ist der TDM-Datenautobahn-Zeitschlitz mit einer reservierten TDM-Ablaufwarteschlange
auf der Ethernet-Schalteranschlusskarte verknüpft, welche durch ihre Eintragung
in der lokalen Adressentabelle der Ethernet-Schalteranschlusskarte
auf die UTE-Adapter-MAC-SA
bezogen ist.
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Die
CBR-Verarbeitungs-CPU 52 stellt dann fest, dass sie einen
neuen durch die Übertragung
der Signalisierungsinformation an diesen UTE-Adapter im geeigneten
Zeitschlitz auf der TDM-Datenautobahn 60 der zugehörigen Ethernet-Schalteranschlusskarte
an das System angeschlossenen UTE-Adapter ermittelt hat. Diese Signalisierungsinformation
wird mit dem Kopf des Protokolls auf höherem Niveau formatiert und
ist zur Kapselung in einem Standard-Ethernet-Paket durch die Ethernet-Schalteranschlusskarte
bereit. Die Ethernet-Schalteranschlusskarte
empfangt die Signalisierungsinformation vom TDM-Datenautobahn-Zeitschlitz und reiht
sie in die für
den zugehörigen
UTE-Adapter reservierte TDM-Ablaufwarteschlange 58 ein.
Die Ethernet-Schalteranschlusskarte greift dann unter Verwendung
des zugehörigen
TDM-Ablaufwarteschlangen-Identifikators auf ihre lokale Adressentabelle
zu, um die UTE-Adapter-MAC-SA herauszuziehen. Es wird ein Standard-Ethernet-Paketkopf gebildet
und an die empfangene Nutzinformation angefügt, wobei die aus der lokalen
Adressentabelle als die MAC-DA für
das Paket entnommene UTE-Adapter-MAC-SA verwendet wird. Die MAC-Adresse
des MAC-Anschlusses auf der Ethernet-Schalteranschlusskarte, die das an den
UTE-Adapter angefügte
LAN-Segment bedient, wird als MAC-SA in den Paketkopf eingesetzt.
Das Paket wird dann an den zugehörigen MAC-Anschluss überführt und über das
Ethernet-Segment 34 an den UTE-Adapter übertragen. Die MAC fügt an das
Ende der Nutzinformation die zyklische Redundanzprüfung (CRC)
an, um die für ein
Standard-Ethernet-Paket erforderliche Datenübertragungsblock-Prüfsequenz
(FCS) zu schaffen.
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Das
oben beschriebene Verfahren und das oben beschriebene Gerät schaffen
ein Mittel, um die von herkömmlichen
Datenkommunikationssystemen verwendete MAC-Adresse in eine von herkömmlichen
Telekommunikationssystemen verwendete TDM-Datenautobahn-Zeitschlitzadresse
zu übersetzen.
Bei einer ergänzenden
Ausführungsform
schaffen das Verfahren und das Gerät ein Mittel, um die von herkömmlichen
Telekommunikationssystemen verwendete TDM-Datenautobahn-Zeitschlitzadresse
in eine von herkömmlichen
Datenkommunikationssystemen verwendete MAC-Adresse zu übersetzen.
Dieser Adressen-Übersetzungsprozess
ermöglicht
es einem Datenkommunikationsnetzwerk und einem Telekommunikationsnetzwerk
Informationen auf einer verbindungsorientierten Grundlage zwischen
beiden Netzwerken auszutauschen.
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Der
UTE-Adapter 46 empfängt
das Paket von der Ethernet-Schalteranschlusskarte 54 und
liest zuerst den Standard-Ethernet-Kopf. Er erkennt die MAC-DA als
seine MAC-Adresse, was anzeigt, dass das Paket Informationen enthält, die
eine weitere Verarbeitung erfordern. Der UTE-Adapter verwendet dann
die MAC-SA aus dem Standard-Ethernet-Kopf für den Zugriff zu seiner lokalen
Adressentabelle. Jedoch wird seine lokale Adressentabelle diesen MAC-Adresseneintrag
nicht enthalten, weil der UTE-Adapter gerade eine von seiner anfänglichen Anfügung an
das LAN-Segment verursachte Einschalt-Resetfolge durchlaufen hat.
Der UTE-Adapter prüft
diejenigen Pakete genauer, die an seinem Netzwerkanschluss ankommen
und keinen Eintrag in der lokalen Adressentabelle haben. Der UTE-Adapter liest
ferner in diesen Paketen und sucht nach dem in einem Kopf in einem
höheren
Protokollniveau übertragenen
CBR-Verarbeitungs-CPU-Gerätetyp.
Wenn der Kopf in einem höheren
Prortokollniveau und der CBR-Verarbeitungs-CPU-Gerätetyp erkannt
werden, wird für
den CBR-Verarbeitungs-CPU-Paketverkehr eine
lokale TDM-Ablaufwarteschlange reserviert. Die lokale Adressentabelle
wird dann mit der neuen MAC-SA des Benutzeranschlusses auf der Ethernet-Schalteranschlusskarte,
welche das LAN-Segment bedient, auf den neuesten Stand gebracht
und zu der Tabelleneintragung wird ein Identifikator für die zugewiesene
TDM-Ablaufwarteschlange
hinzugefügt.
Wenn der UTE-Adapter nach dem weiteren Lesen im Paket keinen Kopf
mit höherem
Protokollniveau zur Übertragung
des CBR-Verarbeitungs-CPU-Gerätetyps erkennt,
wird die lokale Adressentabelle mit der neuen MAC-SA des Paketes auf
den neuesten Stand gebracht. Das Paket wird dann als ein Standard-Ethernet-Datenpaket verarbeitet.
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Dies
erstellt den Simplex-Kommunikationspfad von der CBR-Verarbeitungs-CPU
zum UTE-Adapter,
wodurch die permanente virtuelle Vollduplexverbindung (PVC) für die logische
Signalisierungskanalverknüpfung
zwischen dem UTE-Adapter und der CBR-Verarbeitungs-CPU in dem gemeinsamen
Gerät vervollständigt wird.
Dies ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung.
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An
diesem Punkt des Inititialisierungsprozesses ist zwischen dem UTE-Adapter
und der CBR-Verarbeitungs-CPU ein Vollduplex-Kommunikationspfad
eingerichtet worden. Als Nächstes
richtet der UTE-Adapter eine Anforderung an die CBR-Verarbeitungs-CPU
bezüglich
des Umfanges der CBR-Kanal-Bandbreite, die er benötigt, um
den Dienst des digitalen Tastentelefones zu unterstützen. Wenn
der Umfang der angeforderten CBR-Kanal-Bandbreite im fraglichen
LAN-Segment verfügbar ist,
teilt die CBR-Verarbeitungs-CPU der Ethernet-Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungsfunktion
(SAR) der Ethernet-Schalteranschlusskarte
die Größe der reservierten
TDM-Ablaufwarteschlangen für
die angeforderte CBR-Kanal-Bandbreite mit. Die CBR-Verarbeitungs-CPU
teilt dann dem UTE-Adapter
mit, seine Ethernet-SAR-Funktion zu initialisieren und seine lokale TDM-Ablaufwarteschlange
für die
angeforderte CBR-Kanal-Bandbreite zu bemessen. Die Ethernet-Schalteranschlusskarte
startet dann die Übertragung
von Master-Ethernet-Pakten mit fixierter Rate an den UTE-Adapter.
Sie benutzt die MAC-SA aus dem Paketkopf der anfänglichen vom UTE-Adapter empfangenen
Signalisierungs- und Steuerungspakete für die MAC-DA in den Master-Ethernet-Paketen, die
sie zum UTE-Adapter überträgt. Wenn
im LAN-Segment nicht genug CBR-Kanal-Bandbreite verfügbar ist,
um der Anforderung des neuen, an das LAN-Segment angefügten UTE-Adapters
zu entsprechen, wird die CBR-Verarbeitungs-CPU die Anforderung dementieren.
Dem UTE-Adapter wird es gestattet, die CBR-Kanal-Bandbreite zu einem späteren Zeitpunkt
erneut anzufordern. Jedoch ist der Wiederanforderungs-Interval ausreichend
lang einzustellen, um das LAN-Segment nicht mit dauernden CBR-Kanal-Bandbreitenanforderungen
von einem einzigen UTE-Adapter zu verstopfen. Zusätzlich wird
die CBR-Verarbeitungs-CPU die Anforderung notieren und dem UTE-Adapter
mitteilen, wenn das LAN-Segment eine ausreichende Bandbreite zur
Verfügung hat,
um der Anforderung zu genügen.
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Dies
ist der letzte Schritt des Initialisierungsprozesses und an diesem
Punkt sind die Ethernet-Schalteranschlusskarte
und der UTE-Adapter bereit, den Austausch von Master-Ethernet-Paketen zu starten.
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Der
UTE-Adapter initialisiert seine Ethernet-SAR-Funktion und startet
das Senden von Master-Ethernet-Paketen mit fixierter Rate an die
Ethernet-Schalteranschlusskarte. Die Ethernet-SAR-Funktion benutzt die MAC-SA aus
dem Paketkopf zur anfänglichen
Signalisierung und Steuerung der von der Ethernet-Schalteranschlusskarte
für die
MAC-DA in den Master-Ethernet-Paketen
und überträgt sie zur
Ethernet-Schalteranschlusskarte. Dies ist die MAC-Adresse des Anschlusses
an der Ethernet-Schalteranschlusskarte, welche das an den UTE-Adapter angefügt LAN verwaltet.
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Der
Benutzeranschluss an der Ethernet-Schalteranschlusskarte empfängt das
Master-Ethernet-Paket
vom UTE-Adapter, liest den Paketkopf und erkennt die MAC-DA als
seine MAC-Adresse,
was anzeigt, dass das Paket Informationen enthält, welche der weiteren Verarbeitung
bedürfen.
Die im Kopf des Master-Ethernet-Paketes übertragene MAC-SA wird verwendet,
um in seiner lokalen Adressentabelle nach Übereinstimmungen zu suchen.
An dieser Stelle wird eine Übereinstimmung
gefunden werden, weil die lokale Adressentabelle der Ethernet-Schalteranschlusskarte
mit der MAC-SA des UTE-Adapters auf den neuesten Stand gebracht
worden war, als das anfängliche
Rundruf- oder Mehrfachrufpaket aus dem UTE-Adapter verarbeitet wurde. Die bei der
Suche aus der lokalen Adressentabelle gefundene Adresse wird den
Identifikator für
die reservierte TDM-Ablaufwarteschlange enthalten. Es muss angemerkt
werden und versteht sich wohl von selbst, dass mehrere unabhängige CBR-Kanäle mit unterschiedlichen
CBR-Kanal-Bandbreiten in der PVC über ein LAN-Segment zwischen
einem UTE-Adapter und einem Benutzeranschluss auf der Ethernet-Schalteranschlusskarte übertragen
werden können.
In diesem Falle wird die aus der Suche in der lokalen Adressentabelle
erhaltene Eintragung einen Hinweis zu einer Tabelle reservierter
TDM-Ablaufwarteschlangen
enthalten. Die Ethernet-SAR-Funktion benutzt dann diese Tabelleneintragungen,
um die mehrfachen CBR-Kanäle,
welche im Nutzteil der Master-Ethernet-Pakete befördert werden, zu verarbeiten.
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Die
Ethernet-Schalteranschlusskarte und der UTE-Adapter arbeiten mm
mit ihren freigegebenen Ethernet-SAR-Funktionen im Master-Ethernet-Paketmodus.
In diesem Funktionsmodus werden Signalisierungs- und Steuerungsinformationen
von der CBR-Verarbeitungs-CPU in Form von Standard-Ethernet-Paketen
gekapselt im Nutzbereich von Benutzer-Datenpaketen von Master-Ethernet-Paketen
an den UTE-Adapter gesandt. In entsprechender Weise werden jegliche
Signalisierungen oder weitere CBR-Kanal-Bandbreitenanforderungen
in Form von Standard-Ethernet-Paketen gekapselt im Nutzbereich von
Benutzer-Datenpaketen von Master-Ethernet-Paketen vom UTE-Adapter
an die CBR-Verarbeitungs-CPU gesandt. Wenn eine Ethernet-SAR-Funktion
ein gekapseltes Benutzer-Datenpaket aus den Master-Ethernet- Paketen extrahiert,
prüft sie
die MAC-DA im gekapselten Paketkopf. Wenn die MAC-DA des Pakets
mit der MAC-Adresse des von Ethernet-SAR-Funktion bedienten Anschlusses übereinstimmt,
wird das Paket als ein Signalisierungs- und Steuerungspaket verarbeitet.
Wenn die extrahierte MAC-DA des Pakets nicht mit der MAC-Adresse
des von Ethernet-SAR-Funktion bedienten Anschlusses übereinstimmt,
wird sie zum Zugriff auf die lokale Adressentabelle verwendet, um das
gewünschte
Ziel zu bestimmen.
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Der
Benutzeranschluss an der Ethernet-Schalteranschlusskarte führt eine
Syntaxprüfung des
Standard-Ethernet-Kopfes des empfangenen Master-Ethernet-Paketes
durch und platziert die Nutzinformation in den lokalen Paketpuffer.
Die Ethernet-SAR-Funktion extrahiert die CBR-Kanal-Nutzinformation und überführt sie
in die reservierte TDM-Ablaufwarteschlange. Die CBR-Kanal-Information
dann aus der TDM-Ablaufwarteschlange eingereiht und in einem Synchronen
Zeitschlitz auf der TDM-Datenautobahn zur CBR-Verarbeitungs-CPU übertragen.
Die CBR-Verarbeitungs-CPU empfängt vom
UTE-Adapter die an das LAN-Segment, das vom zugehörigen Benutzeranschluss
an der Ethernet-Schalteranschlusskarte bedient wird, angefügte Signalisierungsinformation,
markiert das Gerät
als „im
Dienst" befindlich
und startet das Senden der Signalisierungsinformation über den
CBR-Kanal an den UTE-Adapter.
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Bei
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wir der CBR-Kanal dazu benutzt, die Übertragung
der Signalisierungsinformation zwischen einem digitalen Tastentelefon 38 (über den UTE-Adapter 46)
und die CBR-Verarbeitungs-CPU 52 zur CSM 44 zu
realisieren. Diese Signalisierungsübertragungen schaffen die Kommunikationsverknüpfungen,
welche zwischen der auf der CBR-Verarbeitungs-CPU ausgeführten CBR-Verarbeitungs-/Funktionssoftware
und den vom Benutzer über
den Wählpfad
und oder die Funktionstasten auf einem digitalen Tastentelefon gegebenen
Anforderungen notwendig sind. Für
den Signalisierungskanal ist ein PC erforderlich, weil es notwendig
ist, Signalisierungssignale zwischen der CBR-Verarbeitungs-CPU und
dem digitalen Tastentelefon auszutauschen, so lange das Telefon
am LAN-Segment angeschlossen ist. Nachdem nun das digitale Tastentelefon
in Funktion versetzt worden ist und über den CBR-Kanal Signalisierungsinformationen
mit der CBR-Verarbeitungs-CPU austauscht, kann eine Anrufeinstellungsanforderung
durchgeführt
werden. Als Reaktion auf einen Tastendruck oder einen Übergang
des Gabelschalters am digitalen Tastentelefon wird eine Signalisierungsnachricht
an die CBR-Verarbeitungs-CPU gesandt, um eine Sprachverbindung (d.
h. eine Audiokanal) einzurichten. Als Reaktion auf die Signalisierungsnachricht
informiert die CBR-Verarbeitungs-CPU die Ethernet-Schalteranschlusskarte
und den UTE-Adapter, die ihrer TDM-Ablaufwarteschlangen auszudehnen,
um die für
die Sprachverbindung erforderliche CBR-Kanal-Bandbreite aufnehmen
zu können.
Hier ist es wichtig anzumerken, dass die zuvor reservierten TDM-Ablaufwarteschlangen
eine PVC zwischen dem UTE-Adapter und der CBR-Verarbeitungs-CPU eingerichtet
haben. Diese gleiche CPU wird dazu benutzt, die Sprachinformation
zwischen dem an das LAN-Segment angefügten UTE-Adapter, durch den
das digitale Tastentelefon bedient wird, und der CBR-Verarbeitungs-CPU
zu leiten. Jedoch wird die Bandbreite des anfänglich zum Transport genau
dieser Signalisierungsinformation des digitalen Tastentelefones
benutzten CBR-Kanals erweitert, um sie an die zusätzlichen
64 kbit/s zum Transport der codierten PCM-Worte des Sprachsignals
anzupassen.
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Das
Verfahren und das Gerät,
wie sie oben beschrieben wurden, demonstrieren die automatische
Reservierung einer Vollduplex-TDM-Ablaufwarteschlange zur Schaffung
einer PVC zur Übertragung von
CBR-Kanalinformationen. Dies ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung.
Ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Eignung,
die Bandbreite von TDM-Ablaufwarteschlangen zu managen und dynamisch
zu ändern,
den erforderlichen Umfang von CBR-Kanälen und CBR-Kanal-Bandbreiten auf
LAN-Segmenten, die von diesem System bedient werden, bereitzustellen.
Unter Verwendung der gleichen PVC, die anfänglich eingerichtet wurde,
um die Signalisierungsinformation zu transportieren, auch für den Transport
von Sprachinformationen, erübrigt die
Notwendigkeit, eine andere logische Verbindung über das LAN-Segment herzustellen.
Dies ist ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung.
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Funktionsbeschreibung des Kommunikationsvermittlungsmoduls
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Bezug
nehmend auf 4 enthält der Kommunikationsvermittlungsmodul
(CSM) einige Benutzeranschlüsse,
in einer möglichen
Ausführungsform acht
selbsterkennende 10/100-Anschlüsse (d.
h. 10Base-T/100Base-TX), welche zur Schaffung von Kommunikationsverknüpfungen
zwischen dem CSM und dem Benutzerstationsgeräte(UTE)-Adaptern vorgesehen
sind, um die Benutzerstationsgeräte über isolierte
10/100-LAN-Segmente zu versorgen. Zusätzlich enthält der CSM zwei Typen von Schnittstellenanschlüssen: 1)
eine Hochgeschwindigkeits-Paketschnittstelle 62 und zwar
in einer möglichen
Ausführungsform
als eine 1 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s)-LVDS(Niederspannungs-Differentialsignalisierung)- Kanalschnittstelle
für den
Transport von Paketen zu anderen Systemmoduln und 2) eine Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Synchron-Vollduplex-Datenautobahnstruktur 64 und
zwar in einer möglichen Ausführungsform
als Datenübertragungsblock
mit einer Rate von 8 kHz (125 μs)
und getaktet mit 4,096 Mbit/s, so dass sich vierundsechzig 8 Bit-Zeitschlitze pro
Datenübertragungsblock
ergeben. Jeder Datenautobahn-Zeitschlitz vermag einen Byte zu 8
Bit pro Datenübertragungsblock
zu transportieren und mit einer Datenübertragungsblock-Wiederholrate
von 8 kHz (125 μs)
ist die Datenautobahn in der Lage, vierundsechzig 64 kbit/s-TDM-Kanäle für den Transport von
Signalisierungs-, Steuerungs-, Anrufeinstellungs- sowie Daten mit
konstanter Bitrate (CBR) zu anderen Systemmodulen aufzunehmen.
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Leitungsvermittelte Kanal-Emulation mit
konstanter Bitrate (CBR)
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Der
Kommunikationsvermittlungsmodul (CSM) führt herkömmliche Ethernet-Vermittlungsfunktionen
aus, aber er ist auch leistungsfähig,
um spezielle Master-Ethernet-Pakete
zu formatieren und zu übertragen
als einem Verfahren, um die Übertragung
von leitungsvermittelten Kanälen
mit konstanter Bitrate (CBR) über
ein LAN-Segment zu emulieren. Die Bandbreite der CBR-Kanäle ist bis
zur Datentransport-Bandbreite des LAN-Segmentes minus der Bandbreite zum Transport
der Master-Ethernet-Paket-Systemverwaltung
skalierbar. Die CBR-Kanäle werden
zum Transport verzögerungsempfindlicher Informationen
(wie beispielsweise Audio und Video) zwischen dem an ein LAN-Segment angeschlossenen
Benutzerstationsgerät
und dem CSM benutzt. Im CSM wird die in emulierten CBR-Kanälen über das LAN-Segment
beförderte
Information extrahiert und in eine DTM-Datenautobahnstruktur überführt, welche
für alle
Benutzer- und Netzwerk-Schnittstellenkarten
sowie Verarbeitungskarten gemeinsam ist. Diese gemeinsame TDM-Datenautobahnstruktur wird
dazu benutzt, die CBR-Kanalinformationen innerhalb der CSM zu transportieren.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der Erfindung werden eine LAN-Transportfrequenz von 10 MHz (beispielsweise
10Base-T-Ethernet) und eine TDM-Datenautobahn-Transportfrequenz von 4,096 MHz angewandt.
Bei dieser Ausführungsform ist
es wünschenswert,
eine CBR-Kanal-Bandbreite von 64 kHz vorzusehen, um PCM-codierte
Sprachworte über
das LAN-Segment und in einen DS0(64 kbit/s)-Kanal-Zeitschlitz auf
einer TDM-Datenautobahn
zu transportieren. Da die CBR-Kanal-Datenbits über das LAN-Segment mit einer
Rate von 10 Mbit/s transportiert werden, müssen sie auf eine Rate von 4,096
Mbit/s umgewandelt werden, damit sie in einen DS0(64 kbit/s)-Kanal-Zeitschlitz
auf einer TDM-Datenautobahn
zu transportieren sind. Der DS0-Kanal kann dann über die TDM-Datenautobahn zu den verschiedenen Benutzer-
oder Netzwerk-Schnittstellen bzw. Verarbeitungskarten transportiert
werden. Die Ratenumwandlungsfunktion für die TDM-Datenautobahnstruktur wird durchgeführt, wenn
sich die CBR-Kanal-Datenbits durch die TDM-Ablaufwarteschlange bewegen.
Man beachte, dass dieser Transportraten-Umwandlungsprozess nicht die CBR-Kanal-Bandbreite
oder die Informationsrate beim Transport über den CBR-Kanal beeinträchtigt.
Man beachte auch, dass die Umwandlung zwischen der Transportrate
des LAN-Segmentes und der Transportrate der TDM-Datenautobahn nur
Zwischen-Ratenumwandlungen sind, welche die Übertragung der CBR-Kanal-Datenbits über die
zugehörige
Transportverknüpfung
anpassen. Die Quelle und die Zielpunkte der im CBR-Kanal beförderten
Daten arbeiten mit der CBR-Kanal-Information bei der konstant festgelegten
Rate, bei dieser Ausführungsform
bei 64 kBit/s. Daher ist eine erste Ratenumwandlung beim an das
LAN-Segment angeschlossenen Benutzerstationsgeräte(UTE)-Adapter notwendig,
um die CBR-Kanal-Datenbits für
den Transport über
das LAN-Segemnt auf die 10 Mbit/s-Rate umzuwandeln. Die TDM-Ablaufwarteschlangen
in der CSM wandlen dann die CBR-Kanal-Datenbits auf die 4,096 Mbit/s-Rate
der TDM-Datenautobahn um. Eine andere Ratenumwandlung ist auch an
der TDM-Datenautobahn-Schnittstelle zu einem Benutzer, zu einem Netzwerk
oder einer Verarbeitungskarte in der CSM, welche mit dem CBR-Kanal-Datenstrom funktionieren,
erforderlich. Man beachte, dass die Transportrate der Ziel-Schnittstellenkarte
nicht ursprünglichen
64 kbit/s des bei dieser Ausführungsform
gewählten CBR-Kanals
sein können.
Wenn beispielsweise die Zielkarte in der CSM eine T1-Leitungs-Schnittstellenkarte
ist, dann ist die durch T1-Leitung benutzte S1-Transportrate gleich
1,544 Mbit/s. Die DS1 ist in der Lage, vierundzwanzig DS0-CBR-Kanäle mit 64 kbit/s
zu transportieren. Daher könnten
die CBR-Kanal-Datenbits von der 4,096 Mbit/s-Transportrate der TDM-Datenautobahn
auf die 1,544 Mbit/s der T1-Leitungsschnittstelle umgewandelt werden,
was es ermöglicht,
dass die CBR-Kanal-Datenbits über
die T1-Leitung in einem von vierundzwanzigDS0-Kanälen von
der Schnittstelle unterstützt
werden. Schließlich
werden am fernen Ende des Netzwerkes (beispielsweise am Endpunkt
des CBR-Kanals) die CBR-Kanal-Datenbits
auf ihre ursprüngliche
Rate umgewandelt (bei dieser Ausführungsform 64 kbit/s), um durch
des Zielgeräte
verarbeitet zu werden.
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Ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
und ein Gerät
bereitzustellen, um CBR-Kanäle über ein
LAN-Segment zu transportieren, um einen Pfad niederer Wartezeit
für verzögerungsempfindlicher
Informationen (beispielsweise Audio und Video) zu schaffen, ohne
die Übertragungsrate
der Pakete mit Daten über
das LAN-Segment wesentlich zu beeinträchtigen. Jedes über die LAN-Segmente
transportierte Ethernet-Paket erfordert acht Oktette für die Präambel und
den Start des Datenübertragungsblockbegrenzers
(SFD), einen Veirzehn-Oktett-Ethernet-Kopf, eine Vier-Oktett-Datenübertragungsblock-Prüffolge (FCS)
und mindestens zwölf
Null-Oktette für
die Lücke
zwischen den Paketen (IPG). Daher umfasst jedes über das LAN-Segment transportierte
Ethernet-Paket achtunddreißig
Oktette für
die Systemverwaltung ungeachtet der Anzahl der Datenoktette, die
der Nutzteil des Paketes umfasst.
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In
der letzten Zeit wurden von einer Anzahl Autoren unterbreitet, große Datenpakete
in kleinere Pakete zu zerteilen, was es ermöglichen soll, Prioritätspaketen
mit verzögerungsempfindlichen
Informationen zeitlichen Zugang zu den Medien durch deren Einfügung zwischen
den kleinen Paketbruchstücken zu
verschaffen. Jedoch benötigt
jedes Paketbruchstück
und jedes Prioritätspaket
mit verzögerungsempfindlichen
Informationen achtunddreißig
Oktette für
die Systemverwaltung, was die Übertragungsrate der
Daten über
das LAN-Segment deutlich reduiert. Die Schaffung eines Verfahrens
zur Erstellung eines Pfades mit niedriger Wartezeit für verzögerungsempfindliche
Informationen über
das LAN-Segment ohne deutliche Beeinträchtigung der Übertragungsrate
der Pakete mit Dateninhalt überaus
gleiche LAN-Segment
wird später
angesprochen.
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Ein
anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Erzeugung und Übertragung
von Master-Ethernet-Paketen in einer Rate von konstant 1 ms (Typ
I) oder in 125 μs
(Typ II) mittels CBR-Kanal-Datenbits, die an festen Stellen innerhalb
der Pakete gekapselt sind. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung
ergibt ein deterministisches Übertragungsschema,
welches es dem Empfänger
ermöglicht,
Datenbits aus dem CBR-Kanal Synchron aus den ankommenden Paketen
zu extrahieren (Es wird angemerkt, dass der Begriff „Empfänger" in diesem Kontext
den Media-Access-Controller (MAC), die Ethernet-Segmentierungs-
und Wiederzusammenfügungsfunktion (SAR)
sowie die an die TDM-Ablaufwarteschlangen gekoppelte Taktgabe- und
Steuerungslogik bezeichnet).
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden basierend auf 10Base-T-Ethernet-Paketen
von 1 ms Länge
(Typ I) die CBR-Kanal-Datenbits in fixierten 250 μs-Intervallen
in den Paketfluss verteilt. Dies ermöglicht es einem Master-Ethernet-Paket
von 1 ms Länge,
vier Gruppen von CBR-Kanal-Daten im fixierten Abstand von 250 μs-Intervallen zu befördern. Die
verbleibenden Nutzbits in den Master-Ethernet-Paketen sind für den Transport
gekapselter Benutzer-Datenpakte verfügbar. Die Platzierung der CBR-Kanal-Datenbits in fixierten
250 μs-Intervallen
im Paketfluss wurde gewählt,
um für
die CBR-Kanal-Informationen
einen Pfad mit geringer Wartezeit zu schaffen und dabei zugleich
eine hohe Effizienz für
den Datentransport über
das LAN-Segment beizubehalten. Die Kapselung der CBR-Kanal-Daten
und der Benutzer-Paketdaten in Master-Ethernet-Paketen reduziert
merklich die Anzahl der erforderlichen Systemverwaltungs-Oktette
im Vergleich zum Verfahren mit Paket-Bruchstücken. Das Master-Ethernet-Paket
benötigt
den gleichen Systemverwaltungsaufwand wie jedes Standard-Ethernet-Paket,
nämlich:
achtunddreißig
Oktette. Der CBR-Kanal erfordert keine Systemverwaltungsoktette,
weil der Empfänger
in der Lage ist, die CBR-Datenkanalbits aus fixierten Stellen innerhalb
des Master-Ethernet-Pakets zu extrahieren. Die Benutzer-Datenpakete
werden segmentiert und innerhalb des Master-Ethernet-Paketes in den Nutzdatenbereichen
zwischen den vier Gruppen fixierter CBR-Kanal-Positionen gekapselt. Eine Sequenz
von maximal fünf
Systemverwaltungsoktetten ist in einem Master-Ethernet-Paket erforderlich,
welches das letzte Segment eines gekapselten Benutzer-Datenpaketes
und das erste Segment eines nächsten
gekapselten Benutzer-Datenpaketes
befördert.
Der Empfänger
benutzt diese Sequenz von fünf
Oktetten, um festzustellen, wo ein gekapseltes Benutzer-Datenpaket
endet und wo das nächste
gekapselte Benutzer-Datenpaket beginnt. Der Standard-Systemverwaltungsaufwand
für Master-Ethernet-Pakete beträgt achtunddreißig Oktette
plus maximal fünf
Oktette, um den Start eines gekapselten Benutzer-Datenpaketes innerhalb
des Nutzinhaltes eines Master-Ethernet-Paketes zu lokalisieren,
was einen maximalen Systemverwaltungsaufwand von dreiundvierzig
Oktetten ergibt. Der Systemverwaltungsaufwand zur Übertragung
von vier Prioritäts-Ethernet-Paketen
minimaler Größe, welche
verzögerungsempfindliche
Informationen befördern
und von vier Ethernet-Paketen, welche Benutzerdatenfragmentpakete
befördern,
beträgt
dreihundertundvier Oktette. Dies gilt nicht für jegliche eigene Anforderungen an
den Kopf von Benutzer-Datenpaketfragmenten oder
unbenutzte Nutz-Oktette im Ethernet-Paket-Nutzinhalt minimaler Größe (46 Oktette),
welcher verzögerungsempfindliche
Informationen befördert.
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Eine
andere mögliche
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet 100Base-TX-Ethernet-Paketen von 125 μs Länge (Typ
II) und die CBR-Kanal-Daten sind in fixierten 125 μs-Intervallen
im Paketfluss verteilt. Dies ermöglicht
es einem Master-Ethernet-Paket von 125 μs Länge, eine Gruppe von CBR-Kanal-Datenbits
im fixierten Abstand von 125 μs
von einem Master-Ethernet-Paket zum nächsten zu befördern. Der
Transport der CBR-Kanal-Datenbits
mit 100 Mbit/s über
das LAN-Segment und die damit zusammenhängende Ratenkonversion, die
erforderlich ist, um die CBR-Informationen durch das System zu befördern wird
in einer Weise ähnlich
der zuvor für
den Datenübertragungsblock
vom Typ I beschriebenen implementiert.
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Die Ethernet-Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungsfunktion
(SAR)
-
Die
Kanäle
mit konstanter Bitrate (CBR) und die Benutzer-Datenpakete werden
segmentiert und gekapselt in die Master-Ethernet-Pakete übertragen, aus
den Master-Ethernet-Paketen extrahiert und durch die Ethernet-Segmentierungs-
und Wiederzusammenfügungsfunktion
(SAR) wieder zusammengefügt.
Dies sind Merkmale der vorliegenden Erfindung.
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Die
Ethernet-SAR-Funktion wird sowohl an jedem Benutzeranschluss des
Kommunikationsvermittlungsmoduls (CSM) als auch an jedem Netzwerkanschluss
des Benutzerstationsgeräte(TE)-Adapters
implementiert. Der „Segmentierungs"-Bereich der Ethernet-SAR-Funktion
segmentiert und kapselt die CBR-Kanal-Informationen in fixierten
Positionen innerhalb des Master-Ethernet-Paket-Nutzbereiches. Zusätzlich segmentiert
und kapselt der „Segmentierungs"-Bereich der Ethernet-SAR-Funktion
Benutzer-Datenpakete in diejenigen Nutzbereiche, die nicht von fixierten
CBR-Kanal-Positionen besetzt sind. Das Master-Ethernet-Paket wird
dann durch den Media-Access-Controller (MAC) zur Übertragung über das
LAN-Segment geleitet.
Der „Wiederzusammenfügungs"-Bereich der Ethernet-SAR-Funktion
extrahiert die gekapselten CBR-Kanal-Informationen und Benutzer-Datenpakete
aus den empfangenen Master-Ethernet-Paketen und fügt sie wieder
zu ihrer Originalform zusammen.
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Infolge
des asynchronen Charakters der Benutzer-Datenpakete muss ein einziges
Master-Ethernet-Paket
in der Lage sein, das letzte Segment eines gekapselten Benutzer-Datenpaketes
und das erste Segment des nächsten
gekapselten Benutzer-Datenpaketes zu befördern. Weiterhin benötigt der „Wiederzusammenfügungs"-Bereich der Ethernet-SAR-Funktion
eine Einrichtung zur Feststellung des Start- und des End-Oktetts
des gekapselten Benutzer- Datenpakets.
Eine Maximalsequenz von fünf Systemverwaltungsoktetten
ergibt ein Verfahren zur Feststellung des Startes und der Länge des
gekapselten Benutzer-Datenpaketes. Eine vordefinierte Sequenz von „Frei"- und „Sync"-Systemverwaltungsoktetten
wird benutzt, um den Start eines im Nutzinhalt eines Master-Ethernet-Paketes
gekapselten Benutzer-Datenpaketes festzustellen. Diese Sequenz von
Systemverwaltungsoktetten besteht aus einem oder zwei „Frei"-Oktett(en), gefolgt
von einem „Sync"-Oktett und zwei
Oktetten eines „Benutzer-Datenpaketlänge"-Deskriptors. Wenn
es keinen Benutzer-Datenpaketfluss über das LAN-Segment gibt, sind die Nutzbereiche
nicht durch fixierte CBR-Kanal-Positionen in den Master-Ethernet-Paketen
besetzt und werden mit „Frei"-Zeichen ausgefüllt. Wegen
des asynchronen Charakters der an das LAN-Segment angeschlossenen
Benutzerstationsgeräte
kann die Benutzer-Paketübertragung
zu jedem Zeitpunkt begonnen werden. Die Ethernet-SAR-Funktion überwacht
den Nutzbereich der empfangenen Master-Ethernet-Pakete und wenn
sie einen Wechsel vom „Frei"-Zeichen zum „Sync"-Zeichen in den Benutzer-Datenpaketoktetten
feststellt, weiß sie,
dass der Empfang eines gekapselten Benutzer-Datenpaketes gestartet
wurde. Die Feststellungskriterien für den Start eines gekapselten
Benutzer-Datenpaketes sind ein Minimum von einem „Frei"-Zeichen unmittelbar
gefolgt von einem „Sync"-Zeichen. Nach der
Definition folgen die zwei Bytes „Benutzer-Datenpaketlänge"-Deskriptor unmittelbar
auf das „Sync"-Zeichen. Der Benutzer-Datenpaketlänge-Deskriptor
informiert die Ethernet-SAR-Funktion über die
Anzahl der Bytes im gekapselten Benutzer-Datenpaket einschließlich des Paketkopfes
und der Datenübertragungsblock-Prüfsequenz
(FCS). Der Kopf des gekapselten Benutzer-Datenpaketes folgt unmittelbar
dem Benutzer-Datenpaketlängen-Deskriptor.
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Die
Ethernet-SAR-Funktion extrahiert die gekapselten Benutzer-Datenpakete
aus dem Nutzbereich der empfangenen Master-Ethernet-Pakete in der
folgenden Art und Weise. Zuerst sucht die Ethernet-SAR-Funktion
im Nutzbereich des empfangenen Master-Ethernet-Paketes nach dem
Start eines gekapselten Benutzer-Datenpaketes indem die Nutzteil-Oktette
bezüglich
des Startes einer Benutzer-Datenpaket-Zeichensequenz überwacht
werden. Diese Sequenz muss mindestens ein „Frei"-Zeichen unmittelbar gefolgt von einem „Sync"-Zeichen enthalten. Als
zweites liest die Ethernet-SAR-Funktion die beiden unmittelbar auf
das „Sync"-Zeichen folgenden Bytes
des Benutzer-Datenpaketlängen-Deskriptors. Als
drittes benutzt die Ethernet-SAR-Funktion die im Benutzer-Datenpaketlängen-Deskriptorfeld übertragene
Anzahl, um die Anzahl aus dem Master-Ethernet-Paket zu extrahierender
Bytes (d. h. die Anzahl der im Benutzer-Datenpaket enthaltenen Bytes)
abzuzählen.
Als viertes liest die Ethernet-SAR-Funktion die in den Oktetten
unmittelbar nach dem letzten Byte des gekapselten Benutzer-Datenpaketes übertragenen
Bytes. Diese Oktette müssen
ein Minimum von einem „Frei"-Zeichen unmittelbar
gefolgt von einem „Sync"-Zeichen (d. h. den
Start einer Benutzer-Datenpaket-Zeichensequenz, was anzeigt, dass
ein anderes Benutzer-Datenpaket folgt) oder mehrere „Frei"-Zeichen enthalten
(d. h. die Nutzteil-Oktette sind mit „Frei"-Zeichen ausgefüllt worden, was anzeigt, dass
die Benutzer-Datenpaket-Übertragungen beendet
wurden). Wenn eine dieser Zeichensequenzen gefunden wird, wird die
Ethernet-SAR-Funktion den FCS-Wert der letzten vier Oktette des
extrahierten Benutzer-Datenpaketes gegenüber dem Wert prüfen, den
sie aus den Daten aus dem extrahierten Benutzer-Datenpaket berechnet
hat. Wenn die Werte übereinstimmen,
leitet die Ethernet-SAR-Funktion das wieder zusammengefügte Paket
zum Weitersenden zu einer Benutzer-Datenpaket-Ablaufwarteschlange.
Wenn die Werte nicht übereinstimmen, wird
die Ethernet-SAR-Fuktion das extrahierte Benutzer-Datenpaket ablegen
und die Suche nach einem gültigen
Start einer Benutzer-Datenpaket-Zeichensequenz
(d. h. mindestens einem „Frei"-Zeichen unmittelbar
gefolgt von einem „Sync"-Zeichen) im Nutzbereich
des Master-Ethernet-Paketes fortsetzen. Sollte in den Oktetten unmittelbar
nach dem Ende eines gekapselten Benutzer-Datenpaketes eine andere übertragene
Zeichensequenz festgestellt werden, so ist dies ein Anzeichen dafür, dass die
Ethernet-SAR-Funktion gegenüber
dem gekapselten Benutzer-Datenpaket-Übertragungsblock
außer
Synchronisation geraten ist. In diesem Falle wird die Ethernet-SAR-Funktion das
extrahierte Benutzer-Datenpaket ablegen und die Suche nach Benutzer-Datenpaketen im Nutzbereich
des Master-Ethernet-Paketes und zwar nach einem gültigen Start
einer Benutzer-Datenpaket-Zeichensequenz fortsetzen.
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Die
vorangegangene Beschreibung hat gezeigt, dass die Ethernet-SAR-Funktion
die Synchronisierung mit den Grenzen der in den Master-Ethernet-Paketen
gekapselten Benutzer-Datenpakete
aufrecht erhalten muss. Als ein Mittel, um die Synchronisierung
der Ethernet-SAR-Funktion
mit den Grenzen der gekapselten Benutzer-Datenpakete sicherzustellen,
ist vorgesehen worden durch Anfügen
der Systemverwaltungsoktette „Frei", „Sync" und „Benutzer-Datenpaketlängen"-Deskriptor am Anfang
des Benutzer-Datenpaketes. Es ist jedoch möglich, dass die definierte
Sequenz von „Frei"- und „Sync"-Oktetten innerhalb
der Grenzen des Benutzer-Datenpaketes angetroffen wird und fälschlich
einen Start eines < Benutzer-Datenpaketes anzeigen.
Daher ist die Feststellung genau der Sequenz von „Frei"- und „Sync"-Oktetten allein
noch nicht ausreichend, um den Start eines gekapselten Benutzer- Datenpaketes zu definieren.
Die Anfügung
des Benutzer-Datenpaketlängen-Deskriptors
und eine zyklische Redundanzprüfung
(CRC) des gekapselten Benutzer-Datenpaketes vervollständigen den
Prozess. Die Synchronisierung ist unkompliziert, wenn keine Benutzer-Datenpakete über die
Verknüpfung
fließen
und die Ethernet-SAR-Funktion einen stetigen Fluss von „Frei"-Zeichen beobachtet.
Sobald ein „Sync"-Zeichen ankommt,
reagiert die Ethernet-SAR-Funktion auf die Zeichensequenz als Start
einer Benutzer-Datenpaket-Anzeige.
Bei diesem Beispiel ist der Start der Benutzer-Datenpaket-Anzeige
zumeist zuverlässig
korrekt. Wird hingegen beispielsweise eine Ethernet-SAR-Funktion
angenommen, die initialisiert und online geschaltet wurde, nur um
herauszufinden, ob schon Benutzer-Datenpakete fließen, wenn sie gestartet wird,
um den Nutzinhalt des Master-Ethernet-Paketes zu überwachen.
Bei diesem Beispiel muss die Ethernet-SAR-Funktion die folgende
Synchronisierungssequenz durchlaufen. Zuerst sieht sie nach mindestens
einem „Frei"-Zeichen gefolgt
von einem „Sync"-Zeichen. Sie liest
dann die beiden unmittelbar auf das „Sync"-Zeichen
folgenden Oktette in der Annahme, dass dies das Benutzer-Datenpaketlängen-Deskriptorfeld ist.
Sie verwendet den Wert des angenommenen Benutzer-Datenpaketlängen-Deskriptorfeldes,
um die Anzahl der Oktette in dem zu extrahierenden gekapselten Benutzer-Datenpaket zu zählen. Sie
extrahiert das Benutzer-Datenpaket und liest dann die beiden folgenden
Oktette, welche unmittelbar auf das letzte Oktett des gekapselten
Benutzer-Datenpaketes
folgen. Die in diesen beiden Oktetten übertragenen Zeichen müssen „Frei"- und „Sync"-Zeichen bzw. zwei „Frei"-Zeichen sein. Wenn
dies nicht der Fall ist, dann setzt die Ethernet-SAR-Funktion die Überwachung
des Nutzbereiches des Benutzer-Datenpaketes des Master-Ethernet-Paketes
nach einem „Frei"-Zeichen gefolgt
von einem „Sync"-Zeichen fort und
startet den Annahme-Prozess erneut. Durch diesen iterativen Annahme-Prozess
wird die Ethernet-SAR-Funktion den Start eines gekapselten Benutzer-Datenpaketes exakt
ausrichten. Um zu überprüfen, ob
die Ausrichtung zu den gekapselten Benutzer-Datenpaketen erreicht
ist, liest die Ethernet-SAR-Funktion die beiden unmittelbar auf
aus das letzte extrahierte Oktett eine gekapselten Benutzer-Datenpaketes
folgenden Oktette und findet das „Frei"-Zeichen gefolgt von einem „Sync"-Zeichen oder zwei „Frei"-Zeichen. Als eine letzte
Prüfung
vergleicht sie die im gekapselten Benutzer-Datenpaket übertragene
FCS mit der für
das Benutzer-Datenpaket berechneten CRC. Eine Übereinstimmung ist die endgültige Prüfung, dass
die Ethernet-SAR-Funktion Synchron mit den gekapselten Benutzer-Datenpaketen
ist.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das „Frei"-Oktett zur Übertragung als Hexadezimalzeichen
mit „7E" definiert und das „Sync"-Oktett zur Übertragung
als Hexadezimalzeichen mit „4D" definiert worden.
Es muss jedoch angemerkt werden, dass auch andere „Frei"- und „Sync"-Zeichen gewählt werden
könnten,
um eine Oktett-Sequenz
so zu definieren, dass sie von der Ethernet-SAR-Funktion genutzt
werden könnten, um
den Start des gekapselten Benutzer-Datenpaketes innerhalb des Nutzteiles
des Master-Ethernet-Paketes
zu lokalisieren.
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Die
vorangegangene Beschreibung hat die Arbeitsweise der Ethernet-SAR-Funktion
bei empfangenen Master-Ethernet-Paketen erläutert, d. h. den Extraktions-
und Wiederzusammenfügungsmodus.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft die Arbeitsweise der Ethernet-SAR-Funktion bei übermittelten
Master-Ethernet-Paketen, d. h. den Segmentierungs- und Kapslungsmodus.
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Die
Ethernet-SAR-Funktion tritt bei Benutzer-Datenpaketen in einem Speicher-
und einem Vorwärtsmodus
in Funktion. Ein ganzes Benutzer-Datenpaket wird der Ethernet-SAR-Funktion zur Kapselungsverarbeitung
in ein Master-Ethernet-Paket unterzogen. Nach der asynchronen Ankunft
des Benutzer-Datenpaketes bestimmt die Ethernet-SAR-Funktion zuerst
die Anzahl der leeren Oktette im Benutzer-Datenpaket-Nutzbereich
des verarbeiteten Master-Ethernet-Paketes. Die Ethernet-SAR-Funktion fügt dann
die Systemverwaltungs-Oktette
für den Start
der Benutzer-Datenpaket-Sequenz (d. h. mindestens ein „Frei"-Zeichen unmittelbar
gefolgt von einem „Sync"-Zeichen) sowie den „Benutzer-Datenpaketlängen"-Deskriptor an das Benutzer-Datenpaket an.
Als nächstes
bestimmt die Ethernet-SAR-Funktion
die Länge
des Benutzer-Datenpaketes einschließlich Kopf, FCS und angefügte Systemverwaltungs-Oktette.
Dann wird unter Verwendung der Anzahl leerer Oktette im Benutzer-Datenpaket-Nutzbereich
des Master-Ethernet-Paketes als ein Grenzwert verarbeitet und die
Ethernet-SAR-Funktion startet die Übertragung der Benutzer-Datenpaket-Oktette
einschließlich
Kopf, FCS und angefügte
Systemverwaltungs-Oktette zum Master-Ethernet-Paket. Wenn die Oktette in den Master-Ethernet-Paket-Nutzbereich übertragen
werden, vermindert sie Ethernet-SAR-Funktion den Zählwert leerer
Oktette im Benutzer-Datenpaket-Nutzbereich
des Master-Ethernet-Paketes. Dieser Prozess der Übertragung von Benutzer-Datenpaket-Oktetten
in das Master-Ethernet-Paket wird fortgesetzt, bis das ganze Benutzer-Datenpaket in den
Nutzbereich des Master-Ethernet-Paketes überführt worden ist oder bis keine
leeren Oktette mehr im Nutzbereich des Master-Ethernet-Paketes mehr
vorhanden sind. In beiden Fallen hat die Ethernet-SAR-Funktion eine
Anzahl von Prozessschritten auszuführen. Wenn das ganze Benutzer-Datenpaket überführt worden
ist und es verbleiben im Nutzbereich des Master-Ethernet-Paketes
noch leere Oktette, prüft
die Ethernet-SAR-Funktion die Benutzer-Paketwarteschlange, um zu
sehen, ob dort noch ein anderes Benutzer-Datenpaket auf die Kapselung
wartet. Wenn jedoch kein weiteres Benutzer-Datenpaket darauf wartet
gekapselt zu werden, dann füllt
die Ethernet-SAR-Funktion den verbleibenden Nutzbereich des Master-Ethernet-Paketes
mit „Frei"-Zeichen aus. Dies
zeigt der Ethernet-SAR-Funktion am anderen Ende der Verknüpfung an,
dass der Fluss der Benutzer-Datenpakete gestoppt wurde. Wenn dort
ein anderes Benutzer-Datenpaket darauf wartet gekapselt zu werden,
dann fügt
die Ethernet-SAR-Funktion die Systemverwaltungsoktette für den Start
der Benutzer-Datenpaketsequenz
und den „Benutzer-Datenpaketlängen"-Deskriptor an das
wartende Benutzer-Datenpaket an und initialisiert die oben beschriebene Übertragungssequenz
von neuem. Falls im Nutzteil des Master-Ethernet-Paketes keine leeren Oktette
verbleiben und noch nicht das ganze Benutzer-Datenpaket übertragen
worden ist, dann halt die Ethernet-SAR-Funktion die Überführung an, bis das nächste Master-Ethernet-Paket
verfügbar
ist. Sie setzt dann die Überführung der
Benutzer-Datenpaketoktette in den Nutzteil des nächsten Master-Ethernet-Paketes
fort. Der Überführungsprozess
wird dann fortgesetzt, bis die restlichen Benutzer-Datenpaketoktette
in den Nutzteil des nächsten
Master-Ethernet-Paketes überführt worden
sind.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die Benutzer-Datenpakete Standard-Ethernet-Pakete.
Die maximale Größe eines
Standard-Ethernet-Paketes beträgt
1518 Oktette, und es kann infolge des verfügbaren Benutzer-Datenpaket-Nutzbereichs
innerhalb von zwei Master-Ethernet-Paketen angepasst werden. Daher wären sogar
nicht mehr als zwei Master-Ethernet-Pakete erforderlich, um jedes
Standard-Ethernet-Benutzer-Datenpaket
zu transportieren. Es versteht sich jedoch und ist aus der obigen
Beschreibung ersichtlich, dass der Betrieb der Ethernet-SAR-Funktion
nicht auf zwei aufeinanderfolgende Master-Ethernet-Pakete begrenzt
ist. Benutzer-Datenpaket, welche sehr viel größer sind als die maximale Größe eines
Standard-Ethernet-Paketes können
durch die Ethernet-SAR-Funktion
zur Übertragung über das LAN-Segment
in einer fortlaufenden Serie von Master-Ethernet-Paketen gekapselt werden.
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Es
gibt zwei Master-Ethernet-Paketformate: Typ I für den 10Base-T-Ethernet-Modus
ist in den 5 und 6 dargestellt
und mit 70 bezeichnet sowie der Typ II für den 100Base-TX-Ethernet-Modus ist
in den 7 und 8 dargestellt und mit 72 bezeichnet.
Die Ethernet-SAR-Funktion
funktioniert sowohl mit Master-Ethernet-Paketen vom Typ I als auch
vom Typ II. Die Etheenet-SAR-Funktion empfängt die CBR-Kanal-Datenbits
in synchroner Art und Weise von einer TDM-Ablaufwarteschlange und
kapselt sie an festen Positionen innerhalb des Master-Ethernet-Paketes
zur Übertragung über das LAN-Segment,
wie es in den 5 und 7 dargestellt
ist. Wenn sie mit empfangenen Master-Ethernet-Paketen arbeitet,
extrahiert die Ethernet-SAR-Funktion die CBR-Kanal-Datenbits aus
den bekannten CBR-Kanal-Positionen innerhalb des Nutzbereiches des
Master-Ethernet-Paketes und überführt sie
in synchroner Weise zu einer TDM-Ablaufwarteschlange. Der Abschnitt
mit dem Titel „Die Arbeitsweise
der Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Ablaufwarteschlange" beschreibt die synchrone
Arbeitsweise der TDM-Ablaufwarteschlangen.
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Das Format der Master-Ethernet-Pakete
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Wie
oben bemerkt, gibt es zwei Master-Ethernet-Paketformate: Typ I für den 10Base-T-Ethernet-Modus ist
in den 5 und 6 dargestellt und mit 70 bezeichnet
sowie der Typ II für
den 100Base-TX-Ethernet-Modus ist in den 7 und 8 dargestellt
und mit 72 bezeichnet.
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Die
Master-Ethernet-Pakete vom Typ I für 10 Mbit/s-Segmente (10Base-T)
werden mit einer konstanten 1 ms-Rate erzeugt, um die Übertragung
mit konstanter Bitrate (CBR) über
das LAN-Segment zwischen dem Kommunikationsvermittlungsmodul (CSM)
und dem Benutzerstationsgeräte(UTE)-Adapter
zu erleichtern. Der 1 ms-Datenübertragungsblocktakt
wird vom Start des ersten Präambelbits
eines Paketes bis zum Start des ersten Präambelbits des nächsten Paketes
gemessen, wie es in 5 dargestellt ist. Man beachte,
dass eine fixierte Lücke zwischen
den Paketen (IPG) von 16 Oktetten in der 1 ms-Periode enthalten
ist.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind vier Blöcke mit je acht Oktetten im
Datenübertragungsblock
reserviert, um PCM-modulierte Sprachabtastungen, Signalisierungsinformationen
für digitale
Tastentelefone und Managementkanalinformationen zu befördern. Diese Blöcke von
reservierten Oktetten werden zum Transport von drei 64 kbit/s-CBR-B-Kanälen, einem
32 kbit/-CBR-D-Kanal und einem 32 kbit/s-CBR-Managementkanal zwischen der CSM und
dem UTE-Adapter benutzt.
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Der
erste reservierte Block von acht Oktetten startet unmittelbar auf
den Standard-Vierzehn-Oktett-Ethernet-Kopf
folgend, und die verbleibenden drei Blöcke starten 326, 639 und 951
Oktette in den entsprechenden Datenübertragungsblock, wie in 5 dargestellt.
Der Abstand zwischen diesen reservierten Blöcken innerhalb des Datenübertragungsblockes
ist so bemessen worden, um ihn an die Standard-Abtastrate von 8
kHz (125 μs)
anzupassen, wie sie in digitalen Telekommunikationssystemen angewandt
wird. Herkömmliche
digitale Leitungssender nutzen zur Verknüpfung mit digitalen Tastentelefonen zu
deren gemeinsamer Übertragungsgeräteeinheit alle
250 μs zwei
PCM-Sprachabtastungen pro B-Kanal zwischen dem digitalen Tastentelefon
und der gemeinsamen Geräteeinheit.
Jedoch bewirkt die Anwendung von 10Base-T-Ethernet als Transportmedium
mit einer Oktettrate von 800 ns, dass die 250 μs-PCM-Abstastausrichtung auf
halbem Wege in eine 800 ns-Oktett-Zeit fällt. Aus diesem Grunde sind die
Blöcke
reservierter Oktette abwechselnd auf 800 ns-Oktett-Grenzen bei 249,6 μs und 250,4 μs ausgerichtet,
was eine präzise
Taktgabe von 500 μs
zwischen je zwei Blöcken
reservierter Oktette ergibt, wie es in 5 dargestellt
ist. Die resultierende Übertragungsrate
von PCM-Abtastungen über
das Ethernet-LAN-Segment beträgt
125 μs (d.
h. zwei Abtastungen alle 250 μs).
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Die
Nutz-Oktette zwischen den vier reservierten Blöcken von acht Oktetten stehen
für den Transport
von Benutzer-Datenpaketen zur Verfügung. Die für den Transport von Benutzer-Datenpaketen zur
Verfügung
stehenden Oktette werden in vier Blöcke von 304, 305, 304 bzw.
263 Oktetten unterteilt, wie es in 5 dargestellt
ist. Große
Benutzer-Datenpakete müssen
für den
Transport über
das LAN-Sement segmentiert in die Nutzbereiche eingefügt werden.
Um die Wiederzusammenfügung
der segmentierten Benutzer-Datenpakete zu erleichtern, wird ein
Eigentümer-Kopf
(d. h. eine Benutzer-Datenpaket-Startzeichensequenz) an jedes gekapselte
Benutzer-Datenpaket angefügt,
wofür in 6 ein
Beispiel dargestellt ist. Der Eigentümer-Kopf enthält ein Minimum
von einem „Frei"-Zeichen, einem „Sync"-Zeichen und zwei Benutzer-Datenpaketlängen-Deskriptoren.
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Nun
wird auf die 7 und 8 Bezug
genommen, wo Master-Ethernet-Pakete vom Typ II für 100 Mbit/s-Segmente (100Base-TX)
mit einer konstanten 125 μs-Rate
erzeugt werden, um die Übertragung
mit konstanter Bitrate (CBR) über
das LAN-Segment zwischen dem CSM und dem UTE-Adapter zu erleichtern.
Der 125 μs-Datenübertragungsblocktakt
wird vom Start des ersten Präambelbits
eines Paketes bis zum Start des ersten Präambelbits des nächsten Paketes
gemessen, wie es in 7 dargestellt ist. Man beachte,
dass eine fixierte IPG von 36,5 Oktetten in der 125 μs-Periode
enthalten ist.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Block mit acht Oktetten im Datenübertragungsblock
reserviert, um PCM-modulierte Sprachabtastungen, Signalisierungsinformationen
für digitale
Tastentelefone und Managementkanalinformationen zu befördern. Der
Block der reservierten Oktette wird zum Transport von drei 64 kbit/s-CBR-B-Kanälen, einem
32 kbit/-CBR-D-Kanal und einem 32 kbit/s-CBR-Managementkanal zwischen
der CSM und dem UTE-Adapter benutzt.
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Der
reservierte Block von acht Oktetten startet unmittelbar auf den
Standard-Vierzehn-Oktett-Ethernet-Kopf
folgend, wie es in 7 dargestellt ist. Der Abstand
zwischen dem reservierten Block in einem Master-Paket zum nächsten wurde derart
gewählt,
dass er an die Standard-Abtastrate von 8 kHz (125 μs) angepasst
ist, die in digitalen Telekommunikationssystemen Anwendung findet.
Die Positionen der reservierten Blöcke von acht Oktetten sind
in Abständen
von 125 μs
von einem Paket zum nächsten
platziert, was die Ethernet-IPG-Anforderungen
berücksichtigt.
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Der
reservierte Block von 1492 Oktetten folgt unmittelbar auf den reservierten
Sprachblock und dient dazu, gekapselte Benutzer-Datenpakete zu befördern. Ein
Benutzer-Datenpaket maximaler Größe wird
nicht in diesen reservierten Block von 1492 Oktetten passen, und
man wird es in mehrere Datenübertragungsblöcke vom
Typ II segmentieren müssen. Zur
Anpassung an das Wiederzusammenfügen
der segmentierten Benutzer-Datenpakete wird ein Eigentümer-Kopf
an jedes gekapselte Benutzer-Datenpaket in einer Weise angefügt, wie
sie zuvor für
den Datenübertragungsblock
vom Typ I beschrieben wurde. Details von CBR und Datenblöcken sind
in 8 dargestellt.
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Die Wirkungsweise des synchronen Master-Ethernet-Datenübertragungsblockes
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Der
Kommunikationsvermittlungsmodul (CSM) 44 enthält auch
den Ethernet-Segmentierungs-
und Wiederzusammenfügungsmechanismus (SAR)
zur Formatierung und Übertragung
von Daten in Ethernet-Paketen zur Schaffung eines synchronen Pfades
mit geringer Verzögerung über eine
einzige Netzwerkverknüpfung
zwischen dem Benutzerstations geräte(UTE)-Adapter
und der CSM. Es ist der Ethernet-SAR-Mechanismus, der eine Dienstqualität (QoS)
für die
verzögerungsempfindliche
Information sicherstellt.
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Um
die Übertragung
eines Informationskanales mit konstanter Bitrate (CBR) über das LAN-Segment zu erleichtern,
müssen
die Taktsignale (d. h. die Taktgeber) im UTE-Adapter und im CSM synchronisiert
werden. Die Übertragung
von Master-Ethernet-Paketen entweder vom Typ I oder vom Typ II mit
einer fixierten konstanten Rate vom CSM aus schafft eine Taktreferenz
für den
UTE-Adapter. Diese Taktreferenz wird vom UTE-Adapter genutzt, um
seinen lokal erzeugten Takt an den Master-Referenz-Taktgeber im
CSM anzukoppeln. Es ist notwendig, die Master-Ethernet-Pakete jedes
Benutzeranschlusses untereinander auszurichten, aber es ist notwendig,
dass die einzelnen Master-Ethernet-Pakete einen synchronisierten
Zugriff zu den Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Ablaufwarteschlangen haben. Der
Abschnitt mit dem Titel „Systemtaktgabesystem" beschreibt ein Verfahren,
durch welche die Synchronisierungsfunktion für den UTE-Adapter ausgeführt wird
mit weiteren Details.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der Erfindung für
10 Mbit/s-Ethernet (10Base-T) erzeugt der im CSM enthaltene Ethernet-SAR-Mechanismus die
in den 5 und 6 dargestellten Master-Ethernet-Pakete
in einer konstanten 1 ms-Rate für
die Benutzeranschlüsse
am CSM. Bei einer anderen möglichen
Ausführungsform
der Erfindung für 100
Mbit/s-Ethernet (100Base-TX) erzeugt der im CSM enthaltene Ethernet-SAR-Mechanismus
die in den 7 und 8 dargestellten
Master-Ethernet-Pakete in einer konstanten 125 μs-Rate für die Benutzeranschlüsse am CSM.
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Diese
Master-Ethernet-Pakete werden benutzt, um sowohl verzögerungsempfindliche
als auch nicht verzögerungsempfindliche
Informationen zu kapseln und über
die Netzwerkverknüpfung
zwischen einem beliebigen UTE-Adapter und dem CSM zu transportieren.
Dies wird mittels der Ethernet-SAR-Funktion durchgeführt, die
durch den Block 66 in 3 gekennzeichnet
ist und durch den CSM, der in 2 mit 44 gekennzeichnet
ist, um die Benutzer-Datenpaket-Segmentierungs- und -Kapselungsfunktion
sowie die komplementäre
Paket-Extraktions-
und -Wiederzusammenfügungsfunktion
zu realisieren. Das Verfahren und das Gerät, durch welche diese Funktionen
ausgeführt
werden, werden mit weiteren Details in dem Abschnitt mit dem Titel „Ethernet-Segmentierungs-
und Wiederzusammenfügungsfunktion" beschrieben werden.
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Der
Segmentierungsteil der Ethernet-SAR-Funktion innerhalb des CSM kombiniert
sowohl verzögerungsempfindliche
(beispielsweise Audio, Video) als auch nicht verzögerungsempfindliche (beispielsweise
Pakete) Daten in Master-Ethernet-Pakete zur Übertragung an den an das LAN-Segment
angefügten
UTE-Adapter, der dem Benutzeranschluss des CSM zugeordnet ist und
von dort bedient wird. Umgekehrt extrahiert und trennt der Wiederzusammenfügungsteil
der Ethernet-SAR-Funktion in den Master-Ethernet-Paketen enthaltene
verzögerungsempfindliche
(beispielsweise Audio, Video) und verzögerungsempfindliche (beispielsweise
Pakete) Daten vom UTE-Adapter, der dem Benutzeranschluss des CSM
zugeordnet ist und von dort bedient wird.
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Die
Ethernet-SAR-Funktion baut Schnittstellen zwischen den TDM-Ablaufwarteschlangen,
den Benutzerpaket-Ablaufwarteschlangen und dem MAC(Media-Access-Controller)-Anschluss-Schnittstellen
des CSM auf.
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Die
vorangegangene Beschreibung hat die Arbeitsweise des synchronen
Ethernet-Paketes vom Standpunkt des Benutzeranschlusses am CSM aus betrachtet
beschrieben. Die Arbeitsweise des Master-Ethernet-Paketes am Netzwerkanschluss
des UTE-Adapters funktioniert in entsprechender Weise nur komplementär. Der Wiederzusammenfügungsbereich
der Ethernet-SAR-Funktion
im UTE-Adapter bearbeitet durch den Segmentierungsbereich der Ethernet-SAR-Funktion geschaffene
Master-Ethernet-Pakete und umgekehrt.
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Die Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Ablaufwarteschlangen
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Die
Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Ablaufwarteschlangen 58 des
Kommunikationsvermittlungsmoduls (CSM) sind entsprechend der TDM-Vollduplex-Datenautobahn-Struktur
strukturiert und werden dazu benutzt, eine Information auf einem
Kanal mit konstanter Bitrate (CBR) zwischen dem Benutzer oder Netzwerk-Schnittstellenkarten
und dem CBR-Verarbeitungsmodul
der CBR-Verarbeitungs-CPU transportiert. Die Platzierung der Datenbits,
welche die CBR-Kanalinformation in den Master-Ethernet-Paketen befördern, wurden
so bemessen, dass sie an die Standard-Abtastrate von 8 kHz (125 μs) angepasst
ist, die in digitalen Telekommunikationssystemen Anwendung findet.
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Die
TDM-Ablaufwarteschlangen sind Gruppen von Registerbits oder Speicherplätzen, welche genutzt
werden, um eine Zwischenspeicherung und eine Umwandlung zwischen
Paket-TDM-Kanal-Formaten
für die
CBR-Kanal-Datenbits zu realisieren. Umgekehrt realisieren die TDM-Ablaufwarteschlangen
die Umwandlung zwischen den TDM-Kanal- und Paketformaten für die CBR-Kanal-Datenbits.
Die Länge
einer TDM-Ablaufwarteschlange (d. h. die Anzahl der Bitpositionen)
ist eine Funktion der Bandbreite des zugehörigen bedienten CBR-Kanals. Daher kann
durch Änderung
der Anzahl der Bitpositionen in der TDM-Ablaufwarteschlange die Bandbreite des
von der TDM-Ablaufwarteschlange bedienten CBR-Kanals skaliert werden. Zusätzlich können TDM-Ablaufwarteschlangen
unterschiedlicher Längen
eingerichtet werden, um einen Service für mehrere CBR-Kanäle unterschiedlicher
Bandbreiten einzurichten. Dies sind Merkmale der vorliegenden Erfindung.
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Die
TDM-Ablaufwarteschlangen arbeiten nur in einer Richtung, und es
sind zwei von ihnen erforderlich, um einen Voll-Duplex-Informationsfluss
zu schaffen. Eine TDM-Ablaufwarteschlange
wird benutzt, um die CBR-Kanal-Datenbits aus den Master-Ethernet-Paketen zu empfangen
und sie in einen synchronen Zeitschlitz auf einer TDM-Datenautobahn
zu übertragen.
Umgekehrt ist eine TDM-Ablaufwarteschlange erforderlich, um die
CBR-Kanal-Datenbits
aus einem synchronen Zeitschlitz auf der TDM-Datenautobahn zu empfangen
und sie in die Master-Ethernet-Pakete zu übertragen.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besteht eine TDM-Datenautobahn aus vierundsechzig 64
kbit/s-CBR-Kanälen und
wird für
den Transport von Signalisierungs-, Steuerungs-, Anrufeinstellungs-
und digitalisierten Sprach(PCM)-Informationen
zwischen dem Ethernet-Vermittlungsbereich und dem CBR-Verarbeitungsmodulbereich
des CSM benutzt. Die vierundsechzig Kanäle mit konstanter Bitrate oder
Zeitschlitze sind in drei Kanaltypen segmentiert: 1) PCM-Kanäle zum Befördern digitalisierter
Sprachinformationen, 2) Signalisierungskanäle zum bei diesem Kanaltyp
kollektiven Befördern
von Signalisierungs-, Steuerungs- und Anrufeinstellungsinformationen
für digitale
Tastentelefone und 3) einem „Managementkanal" zur Schaffung von
einer Kommunikationsverknüpfung
zwischen der CBR-Verarbeitungs-CPU und dem Ethernet-Vermittlungsbereich.
Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung sind zweiunddreißig
der vierundsechzig Zeitschlitze als PCM-Kanäle definiert worden, um eine
Kapazität
zur gleichzeitigen Übertragung
von zweiunddreißig
Telefongesprächen
auf der TDM-Datenautobahn zu schaffen. Die PCM-Kanäle verbrauchen
2,048 Mbit/s der verfügbaren TDM-Datenautobahn-Bandbreite von 4,096
Mbit/s. Die verbleibenden 2,048 Mbit/s der TDM-Datenautobahn-Bandbreite werden
einem 32 kbit/s-Signalisierungskanal und einem 1,024 Mbit/s-Managementkanal zugewiesen.
Anzumerken ist, dass alle Bitraten aller dieser Kanaltypen Vielfache
oder ganzzahlige Teiler der 64 kbit/s-Zeitschlitze der TDM-Datenautobahn
sind.
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Die Arbeitsweise der Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Ablaufwarteschlangen
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Die
Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Ablaufwarteschlangen sichern die Funktion
der Umwandlung der Kanaldaten mit konstanter Bitrate (CBR) zwischen
TDM-Kanal- und Paket-Formaten.
Zusätzlich bieten
die TDM-Ablaufwarteschlangen den Mechanismus, um die CBR-Kanal-Datenbits
zwischen der LAN-Transportfrequenz und der Transportfrequenz der
TDM-Datenautobahn zu synchronisieren und in ihrer Rate zu wandeln.
Dies sind Merkmale der vorliegenden Erfindung.
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Die
TDM-Ablaufwarteschlangen werden als Gruppen von Speicherelementen
(beispielsweise Registerbits oder Speicherplätze) implementiert, welche
eine Zwischenspeicherung von CBR-Kanal-Datenbits
vorsehen. Die TSM-Ablaufwarteschlangen sind mit Taktgabe- und Steuerungslogik
gekoppelt, so dass eine synchrone Umwandlung der CBR-Kanal-Datenbits
zwischen Paket- und TDM-Kanal-Formaten erreicht wird. Die CBR-Kanal-Datenbits
werden mittels der Ethernet-Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungsfunktion
(SAR) aus den Master-Ethernet-Paketen extrahiert und mittels der
Taktgabe- und Steuerungslogik in die Speicherelemente der TDM-Ablaufwarteschlange
eingeschrieben. Die CBR-Kanal-Datenbits werden aus den Speicherelementen
der TDM-Ablaufwarteschlange ausgelesen und durch die TDM-Datenautobahn-Schnittstellenlogik
in einen Zeitschlitz oder eine Gruppe von Zeitschlitzen auf der
TDM-Datenautobahn eingereiht. Umgekehrt werden die CBR-Kanal-Datenbits durch die
TDM-Datenautobahn-Schnittstellenlogik aus dem Zeitschlitz oder einer
Gruppe von Zeitschlitzen auf der TDM-Datenautobahn ausgereiht und
in die Speicherelemente der TDM-Ablaufwarteschlange eingeschrieben.
Die CBR-Kanal-Datenbits durch die TDM-Datenautobahn-Schnittstellenlogik aus
den Speicherelementen der TDM-Ablaufwarteschlange ausgelesen
und durch die Ethernet-SAR-Funktion in den Master-Ethernet-Paketen
gekapselt.
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Die
TDM-Ablaufwarteschlangen sind entsprechend der Vollduplex-TDM-Datenautobahn-Struktur strukturiert,
um die CBR-Kanal-Informationen zwischen dem Benutzer oder Netzwerk, den
Schnittstellenkarten und dem CBR-Verarbeitungsmodul der CBR-Verarbeitungs-CPU-Karte zu transportieren.
Bei einer möglichen
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist die Datenübertragungsblock-Wiederholrate
für die
Vollduplex-TDM-Datenautobahnen
auf der Grundlage der in digitalen Telekommunikationssystemen als
Standard-Abtastrate verwendeten 8 kHz (125 μs) gewählt worden. Die resultierende
TDM-Datenautobahn-Struktur
mit einer Datenübertragungsblock-Rate
von 8 kHz (125 ms) wird mit 4,096 MHz getaktet, was vierundsechzig
DS0(64 kbit/s)-8 Bit-Zeitschlitze pro Datenübertragungsblock ergibt. Die
Bitrate der TDM-Datenautobahn von 4,096 MHz ist gewählt worden,
weil sie ein Vielfaches der Standard-Abtastrate von 8 kHz ist (512 × 8 kHz
= 4,096 MHz), wodurch sich ein unkomplizierter Umwandlungsprozess
zwischen der CBR-Kanal-Bitrate und der TDM-Datenautobahn-Transportrate
ergibt.
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Die
TDM-Ablaufwarteschlangen bilden einen Mechanismus zum Synchronisieren
und zur Ratenumwandlung der CBR-Kanal-Datenbits zwischen der LAN-Transportfrequenz
und der Transportfrequenz der TDM-Datenautobahn. Der Haupttaktgeber
im Kommunikationsvermittlungsmodul (CSM) wird benutzt, um die Taktgabe
sowohl für
die TDM-Datenautobahn als auch für
die Erzeugung und Übertragung der
Master-Ethernet-Pakete abzuleiten. Der synchrone Charakter der Übertragung
der Master-Ethernet-Pakete vom CSM zum Benutzerstationsgeräte(UTE)-Adapter
ermöglicht
es dem UTE-Adapter, die Übertragung
seiner Master-Ethernet-Pakete
mit dem Haupttaktgeber im CSM zu synchronisieren. Da die Übertragung
der Master-Ethernet-Pakete vom UTE-Adapter mit dem Haupttaktgeber
im CSM synchronisiert ist, kann zwischen den an einem Benutzeranschluss
des CSM ankommenden CBR-Kanal-Datenbits
und den Zeitschlitzen der TDM-Datenautobahn eine feste Taktbeziehung
eingerichtet werden.
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Der
Empfänger
synchronisiert sich nach den ankommenden Master-Ethernet-Paketen,
extrahiert die CBR-Kanal-Datenbits aus den fixierten Positionen
innerhalb des Nutzteiles des Master-Ethernet-Paketes und schreibt
sie in die Speicherelemente der TDM-Ablaufwarteschlange ein. (Man
beachte, dass der Begriff „Empfänger" in diesem Zusammenhang
den Media-Access-Controller
(MAC), die Ethernet-SAR-Funktion und die an die TDM-Ablaufwarteschlangen
angekoppelte Taktgabe- und Steuerungslogik bezeichnet). Im Falle
des Master-Ethernet-Paketes vom Typ I wird alle 250 μs eine neue
Serie von CBR-Kanal-Datenbits
den Empfänger
erreichen. Im Falle des Master-Ethernet-Paketes vom Typ II wird alle
125 μs eine
neue Serie von CBR-Kanal-Datenbits den Empfänger erreichen. Die CBR-Kanal-Datenbits werden
mit derjenigen Rate in die Speicherelemente der TDM-Ablaufwarteschlange
eingeschrieben, in der sie ankommen. Die zuvor eingeschriebenen
CBR-Kanal-Datenbits müssen
aus den Speicherelementen der TDM-Ablaufwarteschlange ausgelesen
und zur TDM-Datenautobahn übertragen werden
bevor die nächste
Serie von CBR-Kanal-Datenbits ankommt oder sie werden mit den neuen
Datenbits überschrieben.
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Die
Datenübertragungsblockrate
der TDM-Datenautobahn und die Ankunftsrate der Master-Ethernet-Pakete,
welche die CBR-Kanal-Datenbits enthalten, werden mit dem Hauttaktgeber
synchronisiert. Die Synchronisierung ermöglicht es, dass eine feste
Taktbeziehung, welche für
die Übertragung der
CBR-Kanal-Datenbits in die bzw. aus der TDM-Ablaufwarteschlange
einzurichten ist. Dies erlaubt der Taktgabe- und Steuerungslogik
sowie der TDM-Datenautobahn-Schnittstellenlogik
den Zugriff zu den TDM-Ablaufwarteschlangen-Speicherelementen im Takt an fixierten
aber getrennten Punkten. Alle Übertragungen
in die bzw. aus der TDM-Ablaufwarteschlange basieren auf der Datenübertragungsblockrate
der TDM-Datenautobahn sowie auf der Rate, mit welcher die CBR-Kanal-Datenbits
den Benutzeranschluss am CSM erreichen. Im Falle des Master-Ethernet-Paketes
vom Typ I erreichen die CBR-Kanal-Datenbits alle 250 μs den Benutzeranschluss
des CSM und werden in die TDM-Ablaufwarteschlange übertragen.
Im Falle des Master-Ethernet-Paketes vom Typ II erreichen die CBR-Kanal-Datenbits
alle 125 μs
den Benutzeranschluss des CSM und werden in die TDM-Ablaufwarteschlange übertragen.
In beiden Fällen
werden die CBR-Kanal-Datenbits
aus der TDM-Ablaufwarteschlange mit der 125 μs-Datenübertragungsblockrate der TDM-Datenautobahn übertragen.
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Nun
wird wieder das Master-Ethernet-Paket vom Typ I Bezug genommen,
wobei die CBR-Kanal-Datenbits
alle 250 μs über das
LAN-Segment übertragen
werden und daher mit halber Datenübertragungsblockrate der TDM-Datenautobahn
dort ankommen. Bei dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung greift die TDM-Datenautobahn-Schnittstellenlogik
auf Speicherelemente der TDM-Ablaufwarteschlange mit der TDM-Datenautobahn-Datenübertragungsblockrate
von 8 kHz (125 μs)
zu. Unter Anwendung dieser 125 μs-Periode
der TDM-Datenautobahn als Referenz ist es zur Aufrechterhaltung
eine kontinuierlichen Flusses der CBR-Kanal-Datenbits in einen TDM-Datenautobahn-Zeitschlitz
erforderlich, dass während
jeder 250 μs-Periode
des Master-Ethernet-Paketes vom Typ I zwei Datenübertragungsblöcke der
CBR-Kanal-Datenbits über
das LAN-Segment transportiert werden. Dies mag dem zufälligen Beobachter
unhandlich erscheinen, jedoch wurde eine CBR-Kanal-Transportperiode
von 250 μs
bei dieser Ausführungsform
der Erfindung absichtlich gewählt,
um die CBR-Kanal-Transportrate an einen herkömmlichen digitalen Tastentelefonterminal
anzupassen. Die daraus resultierende zwei-zu-eins-Differenz zwischen
der Datenübertragungsblockrate
der TDM-Datenautobahn und der CBR-Kanal-Transportperiode über das
LAN-Segment wird durch die Steuerung der Zugriffssequenz auf die
TDM-Ablaufwarteschlange
kompensiert. Wie zuvor festgestellt, muss die TDM-Datenautobahn
bei einer konstanten Datenübertragungsblockrate
von 8 kHz (125 μs)
Zugriff auf die TDM-Ablaufwarteschlange
haben, um einen kontinuierlichen Fluss von CBR-Kanal-Datenbits in
der Zeitschlitze der TDM-Datenautobahn aufrechtzuerhalten. Die Ethernet-SAR-Funktion
extrahiert die CBR-Kanal-Datenbits aus dem Master-Ethernet-Paket
bei einer Rate von 250 μs,
und die Taktgabe- und Steuerungslogik überträgt mit dieser Rate an die TDM-Ablaufwarteschlange.
Jedoch werden zwei Datenübertragungsblöcke von
CBR-Kanal-Datenbits
während
jeder 250 μs-CBR-Kanal-Periode über das
LAN-Segment übertragen.
Daher überführt die
Taktgabe- und Steuerungslogik beide empfangenen Datenübertragungsblöcke von
CBR-Kanal-Datenbits während
eines einzigen Zugriffes auf die DTM-Ablaufwarteschlangen-Speicherelemente.
Umgekehrt entnimmt die TDM-Datenautobahn-Schnittstellenlogik alle 125 μs einen Datenübertragungsblock
der empfangenen CBR-Kanal-Datenbits,
die mittels der Taktgabe- und Steuerungslogik mit einer Rate von
250 μs eingeschrieben
wurden.
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Bei
einer anderen möglichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden Master-Ethernet-Pakete vom Typ II angewandt,
um die CBR-Kanal-Infornmationen über
das LAN-Segment zu
transportieren. Im Falle des Typ II-Datenübertragungsblockes werden die
CBR-Kanal-Datenbits
alle 125 μs über das
LAN-Segment übertragen.
Bei dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung greift die TDM-Datenautobahn-Schnittstellenlogik
mit der TDM-Datenautobahn-Datenübertragungsblockrate
von 8 kHz (125 μs)
auf die TDM-Ablaufwarteschlangen-Speicherelemente
zu. Die 125 μs-Periode der
TDM-Datenautobahn ist die gleiche, wie die Ankunftsperiode der CBR-Kanal-Datenbits
in den empfangenen Master-Ethernet-Paketen.
Daher muss zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Flusses
von CBR-Kanal-Datenbits in einem TDM-Datenautobahn-Zeitschlitz während der
125 μs-CBR-Kanal-Periode des
Master-Ethernet-Paketes vom Typ II nur ein Datenübertragungsblock von CBR-Kanal-Datenbits über das
LAN-Segment transportiert werden. Die Ethernet-SAR-Funktion extrahiert
die CBR-Kanal-Datenbits bei einer 125 μs-Rate aus dem Master-Ethernet-Paket und
die Taktgabe- und Steuerungslogik überträgt sie mit dieser Rate zur
TDM-Ablaufwarteschlange. Umgekehrt entnimmt die TDM-Datenautobahn-Schnittstellenlogik
alle 125 μs einen
Datenübertragungsblock
empfangener CBR-Kanal-Datenbits
und reiht sie in einen Zeitschlitz oder in eine Gruppe von Zeitschlitzen
auf der TDM-Datenautobahn ein.
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Für beide
Typen von Master-Ethernet-Paketen, nämlich Typ I und Typ II, ist
die Taktgabe für
die TDM-Datenautobahn und für
die Übertragung
der Master-Ethernet-Pakete vom UTE-Adapter vom Hauttaktgeber des Systems
abgeleitet worden. Daher sind die Datenübertragungsblockrate auf der TDM-Datenautobahn
und die CBR-Kanal-Ankunftsrate vom UTE-Adapter synchronisiert. Dies ermöglicht es,
den Start der Master-Ethernet-Paket-Übertragung vom UTE-Adapter
an einen Zeitpunkt zu platzieren, welcher bewirkt, dass die Ankunft
der empfangenen CBR-Kanal-Datenbits zum Taktgabe- und Steuerungslogik-Zugriff
auf die Speicherelemente der TDM-Ablaufwarteschlange ausgerichtet
ist. Dies ist ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung.
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System-Taktgabe-Synchronisierung
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Um
die Übertragung
von Kanalinformationen mit konstanter Bitrate (CBR) über das
LAN-Segment zu erleichtern,
müssen
die Taktsignale zur Verarbeitung der CBR-Kanal-Information im Benutzerstationsgeräte(UTE)-Adapter
mit dem Haupt-Taktoszillator im Kommunikationsvermittlungsmodul
(CSM) synchronisiert werden. Die Taktsteuerung für die Übertragung von Master-Ethernet-Paketen
sowohl vom Typ I als auch vom Typ II vom CSM wird vom Haupt-Taktoszillator
abgeleitet. Die Übertragung
von Master-Ethernet-Paketen vom CSM mit fixierter Rate schafft eine
Taktreferenz für
den UTE-Adapter. Die im UTE-Adapter
lokal erzeugten Takte werden zur Verarbeitung der CBR-Kanal-Datenbits
genutzt, so dass diese durch diese Taktreferenz an den Haupt-Taktoszillator
im CSM eingerastet werden. Dies ist ein Merkmal der vorliegenden
Erfindung.
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Der
Haupt-System-Taktoszillator ist ein Teil des CBR-Verarbeitungsmoduls
auf der CBR-Verarbeitungs-CPU-Karte.
Die Haupt-Zählerkette
dividiert die Haupt-Taktoszillatorfrequenz herunter, um eine Folge
von Haupt-Taktfrequenzen zu erzeugen. Ein Haupt-TDM-Taktgeber wird
vom Haupt-Zählerkette versorgt
und zu den Ethernet-Schaltanschlusskarten sowie zu allen anderen
Benutzer- und Netzwerk-Schnittstellen oder -Verarbeitungskarten
im System übertragen.
Der Haupt-TDM-Takt wird aus der Folge von Haupt-Taktfrequenzen,
die vom Haupt-Systemtaktoszillator abgeleitet sind, ausgewählt. Die
Frequenz des Haupt-TDM-Taktes
wird derart gewählt,
dass sie das Doppelte der Frequenz der TDM-Datenautobahn-Bitrate ist, um die
Erzeugung lokaler Schnittstellenkarten-Taktsignale zu erleichtern.
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Die
Ethernet-Schalteranschlusskarte verwendet den von der CBR-Verarbeitungs-CPU
eingespeisten Haupt-TDM-Takt, um lokale Taktsignale zu erzeugen,
die zur Verarbeitung der CBR-Kanal-Datenbits und zur Steuerung der
fixierten Übertragungsrate
der Master-Ethernet-Pakete
vom Typ I und Typ II verwendet werden. Da der Haupt-TDM-Takt direkt vom
Haupt-Taktoszillator
abgeleitet wird, ist die Übertragungsrate
der Master-Ethernet-Pakete mit dem Haupt-Taktoszillator synchronisiert.
Der UTE-Adapter ist mit dem LAN-Segment verbunden, das durch einen
Benutzeranschluss an der Ethernet-Schaltanschlusskarte bedient wird.
Der UTE-Adapter empfängt
die Master-Ethernet-Pakete mit einer fixierten Rate mit dem Haupt-Taktoszillator als
Referenz vom Benutzeranschluss der Ethernet-Schalteranschlusskarte über das
LAN-Segment. Es gibt einen kleinen Schwankungsanteil, welcher durch
die Media-Access-Controller
(MACs) und durch die körperlichen Schnittstellen
(PHYs) an jedem Ende des LAN-Segments hereingetragen wird. Diese
Schwankungen werden jedoch durch die Zuerst-Ein-Zuerst-Aus(FIFO)-Speicher
an der Schnittstelle der MACs mit Paketpuffern sowie durch die Taktgabe- und
Steuerungslogik gekoppelt mit der Ethernet-Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungs(SAR)-Funktion,
welche zur Überführung der CBR-Kanal-Datenbits zu den
TDM-Ablaufwarteschlangen benutzt wird, kompensiert.
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Der
UTE-Adapter benutzt eine Phasen-Rast-Schleife (PLL), um die lokal
erzeugten Takte, die benutzt werden, um die CBR-Kanal-Datenbits zu
verarbeiten und um die Master-Ethernet-Pakete zurück zum CSM
zu übertragen,
an die fixierte Ankunftsrate der vom CSM empfangenen Master-Ethernet-Pakete
anzukoppeln. Die fixierte Übertragungsrate
der in beiden Richtungen über
das LAN-Segment fließenden
Master-Ethernet-Pakete (d. h. vom CSM zum UTE-Adapter und vom UTE-Adapter
zum CSM) wird durch das oben beschriebene Ver fahren mit dem System-Haupt-Taktoszillator
synchronisiert. Die an fixierten Positionen innerhalb dieser Master-Ethernet-Pakete
beförderten
CBR-Kanal-Datenbits kommen ebenfalls mit einer fixierten Rate synchronisiert
mit dem Haupt-Taktoszillator im CSM an. Diese sind Merkmale der
vorliegenden Erfindung.
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Die Überführung der
Kanal-Information mit konstanter Bitrate (CBR) und der Paketdateninformation über das
LAN-Segment
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Wie
zuvor beschrieben, werden die Master-Ethernet-Pakete mit einer konstanten
Rate erzeugt und übertragen,
um die Übertragung
der Kanalinformation mit konstanter Bitrate (CBR) über das LAN-Segment
zu erleichtern. Die CBR-Kanal-Information wird durch den Segmentierungsbereich
der Segmentierungs- und Wiederzusammenfügungs(SAR)-Funktion an fixierten
Positionen innerhalb des Datenübertragungsblocks
gekapselt.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
der Erfindung werden 10 Mbit/s-(10Base-T)-Master-Ethemet-Pakete (d. h. Pakete vom Typ
I) benutzt. In diesem Falle kapselt der Segmentierungsbereich der
Ethernet-SAR-Funktion die CBR-Information in fixierten Positionen
in 250 μs-Intervallen
innerhalb des Datenübertragungsblockes.
Diese fixierten Positionen sind derart verteilt, dass das letzte
250 μs-Intervall
innerhalb des Datenübertragungsblockes
einen Abstand von 250 μs
vom ersten 250 μs-Intertvall
des nächsten
Datenübertragungsblockes
hat, wobei die Anforderungen der Standard-Lücke zwischen den Ethernet-Paketen
(IPG) Berücksichtigung
finden. Durch diesen Prozess ist die Haupt-Taktgeberlogik des Kommunikationsvermittlungsmoduls
(CSM) in der Lage, die CBR-Kanal-Informations-Bytes zum MAC am zugehörigen Benutzeranschluss
in synchroner Zeitbereichsmultiplex(TDM)-Weise zu übertragen.
Der Rest der Nutz-Bytes des Master-Ethernet-Paketes ist zur Übertragung
von Benutzer-Datenpaket-Informationen verfügbar. Die Ethernet-SAR-Funktion überwacht
den Verkehrsfluss von den Benutzer-Datenpaket-Warteschlangen und
kapselt die Benutzer-Datenpakete
in die verleibenden Nutz-Bytes der Master-Ethernet-Pakete. Als ein
Teil des Benutzer-Datenpaket-Kapselungsprozesses kann es sein, dass
der Segmentierungsbereich der Ethernet-SAR-Funktion Benutzer-Datenpakete
in verfügbare
Nutz-Bytes zwischen den fixierten 250 μs-Intervallen, welche die CBR-Kanal-Information führen, segmentiert.
Es kann also für
den Segmentierungsbereich der Ethernet-SAR-Funktion erforderlich werden,
die Benutzer-Datenpakete in mehr als ein Master-Ethernet-Paket zu
segmentieren.
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Diese
Ausführungsform
der Erfindung hat ein Gerät
und ein Verfahren zur Einrichtung der Übertragung von CBR-Kanal-Informationsbytes
zur MAC eines Benutzeranschlusses am CSM in einer synchronen TDM-Weise
gezeigt.
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Bei
einer anderen möglichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der CBR-Kanal zur Übertragung von PCM-Informationsbytes
und Signalisierungsbytes von digitale Tastentelefonen benutzt. Die
resultierende Übertragung über das
vom Benutzeranschluss bediente LAN-Segment zu dem an das Segment
angefügten
Benutzerterminalgerät (bei
dieser Ausführungsform
ein digitales Tastentelefon) behält
seine synchrone TDM-Charakteristik. Wenn jedoch das digitale Tastentelefon
zur Synchronisierung des Master-Ethernet-Paketes in der Lage ist,
geht die TDM-Charakteristik der Verknüpfung verloren. Zusätzlich muss
das Benutzerterminalgerät
in der Lage sein, die CBR-Kanal-Information und die Benutzer-Datenpaket-Information
korrekt aus Master-Ethernet-Paket zu extrahieren. Daher benötigt das
digitale Tastentelefon eine Ethernet-SAR-Funktion, welche mit der
Ethernet-SAR-Funktion kompatibel ist, die im CSM zum Formatieren
des Master-Ethernet-Paketes benutzt wird.
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Das
digitale Tastentelefon muss zuerst seine interne Haupt-Taktbasis
mit den Master-Ethernet-Paketen
synchronisieren, die es aus dem LAN-Segment erhält. Nach der Synchronisierung
kann der Wiederzusammenfügungsbereich
der Ethernet-SAR-Funktion benutzt werden, um die PCM-Signalisierungs- und
Benutzer-Datenpaketinformation zu extrahieren. Die PCM-Bytes können dann
durch eine lokale TDM-Ablaufwarteschlange verarbeitet und zum CODEC
(Codierer/Decodierer) des digitalen Tastentelefones zur Umwandlung
in analoge Sprachsignale weitergeleitet werden. Die Signalisierungsinformation
wird ebenfalls von der lokalen TDM-Ablaufwarteschlange verarbeitet
und zur digitale Tastentelefon-Signalisierungsschaltung
weitergeleitet. Die gekapselten Benutzer-Datenpakete werden aus
den empfangenen Master-Ethernet-Paketen extrahiert und wieder zu
ihrer Ursprungsform zusammengefügt.
Die Pakete können
dann über
die Benutzerpaket-Ablaufwarteschlange zum Benutzeranschluss am digitalen
Tastentelefon überführt werden.
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Um
in dem beschriebenen System funktionieren zu können, muss das digitale Tastentelefon durch
Einfügung
der Ethernet-SAR-Funktion sowie einer Einrichtung zum Synchronisieren
seiner Haupt-Taktbasis modifiziert werden, wobei die Verfahren angewandt
werden, die mit weiteren Details in den Abschnitten mit dem Titel „System-Taktgabe-Synchronisierung" und „Ethernet-Segmentierung und
-Wiederzusammenfügung
(SAR)” beschrieben wurden.
Es versteht sich, dass das modifizierte digitale Tastentelefon durch
Einbau des UTE-Adapters weiter modifiziert werden kann, so dass
andere von Ethernet unterstützte
Geräte
einfach in eine oder mehrere geeignete Aufnahmen am Telefongerät eingesteckt
werden können.
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Die
Geräte
und Verfahren, die in dieser Patentanmeldung beschrieben wurden,
können
von Fachleuten auf den Gebieten der Telekommunikation, der Datenkommunikation
und der Ethernet-Netzwerktechnik unter Anwendung üblicher
Bauteile und Programmierungsverfahren leicht verstanden und realisiert
werden. Eine grundlegende Gesamtbeschreibung der Netzwerkkonzepte
und der Standard-Ethernet-Pakete ist zu finden in „A Guide
to Networking Essentials" („Führer durch
das Wesentliche von Netzwerken")
von Tittel und Johnson, veröffentlicht
von Course Technology, International Thompson Publishing Company,
1998, ISBN 0-7600-5097-X. Eine Beschreibung der Ethernet-Vermittlungstechnik ist
zu finden in „Switching
Technology in the Local Network – From LAN to Switched LAN
to Virtual LAN" („Vermittlungstechnik
im lokalen Netzwerk – Von
LAN zum vermittelten LAN zum virtuellen LAN") von Hein und Griffiths, veröffentlicht
von International Thompson Computer Press, 1997, ISBN 1-85032-166-3. Eine
Beschreibung des synchronen TDM und der Vermittlungsprinzipien von
Digitaltelefonen ist zu finden in „Data and Computer Communications" („Daten-
und Computerkommunikation")
von William Stalling, veröffentlicht
von Macmillan, ISBN 0-02-415440-7.