DE69534540T2 - Apparat und Methode zur Verarbeitung von Bandbreitenanforderungen in einer ATM-Vermittlungsstelle - Google Patents

Apparat und Methode zur Verarbeitung von Bandbreitenanforderungen in einer ATM-Vermittlungsstelle Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung von Bandbreiteanforderungen in einer ATM(asynchroner Transfermodus)-Vermittlungseinrichtung.
  • Spezieller bezieht sich die Erfindung auf das Problem der effizienten Zuweisung von Ressourcen für den Fall, dass ein gemultiplexter Strom von ATM-Zellen einzeln an unterschiedliche physikalische Ports vermittelt werden soll.
  • ATM-Verkehr stellt überwiegend diskontinuierlichen Datenverkehr dar, obgleich auch Sprachverkehr enthalten sein kann. Aufgrund seiner Beschaffenheit erfordert diskontinuierlicher Verkehr zeitweise hohe Bandbreiten und zu anderen Zeitpunkten wenig oder gar keine Bandbreite. Um die verfügbare Bandbreite effizient zu nutzen, ist es notwendig, die Bandbreite unter Verwendung der mittleren Bandbreiteanforderung aller Quellen und nicht der Spitzenbandbreite zuzuordnen; wenn eine Zuweisung gemäß der mittleren Bandbreite genutzt wird, ist es somit möglich, dass die Spitzen-Gesamtbandbreite aller Quellen größer als die verfügbare Leitungsbandbreite ist.
  • Daten, die für einen bestimmten Ausgangsport bestimmt sind, treten von vielen unterschiedlichen Eingangsports in die Vermittlungseinrichtung ein. Die momentane Gesamtdatenrate in der Vermittlungseinrichtung kann größer sein, als der Ausgangsport sicherstellen kann, sodass eine Zwischenspeicherung und ein eventueller Datenverlust aufgrund eines Überfließens des Pufferspeichers auftreten können. Die Reduzierung der Wahrscheinlichkeit dafür auf ein betriebsmäßig akzeptables Niveau führt zu einer geringen Verwendung der Vermittlungseinrichtung, was inakzeptabel ist. Ein Protokoll für dynamische Bandbreitezuweisung (DBA), das in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung GB 9322744.5 beschrieben ist, stellt ein Verfahren zur Zuweisung von Bandbreite zur Verfügung, bei welchem Anforderungen betreffs Bandbreite an den geforderten Ausgangsport gesendet werden und nur dann Daten gesendet werden, wenn die Bandbreite durch eine Bestätigungsnachricht zugewiesen worden ist.
  • Die EP-A-0484597 (Hewlett Packard Co.) betrifft ein Multicast-Koppelnetz, bei dem eine Blockierung gewünschter Signalpfade behandelt wird, indem eine Zelle, die durch das Koppelnetz gesendet werden soll, an einem Puffer an einem Eingangsport des Koppelnetzes gespeichert wird und versucht wird, die Zelle erneut durch das Koppelnetz zu senden, bis die Zelle erfolgreich gesendet worden ist oder bis eine maximale Anzahl von erneuten Versuchen zum Senden erreicht ist.
  • Del Re, E. et al. "An efficient high-speed packet switching with shared input buffers", Communication for Global Users, Orlando, 6.–9. Dezember 1992, Bd. 3, Nr. 6, S. 1472 – 1476, Institute of Electrical and Electronics Engineers, betrifft ein Hochgeschwindigkeits-Paketkoppelnetz, bei welchem jedes Paket, das an einem Eingang angekommen ist, in einer von N möglichen Warteschlangen gespeichert wird. Die Architektur erlaubt, dass der gleiche Puffer von den N separaten Warteschlangen gemeinsam genutzt wird, was eine bessere Leistungsfähigkeit im Vergleich zu dem Ansatz mit Ausgangswarteschlangen bietet.
  • Badran, H. F. et al. "Head of line arbitration in ATM switches with input-output buffering and backpressure control", Countdown to the New Millennium, Phoenix, 2.–5. Dezember 1991, Bd. 1, Nr. 2, S. 347–351, Institute of Electrical and Electronics Engineers, betrifft das Leistungsverhalten von nicht-blockierenden Paketvermittlungseinrichtungen mit Rückdrucksteuerung. Es wird ein Rückdruckmechanismus diskutiert, der die Eingangswarteschlangen unterdrückt, wenn die Ausgangspuffer gefüllt sind, welcher zur Verhinderung eines Zellenverlustes aufgrund eines Überfließens des Ausgangspuffers führt.
  • Die Behandlung von statistisch gemultiplexten, diskontinuierlichen Datendiensten und die Behandlung von Multicast-Verkehr sind möglicherweise zwei der komplexesten Aufgaben, die in einer ATM-Vermittlungseinrichtung auszuführen sind. Die meisten Multicast-Lösungen erfordern eine Beschleunigung des ATM-Vermittlungskerns, ein Kopiernetzwerk oder üblicherweise beides. Diese Verfahren sind ineffizient und eignen sich nicht für diskontinuierlichen Verkehr.
  • Das Protokoll für dynamische Bandbreitezuweisung (DBA) wurde derart entworfen, dass eine ATM-Vermittlungseinrichtung eingekapselt wird, um ein statistisches Multiplexen von diskontinuierlichen Datendiensten bereitzustellen, indem ein faires Verfahren der gemeinsamen Nutzung von Bandbreite zwischen Zellen angeboten wird, die für unterschiedliche Ausgänge bestimmt sind, und indem in einer Warteschlange Daten gespeichert werden, die nicht sofort über die Vermittlungseinrichtung übertragen werden können.
  • Multicast-Verkehr kann auch Komponenten des DBA-Protokolls nutzen, es muss aber ein neuer Ansatz verwendet werden.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung von Band breiteanforderungen zur Verfügung zu stellen, welche das Problem von statistisch gemultiplextem Multicast-Verkehr an einem Multiplexerpunkt lösen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein ATM-Kommunikationssystem zur Verfügung gestellt, das eine ATM-Vermittlungseinrichtung umfasst, die eine Mehrzahl von Eingangsports und eine Mehrzahl von Ausgangsports aufweist, wobei jeder der Eingangsports von einem Eingangsport-Server gespeist wird und jeder der Ausgangsports dazu vorgesehen ist, einen Ausgangsport-Server zu speisen, wobei die Eingangsport-Server eine Mehrzahl von Pufferspeichern aufweisen, und zwar einen für jeden der Ausgangsports, zu welchen Ausgangsports Daten über die Vermittlungseinrichtung übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pufferspeicher in den Eingangsport-Servern dazu vorgesehen ist, den Ausgangsport-Server, mit welchem er kommuniziert, vor der Übertragung von Daten abzufragen, um dadurch festzustellen, ob Datenabwicklungskapazität des Ausgangsport-Servers verfügbar ist, und dass das ATM-Kommunikationssystem Einrichtungen enthält, um zu bewirken, dass Unicast-Verkehr und Multicast-Verkehr über die Vermittlungseinrichtung in einem geeigneten Zeitschlitz übertragen werden.
  • Die Einrichtungen zum Bewirken, dass Unicast-Verkehr und Multicast-Verkehr durch die Vermittlungseinrichtung hindurch übertragen wird, können Ausgangszeitschlitz-Steuereinrichtungen sowie Terminierungseinrichtungen umfassen, die dazu vorgesehen sind, einen Zeitschlitz für die Übertragung jeder Unicast-Verkehrszelle zuzuweisen, und um zu berechnen, wann ein Zeitschlitz für die Übertragung einer Multicast-Verkehrszelle verfügbar ist.
  • Die Ausgangszeitschlitz-Steuereinrichtungen umfassen eine Speicheranordnung, um Informationen zu speichern, die den Zeitschlitz für die Übertragung einer Multicast-Verkehrszelle angeben und den Zeitschlitz reservieren.
  • Das Verfahren zur Verarbeitung von Bandbreiteanforderungen in einer ATM-Vermittlungseinrichtung umfasst die folgenden Schritte:
    • (a) Bestimmen, anhand der Kennung des virtuellen Kanals jeder Multicast-Verkehrszelle; zu welchem von mehreren Ausgangsports die Multicast-Zelle übertragen werden soll; und
    • (b) Inkrementieren eines Zählers, der jedem Ausgangsport zugeordnet ist, für jede Multicast-Verkehrszelle, die an diesen Ausgangsport gesendet werden soll; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst:
    • (c) Zuweisen von ausreichend Bandbreite, um die Verkehrszellen über die ATM-Vermittlungseinrichtung zu übertragen, entsprechend dem Inhalt der Zähler;
    • (d) Terminieren eines Zeitschlitzes für die Übertragung jeder Unicast-Verkehrszelle,
    • (e) Berechnen, wann ein Zeitschlitz für die Übertragung einer Multicast-Verkehrszelle verfügbar ist,
    • (f) Speichern der Kennung des Zeitschlitzes, der für eine Multicast-Verkehrszelle zur Verfügung steht, um diesen Zeitschlitz für Multicast-Verkehr zu reservieren, und
    • (g) Übertragen der Unicast- und Multicast-Verkehrszellen über die Vermittlungseinrichtung in ihren jeweiligen Zeitschlitzen.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vermittlungseinrichtung ist, welcher Eingangsport-Server und Ausgangsport-Server zugeordnet sind;
  • 2 ein Blockdiagramm ist, welches einen Bandbreitezuweisungsmechanismus angibt;
  • 3 ein schematisches Blockdiagramm von Pufferspeichern ist, welche mehrere Schwellenwerte enthalten;
  • 4 ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Teils eines ATM-Kommunikationssystems ist;
  • 5 eine Tabelle ist, welche die Zeitschlitzsteuerung am Ausgang zeigt;
  • 6 eine Zellentaktungssequenz zeigt;
  • 7 eine typische Multicast-Zelle zeigt, mit einer zugeordneten Multicast-Gruppe;
  • 8 zeigt, wie Multicast-Verkehr terminiert wird;
  • 9 die Symbole erklärt, die in den Ablaufdiagrammen genutzt werden;
  • 10 ein Ablaufdiagramm ist, das den Zellenankunftsprozess zeigt;
  • 11 ein Ablaufdiagramm des Multicast-Terminierungsprozesses in Bezug auf jeden Verkehrsformer ist;
  • 12 ein Ablaufdiagramm des Unicast-Terminierungsprozesses in Bezug auf jeden Verkehrsformer ist; und
  • 13 ein Ablaufdiagramm des Zellensendeprozesses ist.
  • Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf Verkehrsformer, welche detaillierter in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung beschrieben sind, die unter der Nummer GB 2268372A veröffentlicht ist.
  • Nehmen wir nun Bezug auf 1, so umfasst ein ATM-Kommunikationssystem eine Vermittlungseinrichtung 1, welche von Servern 2, 3 und 4 über Eingangsleitungen 5, 6 bzw. 7 gespeist wird. Die Eingangsport-Server 2, 3 und 4 sind dafür vorgesehen, eine Mehrzahl von Ausgangsport-Servern zu speisen, von denen nur einer gezeigt ist, der das Bezugszeichen 8 trägt. Man wird erkennen, dass in der Praxis eine große Anzahl von Eingangsport-Servern vorhanden sein kann, und ebenso wird eine sehr große Anzahl von Ausgangsport-Servern vorhanden sein, die über die Vermittlungseinrichtung 1 in Kommunikation mit den Eingangsport-Servern angeordnet sind. Bei der vorliegenden Anordnung weist jeder Eingangsport-Server eine Mehrzahl von Pufferspeichern A, B,... Z, auf (die im Nachfolgenden auch als Verkehrsformer-Warteschlangen oder Verkehrsformer bezeichnet werden), und zwar eine für jeden der Ausgangsport-Server wie etwa den Ausgangsport-Server 8. Es wird also ersichtlich sein, dass Signale in den Eingangsport-Puffern A der Eingangsport-Server 2, 3 und 4 über die Vermittlungseinrichtung 1 zu dem Ausgangsport-Server 8 geleitet werden. Analog werden Signale in den Puffern B der Eingangsport-Server 2, 3 und 4 zu der Leitung 9 für einen entsprechenden nicht gezeigten Ausgangsport-Server geleitet. Man wird anhand dieser Anordnung also erkennen, dass, wenn die Server 2, 3 und 4 jeweils Zugang zu dem Ausgangsport-Server A fordern, ein Überlastungszustand auftreten kann, welcher bedeuten kann, dass Daten verloren gehen.
  • Um diese Situation zu vermeiden, ist vorgesehen, dass, bevor Daten übertragen werden, eine Anforderung gesendet wird, welche geeignet bestätigt werden muss. Also wird in einem speziellen Fall, wenn Daten von dem Pufferspeicher A in dem Eingangs-Server 2 zu dem Ausgangsport-Server 8 gesendet werden sollen, eine Anforderung von dem Eingangsport-Server 2 zu dem Ausgangsport-Server 8 gesendet, und wenn Datenkapazität verfügbar ist, wird ein Bestätigungssignal von dem Ausgangsport-Server 8 zu dem Eingangsport-Server 2 gesendet, welches anzeigt, dass zwischen diesen Daten übermittelt werden können.
  • Wie schematisch in 1 gezeigt ist, kann eine Gesamt-Ausgangsportbandbreite verfügbar sein, wie sie durch den Pfeil 10 angegeben ist, welche einen isochronen Speicherteil 11 umfasst, und zwar für wesentliche Daten, die ohne ungebührliche Verzögerung übertragen werden müssen, einen Steuerdaten-Speicherteil 12 für Steuerdaten sowie einen weiteren Speicherteil 13 für diskontinuierliche Daten. Somit wird, vorausgesetzt, es ist Platz in dem Ausgangsport-Server 8 in einem entsprechenden der Speicherteile 11, 12 oder 13 verfügbar, eine positive Bestätigung über die Vermittlungseinrichtung 1 gesendet, welche zu einer nachfolgenden Datenübertragung führen wird.
  • Der Mechanismus zur Behandlung einer Bandbreiteanforderung ist in 2 gezeigt, und aus dieser ergibt sich, dass bei Empfang einer Bandbreiteanforderung auf einer Leitung 14 in einem Komparator 15 ein Vergleich mit der verfügbaren Bandbreite, wie sie in einer Bandbreitezuweisungstabelle 16 gespeichert ist, vorgenommen wird. Wenn ausreichend Bandbreite verfügbar ist, wird über eine Leitung 17 ein Signal gesendet, um auf einer von einem Bandbreitezuweiser 19 ausgehenden Leitung 18 eine positive Bestätigung bereitzustellen, wobei dieser außerdem ein Rückführsignal über eine Leitung 20 bereitstellt, um die Bandbreitezuweisungstabelle 16 zu aktualisieren. Wenn nicht ausreichend Bandbreite verfügbar ist, um der Anforderung auf der Leitung 14 zu entsprechen, wird ein Signal über eine Leitung 21 gesendet, welches die Anforderung zurückweist, und über die Leitung 18 wird ein negatives Bestätigungssignal bereitgestellt.
  • Der Betrag der angeforderten Bandbreite kann in Abhängigkeit von der vorweggenommenen mittleren Rahmengröße bestimmt werden. Jeder Rahmen umfasst normalerweise eine Anzahl von Zellen, wobei in jeder Zelle eine vorgegebene Datenmenge enthalten ist. Bei einer Anordnung enthält die letzte Zelle jedes Rahmens eine Markierung "Ende des Rahmens", und folglich wird bei Übertragung der nächstfolgenden Zelle nach einer Markierung "Ende des Rahmens" eine Bandbreiteanforderung entsprechend der mittleren Rahmenbandbreite gestellt.
  • In einer alternativen Ausführungsform, wie sie in 3 gezeigt ist, weist jeder Puffer, wie etwa die Puffer 22 und 23 eines Eingangsport-Servers, der dazu vorgesehen ist, mit einem Eingangsport 24 zu kommunizieren, drei Schwellenwerte T1, T2 und T3 auf. Wenn das System in Betrieb ist, ist es derart vorgesehen, dass eine Bandbreiteanforderung gesendet wird, wenn ein jeweiliger Schwellenwert erreicht wird; wie man aber erkennen wird, wird die angeforderte Bandbreite durch die Menge der zu übertragenden Daten bestimmt und somit wird nicht unnötigerweise Bandbreite reserviert.
  • Bei Anordnungen, wie sie gerade beschrieben worden sind, wird ein dynamisches Bandbreitezuweisungsprotokoll zwischen einem Eingangsport-Server und einem anderem Server an einem gewünschten Ausgangsport der Vermittlungseinrichtung arbeiten. Der Server an dem Ausgangsport unterhält tatsächlich eine Tabelle, welche Daten enthält, die sich auf die augenblicklich für diesen Ausgang reservierte Bandbreite beziehen. Wenn ein Eingangsport-Server einen Datenblock senden will, sendet er somit zuerst eine Reservierung über das Koppelnetz zu dem Ausgangsport-Server. Die Reservierungszelle enthält die angeforderte Bandbreite. Wenn der Ausgangsport-Server die angeforderte Bandbreite akzeptieren kann, wird eine positive Bestätigungszelle zurück zu dem anfordernden Eingangsport-Server gesendet. Nun kann der Datenblock von dem Eingangsport zu dem Ausgangsport gesendet werden. Nach Abschluss der Datenblockübertragung wird die Bandbreite mit Hilfe eines expliziten Auslösesignals freigegeben. Das System, wie es gerade beschrieben worden ist, umfasst tatsächlich ein dynamisches Reservierungsprotokoll, an welchem nur ein Multiplexerpunkt beteiligt ist. Somit kann, gekoppelt mit der Datendiensttoleranz mit Verzögerungen von einigen zehn Millisekunden und der Tatsache, dass Anforderungen in Warteschlangen eingereiht werden könnten, wenn eine Blockierung auftritt, anstatt dass sie zurückgesendet werden, eine sehr große Datenblock-Blockierungswahrscheinlichkeit (BPP) von sagen wir 0,9 oder höher genutzt werden, und dies würde auch die Leistungsfähigkeit für einen hochgradig diskontinuierlichen Datendienst mit hoher Spitzenbitrate erhöhen.
  • Nehmen wir nun auf 4 Bezug, so umfasst der betrachtete Teil des ATM-Systems ein ATM-Koppelnetz 25, welches in Kommunikation mit einem Eingangsport 26 und einem Ausgangsport 27 angeordnet ist. Man wird natürlich erkennen, dass es, obgleich nur ein Eingangsport und ein Ausgangsport gezeigt sind, mehrere Eingangsports und mehrere Ausgangsports geben wird. In den Eingangsport 26 werden Daten von einer Reihe unterschiedlicher Quellen eingespeist, welche derart vorgesehen sind, dass sie die Speicher 28, 29 und 30 speisen, einen für jede Quelle. Obgleich in der Zeichnung nur drei Speicher 28, 29 und 30 gezeigt sind, wird man erkennen, dass viel mehr Quellen vorgesehen sein können, um mit dem Port 26 zu kommunizieren, und zwar jeweils über einen separaten Speicher. Die in die Speicher 28, 29 und 30 eingespeisten Daten werden offensichtlich in Form von ATM-Zellen übertragen, welche Steuersignale als auch Daten enthalten können. Man wird erkennen, dass, da es auf der Kommunikations verbindung zwischen dem Eingangsport 26 und dem Ausgangsport 27 über das Koppelnetz 25 ein Maximum für die verfügbare Bandbreite gibt, der Fall eintreten kann, dass, wenn eine große Anzahl von Speichern, wie etwa die Speicher 28, 29 und 30, Zugang anfordern, die verfügbare Bandbreite überschritten werden kann. Dementsprechend ist eine Eingangsport-Quellenzuordnungseinheit 31 vorgesehen, welche die momentane Nutzung der verfügbaren Bandbreite durch die den Quellen zugehörigen Speicher 28, 29 und 30 überprüft und Bandbreiteanforderungen bewertet, welche von dem Speicher empfangen werden, wie schematisch durch einen Pfeil 32 dargestellt ist. Die empfangenen Anforderungen können entsprechend der verfügbaren Bandbreite modifiziert werden, und somit kann eine Anforderung von dem Speicher 28 nach einer vorgegebenen Bandbreite in der Eingangsressourcen-Zuweisungseinheit 31 modifiziert werden, und die modifizierte Anforderung wird über eine Leitung 33 an den Eingangsport 26 weitergeleitet, zur Weitersendung über das Koppelnetz 25 auf einer Leitung 34, welche schematisch die Route darstellt. Die Route durch die Vermittlungseinrichtung wird durch Bandbreiteanforderungen und Daten belegt sein. Bandbreiteanforderungen werden über die Leitung 34 zu einer Warteschlangenspeicheranordnung 35 geführt, wogegen Daten die Warteschlangenanordnung umgehen werden und durch das System hindurch sowie auf einer Leitung 36 aus dem Ausgangsport 27 heraus geführt werden. Die an dem Ausgangsport 27 verfügbare Bandbreite wird von einer Ausgangsport-Ressourcenzuweisungseinheit 27 bewertet, welche die momentan durch den Ausgangsport genutzte Bandbreite über eine Leitung 38 überwacht und über eine Leitung 39 Bestätigungssignale bereitstellt, welche über das Koppelnetz 25 und eine Leitung 40 zu der eine Anfrage stellenden Quelle zurück gesendet werden. Wenn also in dem vorliegenden Beispiel der Speicher 28 über die Leitung 32 eine Anforderung stellt, kann die Eingangsport-Ressourcenzuweisungseinheit diese Anforderung modifizieren, welche über das Koppelnetz über die Leitung 34 weitergeleitet wird und in dem Speicher 35 eingereiht wird. Die Anforderung erhält schließlich Beachtung durch die Ausgangsport-Ressourcenzuweisungseinheit 37, welche dazu dient, ein geeignetes Bestätigungssignal über die Leitungen 39 und 40 bereitzustellen, welches dazu dient, die Daten aus dem Speicher 4 mit einer gemäß der verfügbaren Bandbreite bestimmten Rate freizugeben.
  • Man wird erkennen, dass durch eine Anordnung, bei der die Bandbreiteanforderungen wie zuvor beschrieben in eine Warteschlange eingereiht werden, ein effizienteres System mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit für Verzögerungen bereitgestellt wird.
  • Die vorstehend beschriebenen Hardwareausführungen können für die Abwicklung von Multicast-Verkehr angepasst werden.
  • Nehmen wir Bezug auf 5, so sind in diesem Beispiel fünf Verkehrsformer-Warteschlangen A bis E gezeigt. Bei A bis D derselben sind Unicast-Zellen eingereiht, und Raten zum Übertragen dieser sind angegeben. Dies ist in dem Kasten Ausgangszeitschlitzsteuerung unter der Spalte Ltx gezeigt. Die Raten sind als Bruchteil der verfügbaren Gesamtrate (welche 1 ist) angegeben. Ein Beispiel für die Zellentaktungssequenz für diese Raten ist in 6 gezeigt.
  • Eine Multicast-Versendeliste umfasst eine Liste benötigter Ausgänge für jede Multicast-Zelle für die ersten k Multicast-Zellen.
  • Von der Multicast-Versendeliste für Zellen befindet sich genau eine Zelle momentan in der Warteschlange, und sie benötigt eine Zellenbandbreite von den Verkehrsformern B, C und D und ist in 7 gezeigt.
  • 8 zeigt eine Darstellung der Terminierung von Zellen-Sendegelegenheiten für sowohl das Ablaufprogramm als auch die Tabellenwerte Ntx, die aus den in 5 angegebenen Raten abgeleitet sind.
  • Nehmen wir die Zellentaktungssequenz in 6 und wenden sie auf das Terminierungsdiagramm in 8 an, so ist das Verfahren zur Behandlung eines Multicast folgendermaßen zu ersehen:
    Zeitschlitz Prozess
    1 Unicast-Zelle von Verkehrsformer A gesendet, plane
    Unicast-Zelle von Verkehrsformer A im
    Ablaufprogramm bei Zeitschlitz 9 ein
    2 Unicast-Zelle von Verkehrsformer B gesendet, nutze
    nächste Zellengelegenheit für Multicast-Zelle,
    berechne nächste Zellentaktungsgelegenheit und
    speichere diese in der Tabelle unter Ntx(B) als
    Zeitschlitz 10
    3 Unicast-Zelle von Verkehrsformer C gesendet, nutze
    nächste Zellengelegenheit für Multicast-Zelle,
    berechne nächste Zellentaktungsgelegenheit und
    speichere diese in der Tabelle unter Ntx(C) als
    Zeitschlitz 7
    4 Unicast-Zelle von Verkehrsformer D gesendet, nutze
    nächste Zellengelegenheit für Multicast-Zelle,
    berechne nächste Zellentaktungsgelegenheit und
    speichere diese in der Tabelle unter Ntx(D) als
    Zeitschlitz 14, terminiere Multicast-Zelle für
    Übertragung bei Zellenschlitz 14
    5
    6
    7 Echtzeit = Ntx(C)-Zeit, plane Unicast-Zelle in
    Ablaufprogramm bei Zellenschlitz 11 ein
    8
    9 Unicast-Zelle von Verkehrsformer A gesendet, plane
    Unicast-Zelle von Verkehrsformer A im
    Ablaufprogramm bei Zeitschlitz 17 ein
    10 Echtzeit = Ntx(B)-Zeit, plane Unicast-Zelle im
    Ablaufprogramm bei Zellenschlitz 18 ein
    11 Unicast-Zelle von Verkehrsformer C gesendet, plane
    Unicast-Zelle von Verkehrsformer C im
    Ablaufprogramm bei Zeitschlitz 15 ein
    12
    13
    14 Übertrage Multicast-Zelle, Echtzeit = Ntx(D) – Zeit,
    plane Unicast-Zelle im Ablaufprogramm bei
    Zellenschlitz 24 ein.
  • Aus dieser erklärenden Tabelle ist zu ersehen, dass Unicast-Verkehr unter Nutzung des Ablaufprogrammterminierers ohne jede Änderung gegenüber der früheren Realisierung des Terminierers eingeplant wird. Das Senden einer Unicast-Zelle hat die Terminierung des nächsten Ablaufprogrammereignisses für den Verkehrsformer zum Ergebnis, eine Multicast-Zelle jedoch wird unter Verwendung des Ablaufprogramms terminiert und gesendet, aber ohne dass bewirkt wird, dass irgendeine weitere Terminierung erfolgt.
  • Eine neue Struktur, die zu der bestehenden Ausgangszeitschlitzsteuerung hinzukommt, mit der Bezeichnung Ntx, wird anstelle des Ablaufprogramms genutzt, um die nächste Zellensendegelegenheit für den Verkehrsformer zu terminieren, wenn die Bandbreite der vorhergehenden Zelle als Multicast-Zellen-Bandbreite genutzt worden ist.
  • Die Terminierung einer Zellen-Sendegelegenheit für einen Verkehrsformer kann entweder anhand des Ablaufprogramms oder anhand der Tabelle erfolgen, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die vorhergehende Verkehrsformer-Bandbreite für eine Unicast- oder eine Multicast-Zelle genutzt worden ist; ferner schließen sich die beiden Zeitplanungssysteme gegenseitig aus, wenn die nächste Zelle unter Nutzung eines der beiden Verfahren terminiert wird, kann diese per Implikation nicht durch das andere Verfahren terminiert werden.
  • Die verständlichste Art, das Multicast-Protokoll zu beschreiben, besteht anhand der nachstehenden Ablaufdiagramme. In den verwendeten Ablaufdiagrammen werden die in 9 gezeigten Symbole genutzt.
  • Der Ankunftsprozess für Zellen ist in 10 gezeigt. Bei Schritt 1 kommt eine Zelle an der Netzwerkseite der Vermittlungseinrichtung an. In Schritt 2 wird entschieden, ob die Zelle eine Multicast-Zelle ist oder nicht. Falls nicht, wird die Zelle in Schritt 3 als eine Unicast-Zelle verarbeitet und wird in Unicast-Puffer eingereiht. Wenn festgestellt wird, dass die Zelle eine Multicast-Zelle ist, dann wird diese in Schritt 4 in einer einzigen separaten Multicast-Warteschlange für den gesamten Multicast-Verkehr, der an der Vermittlungseinrichtung ankommt, gespeichert. In Schritt 5 wird anhand der virtuellen Kanalkennung (VCI) die Multicast-Gruppe ermittelt. Nach Schritt 5 erfolgt die weitere Verarbeitung in paralleler Weise, sodass in Schritt 6 festgestellt wird, ob die Zelle zu dem Ausgang 1, 2 oder n geht, und wenn dies erledigt ist, wird dann Schritt 7 ausgeführt, um den relevanten Multicast-Zähler des Verkehrsformers um eins zu inkrementieren. Wenn die Zelle zu keinem der jeweiligen Ausgänge geht, wird sie zu dem Eingabe-/Ausgabeprozess in Schritt 1 zurückgeführt.
  • Zu diesem Zeitpunkt sind Multicast-Zellen empfangen und gespeichert, und anhand der Informationen in den Verkehrsformer-Zählern kann die erforderliche Bandbreite angefordert werden. Dies kann erreicht werden, indem die Anzahl von Unicast-Zellen in der Warteschlange mit dem Wert des Zählers addiert wird. Der Wert liefert die Gesamtbandbreiten, die erforderlich sind, um den Vermittlungskern zu durchqueren.
  • Nehmen wir Bezug auf 11, so zeigt diese ein Ablaufdiagramm, welches für jeden Verkehrsformer implementiert ist. Die drei Vorgänge, welche eine Zellen-Sendegelegenheit bewirken können, sind folgende: Eine Unicast-Zelle, die zuvor von dem Verkehrsformer terminiert worden ist, geht von dem Ablaufprogramm ab, was bewirkt, dass ein Terminierungsereignis erfolgt.
  • Eine Zelle kommt in einer Unicast-Warteschlange an, wenn der Verkehrsformer leer ist, aber mit einer Rate, die zwischen dem Verkehrsformer und dem Ausgangsport reserviert ist, und wenn keine Multicast-Zelle in der Multicast-Versendeliste diese erfordert.
  • Eine Multicast-Zelle hat zuvor die Bandbreitegelegenheit angefordert und die nächste Sendegelegenheit kann nun terminiert werden (dies ist durch die Entscheidung "Echtzeit = Ntx-Zeit?" in Schritt 19 der 11 gezeigt).
  • Nehmen wir Bezug auf 11, so betrifft der Schritt 10 die Terminierung aus dem leeren Zustand heraus. In Schritt 11 werden die Zellen empfangen und in Schritt 12 werden die Zellen gegenüber der Weitersendeliste für die Multicast-Zellen geprüft, um festzustellen, ob die Sendegelegenheit benötigt wird. Die Schritte 13, 14 stellen fest, ob die erste bis k-te Multicast-Zelle einen Ausgang benötigt, und falls nicht, wird dem Ablaufdiagramm aus 12 gefolgt und dieses wird später detaillierter in Bezug auf die Verarbeitung einer Unicast-Zelle beschrieben. Falls während der Schritte 13 bis 14 eine Multicast-Zelle einen Ausgang benötigt, finden danach drei parallele Vorgänge statt, wie in den Schritten 15, 16 und 17 gezeigt ist. In Schritt 15 wird an der eingereihten Multicast-Zelle markiert, dass Ausgangsplatz reserviert ist. In Schritt 17 wird der Zähler des Ausgangs x um eins herabgesetzt, und Schritt 16, 18 und 19 bewirken, dass der Wert Ntx mit der Echtzeit verglichen wird, bis diese gleich sind, zu welchem Zeitpunkt eine neue Sendegelegenheit für die Quelle verfügbar ist. Während der Zeit, in welcher sich der Verkehrsformer in diesem Wartezustand befindet, kann keine Zelle im Ablaufprogramm vom Verkehrsformer terminiert werden, und wenn die Verkehrsformer-Warteschlange leer ist, kann eine Zellenankunft keine Terminierungsgelegenheit bewirken.
  • Nehmen wir Bezug auf 12, so zeigt diese Figur, dass von der Stufe für Multicast-Zellen aus, falls keine Multicast-Zelle die Bandbreite benötigt, die Unicast-Zelle in dem Ablaufprogramm terminiert werden kann oder alternativ die Verkehrsformer-Warteschlange leer werden kann. Wenn eine Unicast-Zelle zur Ausgabe verfügbar ist, werden die Schritte 20, 22 und 23 ausgeführt.
  • Sobald Bandbreite reserviert worden ist, müssen die Zellen auf Basis der Eingangsrate der Vermittlungseinrichtung, der zwischen dem an einem Eingang vorgesehenen Verkehrsformer und dem Ausgang bereitgestellten Bandbreite sowie dem letzten Zeitpunkt, zu welchem eine Zelle gesendet worden ist, für die Übertragung terminiert werden.
  • Es wird ein Ablaufprogramm genutzt, in welchem die nächste verfügbare Sendegelegenheit für jede Verkehrsformer-Warteschlange eingetragen ist. Für Verkehrsformer-Warteschlangen mit einer festgelegten Rate, aber ohne Zellen in der Warteschlage, kann der Verkehrsformer keine Zellenübertragungsereignisse terminieren, und so bleibt die Warteschlange leer. Jede Zelle wird bei Ankunft unmittelbar terminiert, wenn sich die Warteschlange in diesem Zustand befindet, auch eine Multicast-Zelle kann die freie Bandbreite nutzten.
  • Wenn eine Warteschlange leer ist, Schritt 21, gibt es eine Zeitspanne, die als Auslöseverzögerung bezeichnet wird, Schritt 24, welche einen Wartezustand darstellt. Während dieses Wartezustands kann eine Zelle in der Unicast-Warteschlange ankommen und kann entsprechend wie in 11 gezeigt behandelt werden. Wenn jedoch keine Zelle ankommt, hat der Multicast-Verkehr eine Auswirkung auf das Ergebnis der gespeicherten Schwellenwerte. Wenn der Wert des Multicast-Zählers größer als Null ist, Schritt 25, so ist die erfolgende Auslösung eine partielle Auslösung. Die Bandbreite wird bis auf diejenige, die für den Multicast-Verkehr erforderlich ist, ausgelöst. Sobald dies erfolgt ist, werden die Schwellenwerte als "multicast-gesteuert" bezeichnet. Während dieses multicast-gesteuerten Zustands können die Werte des Multicast-Zählers ansteigen oder abfallen, und es können Unicast-Zellen in der Unicast-Warteschlange ankommen.
  • Solange kein Schwellenwert in der Aufwärtsrichtung überschritten wird, kann sich die Unicast-Warteschlange füllen und leeren, ohne dass bewirkt wird, dass ein weiteres Auslöseereignis erfolgt. Wenn jedoch ein Schwellenwert in der Aufwärtsrichtung überschritten wird, dann gilt:
    Falls dies nur durch Multicast-Verkehr bewirkt wird, kann eine neue Rate angefordert werden, die Schwellenwerte werden aber multicast-gesteuert bleiben, Schritt 26.
  • Falls Zellen in der Unicast-Warteschlange vorhanden sind, wenn der Schwellenwert überschritten wird, kann die Rate angefordert werden, die Schwellenwerte werden aber auf Unicast-Steuerung zurückgesetzt; daher wird, wenn sich die Unicast-Warteschlange leert, erneut eine Bandbreite-Auslösung erfolgen, Schritt 27.
  • Der Grund dafür besteht darin, dass, wenn sich ein Multicast-Puffer leert, möglicherweise eine sehr hohe Bandbreite für einen Verkehrsformer mit nur einem kleinen Multicast-Zählerwert aufrechterhalten wird, der sich aus Multicast-Zellen zusammensetzt, die an einer Leitungskopf-Blockade kranken, welche möglicherweise durch die von dem Verkehrsformer aufrechterhaltene hohe Bandbreite bewirkt wird. Durch partielles Auslösen der Bandbreite kann die "Reserve"-Bandbreite anderswo genutzt werden, für den Multicast-Verkehr wird jedoch immer noch eine ausreichende Bandbreite aufrechterhalten.
  • Dies kann anhand eines Beispiels folgendermaßen erklärt werden:
    Es sei angenommen, dass ein Verkehrsformer einen großen Unicast-Datenblock empfängt und die vollständige Vermittlungsrate anfordert und erhält und zusätzlich einen Bestandteil an Multicast-Verkehr aufweist, der in dem Multicast-Zähler aufgezeichnet ist. Wenn sich in dieser Situation die Multicast-Zellen in der Multicast-Warteschlange befinden, aber nicht in der Versendeliste für Multicast-Zellen, dann wird der Unicast-Verkehr mit der vollen Verbindungsrate abgesendet. Wenn sich die Verkehrsformer-Warteschlange geleert hat, würde die Rate immer noch auf der vollen Verbindungsrate gehalten werden, weil der zugehörige Multicast-Zählerwert nicht Null ist. Dies wird eine Blockade für Anforderungen von Bandbreite für andere Verkehrsformer bewirken, und diese muss somit ausgelöst werden. Die Rate sollte jedoch nur bis auf den für den Multicast-Verkehr erforderlichen Schwellenwert ausgelöst werden, was als "partielle Auslösung" bezeichnet wird. Dadurch wird dann Bandbreite freigegeben, die von anderen Verkehrsformern genutzt werden kann.
  • Dies ist jedoch nicht die vollständige Antwort. Die Schwellenwerte und Raten für die Verkehrsformer werden derart berechnet, dass eine "flache" Reaktion von jedem Schwellenwertpunkt aus bereitgestellt wird. Wenn die Situation von dort aus betrachtet wird, wo sich die Verkehrsformer-Warteschlange geleert hat und eine partielle Auslösung erfolgt ist, können einige der Multicast-Zellen gesendet werden und dann kann ein kleiner Datenblock von Unicast-Zellen ankommen. Wenn sich der Unicast-Verkehr aus der Verkehrsformer-Warteschlange vor dem gesamten Multicast-Verkehr leert, kann es passieren, dass eine weitere partielle Auslösung erfolgt. Es kann passieren, dass der Schwellenwert und daher die Rate für die gleichen Multicast-Zellen niedriger als zuvor ist. Dies wird eine größere Verzögerung für die Multicast-Zellen bewirken, da sich effektiv mit sich reduzierender Anzahl von Multicast-Zellen auch der Schwellenwert und die dazugehörige Rate reduzieren. Dies darf nicht zugelassen werden, da die Rate, mit welcher Multicast- Verkehr die Vermittlungseinrichtung verlässt, immer geringer werden würde. Daher müssen die Schwellenwerte und Raten für die Verkehrsformer zwei Steuerungen haben, entweder die Unicast-Steuerung oder die Multicast-Steuerung.
  • Die Verkehrsformer werden normalerweise unicast-gesteuert sein, unter der Bedingung jedoch, dass die Verkehrsformer-Warteschlange leer ist, aber der Multicast-Zähler ungleich Null ist und eine partielle Auslösung erfolgt ist, wird der Verkehrsformer multicast-gesteuert werden. In diesem Modus wird, falls Unicast-Zellen ankommen und sich die Verkehrsformer-Warteschlange vor dem Multicast-Verkehr leert, keine Auslösung irgendeiner Art gesendet, bevor nicht ein Schwellenwert überschritten wird. Dies ist in 12 erklärt.
  • Damit Multicast-Zellen gesendet werden, müssen zunächst Verkehrsformer-Sendegelegenheiten für alle erforderlichen Ausgangsvermittlungseinrichtungen für eine bestimmte Multicast-Zelle reserviert werden. Es wird eine Liste der benötigten Ausgänge für jede Multicast-Zelle für die ersten k Multicast-Zellen aufrechterhalten, welche als Multicast-Versendeliste bezeichnet wird. Diese Liste hat eine feste Länge, wobei Zellen aus der Multicast-Warteschlange in die Multicast-Versendeliste befördert werden, wenn eine Multicast-Zelle gesendet wird. Eine Zellen-Sendegelegenheit für einen Verkehrsformer wird zuerst für den Multicast-Verkehr angeboten; wenn keine der Multicast-Zellen in der Multicast-Versendeliste diese benötigt, kann die Zellen-Sendegelegenheit genutzt werden, um eine Unicast-Zelle zu terminieren. Dieses Verfahren gibt dem Multicast-Verkehr Priorität.
  • Wenn die Zellen-Sendegelegenheit von einer Multicast-Zelle benötigt wird, dann muss die Bandbreiteanforderung für diesen Ausgang, sobald dieser entsprochen ist, markiert werden, um zu zeigen, dass die Bandbreite zugeteilt worden ist. Die Zellen-Sendegelegenheit muss noch terminiert werden (unter Nutzung von Ntx für Multicast-Zellen, wie zuvor erklärt), um eine Bereitmeldung für die nächste Terminierungsgelegenheit von dem Verkehrsformer bereitzustellen. Sobald alle Zellengelegenheiten für eine Multicast-Zelle abgedeckt sind, kann die Zelle im Ablaufprogramm zur Übertragung terminiert werden. Dieser Prozess ist nachstehend in 13 gezeigt.
  • In 13 wird in den Schritten 30 – 32 festgestellt, für welche der Multicast-Zellen die Bandbreite vollständig markiert ist. Sobald für eine Zelle vollständig die Bandbreite markiert ist, wird die Multicast-Zelle für die Übertragung terminiert, Schritt 33, und in Schritt 34 wird die Zelle aus der Multicast-Liste befördert.
  • Das Terminierungsablaufprogramm wird entweder Unicast- oder Multicast-Zellen enthalten. Die Zellen, die einem speziellen Ablaufprogramm-Schlitz zugeordnet sind, werden von dem Ablaufprogramm zu einem Ausgangs-FIFO übertragen. Von dort aus werden sie jeweils einzeln in einem jeweiligen Zellenschlitz gesendet. Der Ausgangs-FIFO kann mehrere Zellen von einem Ablaufprogramm-Schlitz erhalten; jede Zelle erfordert einen einzelnen Zellenschlitz zur Übertragung derselben. Dies kann eine Verzögerung zwischen der durch das Ablaufprogramm terminierten Zeit zum Senden einer Zelle und der Echtzeit der Zellenübertragung bewirken. Dieser Vorgang wird durch einige Ablaufprogramm-Schlitze, die leer sind, kompensiert. Es werden Unicast-Zellen gesendet, und gleichzeitig wird eine Zelle aus dem entsprechenden Verkehrsformer terminiert, um diese in dem Ablaufprogramm zu ersetzen. Da Multicast-Zellen unter Verwendung eines anderen Schemas terminiert werden, bewirkt das Senden einer Multicast-Zelle keine Terminierungsgelegenheit.
  • Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass alternative Möglichkeiten der Realisierung der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (4)

  1. ATM-Kommunikationssystem, das eine ATM-Vermittlungseinrichtung (1) umfasst, die eine Mehrzahl von Eingangsports (5, 6, 7) und eine Mehrzahl von Ausgangsports (9) aufweist, wobei jeder der Eingangsports (5, 6, 7) von einem Eingangsport-Server (2, 3, 4) gespeist wird und jeder der Ausgangsports (9) dazu vorgesehen ist, einen Ausgangsport-Server (8) zu speisen, wobei die Eingangsport-Server (2, 3, 4) eine Mehrzahl von Pufferspeichern (A, B ... Z) aufweisen, und zwar einen für jeden der Ausgangsports (9), zu welchen Ausgangsports Daten über die Vermittlungseinrichtung (1) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pufferspeicher (A, B ... Z) in den Eingangsport-Servern (2, 3, 4) dazu vorgesehen ist, den Ausgangsport-Server (8), mit welchem er kommuniziert, vor der Übertragung von Daten abzufragen, um dadurch festzustellen, ob Datenabwicklungskapazität des Ausgangsport-Servers verfügbar ist, und dass das ATM-Kommunikationssystem Einrichtungen (31, 37) enthält, um zu bewirken, dass Unicast-Verkehr und Multicast-Verkehr über die Vermittlungseinrichtung (1) in einem geeigneten Zeitschlitz übertragen werden.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Einrichtungen (31, 37) Ausgangszeitschlitz-Steuereinrichtungen (31, 37) sowie Zeitplanungseinrichtungen (31, 37) umfassen, die dazu vorgesehen sind, einen Zeitschlitz für die Übertragung jeder Unicast-Verkehrszelle zuzuweisen, und um zu berechnen, wann ein Zeitschlitz für die Übertragung einer Multicast-Verkehrszelle verfügbar ist.
  3. System nach Anspruch 2, wobei die Ausgangszeitschlitz-Steuereinrichtungen (31, 37) eine Speicheranordnung umfassen, um Informationen zu speichern, die den Zeitschlitz für die Übertragung einer Multicast-Verkehrszelle angeben.
  4. Verfahren zur Verarbeitung von Bandbreiteanforderungen in einer ATM-Vermittlungseinrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bestimmen, anhand der Kennung des virtuellen Kanals jeder Multicast-Verkehrszelle, zu welchem von mehreren Ausgangsports (9) die Multicast-Zelle übertragen werden soll; und (b) Inkrementieren eines Zählers, der jedem Ausgangsport (9) zugeordnet ist, für jede Multicast-Verkehrszelle, die an diesen Ausgangsport (9) gesendet werden soll; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: (c) Zuweisen von ausreichend Bandbreite, um die Verkehrszellen über die ATM-Vermittlungseinrichtung (1) zu übertragen, entsprechend dem Inhalt der Zähler; (d) Zeitplanung eines Zeitschlitzes für die Übertragung jeder Unicast-Verkehrszelle, (e) Berechnen, wann ein Zeitschlitz für die Übertragung einer Multicast-Verkehrszelle verfügbar ist, (f) Speichern der Kennung des Zeitschlitzes, der für eine Multicast-Verkehrszelle zur Verfügung steht, um diesen Zeitschlitz für Multicast-Verkehr zu reservieren, und (g) Übertragen der Unicast- und Multicast-Verkehrszellen über die Vermittlungseinrichtung (1) in ihren jeweiligen Zeitschlitzen.
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