ES2336730T3 - Sistema de comunicacion. - Google Patents

Abstract

Un sistema de comunicaciones emplea multiplexado inverso para transferir señales de banda ancha sobre múltiples enlaces de banda estrecha. Para permitir el uso eficiente de los enlaces disponibles, los datos entrantes, estén o no basados en células o paquetes, se someten al multiplexado inverso, en formato de octeto, independientemente de los entornos de paquete, en contenedores virtuales. Se generan señales adicionales para permitir que los datos originales se reensamblen en el extremo receptor.

Description

Sistema de comunicación.

Esta invención se refiere a un sistema de comunicación en el que señales de datos de banda ancha se transmiten a través de una red de jerarquía digital síncrona (SDH). La selección de portadores de transmisión digital dentro de redes de telecomunicación se ha ampliado a lo largo de la última década con la emergencia de nuevos estándares. La Jerarquía Digital Plesiocrónica (PDH) que ofrecía tasas de interfaz estándares, tal como 1,544 Mbit/s, 2.048 Mbit/s. 34.368 Mbit/s y 139.468 Mbit/s ahora ha sido sustituida por la jerarquía digital síncrona (SDH). La SDH fue diseñada para portar señales con tasas de interfaz PDH mapeándolas dentro de contenedores virtuales y, de hecho, la mayoría de las interfaces de equipos SDH contemporáneos están a tasas de PDH. Esta característica de mapeo también permite transportar futuros tipos de señales a través de una red SDH en paralelo con tipos de señales tradicionales. También se ha provisto dentro de SDH para anchos de banda de señales incrementadas mientras que se mantiene compatible con equipos existentes.

Ambos sistemas PDH y SDH formas parte de la categoría amplia denominada equipo de Multiplexado por División de Tiempo (TDM) a medida que han sido optimizado para portar señales que tienen un flujo de bits de datos constante e ininterrumpido. Como consecuencia de esta optimización el tráfico de voz tradicional se puede transportar a una variedad de niveles de capacidad con una eficacia razonable. Por el contrario, señales de tipos de data que de forma predominante están basados en paquetes sufren ineficacias en la transmisión cuando se transmiten a través de sistemas SDH y PDH. Una causa principal de esta ineficiencia ocurre cuando no existe un tamaño de contenedor apropiado para el ancho de banda de la tasa de paquete elegido.

Multiplexado inverso es un método para la transmisión de señales no-estándares o de tasas de bits mayores a través de canales de comunicación o portadores existentes de tasas de bits inferiores. Por medio de una adaptación cuidadosa del número de canales de tasa baja utilizados para el multiplexado inverso con la tasa de paquete requerida se puede construir un sistema de transporte de datos eficiente utilizando equipos TDM. El multiplexado inverso es especialmente apropiado para el manejo de tráfico de modo de transmisión asíncrona (ATM) y se ha ideado un método (denominado IMA) para multiplexar de forma inversa celdas ATM hacia señales PDH de baja capacidad dividiendo y reconstruyendo la señal ATM de banda ancha a base de celda por celda. De forma subsiguiente estas señales PDH se pueden mapear dentro de un sistema de transmisión SDH lo que resulta en un proceso de dos pasos con procesamiento de señales innecesario cada vez que IMA se tenga que transmitir por SDH. Además, es difícil aplicar el método IMA a otros tipos de señales de datos de banda ancha dado que el mecanismo de control y de comunicación que se utiliza en IMA depende de la presencia de celdas ATM.

Un ejemplo del uso de Multiplexado Inverso se revela en el documento US 5461622 en el que se alinean múltiples flujos de datos multiplexados inversos.

La presente invención intenta proporcionar una comunicación mejorada utilizando el método de Multiplexado Inverso de una manera que es más apropiada y más eficaz para sistema de transmisión SDH y que es compatible con equipos existentes de SDH.

Según esta invención un sistema de comunicación que tiene una ruta SDH entre dos nodos en el que la ruta tiene contenedores virtuales de un ancho de banda predeterminado, incluso en uno de los nodos, medios para recibir datos incluso datos basados en paquetes que tienen un ancho de banda mayor que dicho ancho de banda predeterminado y medios para muliplexar de forma inversa dichos datos en un formato de byte, independiente de las delimitaciones de paquetes sobre una pluralidad de contenedores virtuales para la transmisión hacia dicho otro nodo; medios en el otro nodo para recibir y re-confeccionar dichos datos: y medios para compensar retrasos causados por diferentes longitudes de rutas de los contenedores virtuales individuales, en donde dicha pluralidad de contenedores virtuales están relacionados en fase y se proporcionan medios en dicho primer nodo para insertar bytes de cabecera en cada contenedor virtual que son indicativos para la relación de fase.

El sistema de comunicación es apropiado para un amplio rango de tipos de datos de banda ancha y puede compensar la deficiencia de temporización específica introducida por el sistema de transmisión SDH.

Tal como es conocido, un contenedor virtual es una entidad lógica que solamente existe en un Módulo de Transmisión Síncrono (STM) y contiene tanto información de cabecera como datos de carga útil. Diferentes tipos de contenedores virtuales fueron definidos por los órganos de Estándares Internacionales para que incorporen: el tamaño y la estructura de cada contenedor; el tipo de datos de carga útil y el método de codificación de temporización de datos; el uso de bytes de cabecera para fines de manejo y de mantenimiento. Los tipos de contenedores virtuales actuales (VC-n) incluyen VC-12, VC-2, VC-3 y VC-4. Esta invención propone un método para usar contenedores virtuales existentes para transportar un mapeo nuevo multiplexado inverso, denominado VC-IM-n.

El uso de mapeo de bytes posibilita que el contendido digital original de la señal y sus propiedades de fase/frecuencia se mantengan de forma exacta sin el uso excesivo de ancho de banda que sería requerido por un sistema ATM basado en celdas.

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La invención se describe más en detalle a continuación con la ayuda de un ejemplo haciendo referencia a los dibujos acompañantes en los que:

Figura 1 es un diagrama explicativo en relación al multiplexado inverso;

Figura 2 ilustra una realización de la invención;

Figura 3 ilustra el aspecto de transmisión de la invención en más detalle;

Figura 4 ilustra el aspecto de recepción de la invención en más detalle;

Figuras 5, 6, 7, y 8 son diagramas explicatorios.

En la Figura 1 se muestra el principio de multiplexado inverso en la que una señal de datos relativamente de banda ancha se debe transmitir a través de una red que tiene canales de portador, cada uno de un ancho de banda más estrecho. Un número de estos canales portadores están asignados de tal manera que juntos se pueden alojar los datos de banda ancha.

Por lo tanto, la señal de datos 1 entrante que tiene un ancho de banda de X Mbit/s se aplica a una unidad de segmentación de señal 2 que divide la señal en un número de señales separadas de banda estrecha, cada una típicamente de 2 Mbit/s, para la transmisión a través de n canales 3 hacia la unidad 4 en la que las señales se re-confeccionan. Dado que el tiempo de transmisión de todos los canales 3 generalmente no será el mismo la unidad 4 vuelve a temporizar las señales entrantes y compensa los varios retrasos relativos en cada canal 3. De este modo la señal original se re-compone y se emite como señal de datos de salida 5. Una técnica de multiplexado inverso de este tipo se utiliza cuando es necesario enviar señales de datos individuales a través de circuitos de telecomunicación existentes que tienen una capacidad de ancho de banda relativamente estrecha.

La Figura 2 muestra en forma de un diagrama una realización de la invención en la que las señales deben ser transmitidas del equipo 21 al equipo 22 vía un sistema de transmisión SDH que está organizado para portar datos en contenedores virtuales (VC) 23, teniendo cada uno típicamente un ancho de banda de 2 Mbit/s.

Se muestra el equipo 21 teniendo tres tipos de señales de entrada, aunque en la práctica otras tasas de datos y otros tipos de señales de entrada también se reciben. Una señal LAN 24 que tiene un ancho de banda de 8 Mbit/s se recibe en un interfaz Ethernet 25, una señal 26 de vídeo digitalizada con un ancho de banda de 5 Mbit/s se recibe en un interfaz de vídeo CODEC 27 y una señal 28 ATM con un ancho de banda de 20 Mbit/s se recibe en un adaptador ATM 29. Por lo tanto, se pueden recibir datos en formato de byte, paquete de celda. Los tres tipos de señales se mapéan en base a byte por una unidad 30 VC-IM (contenedor virtual - multiplexado inverso) cuya función se describe en mayor detalle con referencia a la Figura 3.

Básicamente, la unidad 30 transforma las señales entrantes de banda ancha en flujos de 2 Mbit/s, cada uno de estos se porta por un contenedor virtual a través del sistema de transmisión 23 hacia el equipo 22 donde la unidad 31 actúa para desmapear los contenedores virtuales y aplica una compensación por los retrasos relativos introducidos por las rutas varias de transmisión a través de las cuales han viajado los contenedores virtuales individuales.

Cuando se desmapean las señales originales se reconstruyen y se pasan vía unidades de interfaces respectivas 32, 33 y 34 para ser emitidas como una señal de LAN, de vídeo digitalizado y ATM, como sea el caso. Mediante el mapeo de las señales de entrada a base de bytes hacia contenedores virtuales mediante el uso de una técnica de multiplexado inverso resulta el uso eficiente del ancho de banda SDH disponible y no es necesario modificar nodos intermedios de la red SDH. Tal como se explica a continuación el método utilizado para segmentar la señal originaria en bytes secuenciales y entonces para re-confeccionar el flujo de datos original, se optimiza para la transmisión de señales de datos dentro de un sistema SDH y incorpora compensación para el retraso diferencial por la ruta experimentado por cada VC, así como mantener las características de temporización de la señal de ancha banda.

La función de transmisión VC-IM, tal como se representa por el equipo de transmisión 21, se muestra en la Figura 3 para un tipo de señal de entrada particular que en esta ocasión se asume que sea basada en paquetes o en celdas. Una función 40 de adaptación de datos se utiliza para terminar los paquetes de datos o celdas en la señal 41 de banda ancha y para realizar cualquier función de encaminamiento asociada con las direcciones de paquetes y celdas. Paquetes o celdas que pueden llegar al adaptador 40 de datos en intervalos irregulares se convierten en un flujo de datos continuo dentro de un alineador de datos 42. El proceso utilizado para producir un flujo de datos constante está altamente estandarizado y se define en otro lugar; por ejemplo, con señales ATM existe un método para introducir celdas ociosas entre celdas que portan datos reales.

El flujo de datos contante desde el alineador de datos entonces se segmenta en bytes de 8 bits por el divisor 43 de datos sin tener en cuenta las delimitaciones de paquetes o de celdas. Cada byte de datos subsiguiente por el contrario se inserta entonces en cada uno de los m enlaces VC-n, es decir, de un modo "round-robin". Con el fin de hacer el seguimiento de la secuencia de bytes se utiliza un esquema de numeración de tres niveles. Este esquema se puede examinar en mayor detalle considerando el caso de un mapeo VC-IM-12, tal como se muestra en la Figura 5: el divisor de datos 43 construye el formato multitrama de 500 \mus del contenedor SDH VC-12 estándar con una cabecera de ruta (POH) VC-12 que consiste de byte V5, J2, N2 y K4. Esta estructure asegura la compatibilidad cuando cada uno de los enlaces VC-IM-12 se porta en redes SDH existentes. La función de inserción de bytes de cabecera 45 utiliza ventanas ociosas SDH de cabecera para insertar nuevos bytes específicos para el mapeo VC-IM que incluye: un indicador del Número de Marco (FNUM) que se describe en más detalle abajo; un byte de Número de Mensaje (MSN) y de Chequeo de Mensaje (MCHK) que indica que se ha recibido un nuevo mensaje de comunicación; 6 Bytes de Multitrama de Cabecera (OHB0-OHB5) que se detallan en la Figura 5.

El primer nivel de la numeración de secuencia utiliza el indicador TU-12 que forma parte del proceso estándar de mapeo para un VC-12. El indicador TU-12 define la posición del byte V5 61 dentro del VC-IM-12 multitrama 62 hacia el cual todos los demás bytes en el multitrama mantienen una posición relativa constante. Como resultado la secuencia de los 128 bytes de carga útil en el cual se mapea los datos se define claramente dentro de cada VC-IM-12.

El segundo nivel del esquema de numeración de secuencia implica la utilización del byte de Identificador de Secuencia de Enlace (LSI) dentro de la supertrama de cabecera (Figura 6). La supertrama de cabecera tiene una estructura que se repite con cada 8 multitramas VC-IM-12 (Figura 5) y contiene: valores de ID de Grupo (GID) e ID de Enlace (LID) utilizados por el sistema de gestión para etiquetar y para hacer seguimiento a las conexiones de red de grupos VC-IM; 32 Bytes de Mensaje (MSGB 0-MSGB31) que se utilizan para portar mensajes de comunicación y de control entre los dos extremos de un conexión VC-IM-12; un byte LSI. En el transmisor a cada uno de los m enlaces VC-12 que constituyen el grupo VC-IM-12 se les asigna un número LSI único que identifica la secuencia "round-robin" utilizada para insertar bytes dentro de VC-12 sucesivos.

Un ejemplo del efecto combinado de los niveles 1 y 2 de la numeración de secuencia de bytes en la salida de un transmisor VC-IM-12 se muestra en la Figura 7 para un grupo con 4 enlaces y un tamaño de paquete de datos de 13 bytes. El primer byte de carga útil del primer enlace 71 contiene Byte 1 del flujo de datos; la primera carga útil del segundo enlace 72 contiene Byte 2 del flujo de datos hasta que se inserta Byte 5 del flujo de datos dentro del segundo byte de carga útil del primer enlace 73. Esto continúa hasta el Byte 13 después del cual se mapea Byte 1 del siguiente paquete de datos (o datos de relleno si no hay disponible ningún paquete nuevo) dentro el cuarto byte de carga útil del segundo enlace 74. El valor SLI portado en la Supertrama de Cabecera se indica contra cada enlace en la Figura 7.

En el caso de mapeo de un VC-IM-4 existe una estructure de cabecera similar (Figura 8) que contiene un byte LSI con el segundo nivel de numeración de secuencia siendo incluido dentro de un indicador AU-4 asociado con el VC-4. Otros formatos de mapeo de VC-IM-n que corresponden a otras tasas de contenedores SDH (por ejemplo, VC-2 y VC-3) serán formatos similares o bien al VC-IM-12 o bien al VC-IM-4.

El tercer nivel de esquema de numeración de secuencia utiliza el valor FNUM que se muestra en las Figuras 5, 7 y 8. La función 45 de inserción del byte de cabecera añade un byte de numeración cíclica en la posición FNUM, de tal manera que su valor decimal incrementa desde 0 a 255 en multitramas consecutivas (VC-IM-12) o tramas (VC-IM-4). Cuando el valor de FNUM alcanza 255 el próximo multitrama/trama contiene un valor FNUM de 0 que entonces continúa incrementando igual que antes. Los valores FNUM transmitidos en todos los enlaces que pertenecen al mismo grupo están alineados, tal como se muestra por el valor ejemplar de "151" en cada enlace en la Figura 7, pero puede diferir cuando lleguen al receptor debido a diferencias en el retraso de ruta por cada enlace VC-IM-12.

En el extremo receptor de la conexión VC-IM-n mostrado en la Figura 4 la señal original de datos se re-confecciona desde los enlaces entrantes VC-n. El proceso de reconstrucción primeramente es una cuestión de identificación la secuencia original de datos tal como fueron codificados, utilizando el esquema de numeración de secuencia de tres niveles y al realizar esto de compensación por los retrasos diferentes que ocurren en los enlaces separados. Los mecanismos normales para el des-multiplexado de la señal SDH VC-n se llevan a cabo en la función 55 de Terminación VC para cada VC individual. Por ejemplo, para una señal VC-12 esto implica: interpretar el indicador TU-12 para determinar la posición del byte V5; recuperar los byte de cabecera V5, J2, N2 y K4; llevar a cabo funciones de gestión basadas en los valores de esto bytes de cabecera. Una vez que indicador TU o AU haya localizado el inicio de la trama VC-IM-n (es decir, Figura 5 y Figura 8) se puede realizar el segundo nivel de decodificación de secuencia. Esto implica acceder a los bytes de cabecera VC-IM-n en la unidad 50 de extracción del byte de cabecera para extraer los valores de bytes LSI y los valores FNUM. La unidad 50 de extracción de bytes de cabecera también encamina los mensajes de 32 bytes contenidas en los bytes MSG-Bn hacia la unidad de gestión 51 de enlace/grupo. La función de gestión de enlace/grupo enviara y recibe comunicaciones hacia el extremo de transmisión con respecto al estado del grupo y, por lo tanto, controla el mecanismo de transferencia de datos VC-IM. Los valores extraídos LSI y FNUM se utilizan simultáneamente para re-ordenar los bytes SDH sincronizados por trama que entran en la unidad 52 de compensación de retraso y de re-composición de datos para producir un flujo de datos que sale de 52 en el que primero existen bytes de valores FNUM más bajos y salen primero bytes con un mismo valor FNUM pero con un número LSI más bajo. Un almacén de datos se incorpora en 52 para almacenar el número de bytes asociados con el retraso máximo entre el enlace más rápido y el enlace más lento del grupo. Este mecanismo de reorganización sencillo siempre mantiene la integridad de la secuencia de bytes mientras que los retrasos no superen +/- (FNUMMAX/2) tramas VC-IM-n. En VC-12 esto corresponde a un almacén de datos que puede almacenar un mínimo de (128xFNUM/2xN) bytes, en donde N es el número de enlaces en el grupo. La señal de banda ancha re-confeccionada entonces se convierte en el adaptador 53 en el formato de interfaz apropiado, que depende del tipo de señal que se transporta a través de la conexión VC-IM y una función de re-temporización proporcionada por el Generador de Temporización 54 utiliza el reloj del sistema SDH para generar las propiedades de fase/frecuencia de la señal de banda ancha saliente.

Un grupo VC-IM-n requiere una conexión apropiada, mostrada en la Figura 1, de los canales 3 VC-n a través de la red. Esto se puede llevar a cabo independientemente de la gestión de la función VC-IM, utilizando funciones existentes de gestión de red SDH. La supertrama de cabecera (Figura 6) incluye una señal de mensaje de 32 bytes para comunicar información de configuración extremo-a-extremo VC-IM-n adicional. Esta señal de mensaje se puede utilizar para comunicar entre los dos extremos del sistema cuando se coordina un cambio dinámico al tamaño del grupo VC-IM, tal como la adición de un enlace adicional o la eliminación de un enlace existente como respuesta a requerimientos cambiantes de tráfico. Al usar cabeceras del tipo SDH de este modo para gestionar el grupo VC-IM se consigue un sistema de gestión flexible que o bien se puede integrar dentro de la función actual de gestión de red SDH o bien se puede gestionar por un controlador separado que accede equipos a cada uno de los extremos de la ruta VC-IM-n, si los equipos SDH intermedios son incapaces de reconocer las cabeceras VC-IM-n.

Claims (9)

1. Un sistema de comunicación que tiene una ruta SDH entre dos nodos (21, 22) en el que la ruta tiene contenedores virtuales de un ancho de banda predeterminado e incluye en un nodo (21) medios (40) organizados para recibir datos entrantes incluyendo datos basados en paquetes que tienen un ancho de banda mayor que dicho ancho de banda predeterminado y medios (42, 43, 44, 45) para el multiplexado inverso de dichos datos en un formato de byte, independiente de las delimitaciones de paquete sobre una pluralidad de contenedores virtuales para la transmisión hacia dicho otro nodo y medios (50, 51, 52) en el otro nodo (22) para recibir y re-componer dichos datos y medios (52) para compensar retrasos causados por diferentes longitudes de ruta de contenedores virtuales individuales, en donde dicha pluralidad de contenedores virtuales están relacionados en su fase y se proporcionan medios en dicho primer nodo (21) para insertar bytes de cabecera dentro de cada uno de los contenedores virtuales que son indicativos de la relación de fase.

2. Un sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos datos de entrada comprenden bytes sucesivos y porque a cambio se insertan bytes sucesivos dentro de cada uno de los contenedores virtuales para la transmisión hacia el otro nodo.

3. Un sistema según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la pluralidad de contenedores virtuales que portan datos derivados de una señal de datos de banda ancha entrante dada incluye bytes de cabecera para identificar tales contenedores para facilitar la recomposición de dicha señal de datos.

4. Un sistema según la reivindicación 3, caracterizado porque se proporcionan medios para utilizar un sistema de numeración de secuencia de tres niveles para hacer seguimiento a la secuencia de bytes, utilizando un nivel un indicador TU o AU para identificar un byte de referencia, utilizando un segundo nivel un número LSI para identificar la secuencia repetida de contenedores virtuales y utilizando un tercer nivel un Indicador de Número de Trama (FNUM) para la identificación de diferentes retrasos de ruta.

5. Un sistema según la reivindicación 4, caracterizado porque incluye medios en dicho otro nodo para reordenar datos utilizando LSI y FNUM, en donde salen primero bytes que tienen un valor FNUM inferior y bytes que tienen el mismo valor FNUM pero con un número LSI inferior salen antes que aquellos con un número mayor de LSI.

6. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho primer nodo (21) se adapta para recibir una pluralidad de flujos de datos de entrada, teniendo cada uno un ancho de banda diferente y un formato de señal diferente.

7. Un sistema según la reivindicación 6, caracterizado porque se proporcionan medios para incrementar o reducir el número de contenedores virtuales asociados con el transporte de un flujo particular de datos de entrada dependiendo de cambios del tipo y/o del ancho de banda de datos de entrada que se reciben.

8. Un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se proporcionan contenedores virtuales de anchos de banda diferentes.

9. Un método para comunicar utilizando un sistema de comunicación que tiene una ruta SDH entre dos nodos (21; 22) en el que la ruta utiliza contenedores virtuales de un ancho de banda predeterminado, comprendiendo el método:

\quad

recibir datos de entrada en un nodo (21) incluyendo datos basados en paquetes que tienen un ancho de bando mayor que dicho ancho de banda predeterminado;

\quad

multiplexar de forma inversa dichos datos en un formato de bytes, independiente de las delimitaciones de paquetes sobre una pluralidad de contenedores virtuales para la transmisión hacia dicho otro nodo (22);

\quad

recibir y re-componer dichos datos en el otro nodo (22); y

\quad

compensar retrasos causados por diferentes longitudes de ruta de contenedores virtuales individuales, en donde dicha pluralidad de contenedores virtuales está relacionados en su fase y bytes de cabecera se introducen en dicho primer nodo (21) dentro de cada contenedor virtual que son indicativos de la relación de fase.