通过通信连接段传输异步 传输模式信元的最佳方法 本发明涉及一种通过通信连接段传输ATM信元的最佳方法。
在现在的ATM系统中，信息在信元中传输。这个信元具有一个信头部分以及一个信息域部分。在信头部分中存储的是连接信息，在信息域部分中存储的是必须传输的实用数据。真正的数据传输是通过在发送器和接收器之间的通信连接段，以具有多个信元的信元流的形式实现的。其中也许存在这样的要求，如此利用这个通信连接段，即，多个发送设备通过同一个通信连接段传输由它们发出的信元流。
为了可以符合各自要求地实施这个信元流的传输，在现在技术条件下，已用所谓的列表法得以实现。对此，以一个确定的顺序从调度设备的缓冲存储器中读出ATM信元。加权的合理排队列表法(WEIGHTEDFAIR QUEUING SCHEDULING)可以作为一个这样的列表法的示例被提及。这个已知的方法例如在International Journal of CommunicationSystem(通信系统国际期刊)第七卷307-308页(1994)，J，W，Roberts发表的文章“Virtual Spacing for Flexible Control”，中已有阐述。其中，不同地加权因数被分配给各个信元流，利用加权因数控制在各个通信连接段上的真正传输过程。
此种处理方法存在的问题是，许多列表方法，例如刚才说明的加权的合理排队列表法，不可能在随后的通信接口上确保峰值位速率限制(Spitzenbitratenbegrenzung)可是这种限制在信息流被传输到任何具有小容量存储口的节点处时是必需的。
在具有申报号为3710807的德国专利申报中，提出了一种列表法，借助该种方法，根据通信接口上的传输容量调整信元速率。这个方法具有二个阶段，它们时间上依次运行。这些阶段的详细构成在此并未公开。
另外，在欧洲专利说明中O498092中指出了一种方法，按照此法要严格限制单独连接所确定的传输位速率。这意味着，例如在过载的情况下，拒绝另一个连接的建立，因此，一个灵活的操作是不可能的。
本发明的任务是提出一种方法，使信元速率最佳地与通信接口的传输容量匹配，并且同时可以灵活控制可能出现的过载情况。
该项任务是通过本发明提出的一种通过通信连接段传输ATM信元的最佳方法予以解决的，该方法具有一种分类法，它包括一个第一个，含有系统时间的变量，以及一个第二个，含有最后已处理过的ATM信元流的请求服务时间的变量，其中第一变量与第二变量一起在一个周期性的时间光栅内互相比较，只有当第一变量达到或超过请求时间，才可以发出下一个ATM信元，在此建立一个在第一变量和第二变量之间的时间间隔，并且当超过这个时间间隔一个预先规定的阈值时，第一变量的增长就被中止，直到又低于该预先给定的阈值。
本发明的优点在于规定一个阈值，并允许一个第一变量偏离一个第二变量的值约等于此阈值。如果超过这个阈值，则要如此长时间地停止这个第一变量的增值，直到又低于预先给定的该阈值。因此，实现了所有存在的通信连接的一个合理操作，并且也还实现了对在过载情况下还要建立的通信连接的合理操作。这意味着，在过载情况下，所有的通信连接每秒都少发送相同比例因数的ATM信元。除此之外，不发生对在过载情况下也还要建立的通信连接的拒绝。
本发明的其它结构在从属权利要求中给出：
其一规定，在调度设备中定义第一个逻辑等候队列，按照在一个表格以及一个计时器中完成的登记对这个逻辑等候队列定址。其中，通过各一个缓冲存储器和一个信元存储器的存储单元定义第一个等候逻辑队列，其中在存储单元中存储ATM信元，此外，借此定义两级法的第二级。
其二规定，由一个中央块调度设备，按照在表格以及计时器中完成的登记，对调度设备定址。借此定义两级法的第一级。
其三规定，定义第二个逻辑等候队列，该队列在其整体上展示出一个相互关联的清单。此外，通过在计时器中以及在一个已分配的存储器中的各个登记定义第二个逻辑等候队列。因此兼有这样的优点，即向这个相互关联的清单中登记是可较灵活地操作的。
其四规定，通过一个单独的，与调度设备并行安置的通信连接段，附加的实时ATM信元以一个比通过调度设备的传输的ATM信元所具有的优先权更高的优先权，被提供给块调度设备。因此兼有这样优点，这些ATM信元在系统中最优先被传输，因此，有时可以不采取回波抑制措施。
下面借助一个实施例详细说明本发明。
实施例的附图是：
图1一个中继系统，在该系统中应当运行本发明的方法，
图2本发明方法的一个特殊结构形式，
图3逻辑等候队列的实现，
图4计时程序
在图1中示出了一个中继系统，本发明的方法应当在其中运行。这里示出了各输入侧和输出侧的多路转换设备M，在这里，输出侧的多路转换设备M与接口匹配单元LIC相连接。此外还示出了统计多路转换设备SMU，在其中运行列表方法。这里用字母A、B、C、D表示这个方法。另外示出了传输线E，在输入侧通过多路转换设备SMU与此传输线连接多个调度设备。在输出侧，连接线E通过输出侧的多路转换设备M连接到接口匹配单元LIC上。在中继系统内部，考虑到临界传输容量，必须对中继线E以及接口匹配单元LIC分级。为了在传输段E上可以保持最高的峰值位速率，除特殊措施外，必须取消ATM信元。
在图2中详细介绍了统计多路转换设备SMU，在图1中它被移近到输出侧的多路转换设备M。通过一个通信连接段到达的ATM信元被传送给多路转换分离设备DEMUX。从这里，ATM信元通过其它的多路转换分离设备D0…D127进一步到达调度设备SB0…SB127中的单独连接的逻辑等候队列W1…Wn上，这些调度设备总是由一个在图2中示出的缓冲存储器P1…Pn和在图3中示出的存储系统Zsp物理形成。
刚才提到的情况在图3中有详细介绍。这里示出了公共的存储系统Zsp，它由许多服务于接收ATM信元的存储单元所组成，并且因此具有信元存储器的功能。逻辑等候队列W1例如也就是由缓冲存储器P1和存储在信元存储器Zsp中的，从属于一个确定连接的ATM信元组成，并且单独连接地被分配给具有号码1的连接。用同样的方法定义其余的逻辑等候队列W2…Wn。另外，示出了形成FIFO存储器的缓冲存储器P1…Pn。它们各有m多个存储元件Pn1…Pnm，它们有指示器(Pointer)功能。此外在缓冲存储器(P1…Pn)中，数据组DS被附加存放，它总是一次性存在于每个缓冲存储器中。这里通信连接特有的数据例如是最大的信元速率(Peak Cell Rate PCR)，以此速率ATM信元应当通过连接被传输，以及存放用于加权后的合理排队列表法的重要加权因数ri。这个值在建立通信的情况下被确定并且一起被传输。
到达系统中的一个ATM信元现在不直接暂存在缓冲存储器P1…Pn之一中，而是写入信元存储器Zsp中。在缓冲存储P1…Pn中仅仅存放已提到的指示器Pn1…Pnm，它们指向信元存储器Zsp中的相应存储单元，在其中存放涉及到的ATM信元。
在本实施例中，是以此为出发点的，即，按已知的列表法从调度设备SB0…SB127的逻辑等候队列W1…Wn中读出ATM信元，在调度设备SB0…SB126中应当使用已知的加权的合理排队列表法WFQ，然而其它方法也是可能的。在此可示范地举出在调度设备SB127中运行的方法。这里使用了一个已修改的列表法，在下面被命名为速率调整(Rate Shaping)方法RS，它是本发明的目标。后面将详细说明这种方法的工作原理。
按照本实施例，现在运行的是二阶段列表方法，在速率调整方法RS中调整原来的峰值位速率限制。此外，已知的加权的合理排队列表法WFQ形成二阶段方法的第二阶段。此外，这里可以运行每一个任意的列表法，因为第二阶段的运行不依赖于在第一阶段中使用的方法。就此而言，加权的合理排队列表法WFQ的使用不是绝对必需的。在使用加权的合理排队列表法WFQ的情况下，开头所说明的不同加权因数ri被分配给ATM信元。借助于这个加权因数，按照一个还要被详细说明的计时程序读出ATM信元并且予以传送。
在多路转换设备SBS上，运行按本发明的二阶段方法的第一阶段。在此涉及到一个块调度设备，它的任务在于，按照一种列表法选出调度设备SB0…SB127的一个。在本实施例中，使用了已提到的速率调整方法RS，该方法也可以在没有附加的列表法的情况下运行。
在多路转换设备SBS中，其它的加权因数R0…R127被分配给要选出的调度设备SB0…SB127。在此涉及到路径或连接线的位速率，连接线由相关的调度设备馈送。另外，可灵活调整因数R。借此在相连接的传输段上可以对峰值位速率定界。同样按照计时程序实现对涉及的调度设备SB0…SB127的选择，在这种情况下，如用在调度设备SB127中运行的速率调整方法RS，计时程序得到一个小的修改。
首先也就是根据二阶段法的第一阶段选择调度设备SB0…SB127中的一个。在本实施例中这应该是调度设备SB0。然后紧接着通过二阶段法的第二阶段的运行，用相关的缓冲存储器P1…Pn对逻辑等候队列中的一个定址，它例如是调度设备SB0的缓冲存储器P1。作为最先被存储的ATM信元这时被传输到块调度设备SBS，并且把它提供给其它设备。根据图1这就是传输段E，在那里示出的输出侧的多路转换器M以及接口匹配单元LIC。
在多路转换设备SBS上始终运行的仅是速率调整方法RS，它确保ATM信元流的峰值位速率的限制。在一般情况下，ATM信元流展示的是大量通信连接。这个数目是通过考虑在一个虚路径(VPC)中的虚通道(VCI)的数量获得的。就此而言，涉及的是虚路径的峰值位速率。
在本发明的另一改进结构中，加倍实现了调度设备。在本实施例中，这种情况示范性地在调度设备SB0上通过并行设置的调度设备SB0予以说明。
在本发明的另一个改进结构中，实时ATM信元RI被提供给块调度设备SBS。这些是ATM信元，它用一个在线连接的通道(Zug)中传输。普遍适用的是，必须优先处理这些ATM信元，因为否则不可能满足向确定的实时连接提出的关于延迟时间的高要求。作为对此的示例可以提及在语言通信情况下，由于过长的延迟时间以及失配产生的回波。根据本发明的方法，一个较高的优先权被分配给这些时实ATM信元。可是这并不意味着，缓冲存储器P1…Pn中的ATM信元在传输实时的ATM信元RT期间可以长时间不被传输到块调度设备SBS。在没有峰值位速率限制的情况下，把这个实时ATM信元RT传输到块调度设备SBS。因此ATM信元RT可以超过在调度设备SB0…SB127中要由二阶段列表法的第二阶段处理的ATM信元。
下面详细说明计时程序，它应用于速率调整方法RS。此时值得注意的是，原则上工作原理不依赖于速率调整方法RS是否作为第一或第二阶段运行。剩下的一些较小的不同之处在以后详细说明。普遍适用的是，计时程序的任务在于，采取预先计划，何时何地，在哪一个连接中必须读出和传输一个ATM信元。
按照上面的说明，就是说需要二个先后运行的列表法。在块调度设备SBS上运行第一个列表法(第一阶段)。同时在一个一定的，事先规定的时刻Tnow选择调度设备SB0…SB127中的一个。在调度设备SB0…SB127中运行第二个列表法(第二阶段)。这里形成的不是象在第一种情况下调度设备被定址，而是安装在调度设备中的缓冲存储器P1…Pn(排列)被定址。
根据图4，现在用调度设备SB0…SB127的例子，详细说明计时程序，依此图4首先引用一个计时器K，它各由成对安装的存储元件nsb形成。这些是被连续编号，并且代表时间间隔。在本实施例中，预先规定全部nsb＝2048的存储元件。作为登记在此包含了指示器ZEA、ZEE。其中指示器ZEA标出当时另一个逻辑等候队列的开始，指示器ZEE标出在另一个存储器SP中的同一逻辑等候队列的结束。
在图4中示出了存储器SP以及其它的逻辑等候队列。这个存储器SP的单独存储单元总是由2个元件构成的，其中，这些元件中的一个包含了存储器SP的另一个存储单元的地址。剩下的，存储单元的较大的元件用作标识号码的登记。按照本实施例，这些是逻辑等候队列的标识号码W1…Wn。在存储器SP中的这种编排方式因此以一个相互关联的清单的形式实现，借此定义刚才提到的其它逻辑等候队列。它们具有多个项，并且按图4通过参考标号WH1…WHnsB认别它们。
逻辑等候队列WH1…WHnsB的构成是通过在计时器K中定义的指示器ZEA，ZEE实现的。对此，指示器ZEA指向这个逻辑等候队列开始的第一项。通过在存储器SP的存储单元中的剩余单元定义其余项。这个逻辑等候队列的最末项是这样一个项，在所涉及的存储单元的元件中它包含的数值是0。借此定义这个逻辑等候队列的结束。因此，在计时器K中，每一个登记被分配一个逻辑等候队列。
另外按照图4示出了一个表格TB。它具有W、T和ST列。在W列中登记了逻辑等候队列W1…Wn的标识号码。它们总是固定地存储在这个列中。
在T列中，将登记Ti值，它总是代表时间单位，并与当前值ri成反比(Ti＝1/ri)。此外原值还代表二个先后相邻的ATM信元间的最不间隔，该间隔必须被保持，由此通过ATM信元数/秒定义ri的数值。在ST列中登记的是时间，在这个时间，ATM信元应当从所涉及的逻辑等候队列中被读出并且被传输。因为这个时间实际上不是一直精确地被保持，例如转交负载情况下，在一定程度上涉及一个请求时间。因此，按照表格TB，对于逻辑等候队列W1…Wn的每一个来说，包含峰值位速率(T列)和要读出的请求时间(ST列)。
按图4现在进一步示出读指示器Tnow和RP。在一个周期性的时间光栅内，这些指示器沿着计时器K的配对安置的存储元件nsB运行。在这些配对安置的存储元件中的登记定义了存储器SP中的存储单元的地址，在存储单元中存放着逻辑等候队列W1…Wn的标识号码。读指示器Tnow表示当前的系统时间，并且每隔一个值Tstep它就增加，其中Tstep可通过软件调整。为了获得计时器K(nsB＝2048)的可替代的数量级，读指示器Tnow不随着每一个信元周期增加1。而是每4或8信元周期。读指示器Tnow以恒定速度随着登记移动。如果读指示器Tnow碰到一个登记，就求得在那里存储的指示器，并把它分支到在存储器SP中存储的地址。由于在此存放了一个逻辑等候队列的第一或者也许是唯一的项，那么就向此分支，并且读出所涉及的ATM信元。如果读指示器Tnow没发现登记，则不做动作。
可是现在也许可能出现这样的问题，读指示器Tnow在存储器SP中发现一个相对大规模的逻辑等候队列WH1…WHnSB。这意味着，在从信元存储器Zsp中读出相应于第一项的ATM信元之后，要读出其它的ATM信元。在这种情况下，在计时器K中第一项的起始地址被更新，并且在存储器SP的存储单元中对后面项定址，并且紧接着从信元存储器Zsp中读出已分配的ATM信元。一直重复这个过程，直到存储器SP的存储单元的某个元件中发现0值，并且因此表示当时逻辑等候队列WH1…WHnsB的结束。
可是为了保持一致性，读指示器增加1，即使它还进行逻辑等候队列WH1…WHnsB的操作。由于这个原因，使用了一个第二读指示器RP。此外还要考虑到，读指示器RP实施了原来的读过程。借此，在操作很长的逻辑等候队列时，读指示器RP跟随读指示器Tnow。
在通信连接上有很高负载的情况下，最终可能发生，读指示器RP大体上跟随在读指示器Tnow后面，不再给出将来和过去的一个明确的赋值。如果发生这种情况，比如说如果Tnow已经离开存储单元nSB＝2048，并且已经指向例如存储元件5上，然而读指示器RP还在进行存储元件10的操作。为了避免这种情况，根据本发明，限定读指示器RP跟随在读指示器Tnow后面。为此，引入一个值τ＝Tnow-RP，该值通过二个读指示器Tnow和RP的差定义。不可以超过这个值τ的最大值是可以以软件方式预先规定的。
如果基于高通信负载超过了这个最大值，就中止读指示器Tnow的增长。读指示器RP借此又重新靠近到读指示器Tnow。以此保持一致性，可以在逻辑等候队列W1…Wn中相当困难地读出ATM信元，这适于较低的传输速率。
下面现在应当详细说明按照本发明方法的时间运行过程。需要注意的是，由一个在下面被称作缓冲操作的控制设备实施所有的控制过程：
首先，在逻辑等候队列W1…Wn中的一个中输入一个ATM信元。如已经在开始所描述，实现在信元存储器Zsp中的ATM信元的存储。同时在缓冲存储器中，仅仅存放了指示器Pn1…Pnm。按照本施例，这时应当在信元存储器Zsp的一个存储单元中写入一个ATM信元，它是通过在缓冲存储器P1定义的指示器P11定址的，同时需要注意的是，逻辑等候队列W1是否是空白的，并且依此按照定义它目前不具有其它的ATM信元。当在存储器系统ZSP中输入这个ATM信元以及在缓冲存储器P1中一个相应的登记，这时首先按表TB的ST栏中检查，应当在哪一时刻读出这次通信连接的下一个ATM信元。如果这个时间点已被删除，那么在存储器SP的逻辑等候队列中登记分配给逻辑等候队列W1的标识号码，它恰好通过读指示器Tnow被定址。这种登记总是在逻辑等候队列的结尾实现，有时这也可能是唯一的登记。
如果在逻辑等候队列W1…Wn的一个逻辑队列中读入一个ATM信元，在这次逻辑队列中已经存放了ATM信元，如此，在接收时不进行直接的登记，好象在一人空白的逻辑等候队列的情况。由缓冲管理器确定，逻辑等候队列中的一个是否包含ATM信元，通过它在读出时缓冲操作从逻辑队列W1…Wn中之一读出一个ATM信元的方法验证，这是否是最后的ATM信元。如果因此确定，逻辑等候队列中充满其它ATM信元，就首先立刻在表TB中在ST列中检查，什么时候应该为此次通信连接读出下一个ATM信元。例如这应当从当前的读指示器Tnow的状态开始的10个其它信元周期内实现。借此这时在ST列内登记这个时间。另外，在存储器SP中逻辑等候队列WH1…WHnsB被扩展了所分配的标识号码，以及用为此所必需的指示器ZA，ZE修改计时器K的存储元件nSB＝Tnow+10。
速率调整方法的计时程序同样在块调度设备SBS中运行。在此，代替逻辑等候队列W1…Wn，块调度设备SB0…SB127被定址，并且相应地从信元存储器ZSP中读出ATM信元，然后在表格TB中，代替标识号码W，存放调度设备SB0…SB127这种号码。同样在这里计算加权因数Rj代替计算加权因数ri的，并且存放在ST列中。另外，在这里如此选择τ值，使Tnow增长的中止只以很低的概率出现。被选择的τ值与输出线上的最大可能负载有关。为了可以确95％的最大负载，应当选择该值τ＝256*Tstep。对于90％的负载来说，τ＝128*Tstep就够用了。
在块调度设备SBS中运行计时程序，还存在一个特点。按图2示出了ATM信元RT，它经过调度设备SB0…SB127旁传递，并直接被提供给块调度设备SBS。在此涉及到前面已提到的实时ATM信元。
如果一个实时ATM信元到达信元存储器ZSP中，那么在存储器ZSP的逻辑等候队列中就登记所分配的标识号码RT-ID，正好通过读指示器Tnow对它定址。这种登记总是在逻辑等候队列的末尾实现，有时这也可能是唯一的登记。因此就直接读出这些高度优先的ATM信元。