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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein alternatives Verfahren zur Abstands-Einmessung eines Netzabschlussgerätes (NTE)
in einem Netz, beispielsweise einem optischen Netz wie jenem, das
in der Patentanmeldung GB9413716.5 beschrieben ist. In dieser Anmeldung
ist die Verwendung eines separaten Trägers für den Abstands-Einmessungsvorgang
beschrieben.
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Die Bezeichnung 'Netzabschlusseinrichtung' (NT) in der vorstehend
angeführten
früheren
Anmeldung ist in der vorliegenden Anmeldung durch 'Netzabschlussgerät' (NTE) ersetzt worden.
Man sollte erkennen, dass diese beiden Bezeichnungen in dem Zusammenhang
dieser Anmeldungen austauschbar sind.
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Die europäische Patentanmeldung 0 337 619
A1 offenbart ein bidirektionales Breitband- und Telefonnetz, das
vom Vermittlungsstellenende aus steuerbar ist. Eine optische Faser überträgt die Dienste über passive
optische Teiler zu den Kundenräumlichkeiten.
Telephonie wird auf einer Wellenlänge bereitgestellt, Fernsehen
auf einer zweiten Wellenlänge
und bidirektionale, asynchron zeitlich getrennte Informationen auf
einer anderen Wellenlänge unter
Verwendung von ATD-Verfahren (asynchrones Zeitmultiplexing). Zeitschlitze
sind Informationspaketen zugeordnet, sodass sie ohne gegenseitige
Störung
zu Empfangsstationen hin und von diesen weg laufen können, und
die Umlaufverzögerung
zwischen Stationen ist derart angepasst, dass dies erreicht wird,
während
minimale Bandbreitenanforderungen aufrechterhalten werden. Die dynamische
Zuweisung von Reservekapazität
wird für
diskontinuierliche Dienste bereitgestellt. Es ist auch ein Verfahren
zur Abstands-Einmessung als auch ein Verfahren der Fehlerkorrektur
offenbart.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird
ein Verfahren zur Abstands-Einmessung eines ausgewählten Netzabschlussgerätes (NTE)
in einem optischen Zeitmultiplex-Telekommunikationsnetzsystem (TDMA)
zur Verfügung
gestellt, wobei das Netzsystem mehrere NTEs umfasst, die mit einem
Kopfende verbunden sind, wobei das Verfahren umfasst, dass der Abstand
des ausgewählten
der mehreren NTEs eingemessen wird, indem eine Abstandseinmessungsnachricht
als ein Signal, das Fehlerkorrektur einschließt, auf bestehendem Signalverkehr
in dem optischen Netzsystem kodiert wird und die Fehler an dem Kopfende überwacht
werden und die Nachricht aus den Fehlern extrahiert wird.
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Die vorliegende Erfindung wird nun
beispielshalber beschrieben.
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Die kontrollierte Fehlerkodierung
kann verwendet werden, um initialisierten NTEs zu ermöglichen,
mit dem Kopfende zu kommunizieren, ohne den anderen Verkehr zu beeinträchtigen.
Durch diese Kommunikation wird ein NTE identifiziert und es wird
für das
Kopfende möglich,
dessen Abstand zu bestimmen.
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Das NTE muss eine kleine Anzeige
an das Kopfende senden, wenn es anfänglich angeschaltet wird. Die
NTEs arbeiten in einem TDMA-System, und bis das NTE seinen Abstand
kennt, wird jeder Versuch, mit dem Kopfende zu kommunizieren, den
momentan bestehenden Verkehr verfälschen.
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Auf Grund des großen Bereichs beteiligter Entfernungen
ist es nicht möglich,
eine ruhige Zeit festzustellen, um zu kommunizieren oder die Abstands-Einmessung
vorzunehmen.
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Das in der Anmeldung GB9413716.3
beschriebene System nutzt einen separaten Teilträger, um dies zu leisten, diese
Option hat sich aus anderen Gründen
als schwierig zu realisieren erwiesen, und es resultierte ein reines
TDMA-System.
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Die anfängliche Abstands-Einmessung
wird folgendermaßen
funktionieren:
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In Ansprechen auf ein Signal "Irgendwelche neuen
NTEs?" von dem Kopfende
wird das NTE ein Signal mit niedriger Geschwindigkeit auf den momentan
ablaufenden Verkehr kodieren (typischerweise 100 kbit/s, im Vergleich
zu der normalen Datenrate von 700 Mbit/s). Die stromauf laufenden
Zellen werden eine ausreichende Fehlerkorrektur aufweisen, um bis
zu 2 aufeinander folgende Bit zu korrigieren. Wenn die Hamming-Fehlerkorrektur verwendet
wird, kostet dies für
den Steuerschlitz 10 Bit, für
eine Zelle kostet es 16 Bit. Durch Überwachung der Fehler am Kopfende
kann aus den Fehlern eine Antwortnachricht extrahiert werden. Der
Fehlerimpuls, den das NTE bewirkt, wird 1,5 Bit breit sein, was
bis zu 2 Fehler verursachen kann. Jedes Bit der NTE-Antwort muss
mehrmals gesendet werden, um die Information statistisch zu kodieren.
Das exakte Muster des Auftretens dieser Fehler ergibt den Abstand
für das NTE.
Durch Einphasen der Taktung derselben kann eine bessere Genauigkeit
erzielt werden.
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Der Impuls ist 1,5 Bit breit, um
die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen,
einen Fehler zu bewirken. Wenn der Impuls 1 Bit breit wäre, würde er normalerweise
einen Fehler von einem einzigen Bit verursachen, könnte aber
auch einen Fehler von 2 Bit verursachen. Da die Fehlerkorrektur
auf ein 2 Bit-Fehlermuster
eingestellt sein muss, kann der Impuls auf 1,5 Bit erhöht werden,
ohne dass eine zusätzliche
Fehlerkorrektur benötigt
wird; dies verbessert die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Bit durchkommt.
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Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass
ein Bit durchkommt, hängt
davon ab, ob es die Schutzperiode um jedes Wort herum trifft und
ob die Bits 0 oder 1 sind. Die Schutzperiode beträgt etwa
10 Bit von 42, und unter Berücksichtigung
von Randeffekten ist anzunehmen, dass nur 30 von 42 registriert
werden. Somit wird mindestens 1 Bit und werden üblicherweise 2 Bit getroffen.
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Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass
ein Bit verfälscht
ist, hängt
von der Wahrscheinlichkeit P2 ab, dass 2 Bit betroffen sind. Diese
beträgt
mindestens 50%, kann aber in Abhängigkeit
von dem Typ der verwendeten Detektoren im Bereich von 50% bis 90%
liegen. Die Formel lautet dann:
Wahrscheinlichkeit_Beide_Bit_in_Fenster
+ Wahrsch._Ein_Bit_in_Fenster + Wahrsch._Anderes_Bit_in_Fenster
= (30/42)*(1 – 1/2*(1 – P2) – P2*((1/2)*(1/2)))
+ (1/42)(1 – 1/2))
+ (1 – P2)*(1/42)*(1 – (1/2)).
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Für
P2 = 50% ergibt dies 46%, für
P2 = 70% ergibt dies 50%, für
P2 = 90% ergibt dies 53%. Für die
nachfolgende Analyse wird eine Wahrscheinlichkeit von 50% angenommen.
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Somit wird ein Bit, um es durchzubekommen, mehrmals
gesendet werden müssen.
Es ist wichtig, dass es mehr als einmal pro Zelle gesendet wird,
es gibt jedoch 8 separate, verschachtelte Ströme, wenn das NTE den Impuls
geeignet beabstandet sendet, kann es 7 Impulse innerhalb des Zeitraums
einer Zelle senden, sodass es nicht möglich ist, dass 2 die gleiche
Zelle treffen. Durch Wiederholung desselben Datenbits für diese
7 Impulse wird es 127 von 128 Mal durchkommen.
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Die Hamming-Fehlerkorrektur wird
aus einem von mehreren von Richard Hamming erfundenen Fehlerkorrekturcodes
ausgewählt,
die redundante Informationsbits verwenden, um etwaige Fehler in einem übertragenen
Zeichen zu erkennen und zu korrigieren.
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Das NTE muss ein Nachrichtenformat
senden, das ein Vorwort und ein Etikett enthält. Dieses Vorwort muss die
Zeit und Abstandsinformationen angeben, die für das Kopfende ausreichend
sind, um den Abstand des NTE herauszuarbeiten, sowie Bitpositionen,
um das Etikett zu interpretieren.
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Das Etikett braucht nicht sehr groß zu sein,
3 Bit werden als geeignet betrachtet.
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Es wird das folgende Muster vorgeschlagen: 101101XXX.
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Das Vorwort 101101 gibt an, dass
die Nachricht zur Abstands-Einmessung
vorgesehen ist und ermöglicht
es, den Abstand und die Bittaktung zu bestimmen. XXX stellt das
Etikett dar. Das Kopfende wird überprüfen, dass
es 101101XXX000 empfängt, und
dies reicht aus, um überzeugt
zu sein, dass nur ein einziges NTE gleichzeitig antwortet.
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Wenn zwei NTEs zur selben Zeit antworten, wird
die Überlappung
erkannt werden.
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Ein Bit 1 wird als ein Fehler kodiert,
ein Bit 0 als kein Fehler.
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Bei einer Wahrscheinlichkeit von
127 zu 128, jede 1 durchzubekommen, und angenommen, dass im Mittel
1,5 der Etikettbits eine 1 darstellen, wird dies am Kopfende etwa
96% der Zeit korrekt erkannt werden. Wenn dies in Bezug auf das
Vorwort nicht korrekt ist, wird das Kopfende es ignorieren, wenn
dies in Bezug auf das Etikett nicht korrekt ist, wird das Kopfende
versuchen, mit einem solchen NTE zu kommunizieren und wird keine
Antwort bekommen, und somit werden keine Probleme verursacht.
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Die gesamte Antwort braucht daher
12 Zellenzyklen, um erkannt zu werden, was gleich 94 Mikrosekunden
sind. In der Praxis wird die Software am Kopfende eher länger brauchen,
um die Analyse auszuführen,
aber dies spielt keine Rolle.
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In einem einfachen System könnte der
Abstand durch die Position des ersten Bit in zeitlicher Reihenfolge
bestimmt werden. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass nur
eine Wahrscheinlichkeit von 50% besteht, dass der erste Impuls des
ersten Bit ankommt.
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Durch Einphasen des Impulsmusters
zur Formung jedes Bit durch das NTE kann das Kopfende extrapolieren
und die Taktung sehr genau ableiten. Wenn keine ausreichenden Informationen
vorhanden sind, kann sich das Kopfende dafür entscheiden, die Antwort
zu ignorieren.
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Beispielsweise können die 7 zuvor angeführten Impulse
auf den Bits 0, 44, 92, 144, 200, 260 und 324 gesendet werden, was
Abstände
von 44, 48, 52, 56, 60, 64 Bit bei der Leitungsdatenrate darstellt.
Der Abstand zwischen zwei beliebigen ist eindeutig, und somit kann
die Position des Bit 0 bestimmt werden, wenn kein Fehler erkannt
wird.
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Das Impulsmuster zur Formung jedes
Bits wird derart gewählt,
dass die Zeit zwischen zwei beliebigen Fehlern unterschied lich sein
wird, somit kann ein Muster, welches die Nachricht umfasst, mit diesem
abgeglichen werden und somit können
die erwartete Position des ersten Fehlerimpulses und der Abstand
abgeleitet werden, selbst wenn in der Praxis der erste Fehlerimpuls
nicht aufgetreten ist.
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Jedes Bit der Nachricht kann auf
die gleiche Weise eingephast werden, sodass es mindestens 4 Muster
für das
Kopfende zu überprüfen geben
wird.
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Das Kopfende wird normalerweise nach
allen NTE fragen, aber zu Zeiten hoher Last muss es dies möglicherweise
auf ein einziges NTE zu einem Zeitpunkt einschränken. Nach einer größeren Neukonfiguration
kann dies möglicherweise
recht schwer sein; falls das Kopfende eine Aufzeichnung der Seriennummern
besitzt, die es vor der Neukonfiguration hatte, kann es einfach
nacheinander jedes Einzelne bitten, zu antworten. Die Nachricht
sollte das folgende Format aufweisen:
Maske für Seriennummer
= 32 Bit
abzugleichende Nummer = 32 Bit.
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Das NTE maskiert seine Seriennummer
mit der Maske und vergleicht das Ergebnis mit der abzugleichenden
Nummer. Es antwortet nur, wenn diese passt.
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Wenn ein NTE in Betrieb genommen
wird, wartet es auf eine Nachricht "Irgendwelche neuen NTEs?". Es wird dafür zwei Formen
geben, eine allgemeine und eine eingeschränkte, die einem Teil der Seriennummer
des NTEs gleichkommen muss. Wenn es die Nachricht "Irgendwelche neuen
NTEs?" erhält, antwortet
es mit "Ich bin
hier" unter Verwendung
der kontrollierten Fehlerkodierung, deren erstes Bit eine vorgegebene
feste Zeitspanne nach dem Empfang von "Irgendwelche neuen NTEs?" auftreten wird,
wobei diese Zeitspanne eine etwaig notwendige Verarbeitung ermöglicht,
diese Zeit wird von dem Kopfende von der gemessenen Zeit subtrahiert,
um den Abstand abzuleiten.
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Das NTE wählt ein zufälliges Etikett aus 3 Bit und
sendet "Ich bin
hier" an das Kopfende
und wartet. Wenn es innerhalb von N ms eine Antwort bekommt, reagiert
es darauf, ansonsten reduziert es seine Leistung für einen
stochastischen Zeitraum und wartet auf eine neue Nachricht "Irgendwelche neuen
NTEs?".
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Die Antwort, auf die es wartet, wird
die das Etikett enthaltende Nachricht bestätigen, dem NTE einen zu nutzenden
Strom angeben, sowie eine NTE-Nummer, um sich zu identifizieren,
und eine Verzögerungszeit,
die es verwenden soll. Die Verzögerungszeit
stellt den Betrag dar, den das NTE warten sollte, nachdem es seinen
Rahmen oder seine Benachrichtigung empfangen hat, um die stromauf laufenden
Schlitze zu verwenden, d. h. diese ist von dem Abstand abgeleitet.
Verzögerungszeit
= maximale Zeit der Systemschleife – gemessene Verzögerung.
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Wenn das NTE einmal arbeitet, wird
der Abstand als Teil der Rahmenbildung aktualisiert.
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Das Kopfende wird "Irgendwelche neuen NTEs?" auf dem ersten Strom
senden, wenn es bereit ist, es wird dann einen Zeitnehmer starten
und N ms warten, während
dieses Zeitraums wird es nach Fehlern auf jedem der Ströme suchen
und wird den Zeitpunkt einzelner Fehler, die es korrigieren konnte, sowie
das Vorhandensein etwaiger mehrfacher Fehler, die es nicht korrigieren
konnte, aufzeichnen. Dies wird zur Analyse zu dem Prozessor weitergeleitet.
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Wenn er nichts zu tun hat, wird der
Professor des Kopfendes "Irgendwelche
neuen NTEs?" senden und
darauf warten, dass Fehler gemeldet werden.
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Wenn er Fehler, aber keine mehrfachen
Fehler erhält,
führt er
diese Analyse fort. Wenn weniger als N mehrfache Fehler vorhanden
sind, geht er zum Beginn seiner Analyse zurück, wenn mehr als diese vorhanden
sind, wartet er auf eine fehlerfreie Periode und bittet dann um
ein eingeschränktes "Irgendwelche neuen
NTEs?".
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Die anfängliche Analyse kann mittels
einer Verschiebefensteranalyse von fehlerhaften Zellperioden erfolgen,
wobei das Fenster jedes Mal, wenn nach dem Muster 101101XXX000 gesucht
wird, um eine halbe Zelle verschoben wird.
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Sobald dieses gefunden ist, wird
das Etikett XXX festgestellt, und der Abstand kann bestimmt werden.
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Zur Bestimmung des Abstands besteht
der erste Schritt darin, mit der '1' mit
der höchsten
Anzahl von Bits zu beginnen und zu versuchen, das erwartete Phasenprofil
mit den Daten abzugleichen. Sobald das beste (früheste) Bit gefunden ist, wird
dieses überprüft und bei
jeder der anderen '1'en erneut überprüft. Dies
sollte es ermöglichen,
den Abstand auf 2 Bit genau zu bestimmen, was bei 700 Mbit/s 3 Nanosekunden
sind; dies reicht aus, um mit dem 9 Bit-Schutzfenster von TDMA zu
arbeiten. Wenn nicht genügend
Bit vorhanden sind oder die Daten hinsichtlich des Abstands nicht
konsistent sind, sollte das Kopfende die Antwort ignorieren.
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Wenn mehrere NTEs gleichzeitig auf "Irgendwelche neuen
NTEs?" antworten,
wird möglicherweise
eine gewisse Verfälschung
auftreten, die durch die Hamming-Codes nicht korrigiert werden kann.
Wenn mehr als ein NTE antwortet, wird dies bewirken, dass einige
Zellen fehlerhaft sind. Für
2 NTEs, die innerhalb von 8 Mikrosekunden aufeinander antworten,
wird dies bewirken, dass im Mittel 7 × 5,5 × 0,25 Zellen über die
Fehlerkorrekturfähigkeit
hinaus fehlerhaft sind (etwa 10 Zellen). Dies stellt den schlimmstmöglichen
Fall dar, bei einer Abweichung oberhalb von 8 Mikrosekunden (2 km)
wären die
Fehler geringer. Bei normalem Betrieb und normaler Installation
wird es als unwahrscheinlich angesehen, dass 2 NTEs zur gleichen
Zeit die Abstands-Einmessung vornehmen wollen.
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Durch geeignete Wahl des Fehlerschutzes sollte
die Nachricht "Ich
bin hier" selbst
auf einem ruhigen System ohne Verkehr sichtbar sein.
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Wenn für viele NTEs der Abstand schnell neu
eingemessen werden muss, erfolgt dies recht schnell, wenn jedes
NTE der Reihe nach explizit gebeten wird, mit einem Abstand zu antworten.
Jedes einzelne NTE sollte innerhalb einer Sekunde neu abstandseingemessen
werden.
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Unter Verwendung dieser Verfahren
kann die Nachricht "Ich
bin hier" über die
Datenströme
geleitet werden, ohne die Daten zu beeinträchtigen, und kann außerdem ermöglichen,
den Abstand exakt zu bestimmen.