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Hintergrund
der Erfindung Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung ist auf Verbesserungen
der traditionellen Ethernet-Funktionalität und insbesondere auf ein
Hochgeschwindigkeits- (HS-) Ethernet auf der Grundlage der SONET-Technologie
gerichtet.
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Stand der
Technik
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In den letzten Jahrzehnten hat sich
die Industrie von der Sprechkreis-Vermittlung auf die Datenmitteilungs-Vermittlung
und dann zur datenorientierten Paketvermittlung entwickelt. In den
letzten Jahren wurden andere Technologien in den Markt eingeführt, um
diese älteren
Technologien zu verbessern oder zu ersetzen, wie z. B. Frame Relay,
schnelles Ethernet, vermitteltes Ethernet und ATM. Dennoch lösen selbst
einige dieser Technologien die derzeitigen Probleme nicht; die Frame-Relay-Technologie wird
grundlegend in der Weitbereichsnetz- (WAN-) Technologie verwendet,
und schnelles Ethernet und vermitteltes Ethernet dienen als Technologien
für örtliche
oder lokale Netze (LAN).
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Im Jahr 1984 übernahm die CCITT die ersten I-Serien-Empfehlungen,
was ein Meilenstein bei der Entwicklung Dienste-integrierter digitaler
Netze dar. Diese Empfehlungen betreffen Dienste, Netz-Netz-Schnittstellen
(NNI), Benutzer-Netz-Schnittstellen
(UNI) und Gesamt-Netz-Aspekte.
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OSI (Offenes Kommunikationssystem)
ist ein Bezugsmodell, das ein Sieben-Schicht-Rahmenwerk von Protokollen für Datenkommunikationen
definiert und das mit dem Ziel entwickelt wurde, es irgendeinem
Computer an irgendeiner Stelle in der Welt zu ermöglichen,
mit irgendwelchen anderen Computern zu kommunizieren, solange sie
den OSI-Normen gehorchen. Die Schichtbildung unterteilt das Gesamt-Kommunikationsproblem
in kleinere Funktionen, wobei gleichzeitig eine Unabhängigkeit
jeder Schicht von der nächsten
Schicht dadurch sichergestellt wird, dass Dienste, die von einer
Schicht zur nächsten
Schicht bereitgestellt werden, unabhängig davon definiert werden,
wie diese Dienste ausgeführt werden.
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Die unterste Schicht ist die physikalische Schicht
(PHY), die sich auf die physikalischen Schnittstellen zwischen den
Geräten
bezieht und die Übertragung
von Roh-Bits über
Kommunikationskanäle
betrifft, und die die Schicht 2 (Datenverbindungsstrecke) über einen
Verbindungsverlust informiert. Die Funktionen der physikalischen
Schicht sind beispielsweise die Hinzufügung, die Abzweigung und die
Multiplexierung von Verkehr. Ein Hinzufügungs-/Abzweigungs-Multiplexer (ADM)
kann irgendeinen seiner verschiedenen Teil- oder Unter-Eingänge in ein
Leitungssignal multiplexieren bzw. hiervon demultiplexieren, und
er kann als ein Netzknoten, ein ADM oder ein Endgerät verwendet werden.
Wenn er als ADM verwendet wird, führt er lediglich einen Zugriff
auf Signale aus, die an dieser Stelle abgezweigt oder hinzugefügt werden
müssen, wobei
der Rest des Verkehrs unbeeinflusst hindurchläuft.
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Eine wichtige Aufgabe der Datenverbindungsschicht
(zweite Schicht) besteht in der Aufteilung von Daten in Rahmen und
die nachfolgende Aussendung dieser Rahmen in einer Folge, und in manchen
Fällen
die Verarbeitung von Quittungsrahmen, die an den Empfänger zurückgesandt
werden. Die Netzschicht (die dritte Schicht) stellt die Funktions-
und Verfahrenseinrichtungen zum Aufbau und zur Beendigung einer
Verbindung, zur Leitweglenkung von Daten und zur Steuerung des Datenflusses über das
Netz bereit. Die verbleibenden Schichten sind anwendungsorientiert
und befassen sich mit der Bereitstellung verschiedener Dienstefunktionen
an die Benutzer, wie z. B. der Sitzungssteuerung, der Netzverwaltung
und anderer Dienste.
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Einige Technologien werden in besser
geeigneter Weise an bestimmten Schichten angewandt. Beispielsweise
ist SONET eine Technologie der physikalischen Schicht und wird als
Transportdienst für ATM,
SMDS, Frame-Relay, T1, E1 usw. verwendet, während ATM auf SONET, Kupfer,
verdrillten Aderpaaren, FDDI als physikalische Schicht arbeitet,
wobei die Datenschicht in eine ATM-Schicht und eine ATM-Anpassungsschicht
unterteilt ist.
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Lokale Netze (LAN's) verbinden Personalcomputer miteinander
und mit gemeinsam genutzten Maschinen. Sowohl Allzweckrechner, die
als Hosts oder Client bezeichnet werden, als auch Spezialzweck-Rechner,
die als Server bezeichnet werden, stellen gemeinsame Dateien, e-mail
usw., bereit.
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Das älteste und am besten bekannte
LAN ist das Ethernet, das in vielen Fällen auf einer physikalischen
FDDI (Hochgeschwindigkeits-Lichtleitfaser-Datenschnittstellen-)
Schicht arbeitet, wobei eine Übertragungsmittelzugriffssteuerungs-
(MAC-) Schicht, die über
der FDDI-Schicht liegt, die Datenschicht bildet.
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Die IEEE wurde bei der Festlegung
von Normen für
LAN's unter dem
802-Komitee beteiligt und übernahm
eine Aufgabe bei der Führung
von LAN-Normungsorganisationen. Ethernet wurde als IEEE 802.3 veröffentlicht
und war für
Datenanwendungen auf der Grundlage eines gemeinsam genutzten Bus
ausgelegt, wobei alle Stationen auf dem Netz das Medium gemeinsam
nutzen.
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Ein Weitverkehrsnetz (WAN) ist ein
Paket-vermitteltes öffentliches
Datennetz, das verschiedene Paketvermittlungsknoten und Übertragungseinrichtungen
mit Kundenstandort-Ausrüstungen
(Computerstationen) verbindet. Ein WAN unterscheidet sich von dem
LAN hinsichtlich der geografischen Überdeckung und der Datenraten
und außerdem
hinsichtlich der Technologie.
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Die Metropolennetz- (MAN-) Technologie
unterscheidet sich von dem LAN und dem WAN hinsichtlich der geografischen Überdeckung
und den Datenraten. Ein MAN könnte
sich im Besitz irgendeiner Organisation befinden oder könnte öffentlich
sein und ermöglicht
es Benutzern, in wirkungsvoller Weise sehr weit verteilte Ressourcen
gemeinsam zu nutzen. Ein MAN könnte
weiterhin als eine Grundlage eines Netzes dienen, das verteilte
LAN's miteinander verbindet.
Derzeit entwickelt sich das MAN in Richtung auf WAN-Technologien
in der Fernleitung, und zwar aufgrund des zunehmenden Bedarfs an
Datenkommunikation.
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Es wurde erkennbar, dass die gemeinsam genutzte
LAN-Bus-Architektur unzureichend ist, um die Anforderungen von Anwendungen
zu erfüllen,
die mehr Bandbreite benötigen,
und dass LAN's beginnen,
zum Flaschenhals in Computerumgebungen zu werden. Aus diesem Grund
wird die Aufteilung von Daten in Zellen bis in das Netz hinein zurückverlegt, wobei
die Information höherer
Ebene bis zur Endstation übertragen
wird.
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Eine vermittelte Ethernet-Technologie,
die entwickelt wurde, um eine größere Kapazität für einen
Endbenutzer bereitzustellen, beruht nicht auf einem gemeinsam genutzten
Medium sondern stellt vielmehr eine Punkt-zu-Punkt-Bandbreite zwischen der
Benutzerstation und der Vermittlung bereit, so dass anstelle der
gemeinsamen Nutzung eines 10 Mbit/s-Mediums der Benutzer ein ausschließlich ihm zugeordnetes
10 Mbit/s-Medium erhält.
Ein vermitteltes Ethernet-Netz ist flexibler, weil es Stationen,
die einen Port oder Anschluss mit einer vorgegebenen vollen Rate
verwenden, Stationen, die einen Anschluss gemeinsam nutzen oder
Stationen einschließen
kann, die einen Zugang an mehr als einen Anschluss haben.
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Das vermittelte Ethernet ergibt jedoch
lediglich eine begrenzte Bandbreite und unterstützt nur Datenverkehr. Während Ethernet-Netzknoten
und Vermittlungen zunehmend verwendet werden, werden sie zu einer
wenig aufwändigen
Einrichtung zur Bereitstellung von mehr Bandbreite an Arbeitsstationen.
Eine effizientere Lösung
für Burst-artigen
Verkehr wird benötigt.
Es besteht weiterhin eine Notwendigkeit, die Zugangsverbindungsstrecke
zu vereinfachen und zu normen, während
sich gleichzeitig ein Schutz für
den Zugangsverkehr ergibt.
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Dennoch ist in der Ära der Datenübertragung ein
wesentlicher Gesichtspunkt für
Netzbetreiber die LAN-Betriebsleistung bei höheren Geschwindigkeiten. Der
10 Gb/s-Markt entwickelt sich sehr schnell in Campus- oder StandortHauptleitungsnetzen.
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Zusätzlich können verschiedene vorhandene Probleme
nicht durch die derzeitigen Lösungen
gelöst
werden. Beispielsweise wird die LAN-Bandbreite derzeit in einer
starren Weise zugeteilt, obwohl viele Benutzer eine skalierbare
Bandbreite für
unterschiedliche Anwendungen benötigen.
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Es würde äußest nützlich sein, eine gleichförmige Architektur
für LAN's, MAN's und WAN's dadurch zu haben,
dass nahtlos die LAN-Technologie auf MAN- und WAN über das
gleiche Protokoll und die gleiche Übertragungstechnologie überbrückt würde.
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Das überwiegende Signalformat in
Lichtleitfasernetzen folgt der synchronen Norm SONET in Nordamerika
und SDH an anderen Stellen. Bei dieser Beschreibung ist SONET so
definiert, dass es SDH einschließt. SONET ermöglicht die
Multiplexierung, die Hinzufügung
und Abzweigung und den allgemeinen Transport von Signalen durch
diese Netze.
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Für
einen Dienst ist die Möglichkeit,
in einfacher Weise durch ein SONET-Netz transportiert zu werden,
ein wertvolles Attribut, weil der Netzbetreiber die große Basis
von installierten SONET-kompatiblen Ausrüstungen nutzen kann. Außerdem ergibt
SONET die Möglichkeit,
Verkehr von unterschiedlichen Stellen über eine Einrichtung zu kombinieren
und zu konsolidieren (Dienstezusammenfügung/Trennung) und reduziert
das Ausmaß der
Rücken-zu-Rücken-Multiplexierung.
Noch wichtiger ist, dass Netzbetreiber die Betriebskosten ihres Übertragungsnetzes
durch Verwenden der Betriebs-, Verwaltungs-, Wartungs- und Bereitstellung-
(OAM&P-) Merkmale von
SONET verringern können.
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Die Umsetzung einer Rate oder eines
Formates auf ein anderes ist gut bekannt. Bellcore GR-232 beschreibt
im Einzelnen die Standard-Umsetzungen der üblichen asynchronen Übertragungsformate
(DS0, DS1, DS2, DS3, usw.) auf SONET. Ähnliche Umsetzungen sind für die ETSI-Hierachie-Abbildung
auf SDH definiert. Optische Übertragungsausrüstungen,
die für
die Umsetzung eines proprietären
Formates auf ein anderes sind ebenfalls auf dem Markt erhältlich,
beispielsweise kann das Gerät
FD-565 der Firma Nortel das proprietäre FD-135-Format sowie das
Standard-DS3-Format übertragen.
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Als eine physikalische Übertragungstechnologie
und außerdem
aufgrund der vorstehend aufgeführten
Vorteile scheint SONET der Kandidat der Wahl zur Übertragung
von Ethernet zu sein. Es sind dem Anmelder keine Versuche bekannt,
die Ethernet in wirkungsvoller Weise in einen SONET-Container umsetzen,
um die Vorteile der SONET-Merkmale und die installierte Basis der
SONET-Ausrüstungen
mit Vorteil zu nutzen. Es besteht ein Bedarf an einem effizienten
Verfahren zur Umsetzung von HS- (Hochgeschwindigkeits-) Rahmen,
wie z. B. Ethernet-Signalen auf maschenartige Netze, wie z. B. SONET,
derart, dass die Signale mit geringen Zeitschwankungen und wenig
aufwändiger
Hardware zurückgewonnen werden
können,
wobei dies mit vorhandenen Langstrecken-Netzen kompatibel sein sollte.
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Die US-A-5581566 offenbart eine Hochleistungs-Parallelschnittstelle
an eine synchrone optische Überleiteinrichtung.
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Die WO 98/04072 offenbart ein Verfahren
zur Übertragung
von LAN-Daten über
ein synchrones WAN, wobei das LAN-Rahmenformat während der Übertragung über das WAN beibehalten wird.
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Die Veröffentlichung „Everything
Over IP – An
Overview of The Strategic Change in Voice and Data Networks" im BT Technology
Journal, BT Laboratories, Band 17, Nr. 2, April 1999, Seiten 24–30 (XP000831721
ISSN: 1358–3948)
diskutiert den Transport von unterschiedlichen Datentypen über IP-Netze.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, die optische physikalische Schicht und LAN-Technologien
zusammenzuführen,
um ein Hochgeschwindigkeits-Ethernet bereitzustellen.
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Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung,
die LAN-/Campus-Technologie auf MAN- und WAN-Technologien unter Verwendung
des gleichen Protokolls und der gleichen Übertragungstechnologie zu entwickeln.
Verbesserungen des traditionellen Ethernets werden ebenfalls geschaffen.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren
zur Leitweglenkung eines Hochgeschwindigkeits-HS-Rahmens in einem
maschenartigen Netz geschaffen, wobei der HS-Rahmen eine Quellenadresse
zur Identifikation einer Quellen-Endstation umfasst
und wobei das Verfahren die Versorgung des HS-Rahmens mit einem
Etikett umfasst, das einen derzeitigen Pfad und eine Zieladresse
zur Identifikation einer Ziel-Endstation identifiziert.
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In vorteilhafter Weise können durch
die Verwendung der SONET-Technologie als das Übertragungsmedium der physikalischen
Schicht für
Ethernet die Netzbetreiber weiterhin die große eingebettete Basis von SONET-Ausrüstungen
verwenden, was zu wichtigen Kosteneinsparungen für neue Ausrüstungen führt. Das HS-Ethernet gemäß der Erfindung nutzt
in vorteilhafter Weise auch die derzeitige SONET-Funktionalität aus, wie die Rahmenbildung,
die Verwürfelung,
die Integrität
usw.
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Zusätzlich ist diese Erfindung
ein Schritt vorwärts
bei der Integration von WAN's,
MAN's und LAN's. Die Anwendungsbereiche
für das
HS-Ethernet reichen von bürointern
(weniger als 500 Meter), Campus oder Standort (weniger als 5 km),
städtisch (weniger
als 50 km) und Fernstrecken (mehr als 50 km).
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Die Erfindung ergibt weiterhin einen
Knoten für
ein maschenartiges Netz und eine Sende-Endstation für ein derartiges
Netz.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die vorstehenden und andere Ziele,
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlicheren
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich, wie
sie in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt sind, in denen:
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1A die
traditionelle LAN-Normbeziehung für das OSI-Bezugsmodell zeigt;
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1B die
LAN-Beziehung des OSI-Bezugsmodells gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ein
Signal des Thin-SONET-STS-192c zeigt;
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3A das
MAC-Rahmenformat gemäß IEEE 802.3
zeigt;
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3B das
MAC-Rahmenformat zeigt, wie es gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung modifiziert ist;
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3C das
Längenfeld
des modifizierten MAC-Rahmens mit Einzelheiten zeigt;
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4 zeigt,
wie die MAC-Schicht von der physikalischen Schicht geführt wird,
um eine Codierung mit veränderlicher
Länge in
der physikalischen Schicht zu ermöglichen;
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5 das
Prinzip der Etikettvermittlung zeigt,
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6 ein
Beispiel eines HS-Ethernet-Netzes gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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7 eine
Verwürfelungsschaltung
zur Erzielung einer hohen Randomisierung der Nutzinformation zeigt;
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8 die
Rahmensynchronisation zeigt; und
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9 eine
Verwürfelungsschaltung
zur Verhinderung von Killer-MAC-Rahmen
zeigt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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1A zeigt
die traditionelle LAN-Normbeziehung zu dem OSI-Bezugsmodell gemäß der IEEE 802.3-Norm.
Die Norm definiert drei Teilschichten in L1, nämlich die physikalische Codierungs-
(PCS-) Teilschicht, die physikalische Medienanschluss- (PMA-) Teilschicht
und die physikalische medienabhängige
(PMD-) Teilschicht. Zwei Kompatibilitäts-Schnittstellen, nämlich die
medienabhängige Schnittstelle
(MDI) und die medienunabhängige Schnittstelle
verbinden die physikalische Schicht mit dem Medium bzw. mit einer
weiteren Teilschicht von L1, nämlich
der Signalisierungs-Teilschicht (PLS).
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Die Datenverbindungsschicht ist ebenfalls
in zwei Teilschichten unterteilt, nämlich die Medienzugangssteuerung
(MAC) und die MAC-Steuer-Teilschicht.
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1B zeigt
die LAN-Beziehung zu dem OSI-Bezugsmodell für das HS-Ethernet gemäß der Ausführungsform
der Erfindung. Die physikalische Schicht ist Thin SONET, wie dies
bei 4 gezeigt ist, auf der Grundlage der WDM-Technologie,
die bei 2 gezeigt ist, und diese ist für Transportfunktionen verantwortlich.
Die SONET-Schicht 4 führt die
Rahmenbildung/Abgrenzung, die Verwürfelung, die Paritätsprüfung, die
Vorwärts-Fehlerkorrektur
(FEC) und den Schutz von Verkehr aus und überwacht den Nutzinformationstyp,
die Dienstegüte,
usw. Die WDM-Schicht 2 betrifft
die Funktionen des OTN (optisches Transportnetz – definiert durch ITU-T SG15), OCH
(optischer Kanal), der ersten von drei Teilschichten in dem optischen
Signal-zu-Rauschverhältnis
(OTN) und befasst sich mit der Verfolgung, OSNR, dem Schutz, und
dem Nutzinformationstyp. Weiterhin wird ein Datenkommunikationskanal
an der physikalischen Schicht bereitgestellt.
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Die Schlüsselfunktionen für Punkt-zu-Punkt- und
Netzwerk-Anwendungen darstellen, sind unterschiedlichen Teilschichten
der Datenverbindungsschicht zugeordnet. Im Einzelnen ist die MAC-Teilschicht
weiter in eine Punkt-zu-Punkt- Teilschicht 6 und
eine Netzwerk-Teilschicht 8 unterteilt. Die Punkt-zu-Punkt-Teilschicht 6 befasst
sich mit der MAC-Rahmenabgrenzung, der Anfangsblock-Prüfungserzeugung,
der Nutzinformationsverwürfelung, dem
Nutzinformationstyp und der FEC, der Punkt-zu-Punkt-Verwaltung von
Rahmen, dem Bericht über
den Betriebszustand und dem Fehlerbericht. Die Netzwerk-Teilschicht 8 befasst
sich mit der Verbindungsstrecken-Adressierung, der Fluss-Leitweglenkung,
der Pufferverwaltung, der Warteschlangen-Abwicklung und der Überlast-Verwaltung.
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2 zeigt
einen Thin SONET STS-Nc-Container für das HS-Ethernet als ein Beispiel
zur Beschreibung einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die SONET-Normen ANSI T1.105 und
Bellcore GR-253-CORE definieren die physikalische Schnittstelle,
die optischen Leitungsraten, die als optische Träger- (OC-) Signale bekannt sind, ein Rahmenformat
und ein OAM&P-Protokoll.
Die optisch/elektrische Umwandlung erfolgt an der Peripherie des
SONET-Netzes, wo die optischen Signale in ein elektrisches Standardformat
umgewandelt werden, das als das synchrone Transportsignal (STS) bezeichnet
wird, das das Äquivalent
des optischen Signals ist. Im Einzelnen werden die STS-Signale von
einem jeweiligen optischen Träger übertragen, der
entsprechend dem STS definiert ist, das er überträgt. Somit wird ein STS-192-Signal
von einem optischen OC-192-Signal übertragen.
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Der STS-1-Rahmen besteht aus 90 Spalten mal
9 Reihen von Bytes; die Rahmenlänge
beträgt 125
Mikrosekunden. Ein Rahmen umfasst eine Transport-Zusatzinformation (TOH), die 3 Spalten mal
9 Reihen an Bytes belegt, und einen synchronen Nutzinformations-Umschlag
(SPE), der 87 Spalten mit 9 Reihen an Bytes belegt. Die erste Spalte
des SPE ist mit Pfad-Zusatzinformations-Bytes belegt. Als solches
hat ein STS-1 eine Bitrate von 51.840 Mb/s.
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Eine höhere Rate aufweisende STS-N-Signale
werden durch Multiplexieren von Unterbündeln mit einer niedrigeren
Rate aufgebaut, worin N = 1, 3, 6, ... 192 oder höher ist,
und wobei SONET-Einfügungs-/Abzweigungs-Multiplexer
verwendet werden. Ein STS-N-Signal wird durch Verschachteln von
N STS-1-Signalen gewonnen, die getrennt mit dem Umschlag ausgerichtet
werden. Das STS-N weist eine TOH auf, der aus allen N TOH's der einzelnen Unterbündel hergestellt
ist, sowie einen SPE, der aus allen N SPE's der Unterbündel hergestellt ist, jeweils mit
ihrer eigenen Pfad-Zusatzinformation POH. Die einzelnen Unterbündel könnten eine
unterschiedliche Nutzinformation jeweils mit einem unterschiedlichen Ziel übertragen.
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Einige Dienste erfordern mehr als
ein STS-1, weil sie mit einer höheren
Rate arbeiten. Diese werden in einem STS-Nc-Signal (c für Verkettung) übertragen.
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2 zeigt
die TOH 10, den Umschlag STS-Nc SPE 12 und die
POH 14. Die STS-1's
in das STS-Nc-Signal werden zusammengehalten anstatt verschachtelt
zu werden. Der gesamte Umschlag des STS-Nc-Signals wird als einzige
Einheit anstatt als N einzelner Einheiten leitweggelenkt, multiplexiert und
transportiert. Die TOH und der Anfang des SPE für die N Bestandteile sind alle
miteinander ausgerichtet, weil alle die Bestandteile von der gleichen Quelle
mit dem gleichen Takt erzeugt werden. Das STS-1 in dem verketteten
Signal überträgt den einzelnen
Satz von POH 14, was alles ist, was für ein STS-Nc erforderlich ist.
Das TOH-Feld weist 3 Spalten × 9
Reihen × N-Bytes
auf, die POH belegt eine Spalte, das heißt, 9 Bytes, und die Nutzinformation hat
87 – (N/3 – 1) Spalten × 9 Reihen × (N – 1) Bytes. Beispielsweise
beträgt
die STS-192c-Nutzinformationskapazität 9584640 Gb/s.
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In letzterer Zeit wurde SONET in
Richtung auf eine einfachere Struktur für die TOH entwickelt, das als „Thin SONET" bekannt ist. Die
TOH des Thin SONET überträgt lediglich
OAM&P-Information,
die für
die Daten in der zugehörigen
Nutzinformation von Bedeutung ist.
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2 zeigt
die Byte-Zuteilung für
die TOH und TOH für
Thin STS-192c gemäß der Ausführungsform
der Erfindung. Die Rahmeninformation, die von den Bytes A1 und A2 übertragen
wird, wird beibehalten, zusammen mit der Information bezüglich des
Beginns der Nutzinformation, Bytes H1–H3. Die von dem BIP-8-Bytes
B1–B3
gelieferte Fehlerinformation wird ebenfalls beibehalten, und Vorwärts-Fehlerkorrektur-
(FEC-) Bytes werden in der gezeigten Weise bereitgestellt. Es sei
bemerkt, dass die erste FEC-Information lediglich als Beispiel gezeigt
ist, wobei andere TOH-Byte-Positionen möglich sind.
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Beibehalten werden auch die Auto-Schutz-Umschalt-
(APS-) Bytes K1 und K2, so dass das HS-Ethernet den Vorteil der
Schutzschaltungsfähigkeiten
von SONET vorteilhaft ausnutzen kann.
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Die undefinierten Zusatzinformations-Bytes sind
als durchkreuztes Rechteck gezeigt, während die Bytes, die definiert,
jedoch als unnötig
nicht verwendet werden, als ein Rechteck mit drei vertikalen Linien
gezeigt sind.
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Gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung
werden Ethernet-Rahmen 16 in ein Thin SONET STS-Nc SPE 12 abgebildet. 2 zeigt eine veränderliche
Länge aufweisende
Rahmen 16-1 bis 16-7, wobei weiterhin Synchronisationsfolgen 17 gezeigt
sind, wie dies weiter unten in Verbindung mit 8 erläutert
wird.
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Die HS-Ethernet über Thin SONET-Kombination
ist aus vielen Gründen
vorteilhaft. Die OC-192-SONET-Leitungsrate beträgt 9953280 Gbs, was nahezu
10 Gbs ist. Dennoch ist das OC-192-Beispiel für die heutige Generation von
optischen Netzen geeignet. Es sollte verständlich sein, dass diese Umsetzung
auf andere SONET-Raten
anwendbar ist, weil die Erfindung nicht auf die STS-192-Leitungsrate
beschränkt
ist. Zukünftige
Generationen können
auf SONET-Schritten (4 ×-)
Schritten skaliert werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass die Größe der Zusatzinformation
(OH) im Vergleich mit anderen verfügbaren Technologien klein ist.
Die Gesamt-OH-Nutzung von Thin SONET ist ungefähr 3,7%. Andere Leitungscodierschemas
haben typischerweise mehr Zusatzinformationen. Beispielsweise hat
8B/10B, wie es bei 1 GB-Ethernet verwendet wird, 25% OH. Es ist
ersichtlich, dass die Verwendung von Thin SONET in dieser Hinsicht
vorteilhaft ist.
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Weiterhin ergeben sich vielfältige Vorteile aus
der Verwendung des SONET-Formats.
Zunächst ermöglicht dies
die Aufrechterhaltung einer Kompatibilität mit vorhandenen Langstrecken-WAN-Netzen, was
zu einer einfachen WAN-LAN-Integration
führt. Beispielsweise
gibt es eine große
installierte Basis von Langstrecken-3R-Repeatern, die sowohl hinsichtlich
der Frequenz als auch des Formates der SONET-Rahmen empfindlich
sind (ein 3R-Repeater ist ein elektronischer Repeater, der das ihn
durchlaufende Signal neu formt, regeneriert und zeitlich nachsteuert.
Wenn das SONET-Format verwendet wird, könnten diese 3R-Repeater von
dem HS-Ethernet verwendet werden.
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Die Lösung der Verwendung des Thin
SONET ermöglicht
die erneute Verwendung von im Handel erhältlichen Teilen, wie Serialisierern/Deserialisierern,
Oszillatoren, optischen Sendern und Empfängern, sowohl für lange
als auch kurze Strecken.
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Weiterhin ermöglicht die Beibehaltung der SONET-Leitungsfrequenz,
des Rahmenformates und der Abschnitts-Zusatzinformationen eine HS-Ethernet-Kompatibilität mit vorhandenen Übertragungsnetzen.
Die Beibehaltung des SONET-Leitungs-Zusatzinformations-LOH
und POH ermöglicht
es, dass HS-Ethernet in Zukunft als Unterkanal auf eine höhere Rate
aufweisenden SONET-Signalen arbeitet, wie z. B. OC-768. Weiterhin
ist es durch die Beibehaltung der SONET-Übertragungsfrequenz
und der Rahmen-Zusatzinformation möglich, das HS-Ethernetz über eine
einzige WDM-Frequenz ohne zwischengeschaltete Vermittlungen zu übertragen.
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Unter erneuter Betrachtung der 1B ist zu erkennen, dass
die physikalische Medien-Anschluss-Teilschicht PMA die POH, LOH
und Abschnitt-Zusatzinformations-SOH
gemäß der Erfindung
hinzufügt
und eine Verwürfelung
der Rahmen unter Verwendung eines ersten Polynoms P1 ausführt. Die
physikalische Codier-Teilschicht PCS führt die Verwürfelung
der Rahmen unter Verwendung eines zweiten Polynoms P2 aus, um „Killer-MAC-Rahmen" zu verhindern, das
heißt
Rahmen, die den PMA-Verwürfeler
codieren. Die PCS führt
dann die Anfangsblock-Fehlerprüfungs- (HEC-)
Erzeugung und Einbettung aus.
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Eine verwürfelte Codierung ergibt eine
Leitungscodierungseffizienz, die äquivalent zu NRZ ist. Weitere
Vorteile der Verwendung einer verwürfelten Leitungscodierung sind
der sehr niedrige Prozentsatz von OH (nahezu 0%) und damit eine
größere optische
Reichweite verglichen mit der für
Gruppencodes (25% OH beispielsweise für Gigabit-Ethernet 8B/10B).
Ein Nachteil der verwürfelten
Leitungscodierung besteht darin, dass die Gleichspannungssymmetrie über Perioden
von mehreren Bits ungleich Null sein kann. Die Gleichspannungssymmetrie
wird dadurch aufrecht
erhalten, dass das Polynom P1 wie folgt
ausgewählt wird: P1 = x7 + x6 +
1
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Killer-MAC-Rahmen, die die P1-Bit-Folge
codieren, werden dadurch verhindert, dass alle MAC-Rahmen in der
PCS unter Verwendung des Polynoms P2 verwürfelt werden: P2
= x43 + 1
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3A zeigt
ein MAC-Rahmenformat gemäß der IEEE
802.3-Norm. Der MAC-Rahmen
umfasst ein Präambel-Feld 1,
ein Anfangsrahmen-Begrenzungsfeld (SDF) 3, ein Zieladressenfeld
(DA) 5, ein Quellenadressenfeld (SA) 7, ein Längen-Typ-Feld 9,
Daten- und Auffüllfelder 11, 13 und ein
Rahmenprüffolgen-Feld
(FCS) 15. Eine Blocksicherungsprüfung wird von dem Sende- und
Empfangsalgorithmen verwendet, um einen Wert für das FCS-Feld 15 zu
erzeugen, das eine Funktion des Inhaltes der anderen Felder mit
Ausnahme der Präambel
berechnet wird.
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3B zeigt
das MAC-Rahmenformat unter Modifikation gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
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Die Änderungen betreffen die Definition
einer 8-Byte-Längen/Typ-Präambel, wie
dies bei 21 und 23 gezeigt ist, anstelle der SFD-Präambel für den MAC-Rahmen.
Das Feld 21 gibt unter anderem die Länge des Rahmens an und wird
zur Bestimmung des Anfangs des nächsten
Rahmens verwendet. Das Typ-Feld 23 zeigt an, ob der Rahmen
Daten umfasst, im Leerlauf arbeitet oder Verwaltungs-/Steuerdaten umfasst.
Die Steuerrahmen können
zwischen Daten- und Leerlauf-Rahmen
angeordnet werden und können
anstelle spezieller Zeichencodes für die Verwaltung verwendet
werden.
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3C zeigt
das Feld 21 im Einzelnen. Das Längen-Teilfeld 212 zeigt
die Länge
des Rahmens an. Das Teilfeld 213, das als Zeitablauf (TTL)
definiert ist, wird zur Begrenzung einer Netz-Schleifenbildung des
Rahmens verwendet. Das mit Etikett bezeichnete Teilfeld 214 zeigt
einen Dienst und einen Pfad zu dem Dienst an, und die Ausdrücke „Etikett" und „Pfad" in dieser Beschreibung
und den Ansprüchen sollten
entsprechend verstanden werden. Das Teilfeld 215, das als
Verhalten pro Sprungabschnitt (PHB) bezeichnet ist, zeigt die Dienstequalität an, die für die Pufferverwaltung
zu verwenden ist, und das Teilfeld 216, die Überlastbenachrichtigung
(CN), wird zur Puffer-Überlastbenachrichtigung
verwendet.
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Eine weitere Änderung des 802.3-MAC-Rahmens
ist die Hinzufügung
eines Anfangsblock-Fehlerprüf-
(HEC-) Feldes in dem Rahmen an der physikalischen Schicht, wie dies
bei 25, 3B gezeigt
ist.
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Die Rahmenbegrenzung, die bei der
verwürfelten
Leitungscodierung nicht verfügbar
ist, wird durch die Verwendung eines HEC-Prüfalgorithmus im Feld 25 bereitgestellt.
Dies ist der niedrigste Leitungszusatzinformations-Algorithmus,
er hat eine vorhersagbare Größe und eine
geringe Wahrscheinlichkeit einer Rahmen- Fehlausrichtung. Die Durchführung mehrfacher Übereinstimmungen
der HEC-Folge erniedrigt die Wahrscheinlichkeit einer Rahmen-Fehlausrichtung.
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Die MAC-Schicht folgt der physikalischen Schicht,
um eine Codierung mit veränderbarer
Länge in
der physikalischen Schicht zu ermöglichen. Dies ist allgemein
in 4 gezeigt. Das TX_RDY-Signal
benachrichtigt die MAC-Schicht, wenn die physikalische Schicht in
der Lage ist, zu senden.
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Wie dies in den 3B und 3C zu
erkennen ist, enthält
jeder HS-Ethernet-Rahmen
ein Adressentriple, nämlich
eine 48-Bit-Quellenadresse 7, eine 48-Bit-Zieladresse 5 und
ein 24-Bit-Etikett-Feld 214. Das Etikett-Feld 214 ist
in der Lage, die folgenden Pfad-Typen zu identifizieren: Mehrpunkt-zu-Punkt, Punkt-zu-Punkt,
und Punkt-zu-Mehrpunkt. Die 5 und 6 zeigen das Prinzip der
Etikett-Vermittlung.
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Ein HS-Ethernet-Netz umfasst Etikett-Vertauschungs-Router 52 und 53,
die eine Ziel-IP-Adresse in einem Etikett-Wert entsprechend der
Identifikation eines freien Pfades zwischen einer Quelle und einem
Ziel in dem Netz umsetzen. Eine Etikett-Vermittlung 51 überprüft das Etikett,
vergleicht es mit einer Liste von Etiketten/Ports und leitet den Rahmen
aus dem entsprechend Port heraus weiter, allgemein mit einem neuen
Etikett-Wert. Die Zuordnung von Etikett-Werten kann entweder über die
Bereitstellung oder automatisch über
ein Steuerebenen-Protokoll erfolgen.
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6 zeigt
ein Beispiel eines HS-Ethernet-Netzes gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Das
Netz umfasst Endstationen 31 und 32, Vermittlungen 51, 54, 55, 56, 57, 58 und
Etikettvermittlungs-Router 52, 53, 35, 36, 37.
Die Verbindungsstrecken in dem Netz sind Endstation-zu-Endstation-Verbindungsstrecken 41 und 42,
die mit durchgezogenen Linien gezeigt sind, LSR-zu-Etikettvermittlungs-Strecken 43, 44,
die mit unterschiedlich dicken Doppellinien gezeigt sind, und Etikettvermittlungs-zu-Etikettvermittlungs-Verbindungsstrecken, die
mit doppelten Linien 45 bezeichnet sind.
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6 zeigt
weiterhin 3R-Regeneratoren 60, die auf Verbindungsstrecken
vorgesehen sind, die länger
als ungefähr
400 km sind.
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Eine LRS- oder LS-Station führt für die Senderichtung
eine Verwürfelung
des MAC-Rahmens
mit P2, eine HLC-Erzeugung und Einbettung, eine Umsetzung der verwürfelten
MAC-Rahmen in den Umschlag für
Thin SONET, die Verwürfelung
mit P1 und die Aussendung über
das Netz aus. Die umgekehrten Operationen werden für die Empfangsrichtung
ausgeführt.
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Die Verwürfelung erfolgt, wie dies weiter oben
angegeben wurde, unter Verwendung von P1 und P2. P2 wird auf den
gesamten MAC-Rahmen angewandt, während
P1 entsprechend der SONET-Norm auf das Abschnitts-Signal angewandt wird.
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Das Polynom P1 wird unter regelmäßigen Intervallen
durch Aussendung einer unverwürfelten Synchronisationsfolge
synchronisiert. P1 wird zu Beginn jedes Synchronisationsrahmens
neu gestartet. Die P2-Verwürfelungseinrichtung
ist selbstsynchronisierend. Sie erfordert lediglich 43 verwürfelte Datenbits
zur Erzielung der Synchronisation.
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7 zeigt
eine Verwürfelungseinrichtung 60,
die das Polynom P1 erzeugt. Der Takt wird mit 7 Flip-Flop-Schaltungen 18-1 bis 18-7 zwischengespeichert,
so dass das Signal an dem Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 18-7 =
x6 ist, und das Signal an dem Ausgang von 18-7 =
x7 ist. Ein erstes XOR-Verknüpfungsglied 19 liefert
eine Rückführung an
die Flip-Flop-Schaltung 18-1, die an dem D-Eingang x6 unter Exklusiv-oder-Verknüpfung mit
x7 empfängt. Ein
zweites XOR 20 empfängt
die Eingangsdaten und P1 und liefert die verwürfelten Ausgangsdaten.
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Die Verwürfelungseinrichtungs-Synchronisation
wird von dem Sender an dem Empfänger
durch periodisches Aussenden einer unverwürfelten Synchronisationskette
signalisiert, wie dies in 2 durch
die A1-, A2-Bytes in der SOH gezeigt ist. Jede Synchronisationskette
weist einen festen Abstand in Sender-Bytes von der vorhergehenden „Sync"-Kette auf. Empfänger synchronisieren
die P1-Verwürfelungseinrichtung 60 durch
ein Zurücksetzen
auf 1111111 am Ende der „Sync"-Folge. Der Empfänger entfernt
die „Sync"-Kette aus dem Datenstrom
bevor die Daten zu der PCS geleitet werden.
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Die PCS führt eine MAC-Rahmensynchronisation
auf der Grundlage der Anpassung einer 16-Bit-CRC (HEC) in wiederholter
Weise mit den vorhergehenden Bytes aus. Diese Zustandsmaschine ist
in 8 gezeigt. Während nach
einer HEC-Übereinstimmung
gesucht wird, befindet sich das System im Suchzustand. Bei einer
HEC-Übereinstimmung geht
es in einen Vor-Synchronisationszustand über. Wenn keine nachfolgenden
HEC-Übereinstimmungen
auftreten, kehrt sie zum Suchzustand zurück. Wenn nachfolgende Übereinstimmungen
auftreten, bewegt es sich auf Sync, wo es eine gewisse Toleranz
gegenüber
HEC-Bitfehlern gibt.
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9 zeigt
eine Verwürfelungsschaltung 70 zur
Verhinderung von Killer-MAC-Rahmen
unter Verwendung von P2. Die Verwürfelungseinrichtung umfasst
ein 43-Bit-Schieberegister 61,
das das zweite Polynom P2 liefert, das dann einer Exklusiv-oder-Verknüpfung mit
den Eingangsdaten unterworfen wird, um die Ausgangsdaten unter Verwendung
des XOR 62 zu gewinnen. Wie dies weiter oben angegeben
wurde, wird dies zur Verhinderung von Killer-MAC-Rahmen verwendet,
die das P1 codieren. Dies ist ein selbstsynchronisierendes Polynom
und wird nach der Rahmensynchronisation angewandt.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme
auf spezielle beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben wurde, können
weiterer Modifikationen und Verbesserungen, die für den Fachmann
ersichtlich sind, innerhalb des Umfanges der beigefügten Ansprüche durchgeführt werden,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung in ihrem breiteren Aspekt
abzuweichen.