DE60201449T2

DE60201449T2 - Übertragungsanordnung mit Massenspeicher zur vorübergehender Speicherung zeitverschobener Nachrichtenströme

Info

Publication number: DE60201449T2
Application number: DE60201449T
Authority: DE
Inventors: Laurent Roullet; Regis Lenormand; Mickael Haddad; Luc Delamotte; Remi Scheegans
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2002-01-14
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: FR2819674A1; EP1223690B1; US20020093963A1; US8265082B2; EP1223690A1; FR2819674B1; DE60201449D1; ATE279050T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übertragungsanordnung für Telekommunikationsanlagen. Sie ist besonders gut für Telekommunikationssatelliten anwendbar.
Telekommunikationssatelliten werden in immer stärkerem Maße zum Senden von Inhalten an die Endnutzer eingesetzt. Dieser Inhalt kann sich zum Beispiel auf das Senden von Fernsehprogrammen beziehen oder auf eine Internet-Sitzung.
Die Erfindung findet allerdings auch Anwendung für andere Telekommunikationseinrichtungen, insbesondere Einrichtungen am Boden.
1 veranschaulicht die Nutzung eines Telekommunikationssatelliten. Die mit S₁, S₂, S₃ und S₄ bezeichneten Elemente stellen 4 Bodenstationen dar, das heißt Telekommunikationseinrichtungen, welche die Aufgabe haben, als Bindeglied zwischen einem oder mehreren Telekommunikationssatelliten und einem (nicht dargestellten) terrestrischen Telekommunikationsnetz zu dienen. Diese Bodenstationen können Daten von und zu einem Telekommunikationssatelliten S senden beziehungsweise empfangen.
Diese Daten sind in Form von Informationszellen strukturiert, die je nach angewendetem Übertragungsprotokoll mehrere Formen haben können. Eine Menge von Informationszellen, die von einer Bodenstation zu einem Telekommunikationssatelliten übertragen wird, bildet einen aufsteigenden Nachrichtenstrom. Umgekehrt bildet eine Menge von Informationszellen, die von einem Telekommunikationssatelliten zu einer Bodenstation übertragen werden, einen absteigenden Nachrichtenstrom.
Diese Nachrichtenströme, seien sie nun aufsteigend oder absteigend, benutzen Kommunikationskanäle. Diese Kommunikationskanäle können auf Anforderung einer Bodenstation aufgebaut werden, indem eine dazugehörige Bandbreite bestimmt wird, das heißt, indem das Volumen festgelegt wird, welches die über diese Kommunikationskanäle übertragenen Nachrichtenströme wahrscheinlich ausmachen werden.
Auf 1 steilen die mit TD und TR gekennzeichneten Elemente zwei aufsteigende Nachrichtenströme dar, während die mit TR₁, TR₂ und TD₁ gekennzeichneten Elemente drei absteigende Nachrichtenströme darstellen.
Es sei im Übrigen daran erinnert, dass Telekommunikationssatelliten die Aufgabe der Duplizierung von Nachrichtenströmen übernehmen können. So wird der Nachrichtenstrom TR im Innern des Telekommunikationssatelliten S dupliziert, um zu zwei Bodenstationen S₃ und S₄ in Form von zwei absteigenden Nachrichtenströmen TR₁ und TR₂ übertragen zu werden.
Man kann zwei Typen von Nachrichtenströmen unterscheiden, die durch einen Telekommunikationssatelliten verlaufen: Echtzeit-Nachrichtenströme und zeitverschobene Nachrichtenströme.
Im Fall einer Internet-Sitzung handelt es ich bei den über das Kommunikationsprotokoll HTTP (Hypertext Transfer Protocol) übertragenen Multimedia-Nachrichtenübertragungen um Echtzeit-Übertragungen, das heißt, der Nutzer wünscht eine möglichst kurze Zeitspanne zwischen der Anforderung eines Multimedia-Dokuments und seiner Anzeige auf dem Bildschirm seines Kommunikations-Terminals. Dagegen kann das Herunterladen eines Films von einem Server auf das Terminal des Nutzers zeitverschoben erfolgen.
Auf 1 sind der aufsteigende Nachrichtenstrom TR und die absteigenden Nachrichtenströme TR₁ und TR₂ Echtzeit-Ströme. Der aufsteigende Nachrichtenstrom TD und der absteigende Nachrichtenstrom TD₁ sind zeitverschobene Ströme.
Diese verschiedenen Nachrichtenströme können Übertragungsraten haben, die im zeitlichen Verlauf nicht konstant sind. Daher werden zur Vermeidung von Überlastungen der Satellit und die Kommunikationskanäle für die maximal mögliche Übertragungsrate ausgelegt, oder die Anzahl der zulässigen Nutzer wird entsprechend der erforderlichen Übertragungsrate ausgelegt, um die Nachrichtenströme in Echtzeit und gleichzeitig transportieren zu können.
Zum Beispiel wird ein Echtzeit-Nachrichtenstrom im Allgemeinen einer Bandbreite zugewiesen, die beim Aufbau des von diesem Nachrichtenstrom genutzten Kommunikationskanals reserviert wurde. Nun hat aber, wie bereits gesagt, dieser Echtzeit-Nachrichtenstrom zu einem gegebenen Zeitpunkt nicht notwendigerweise dieselbe Übertragungsrate wie die reservierte Bandbreite.
Der Echtzeit-Nachrichtenstrom kann beispielsweise zu einem Fernsehprogramm gehören. In diesem Fall ist es im Allgemeinen so, dass die verschiedenen Sendungen des Fernsehprogramms unterschiedlich und mit unterschiedlichen Qualitäten codiert sind: Zum Beispiel sind Filme mit einer guten Qualität codiert, welche die gesamte reservierte Bandbreite nutzt, während andere Sendungen, für die eine weniger gute Qualität benötigt wird, nur einen Teil nutzen.
In diesem Fall wird der nicht genutzte Teil durch sogenannte "Füllzellen" aufgefüllt, damit diese Unterbelegung für die verschiedenen Einrichtungen des Systems transparent ist.
Es wird folglich klar ersichtlich, dass die reservierte Bandbreite in der Praxis nur selten erreicht wird, sodass ein bedeutender Teil der Kapazität der eingesetzten Anordnungen gar nicht vollständig genutzt wird.
Folglich stellt sich das Problem der zu geringen Kapazitätsausnutzung der Kommunikationssatelliten-Anordnungen, und zwar insbesondere der absteigenden Kanäle.
Eine erste Lösung besteht darin, eine Technologie des Typs ATM (Asynchronous Transfer Mode; asynchroner Übertragungsmodus) einzusetzen, um die Ressourcenausnutzung zu verbessern.
Eine solche Lösung ist jedoch unbefriedigend.
Die im Satelliten zu verarbeitenden Übertragungsraten zwingen nämlich dazu, auf weltraumgestützte Technologien des Typs ASIC (Application Specific Integrated Circuit; anwendungsspezifische integrierte Schaltung) zurückzugreifen, für die die Speichergrößen sehr stark begrenzt sind. Die im Satelliten ankommenden Zellen verweilen dort gewissermaßen nur für eine sehr kurze Durchgangszeit, und um eine Überlastung der Speicher zu vermeiden, muss der Nachrichtenstrom, bevor er gesendet wird, unbedingt durch die Bodenstation kontrolliert werden. Bei dieser Lösung wird vor dem Senden jedes Datenpaketes überprüft, dass die Ressource verfügbar ist.
Dies bedeutet folglich, dass am Boden spezielle Anlagen eingesetzt werden müssen, und das ist teuer.
Lösungen nach dem bisherigen Stand der Technik, wie beispielsweise die amerikanischen Patente US 6026092 oder US 6091709 beschreiben Lösungen zur Optimierung der Datenströme, doch ihr Ziel ist es, die Übertragungszeiten in den Netzeinrichtungen zu minimieren, und nicht, die Ausnutzung der Ressourcen dieser Einrichtungen und der Übertragungsressourcen zu optimieren.
Die Erfindung hat sich daher zum Ziel gesetzt, das Problem der zu geringen Ausnutzung der Ressourcen einer Telekommunikationseinrichtung wie beispiels weise eines Satelliten zu lösen und gleichzeitig die Auswirkungen auf diese Einrichtung und auf das Netz, zu dem sie gehört, zu minimieren.
Ziel der Erfindung ist folglich eine Übertragungsanordnung für Telekommunikationseinrichtungen, aufweisend:

• eine Empfangsvorrichtung für Nachrichtenströme, wobei der Nachrichtenstrom aus Nachrichtenzellen besteht, wobei einige dieser Nachrichtenzellen leer sein können;
• einen Mischer, um die leeren Nachrichtenzellen zu erkennen und sie durch wartende Zellen zu ersetzen;
• eine Sendevorrichtung, welche die Aufgabe hat, die Nachrichtenzellen zu mindestens einer außerhalb der Telekommunikationseinrichtung liegenden Empfangsanordnung zu senden.

Diese Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen Nachrichtenstrom-Analysator aufweist, um festzustellen, ob ein Nachrichtenstrom, der von der Empfangsvorrichtung empfangen wurde, ein Echtzeit-Nachrichtenstrom oder ein zeitverschobener Nachrichtenstrom ist, und um die Zellen der zeitverschobenen Nachrichtenströme in einer Massenspeichervorrichtung zu speichern, sowie dadurch, dass der Mischer dafür vorgesehen ist, die wartenden Zellen aus den in der Massenspeichervorrichtung gespeicherten Zellen auszuwählen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Übertragungsverfahren, das folgende Schritte aufweist:

• Empfang eines Nachrichtenstroms, wobei der Nachrichtenstrom aus Nachrichtenzellen besteht, wobei einige dieser Nachrichtenzellen leer sein können;
• Erkennung von leeren Nachrichtenzellen;
• Ersetzung der leeren Nachrichtenzellen durch wartende Zellen;
• Senden der Nachrichtenzellen.

Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem die folgenden Schritte aufweist:

• Feststellung, ob ein Nachrichtenstrom ein Echtzeit-Nachrichtenstrom oder ein zeitverschobener Nachrichtenstrom ist;
• Speicherung der Zellen von zeitverschobenen Nachrichtenströmen in einer Massenspeichervorrichtung;

Somit werden im Rahmen einer Anwendung auf einen Telekommunikationssatelliten die zeitverschobenen Nachrichtenströme vorläufig in einem Massenspeicher abgelegt und ersetzen die leeren Zellen der Echtzeit-Nachrichtenströme in der Weise, dass die Kapazität der absteigenden Kanäle maximal genutzt wird. Die Erfindung ermöglicht somit eine merkliche Verbesserung der Leistungen des Kommunikationssatelliten.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen besser verständlich werden.
1, die bereits erläutert wurde, veranschaulicht den größeren Zusammenhang, in dem die Erfindung zu sehen ist.
2 stellt einen der Erfindung entsprechenden Telekommunikationssatelliten dar.
3 ist eine Detaildarstellung eines Mischers gemäß der Erfindung.
2 stellt einen Zusammenhang dar, in dem die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Telekommunikationssatellit S kann Nachrichtenströme unterschiedlicher Art empfangen, das heißt Echtzeit-Nachrichtenströme F_tr oder zeitverschobene Nachrichtenströme F_diff. Diese Nachrichtenströme werden von einer an sich bekannten Empfangsvorrichtung R empfangen. Diese Empfangsvorrichtung überträgt die empfangenen Nachrichtenströme sofort nach ihrem Empfang an einen Nachrichtenstrom-Analysator A, der ihre Art bestimmt, das heißt, ob sie zum Echtzeit-Typ oder dem zeitverschobenen Typ gehören.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist jeder Nachrichtenstrom einer unterschiedlichen Trägerfrequenz zugeordnet. Daher ist es für die Nachrichtenstrom-Analyse A einfach, die Art des empfangenen Nachrichtenstroms zu bestimmen, indem einfach ihre Trägerfrequenz betrachtet wird.
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass dieser Nachrichtenstrom unterschiedlicher Art sein kann. Es kann sich zum Beispiel um Daten-Nachrichtenströme oder auch um Signalisierungs-Nachrichtenströme handeln.
Nach Abschluss dieser Analyse folgen die Nachrichtenströme in Abhängigkeit von ihrer Art unterschiedlichen Wegen.
Die zeitverschobenen Nachrichtenströme F_diff werden in einer Massenspeichervorrichtung MM gespeichert. Zur Information sei gesagt, dass für ihre Größe ein Wert in der Größenordnung von etwa 2 Megabyte vorgesehen werden kann. Es kann sich insbesondere um einen weltraumtauglichen Massenspeicher handeln, ähnlich jenen, die im Zusammenhang mit Beobachtungssatelliten eingesetzt werden.
Die Echtzeit-Nachrichtenströme werden dagegen direkt an einen Mischer M übertragen.
Dieser Mischer M ist in der Lage, die leeren Nachrichtenzellen in den an ihn übertragenen Echtzeitströmen zu erkennen. Wie bereits zuvor gesagt, können Echtzeitströme nämlich leere Zellen ("Füllzellen") enthalten, die der Abweichung zwischen der tatsächlich benötigten Übertragungsrate und der reservierten Bandbreite entsprechen.
Eine Verbindungsvorrichtung L ist dafür vorgesehen, in der Massenspeichervorrichtung MM gespeicherte Zellen an den Mischer M zu übertragen.
Die Aufgabe des Mischers besteht dann darin, die leeren Nachrichtenzellen, die er erkannt hat, über die Verbindungsvorrichtung L durch Nachrichtenzellen aus der Massenspeichervorrichtung MM zu ersetzen.
3 illustriert die Funktionsweise des Mischers M genauer.
Auf dieser Abbildung ist ein Echtzeit-Nachrichtenstrom F_TR dargestellt, der sich aus einer Folge von Nachrichtenzellen C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, ... C_n zusammensetzt.
Ein anderer zeitverschobener Nachrichtenstrom F_diff wird direkt in der Massenspeichervorrichtung MM gespeichert. Diese Massenspeichervorrichtung enthält Nachrichtenzellen P₁, P₂, ... P_m, die zu diesem zeitverschobenen Strom gehören.
Der Mischer M hat als Eingang diese beiden Nachrichtenströme, und sein Ausgang ist ein neuer Nachrichtenstrom F_out, der auf dem Echtzeit-Nachrichtenstrom basiert. Jede Nachrichtenzelle des Echtzeit-Nachrichtenstroms, die leer war (in 3 nicht schraffiert dargestellt) wird durch eine Nachrichtenzelle ersetzt, die zuvor in der Massenspeichervorrichtung gespeichert war.
Somit besteht der Ausgangs-Nachrichtenstrom F_out aus Nachrichtenzellen C₁, P₁ (weil C₂ leer ist), C₃, C₄, P₂ (weil C₅ leer ist), ... C_n.
Man stellt fest, dass die Übertragung des Echtzeit-Nachrichtenstroms durch diesen Mechanismus in keiner Weise verzögert wird und dass in der Tat die Übertragung des zeitverschobenen Nachrichtenstroms in einer für ihn vollkommen transparenten Weise erfolgt.
Wie in 2 dargestellt, wird der Ausgangs-Nachrichtenstrom anschließend an eine Sendevorrichtung E geschickt, welche die Nachrichtenzellen an eine Empfangsanordnung sendet, die sich außerhalb des Telekommunikationssatelliten selbst befindet (typischerweise eine Bodenstation, es kann sich aber eventuell auch um einen anderen Telekommunikationssatelliten handeln, wie beispielsweise im Rahmen einer Satellitenkonstellation).
Nach einer Ausführungsform der Erfindung verfügt der Mischer M über Vorrichtungen, um die wartenden Zellen nach zeitlichen Steuerungsregeln auszuwählen. Daher ist es möglich, eine zeitliche Steuerung für jeden zeitverschobenen Nachrichtenstrom zu definieren. Diese zeitliche Steuerung ist typischerweise ein Sendedatum.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es einfach ist, eine Ausstrahlung der zeitverschobenen Nachrichtenströme zu mehreren Empfängern zu realisieren. Eine Funktion dieser Art ist unter der englischen Bezeichnung Multi-Casting bekannt.
Die zu zeitverschobenen Nachrichtenströmen gehörenden Nachrichtenzellen werden nämlich in der Massenspeichervorrichtung MM gespeichert. Daher können sie vom Mischer M mehrmals gelesen und von der Sendevorrichtung E an mehrere Empfänger gesendet werden.
Es ist daher nicht notwendig, dieselbe Nachrichtenzelle mehrmals von einer Bodenstation zum Telekommunikationssatelliten S zu senden: Die Duplizierung erfolgt direkt im Telekommunikationssatelliten. Folglich wird eine bedeutende Einsparung der Bandbreite für die aufsteigenden Ströme erzielt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Telekommunikationssatellit zusätzlich eine Vorrichtung D auf, um die in der Massenspeichervorrichtung MM gespeicherten Nachrichtenzellen zu löschen. Seine Aufgabe besteht darin, zu verhindern, dass diese Massenspeichervorrichtung MM vollständig gefüllt wird.
Normalerweise wird diese Löschvorrichtung D einfach für eine gegebene Nachrichtenzelle dann zur Anwendung gebracht, wenn diese an die eine oder mehrere Empfangsanordnungen) (Bodenstation, anderer Satellit, ...) gesendet worden ist.
Im Fall einer Übertragung zu einem einzigen Empfänger wird die Nachrichtenzelle gelöscht, sobald sie zum ersten Mal von der Verbindungsvorrichtung L gelesen wurde.

Claims

Übertragungsanordnung für Telekommunikationseinrichtungen, aufweisend: • eine Empfangsvorrichtung (R) für Nachrichtenströme, wobei der Nachrichtenstrom aus Nachrichtenzellen besteht, wobei einige dieser Nachrichtenzellen leer sein können; • einen Mischer (M), um die leeren Nachrichtenzellen zu erkennen und sie durch wartende Zellen zu ersetzen; • eine Sendevorrichtung (E), welche die Aufgabe hat, die Nachrichtenzellen zu mindestens einer außerhalb der Telekommunikationseinrichtung liegenden Empfangsanordnung zu senden; dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen Nachrichtenstrom-Analysator (A) aufweist, um festzustellen, ob ein Nachrichtenstrom, der von der Empfangsvorrichtung empfangen wurde, ein Echtzeit-Nachrichtenstrom oder ein zeitverschobener Nachrichtenstrom ist, und um die Zellen der zeitverschobenen Nachrichtenströme in einer Massenspeichervorrichtung (MM) zu speichern, sowie dadurch, dass der Mischer dafür vorgesehen ist, die wartenden Zellen aus den in der Massenspeichervorrichtung gespeicherten Zellen auszuwählen.
Übertragungsanordnung nach Anspruch 1, zusätzlich aufweisend eine Vorrichtung (D) zum Löschen einer in der Massenspeichervorrichtung gespeicherten Zelle, nachdem diese durch die Sendevorrichtung an die Empfangsanordnung gesendet wurde.
Übertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mischer eine Vorrichtung aufweist, um die wartenden Zellen nach zeitlichen Steuerungsregeln auszuwählen.
Übertragungsverfahren, das folgende Schritte aufweist: • Empfang eines Nachrichtenstroms, wobei der Nachrichtenstrom aus Nachrichtenzellen besteht, wobei einige dieser Nachrichtenzellen leer sein können; • Erkennung von leeren Nachrichtenzellen; • Ersetzung der leeren Nachrichtenzellen durch wartende Zellen; • Senden der Nachrichtenzellen; dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem die folgenden Schritte aufweist: • Feststellung, ob ein Nachrichtenstrom ein Echtzeit-Nachrichtenstrom oder ein zeitverschobener Nachrichtenstrom ist; • Speicherung der Zellen von zeitverschobenen Nachrichtenströmen in einer Massenspeichervorrichtung (MM); sowie dadurch, dass die wartenden Zellen aus den in der Massenspeichervorrichtung gespeicherten wartenden Zellen ausgewählt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, außerdem aufweisend einen Schritt zum Löschen einer gespeicherten Nachrichtenzelle, nachdem diese gesendet wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, nach dem diese wartenden Zellen nach zeitlichen Steuerungsregeln ausgewählt werden.