DE69920893T2

DE69920893T2 - Berichtigung der Verbindungsbandbreite auf der Basis der Beobachtung der Belegung der Ressourcen des Netzes

Info

Publication number: DE69920893T2
Application number: DE69920893T
Authority: DE
Inventors: Aline Fichou; Jean-François Le Pennec; Claude Galand
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: DE69920893D1; EP1069801A1; EP1069801B1; US6765873B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft paketvermittelte Hochgeschwindigkeitsnetzwerke. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein System zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite, welche auf einer wirksamen Überwachung der Belegung (Auslastung) der Netzwerkressourcen beruht, um die den über eine bestimmte Leitung laufenden Verbindungen zugewiesene Bandbreite neu zu berechnen, damit die gesamte Bandbreitenkapazität der Leitung nicht überschritten wird.
ZUGRUNDE LIEGENDE TECHNIK
Die Verbreitung von Hochgeschwindigkeits-Netzwerktechnologien wie beispielsweise Technologien auf Grundlage von ATM-Zellen oder der Frame-Relay-Übertragung ermöglicht heute das Zusammenführen vieler Arten von Datenverkehr mit unterschiedlichen Anforderungen an die Dienstqualität (Quality of Service, QoS) wie beispielsweise Sprache, Videos und Daten über dasselbe Kommunikationsnetzwerk, welches oft als Breitbandnetz bezeichnet wird. Zu den in einem solchen Netzwerk gemeinsam zu nutzenden Kommunikationsschaltungen zählen Übertragungsleitungen, programmgesteuerte Prozessoren, Knoten oder Leitungen sowie Daten- oder Paketpuffer. Die QoS-Anforderungen an den Datenverkehr werden während des Pfadauswahlprozesses berücksichtigt und können durch eine Anzahl messbarer Größen oder Parameter definiert werden, die beschreiben, wie der Nutzer den vom Netzwerk angebotenen Dienst wahrnimmt. Solche Parameter sind zum Beispiel die Verzögerungsdauer für den Verbindungsaufbau, die Wahrscheinlichkeit einer Leitungssperre, die Verlustwahrscheinlichkeit, die Fehlerwahrscheinlichkeit, die Endpunkt-zu-Endpunkt-Übertragungsverzögerung und die als Jitter bezeichnete Endpunkt-zu-Endpunkt-Verzögerungsschwankung. Echtzeitdatenübertragungen unterliegen bezüglich der Endpunkt-zu-Endpunkt-Verzögerungen und – Schwankungen strengeren Anforderungen als solche ohne Echtzeitbetrieb. Um diese Verzögerungen möglichst gering zu halten, muss man in der Lage sein, den Echtzeitpaketen Priorität zu gewähren. Dabei müssen sowohl für Echtzeitanwendungen als auch für Anwendungen ohne Echtzeitbetrieb mit reservierten Bandbreiten im Netzwerk bestimmte werte für die Paketverluste garantiert werden, was bei Datenverkehr ohne reservierte Bandbreite nicht der Fall ist.
In diesem Zusammenhang möchten Netzwerkbenutzer, dass sie bestimmte Vereinbarungen zur Dienstqualität (Service Level Agreement, SLA) anfordern können, die ihnen auch gewährt werden. Eine SLA stellt eine (möglicherweise vertragliche) Übereinkunft dar, aufgrund derer der Netzwerkanbieter zu einem bestimmten Preis eine garantierte Verbindungsqualität bereitstellt. Die Übereinkunft ist beiderseitig, da der Benutzer sich seinerseits verpflichtet, ein bestimmtes Maß der Netzwerknutzung nicht zu überschreiten. Die Verbindungsqualität lässt unterschiedlich ausdrücken, unter anderem wie folgt: die Bandbreite (Anzahl Bits je Sekunde), die Latenzzeit (Endpunkt-zu-Endpunkt-Verzögerung), die Verfügbarkeit (Maß für ununterbrochenen Dienst), die Verlustwahrscheinlichkeit, die Sicherheit (Garantie, dass nur die betreffenden Teilnehmer an einer Datenübertragung teilnehmen können).
Eine andere wichtige Aufgabe der Netzwerkanbieter besteht darin, die Ausnutzung der Netzwerkressourcen zu optimieren. Es ist in der Tat so, dass Kommunikationsnetze nur über begrenzte Ressourcen verfügen, um eine leistungsstarke Paketübertragung sicherstellen zu können, und obwohl die Übertragungskosten je Byte jährlich sinken, dürften die Übertragungskosten auch weiterhin den größten Kostenanteil beim Betrieb zukünftiger Telekommunikationsnetze ausmachen, da die Anforderungen nach Bandbreite weiter steigen. Insbesondere bei Weitverkehrsnetzen (auch als Backbone-Netz bezeichnet) werden die Kosten für die physische Verbindung zwischen Anschlüssen oft auf 80% der Gesamtkosten veranschlagt. Die Verbindung kann in einer Standleitung, einem X.25-Dienst, einem Frame-Relay-Trägerdienst (Frame Relay Bearer Service, FRBS), einem ATM-Trägerdienst (ATM Bearer Service, ATMBS), X.25 oder einem virtuellen privaten Netz o.Ä. bestehen. Je höhere Geschwindigkeiten über die Verbindungen möglich werden, desto stärker können zwar die Kosten je Bit sinken, aber die absoluten Kosten der Verbindungen bleiben dennoch hoch. Deshalb besteht ein Bedarf, die Nettokosten je übertragenem Bit für alle Verbindungsarten und Übertragungsgeschwindigkeiten möglichst gering zu halten. Möglichst geringe Kosten je Bit bedeutet, dass man für jede Verbindung eine möglichst hohe Auslastung erreichen muss.
Deshalb hat man große Anstrengungen unternommen zur Entwicklung von Verfahren zur Steuerung der Datenströme und Engpässe, von Mechanismen zur Bandbreitenreservierung, von Leitwegalgorithmen zur Verwaltung der Netzbandbreite und zur Planung der Netzwerkkapazitäten, d.h. zur Optimierung der Konfiguration der eingerichteten Verbindungen (zugewiesene Bandbreite, ausgewählter Pfad...).
Um sowohl die Auslastung der Netzwerkressourcen zu optimieren als auch den Netzwerkbenutzern zufriedenstellende SLAs zu garantieren, beinhalten Hochgeschwindigkeitsnetze normalerweise Softwaresysteme zur Überwachung ihrer Vermittlungsknoten und Verbindungen. Diese Überwachungssysteme bedienen sich üblicherweise auf Vermittlungsknotenebene installierter Zähler. Zur Überwachung der Netzwerkressourcen sind diejenigen Zähler am wichtigsten, welche das Verhalten der Engpassressourcen darstellen, da diese auch das Endpunkt-zu-Endpunkt-Verhalten oder die Qualität des bereitgestellten Dienstes widerspiegeln. In Hochgeschwindigkeitsnetzen sind die Vermittlungsknoten im Vergleich zu den Kommunikationsleitungen im Allgemeinen leistungsmäßig überdimensioniert. Es ist klar, dass für einen Netzwerkinhaber die Vermittlungsknoten Fixkosten darstellen, während die Leitungskosten bei Standleitungen beispielsweise monatlich zu Buche schlagen und gemäß dem oben Gesagten auch deutlich höher sind. Um die Gesamtkosten eines Netzwerks möglichst niedrig zu halten, werden die Kommunikationsleitungen so dimensioniert, dass sie die Anforderungen seitens des Datenverkehrs gerade eben erfüllen, sodass ihr Datendurchsatz immer geringer als der eines Vermittlungsknotens ist. Daher stellen die Kommunikationsleitungen in einem Hochgeschwindigkeitsnetz im Allgemeinen die Engpassressourcen dar.
In der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0 781 068 werden ein Verfahren und ein System zur adaptiven Bandbreitenzuweisung in einem Hochgeschwindigkeitsdatennetz beschrieben. Diese adaptive Bandbreitenzuweisung für nichtreservierten Datenverkehr über Hochgeschwindigkeits-Übertragungsleitungen eines digitalen Netzwerks erfolgt durch die Regelung der Datenpaketübertragungen über die Netzwerkknoten/-anschlüsse einschließlich der über eine Vermittlungseinheit miteinander verbundenen Eingangs-/Ausgangsadapter. Zu diesem Zweck verfügt der Netzwerkknoten über eine Kontrollpunkt-Recheneinheit, in welcher eine Topologiedatenbank gespeichert ist, die ein Abbild des Netzwerks darstellt. Diese Datenbank wird periodisch und bei Einrichtung des Anrufs aktualisiert durch Topologiedatenbank-Aktualisierungsnachrichten einschließlich eines Parameters Ausgewiesene Datenrate (Explicit Rate) für die Leitung 1, welcher die aktuell verfügbare Bandbreite auf Leitung 1 anzeigt, und eines Parameters N_NRI, welcher die Anzahl der nichtreservierten Verbindungen auf Leitung 1 anzeigt. Diese Informationen dienen innerhalb jedes Adapters zur periodischen Regelung der jeder nichtreservierten Datenverkehrsverbindung im Netzwerk zugewiesenen Übertragungsbandbreite. Zu diesem Zweck verfügt jeder Adapter über eine Einheit mit Zugriffsteuerungsfunktion für jede angeschlossene Verbindung (Datenquelle) und eine Verbindungsvermittlungseinheit, die auf Anfrage die aktuellen Verbindungsinformationen aus der angeschlossenen Topologiedatenbank erhält.
Die Leitungsauslastungsdaten werden üblicherweise als prozentualer Anteil der je Zeiteinheit genutzten Bandbreite ausgedrückt. Die Leitungsauslastung wird üblicherweise wie folgt ermittelt.
Wenn man eine Leitung 1 mit einer maximalen Geschwindigkeit (d.h. Bandbreite) S Zellen/Pakete je Sekunde (wobei S eine ganze Zahl ist) betrachtet und annimmt, dass die zu dieser Leitung gehörenden Zählerwerte alle T Zeiteinheiten (wobei T eine ganze Zahl ist, z.B. T = 15 Minuten) abgerufen werden, wird die zu jedem Zeitintervall T gehörende näherungsweise berechnete Auslastung U(1) durch die folgende Formel ausgedrückt:
wobei N die Anzahl der je Zeitintervall T empfangenen Zellen/Pakete bedeutet und T in Sekunden ausgedrückt wird. U(1)_T wird als prozentuale Leitungsauslastung angegeben.
Diese während jedes Zeitintervalls T (z.B. T = 15 Minuten) berechneten und periodisch abgerufenen Leitungsauslastungswerte können in einem an das Netzwerk angeschlossenen Statistikserver verarbeitet werden, um eine mittlere Leitungsauslastung zu erhalten, welche den Mittelwert der während eines Tages, während mehrerer Tage oder Wochen berechneten Leitungsauslastungswerte U(1)_T darstellt.
Moderne paketvermittelte Hochgeschwindigkeitsnetze können heute Hunderttausende von Verbindungen unterstützen. Darüber hinaus können für jeden neu angemeldeten Teilnehmer des Netzwerks einige zig bis Hunderte Verbindungen konfiguriert werden. Dabei kennt ein Benutzer nur sehr selten die für jede seiner Verbindungen erforderliche Bandbreite. Außerdem nehmen Netzwerkbenutzer üblicherweise für ihre Verbindungen eine reichlich bemessene Bandbreite in Anspruch, um für künftig steigende Verkehrsanforderungen gerüstet zu sein. Daraus ergibt sich, dass sich die durch die Verbindungen des Benutzers reservierte (d.h. vertraglich gebundene) Bandbreite und die tatsächlich in Anspruch genommene Bandbreite deutlich voneinander unterscheiden.
Andererseits gehen große Netzwerkanbieter weithin davon aus, dass es aufgrund der großen Anzahl angeschlossener Kunden, der vielen Standorte und der unterschiedlichen angeforderten Dienste nur eine geringe Wahrscheinlichkeit gibt, dass viele Verbindungen gleichzeitig aktiv sind.
Um ihre Netzwerkressourcen maximal auszulasten, besteht eine übliche Praxis der Netzwerkanbieter in der „Überbuchung" oder „Überbelegung" ihrer Netzwerkleitungen. Indem sie die Verbindungen auf den Leitungen statistisch multiplexen, können sie auf einer Leitung mehr Verbindungen einrichten, als dies entsprechend deren gesamter Bandbreitenkapazität theoretisch möglich wäre.
Das Verfahren der Leitungsüberbuchung weist jedoch den Nachteil auf, dass es zu einem unvorsehbaren Leitungsengpass kommen kann, wenn eine bestimmte Anzahl der an der überbuchten Leitung angeschlossenen Kunden, welche über den anfänglichen Erwartungen liegt, ihren Datenverkehr stark (aber immer noch im Rahmen der vereinbarten reservierten Bandbreite) erhöht und/oder wenn eine bestimmte Anzahl von Kundenverbindungen, welche über den anfänglichen Erwartungen liegt, gleichzeitig aktiv ist. Ein solcher Engpass würde zu statistischen Verlusten der über die Leitung übertragenen überschüssigen Pakete führen, da der gesamte über die Verbindungen laufende Datenverkehr als Verkehr ohne Überschuss (grün) gewertet wird, solange er im Rahmen der reservierten Bandbreite bleibt.
Je nach dem Zeitpunkt des Auftretens dieses Engpasses können solche statistischen Paketverluste eine Verbindung stärker betreffen als eine andere, was gegen das Gleichheitsprinzip verstieße, das bei den unterschiedlichen Kunden gelten sollte. Außerdem ist bei einer solchen Überbuchungssituation keine Mindestbandbreite mehr für jede Verbindung garantiert.
Deshalb besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite, durch das mindestens dieselbe Anzahl von Verbindungen über eine bestimmte Leitung laufen könnte wie bei dem typischen Überbuchungsverfahren und das gleichzeitig dessen Nachteile behebt. Insbesondere soll ein solches verfahren bei einer Engpasssituation eine bessere Kontrolle des Netzwerkverhaltens ermöglichen und für jede über die Leitung laufende Verbindung eine Mindestbandbreite garantieren.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Deshalb besteht eine Hauptaufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und ein System zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite bereitzustellen, welche eine wirksame Überwachung der Auslastung der Netzwerkressourcen durchführen, um die den über eine bestimmte Leitung laufenden Verbindungen zugewiesene Bandbreite neu zu berechnen, sodass die gesamte Bandbreitenkapazität der Leitung nicht überschritten wird, und welche auf diese Weise die Nachteile des klassischen Überbuchungsverfahrens behebt.
Kurz gesagt, diese Aufgaben werden gemäß den beiliegenden Ansprüchen dadurch gelöst, dass ein Verfahren und ein System zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite zur Verwendung in einem paketvermittelten Hochgeschwindigkeitsnetz bereitgestellt wird.
Das Netzwerk umfasst eine Vielzahl von Vermittlungsknoten, welche durch eine Vielzahl von Kommunikationsleitungen miteinander verbunden sind. Jeder der Vermittlungsknoten umfasst ein Mittel zum Vermitteln von Paketen von mindestens einer Eingangsleitung zu mindestens einer Ausgangsleitung. Jede der Ausgangsleitungen ist mit mindestens einem Puffer im Vermittlungsknoten verbunden, um die Pakete vor ihrer Übertragung über die Ausgangsleitung in einer Warteschlange zu speichern. Jede der Kommunikationsleitungen unterstützt den Datenverkehr einer Vielzahl von Benutzerverbindungen, welche über die Leitung gemultiplext werden. Jeder der Benutzerverbindungen ist durch das Netzwerk eine anfänglich vereinbarte Anfangsbandbreite zugewiesen, wobei jede der Kommunikationsleitungen möglicherweise überbucht sein kann.
Das Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite gemäß der Erfindung umfasst die folgenden Schritte:
Leitungsüberwachungsdaten auf den Kommunikationsleitungen werden periodisch in einem Netzwerküberwachungszentrum empfangen und in einem Computerspeicher in diesem Netzwerküberwachungszentrum gespeichert.
Dann wird eine überwachte Leitung ausgewählt, und die entsprechenden Leitungsüberwachungsdaten werden vom Computerspeicher abgerufen. Die für die ausgewählte Leitung abgerufenen Leitungsüberwachungsdaten werden ausgewertet, und es wird festgestellt, ob die ausgewählte Leitung überbucht ist oder nicht.
Wenn festgestellt wird, dass die ausgewählte Leitung überbucht ist und die Leitungsüberwachungsdaten für die ausgewählte Leitung mindestens eine zuvor festgelegte Bedingung erfüllen, wird die anfänglich jeder der über die ausgewählte Leitung laufenden Verbindungen zugewiesene Bandbreite neu zugewiesen, sodass die Summe der neu zugewiesenen Bandbreiten der über die ausgewählte Leitung laufenden Verbindungen kleiner als oder gleich der gesamten Bandbreitenkapazität der ausgewählten Leitung ist.
Der Prozess wird so lange wiederholt, bis alle überwachten Leitungen ausgewählt worden sind.
Speziell, aber nicht notwendigerweise, enthalten die für jede überwachte Leitung empfangenen Leitungsüberwachungsdaten einen zeitliche Verlauf der Belegung der/des zu der Leitung gehörenden Puffer(s), die während eines vorher festgelegten Überwachungszeitraums gemessen wurde. Einzelheiten zur Art und Weise der Gewinnung dieser zeitlichen Verteilung der Pufferbelegung sind im Unteranspruch 3 zu finden.
Dadurch kann man durch unablässige Überwachung der Belegung der Puffer, welche den über die Netzwerkleitungen laufenden stoßweisen oder regelmäßigen Datenverkehr widerspiegelt, auf der Ebene der Vermittlungsknoten die Bandbreite der über eine Leitung laufenden Verbindungen anhand vorgegebener Bedingungen neu zuweisen, welche den über die Leitung laufenden stoßweisen oder regelmäßigen Datenverkehr kennzeichnen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart handelt es sich bei dem paketvermittelten Hochgeschwindigkeitsnetz um ein Frame-Relay-Netzwerk, und eine Verbindungsbandbreite wird durch Neuberechung der folgenden Parameter der Verbindungsbandbreite neu zugewiesen:
Festgeschriebene Datenrate (Committed Information Rate, CIR), festgeschriebene Übertragungsblockgröße (Committed Burst Size, Bc) und Überschussrate (Excess Burst Size, Be).
Außerdem werden diese Parameter der Verbindungsbandbreite in der Weise neu berechnet, dass das Netzwerk nach der Neuberechnung der festgeschriebenen Datenrate (CIR) für die Verbindung dasselbe Verkehrsvolumen aufnimmt.
Die jeder Verbindung neu zugewiesene CIR stellt eine garantierte Mindestbandbreite dar, die jedem Benutzer einer Verbindung zur Verfügung steht, da die Summe der neuen CIRs für alle Verbindungen einer bestimmten Leitung kleiner als oder gleich der gesamten Bandbreitenkapazität der Leitung ist. Dadurch wird auch die Gleichbehandlung aller Verbindungen garantiert, wenn es infolge von Engpässen zu Paketverlusten kommen sollte.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In der folgenden Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugsnummern gleiche Teile kennzeichnen und in welchen:
1 eine schematische Darstellung eines typischen paket-/zellenvermittelten Hochgeschwindigkeitsnetzes ist, welches verschiedene Arten von Anwendungen unterstützt;
2 eine schematische Darstellung einer allgemeinen Ansicht der Innenstruktur eines typischen Vermittlungsknotens des Netzwerks von 1 ist;
3 eine schematische Darstellung ist, welche die wichtigsten Warteschlangenpunkte eines Vermittlungsknotens gemäß 2 zeigt;
4 eine schematische Darstellung ist, welche die Stelle zeigt, an welcher normalerweise Paket-/Zellenzähler in einem Vermittlungsknoten gemäß 2 angeordnet sind;
5 ein Ablaufdiagramm ist, welches den Prozess zur Überwachung der Pufferauslastung gemäß der Erfindung darstellt;
6 ein schematisches Blockschaltbild ist, welches eine allgemeine Architektur zur Netzwerküberwachung in einem paketvermittelten Hochgeschwindigkeitsnetz darstellt;
7A und 7B den Inhalt einer Verbindungstabelle (7A) und einer Leitungstabelle (7B) gemäß der Erfindung darstellen;
8 ein Ablaufdiagramm ist, welches den Prozess zur Berichtigung der Verbindungsbandbreite (Connection Bandwidth Right Sizing, CBRS) der Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung bezieht sich der Begriff „Paket" entweder auf eine Zelle, d.h. ein kleines Paket mit fester Größe wie beispielsweise in ATM-Netzwerken (Asynchronous Transfer Mode), oder auf ein Paket mit variabler Größe wie beispielsweise in IP- oder Frame-Relay-Netzwerken.
1 zeigt ein typisches paket-/zellenvermitteltes Hochgeschwindigkeitsnetz, in welchem verbundene Benutzeranwendungen unterschiedliche Verkehrsarten über das Netzwerk erzeugen. Das Netzwerk 100 umfasst vier Zugriffs-Vermittlungsknoten 101 bis 104 und zwei interne Vermittlungsknoten 105, 106. Die Netzwerkknoten sind durch Netzwerkleitungen wie beispielsweise 107 miteinander verbunden, die auch als Fernleitungen (trunks) bezeichnet werden. Ein Leitwegrechner (Router) 110 überträgt über den Zugriffsknoten 101 blockweise Datenverkehr im IP-Format (Internetprotokoll) mit einer Datenrate von 512 kbit/s (Tausende von Bits je Sekunde) aus dem lokalen Netz (Local Area Network, LAN) durch das Netzwerk. Ein Hostcomputer 111 sendet SNA-Datenverkehr (Systems Network Architecture, System-Netzwerkarchitektur) mit einer Datenrate von 64 kbit/s zum Netzwerkzugriffsknoten 102. An den Zugriffsknoten 103 ist eine Frame-Relay-Zugriffseinheit (Frame Relay Access Device, FRAD) zum Übertragen von Sprach- oder Videodaten durch das Netzwerk angeschlossen. Bei derart unterschiedlichen Anwendungen, welche Datenverkehr durch das Netzwerk senden, ist es in einem solchen Netzwerk üblich, dass ein Vermittlungsknoten Daten von Verbindungen mit unterschiedlichen Verkehrsprofilen überträgt.
In 1 gibt ein Zugriffsknoten 104 Daten über dieselbe externe 64-kbit/s-Übertragungsleitung Daten aus, und zwar Daten von Verbindungen, welche vom Leitwegrechner 110 (IP-Daten), vom Host-Computer 111 (SNA-Daten) und von der FRAD 112 (Sprachdaten) kommen. Die Schwierigkeit besteht für ein solches Netzwerk somit darin, jeder Verbindung die vorher vereinbarte Dienstqualität (QoS) bereitzustellen. Manche Verbindungen sind bei Übertragung von Sprache oder Videos gegenüber Verzögerungen ganz empfindlich; anderen hingegen machen Verzögerungen nichts aus, jedoch verlangen diese sehr geringe Paket-/Zellenverluste, damit die Übertragung ordentlich abläuft und nur wenige Wiederholungen erforderlich sind.
In 2 ist ein Vermittlungsknoten 200 gezeigt, bei dem es sich entweder um einen Zugriffsknoten oder einen internen Knoten des Netzwerks handeln kann. Die Kommunikation zum Knoten erfolgt mittels Adapterkomponenten 220, welche die Kommunikationsleitungen 250 miteinander verbinden. Das Koppelfeld 210 verbindet verschiedene Adapter mit sehr hoher Geschwindigkeit. Jeder Adapter wiederum ist auf der einen Seite über Leitungsschnittstellenkoppler 260 (Line Interface Coupler, LIC) mit externen Leitungen und auf der anderen Seite mit einem Anschluss 270 der Zellen-/Paketvermittlung 210 verbunden. Die Pakete werden über die externen Leitungen 250 entweder über eine Fernleitung, d.h. eine interne Leitung, oder einen Anschluss, d.h. eine Netzwerkzugriffsleitung, empfangen. Jedes dieser Pakete ist einer Netzwerkverbindung zugeordnet, die entweder an diesem Knoten beginnt, ihn durchläuft oder in ihm endet. Demzufolge gibt es zwei verschiedene Arten von Adaptern, das heißt Zugriffsadapter oder Durchleitungsadapter. Zugriffsadapter stellen die Kommunikation von außen zum Netzwerk her, d.h. von den an das Netzwerk angeschlossenen Datenstationen (Data Terminal Equipment, DTE) zu den Netzwerkzugriffsknoten. Die Durchleitungsadapter hingegen stellen die Datenübertragung zwischen den Knoten innerhalb des Netzwerks sicher. Jeder Zugriffs- oder Durchleitungsadapter enthält zwei Teile: einen Empfangsteil 230 und einen Sendeteil 240. Der Empfangsteil 230 empfängt über Kommunikationsleitungen 250 den am Knoten ankommenden Datenstrom, während der Sendeteil 240 den Datenstrom aus dem Knoten zu einem anderen Knoten (dem nächsten Knoten des Datenpfades) oder zu einer Zieldatenstation DTE sendet.
Zugriffsadapter unterstützen auch die Aufgabe der Anrufannahmesteuerung (Call Admission Control, CAC), das heißt dem Prozess der Auswertung der Parameter einer neuen Verbindung, um in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der Netzwerkressourcen zu entscheiden, ob die Verbindung akzeptiert werden soll oder nicht. Eine weitere im Empfangsteil der Zugriffsadapter durchgeführte Aufgabe besteht in der Steuerung des von einer Verbindung ankommenden Datenstroms und seiner Sortierung gemäß den für die Verbindung vereinbarten Deskriptoren. Diese Einordnungsfunktion umfasst das Markieren der Pakete als Überschusspakete (rote Pakete) oder Nichtüberschusspakete (grüne Pakete) und das Löschen von Paketen. Durchleitungsadapter hingegen haben keine derartige Markierungsfunktion, sie können lediglich selektiv Pakete löschen und den ankommenden Datenverkehr steuern, indem sie beispielsweise Leitwegfunktionen ausführen.
Jeder Netzwerkknoten enthält ferner eine Reihe von Warteschlangenelementen zum Zwischenspeichern der ankommenden und abgehenden Pakete in einer Warteschlange. Das Zwischenspeichern in einer Warteschlange erfolgt nicht auf der vermittlungsebene, sondern vorzugsweise auf der Adapterebene, da die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vermittlungseinheit (Koppelfeld 210) selbst im Allgemeinen wesentlich höher ist als die Verarbeitungsgeschwindigkeit eines Adapters. Somit sind diese Warteschlangenelemente im Wesentlichen auf Adapterebene angesiedelt, was im Folgenden in Verbindung mit 3 beschrieben wird.
3 zeigt die wichtigsten Warteschlangenpunkte eines Adapters in einem Vermittlungsknoten. Dabei sind unter dem Begriff „Warteschlangen" üblicherweise Puffer, Pufferspeicher oder Warteschlangenspeicher zu verstehen; unter dem Begriff „Warteschlangenpunkte" sind spezielle Stellen in einem Adapter zu verstehen, an welchen solche Warteschlangen/Puffer angeordnet sind.
Beim Adapter 220 kann man vier Warteschlangenpunkte bezeichnen, zwei (330, 340) befinden sich am Ausgangsteil 240 des Adapters und zwei weitere (310, 320) am Empfangsteil des Adapters. Sobald am Empfangsteil 230 des Adapters ein Paket von einer der Ausgangsleitungen 250 empfangen wurde, wird ein Empfangsprozess 360 durchgeführt.
Zu einem solchen Empfangsprozess 360 gehören die Aktualisierung der Verbindungssortierung, der Leitweginformationen und der Statistikdaten sowie die zyklische Prüfung der Redundanzprüfsumme (Cyclic Redundancy Checksum, CRC). Je nach der Architektur des Adapters erfolgt der Empfangsprozess mittels einer speziellen Hardwarelogik oder durch eine im Prozessor laufende Software. Die Softwarelösung bietet zwar eine höhere Flexibilität, ist jedoch im Allgemeinen nicht so leistungsfähig (d.h. bezüglich der je Zeiteinheit verarbeiteten Anzahl von Paketen) wie die spezielle Hardwarelösung, sodass man folglich eine Warteschlange 310 vorsehen kann, welche die Pakete zwischenspeichert, die schneller ankommen, als sie durch das Empfangselement 360 verarbeitet werden. Im Allgemeinen beschränkt sich die Speicherung in der Warteschlange auf den Ausgleich möglicherweise stoßweise ankommender Pakete. Eine zweite Warteschlange 320 des Empfangsteils 230 des Adapters kann man zum Ausgleichen möglicherweise auftretender Engpässe der Vermittlungseinheit 210 vorsehen, jedoch kann man auf diese Zwischenspeicherung verzichten, da Vermittlungseinheiten im Allgemeinen für höhere Geschwindigkeiten ausgelegt sind als Adapter.
Auf der Sendeseite des Adapters wird ein von der Vermittlungseinheit 210 zum Sendeteil 240 des Adapters gelangendes Paket zuerst in einer Warteschlange 330 des Vermittlungsausgangs zwischengespeichert, bevor es im Sendeelement 350 verarbeitet wird. Das Sendeelement 350 ermittelt die Zielausgangsleitung 250, über welche die Pakete gesendet werden sollen. Die Warteschlange 330 soll somit eine je nach der Ausführungsart (Software/Hardware) des Adapters im Vergleich zur Ankunftsrate der eintreffenden vermittelten Pakete niedrigere Verarbeitungsgeschwindigkeit des Sendeprozesses 350 ausgleichen. Wenn die Verarbeitung durch Software erfolgt, ist der den Code ausführende Adapterprozessor im Allgemeinen so ausgelegt, dass er eine vorgegebene Paketübertragungsrate unterstützt, die größer als die Leitungsgeschwindigkeit ist, sodass durch die Zwischenspeicherung der Pakete in der Warteschlange 330 nur möglicherweise stoßweise übertragene Pakete ausgeglichen werden sollen. Vor ihrer Übertragung über die Zielausgangsleitungen werden die Pakete im Warteschlangenpunkt 340 am Adapterausgang zwischengespeichert. Da Netzwerkleitungen im Allgemeinen so ausgelegt sind, dass sie (aus Kostengründen) die angegebenen Verkehrskenndaten gerade so erfüllen, stellen die Leitungen im Allgemeinen diejenigen Ressourcen dar, die bei Engpässen als erste überlastet sind.
Folglich stellen die Ausgangswarteschlangen des Adapters das wichtigste Warteschlangenelement im Vermittlungsknoten dar, um Engpässe auf Leitungsebene auszugleichen. Aus dem obigen Grund richtet sich die Ausführung der vorliegenden Erfindung vor allem auf den Warteschlangenpunkt 340 des Adapterausgangs, also auf die Sendewarteschlangen am Ausgang des Vermittlungsknotens. Die Bedeutung des Ausgangswarteschlangenpunktes 340 wird durch die Anzahl der unterschiedlichen auf dieser Ebene durch die verschiedenen Netzwerkprovider vorgeschlagenen Merkmale zur Verwaltung des Datenverkehrs ausgedrückt. Der Ausgangswarteschlangenpunkt 340 umfasst eine Vielzahl von Warteschlangen (d.h. Pufferspeicher), die eine Zwischenspeicherung unter den Gesichtspunkten Priorität, Verbindung, Teilnehmergleichbehandlung oder einer Kombination dieser Varianten durchführen können.
4 zeigt die Stelle, an welcher normalerweise Paket-/Zellenzähler in einem Vermittlungsknoten gemäß 2 untergebracht sind. Im Empfangsteil 230 des Adapters 220 ist eine erste Gruppe von Empfangszählern 410 (CNT1) für das Zählen der ankommenden sowie der fehlerhaften Pakete zuständig. Ebenfalls im Empfangsteil 230 des Adapters ist eine zweite Gruppe von Annahme-/Löschzählern 420 (CNT2) mit dem Einordnungsprozess verbunden, welcher innerhalb des Empfangsprozesses 360 durchgeführt wird. Der Einordnungsprozess stellt diejenige Funktion dar, welche prüft, ob der durch eine bestimmte Verbindung unterstützte Datenverkehr dem Vertrag des Teilnehmers entspricht (SLA). Wenn der Datenverkehr auf der Leitung das vereinbarte Verkehrsvolumen überschreitet, können Pakete gelöscht oder markiert werden. Die Zähler 420 sind somit für das Zählen der Pakete zuständig, die markiert oder gelöscht beziehungsweise akzeptiert werden sollen. Im Sendeteil 240 des Adapters 220 befinden sich auch Zähler: eine dritte Gruppe von Zählern 430 (CNT3) ist für das Zählen der Pakete, sobald diese vom Koppelfeld 210 empfangen wurden, sowie der durch den Überlauf der entsprechenden Puffer gelöschten Pakete zuständig (Warteschlangen 330 in 3). Und schließlich gibt es eine vierte Gruppe von Zählern 440 (CNT4) zum Zählen der Pakete, wenn diese die Warteschlangen 340 verlassen und bevor sie auf die Übertragungsleitungen 250 gelangen. Alle vier Zählergruppen werden global je Adapter, je Anschluss, je Dienstklasse und möglicherweise je Verbindung ausgeführt. Aus Sicht der Überwachung der Netzwerkressourcen sind gemäß dem oben Gesagten diejenigen Zähler am wichtigsten, welche die Engpassressourcen des Netzwerks widerspiegeln, da sie auch das Endpunkt-zu-Endpunkt-Verhalten oder die bereitgestellte Dienstqualität widerspiegeln. Das sind demzufolge die Zähler 440 (CNT4). Diese Zähler liefern jedoch Zahlen, welche den möglicherweise stoßweise auftretenden Datenverkehr nicht berücksichtigen und anhand derer die Auslastungsstatistik der Leitungen nur ungenau berechnet werden kann.
Gemäß der Erfindung wird eine neue Technik zur Überwachung von Netzwerkressourcen bereitgestellt, die nicht nur auf der Zählung der aus den Ausgangsleitungen zu den Knoten laufenden Pakete beruht, wie dies typischerweise durch die Zähler 440 (CNT4) erfolgt, sondern auf der Überwachung der Warteschlangenbelegung. Das Prinzip der Erfindung besteht darin, die Belegung jeder der Engpasswarteschlangen, d.h. der Warteschlangen 340, immer dann zu messen, wenn ein Paket in eine dieser Warteschlangen aufgenommen wird. Obwohl diese Technik im Folgenden unter Bezug auf eine Speicherwarteschlange beschrieben wird, ist klar, dass jede der Speicherwarteschlangen 340 in derselben Weise überwacht wird.
Prinzip der Überwachung der Pufferbelegung
Das Prinzip der Überwachung der Puffer-/Warteschlangenbelegung geht davon aus, dass für jede Warteschlange 340 eine Vielzahl von N (N ist eine ganze Zahl) von Schwellenwerten T(1) bis T(N) definiert wird, welche der Anzahl der in der Warteschlange gespeicherten Pakete oder Bytes entsprechen. Bei ATM-Netzwerken kann man die Schwellenwerte in Form der Anzahl der gespeicherten Zellen ausdrücken und bei Frame-Relay-Netzwerken mit Paketen variabler Größe in Form der Anzahl der gespeicherten Bytes. Die Gesamtanzahl der zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Warteschlange gespeicherten Zellen/Bytes wird hier als „Warteschlangengröße" Qsize bezeichnet. Die Schwellenwerte T(1) bis T(N) werden so gewählt, dass sie den unterschiedlichen Belegungsgraden der Warteschlange in Abhängigkeit von deren Gesamtkapazität entsprechen. Entsprechend diesen N Schwellenwerten wird für den Vergleich der Warteschlangengröße mit den Schwellenwerten T(1) bis T(N) eine Anzahl von N Warteschlangenzuständen ST(1) bis ST(N) definiert. Die Warteschlangenzustände ST(1) bis ST(N) sind wie folgt definiert:
ST(1): Warteschlangenzustand, wenn T(1) ≤ Qsize < T(2);
... ...
ST(p): Warteschlangenzustand, wenn T(p – 1) ≤ Qsize < T(p);
... ...
ST(N – 1): Warteschlangenzustand, wenn T(N – 1) ≤ Qsize < T(N);
ST(N): Warteschlangenzustand, wenn Qsize ≥ T(N) ist,
wobei „≤" „kleiner als oder gleich" und „≥" „größer als oder gleich" heißt.
Ferner ist eine Anzahl von N Zählern PT(1) bis PT(N) eingebaut. Jeder Zähler PT(i) (wobei i eine Zahl zwischen 1 und N ist) wird erhöht, wenn gefunden wird, dass sich der Warteschlangenzustand (Queue_State) zwischen einem der Zustände ST(i) bis ST(N) liegt.
Bei der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung sind vier Schwellenwerte (N = 4) definiert: T(1), T(2), T(3) und T(4), welche jeweils 5%, 20%, 40% und 70% der gesamten Warteschlangenkapazität entsprechen. Entsprechend diesen Schwellenwerten sind die Warteschlangezustände ST(1) bis ST(4) wie folgt definiert:
ST(1): Warteschlangenzustand, wenn T(1) ≤ Qsize < T(2);
ST(2): Warteschlangenzustand, wenn T(2) ≤ Qsize < T(3);
ST(3): Warteschlangenzustand, wenn T(3) ≤ Qsize < T(4);
ST(4): Warteschlangenzustand, wenn Qsize ≥ T(4) ist.
Es sind vier Zähler PT(1) bis PT(4) vorgesehen. Gemäß dem oben Gesagten wird zum Beispiel der Zähler PT(2) erhöht, wenn festgestellt wird, dass der Warteschlangezustand einem der Zustände ST(2), ST(3) oder ST(4) entspricht.
Der gesamte Prozess der Überwachung der Warteschlangenbelegung wird im Folgenden in Verbindung mit 5 beschrieben. Bei der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung wird dieser Prozess im Rahmen des Sendeprozesses 240 (3) im Sendeteil 220 des Adapters mittels eines Computerprogramms ausgeführt.
Der Prozess der Überwachung der Warteschlangenbelegung der Erfindung beginnt in 5 in Kasten 501. Dann wird in Kasten 503 ein Initialisierungsschritt INIT durchgeführt, in welchem alle N Zähler PT(i) mit i zwischen 1 und N auf einen Anfangswert von null gesetzt werden. Ebenfalls in Kasten 503 wird ein neuer Überwachungszeitraum (Überwachungsperiode) T gestartet. In Kasten 505 wird beim Empfangen eines neuen Paketes vom Koppelfeld dessen Größe PS aus den Kopfdaten extrahiert. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zellengröße bei ATM-Zellen festliegt und daher die Warteschlangengröße durch die Anzahl der Zellen angegeben wird. Dann wird im Entscheidungskasten 507 geprüft, ob die Warteschlange dieses Paket übernehmen kann. Das heißt, die durch die Größe PS des ankommenden Pakets vergrößerte aktuelle Warteschlange (Anzahl der aktuell in der Warteschlange gespeicherten Zellen/Bytes) muss kleiner als die Maximalkapazität Max_Queue der Warteschlange sein. Wenn das Ergebnis der Prüfung NEIN lautet, geht der Prozess weiter zu Kasten 509, in welchem alle Zähler PT(i) mit i von 1 bis N erhöht werden und schließlich das neue Paket gelöscht wird, da es nicht in der Warteschlange gespeichert werden kann. Dann wird der Prozess mit dem Entscheidungskasten 515 fortgesetzt. Kann hingegen das neue Paket in die Warteschlange eingestellt werden (JA), geht der Prozess weiter zu Kasten 511, wo das neue Paket in die Warteschlange aufgenommen und deshalb die aktuelle Warteschlangengröße Qsize durch die Größe PS des neuen Pakets korrigiert wird. Dann wird in Kasten 513 der Zustand der Warteschlange Queue_State im Vergleich zu den oben definierten Warteschlangenzuständen ST(1) bis ST(N) ermittelt. Wenn der Warteschlangenzustand ST(k) (k eine ganze Zahl zwischen 1 und N) ermittelt worden ist, werden die Zähler PT(1) bis PT(k) erhöht. Im Entscheidungskasten 515 prüft dann der Prozess, ob die Überwachungsperiode T abgelaufen ist. Wenn dies nicht der Fall ist (NEIN), geht der Prozess wieder zurück zu Kasten 505, um ein neues Paket zu empfangen. Wenn diese der Fall ist (JA), wird der Prozess in Kasten 517 beendet, wo alle Zählerwerte PT(1) bis PT(N) durch ΣPT(1) dividiert werden,
wobei ΣPT(i) = PT(1) + PT(2) + ... + PT(N) ist.
Auf diese Weise drücken die erhaltenen Endwerte PT(i) jeweils den prozentualen Anteil der während der Überwachungsperiode T angekommenen Pakete aus, während der sich die Warteschlange in einem der Zustände ST(i) bis ST(N) befunden hatte. Mit anderen Worten, jeder Wert PT(1) bis PT(N) zeigt jeweils den prozentualen Anteil der während der Überwachungsperiode T angekommenen Pakete an, während die Warteschlangengröße Qsize gleich dem jeweiligen Schwellenwert T(1) bis T(N) oder größer war.
Schließlich werden in Kasten 517 die Endwerte PT(1) bis PT(N) durch den Allzweckprozessor des Adapters abgerufen, sodass diese Werte durch den Verkehrsstatistikserver abgerufen werden können. Nach Kasten 517 kehrt der Prozess wieder zum Initialisierungskasten 503 zurück, um eine neue Überwachungsperiode zu initialisieren. Dabei muss diese Überwachungsperiode T so gewählt werden, dass es nicht zum Zählerüberlauf kommen kann. Bei der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung wird als Überwachungsperiode T ein Zeitraum von 15 Minuten gewählt.
Parallel zu dem oben in Verbindung mit 5 beschriebenen Prozess wird die Warteschlangengröße Qsize entsprechend um die Paketgröße jedes Mal korrigiert, sobald ein Paket erfolgreich über eine Ausgangsleitung 250 aus der Warteschlange gesendet wurde. Somit erhält man nach jeder Überwachungsperiode T und für jede Warteschlange 340 eine Bewertung des zeitlichen Verlaufs der Warteschlangenbelegung im Verhältnis zu den gewählten Schwellenwerten T(1) bis T(N) für die betreffende Überwachungsperiode T. Diese Bewertung der Warteschlangenbelegung erhält man aus einer Menge von N Werten PT(1) bis PT(N). Jeder Wert PT(i) zeigt den prozentualen Anteil der Pakete an, welche während der Überwachungsperiode T angekommen sind, während die Warteschlangengröße Qsize gleich dem Schwellenwert T(i) oder größer war, wobei T(i) durch den prozentualen Anteil der Gesamtkapazität der Warteschlange ausgedrückt wird. Es ist daher klar, dass eine solche Bewertung des zeitlichen Verlaufs der Warteschlangebelegung den über die überwachte Leitung fließenden stoßweisen oder gleichmäßigen Datenverkehr berücksichtigt, was bei dem Verfahren der durchschnittlichen Leitungsauslastung nach dem Stand der Technik nicht der Fall ist.
Hinweis: „Stoßweise" bezieht sich auf Datenverkehr mit variabler Datenrate, bei welchem die zeitlichen Abstände zwischen den Datenübertragungen nicht immer konstant sind.
6 zeigt schematisch ein Blockschaltbild, welches die allgemeine Architektur einer Netzwerkverwaltung zeigt, in welcher die Zählerwerte auf Knotenebene abgerufen und zur Erstellung der Netzwerkstatistik und für die Kapazitätsplanung verwendet werden.
In 6 wird zur einfacheren Darstellung nur ein Netzwerkknoten 601 abgebildet. Im Knoten 601 ist ein Koppelfeld 210 mit einer Vielzahl von Adaptern 220 verbunden. Ebenfalls im Knoten 601 stellt ein Steuerprozessor CP 611 die Netzwerksteuerfunktionen bereit. In den Adaptern 220 sind Speicherplätze 609 enthalten, in welchen die Zählerwerte der Adapter gespeichert werden. Entlang der Pfeile 613 sammelt der Steuerprozessor 611 periodisch die verschiedenen während der Messperioden gemessenen Zählerwerte. Diese Daten werden periodisch entlang Pfeil 617 zum Verkehrsstatistikserver gesendet, der im Hintergrund alle Statistikwerte von allen Netzwerkknoten sammelt, und zwar normalerweise während der Nacht. Der Statistikserver 603 sendet periodisch oder auf Anforderung über Pfeil 625 die Statistikdateien mit den Daten für alle Netzwerkressourcen zum Netzwerküberwachungszentrum 605. Im Netzwerküberwachungszentrum 605 bedienen sich Techniker dieser Dateien, um die Netzwerkressourcen zu überwachen und geeignete Maßnahmen zur Netzwerküberwachung wie beispielsweise Kapazitätsplanungen zu ergreifen. Die Netzwerküberwachungsaktionen werden entlang Pfeil 621 über eine Netzwerkverwaltungskonsole 607 durchgeführt, bei der es sich üblicherweise um einen Personal Computer oder einen Arbeitsplatzcomputer handelt. Die Netzwerkverwaltungskonsole 607 sendet über Pfeil 623 die Netzwerküberwachungsbefehle zum Steuerprozessor 611 des betreffenden Netzwerkknotens. Und schließlich kann man auf die in den Speicherplätzen 609 gespeicherten Zählerwerte auch durch einen Bediener über die Netzwerkverwaltungskonsole 607 in Echtzeit zugreifen.
Im Zusammenhang mit der oben in Verbindung mit 6 beschriebenen Netzwerkverwaltung wird im Folgenden beschrieben, wie man den allgemeinen Prozess der Überwachung der Netzwerkressourcen (Leitungen und Knoten) vorteilhaft in Verbindung mit der neuen Technik der vorliegenden Erfindung zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite einsetzen kann, um eine Neuzuweisung (hier als „Berichtigung" oder „Anpassung" bezeichnet) der reservierten (d.h. der durch die SLAs vereinbarten) Bandbreite der über die jeweilige Leitung des Netzwerks laufenden Verbindung zu ermöglichen. Dieser Prozess wird im Folgenden als „Prozess zur Berichtigung der Verbindungsbandbreite" (Connection Bandwidth Right Sizing, CBRS) bezeichnet.
Die Anpassung der für die Verbindungen reservierten Bandbreite ist gemäß dem oben Gesagten durch die Beobachtung gerechtfertigt, dass die Netzwerkbenutzer normalerweise die Bandbreite für ihre Verbindungen reichlich bemessen, weil sie entweder eine Zunahme ihres Datenverkehrs erwarten oder weil sie ihren aktuellen und zukünftigen Bedarf nicht genau einschätzen können. Das führt dazu, dass während des größten Teils der Zeit ein großer Unterschied zwischen der durch die Benutzer für ihre Verbindungen reservierten Bandbreite (CIR im Frame-Relay-Netzwerk) und der tatsächlich in Anspruch genommenen Bandbreite besteht.
Diese Anpassungsaktionen erfolgen als Reaktion auf die Auswertung der Informationen der Ressourcenüberwachung, d.h. der durchschnittlichen Leitungsauslastung und/oder der Statistik der Leitungspufferbelegung, und sie werden im Netzwerküberwachungszentrum 605 von 6 ausgelöst. Die Berichtigungsaktionen der Verbindungen werden durch das Netzwerk zu den Steuerprozessoren der Zugriffsknoten (z.B. der Knoten 101, 102 von 1) übertragen, wo die betroffenen Verbindungen ursprünglich eingerichtet worden sind.
In 6 ist der CBRS-Prozess durch den zusätzlichen Pfeil 627 dargestellt, der sich vom Netzwerküberwachungszentrum 605 zum Kontrollpunkt 611 des Knotens 601 erstreckt, welcher im vorliegenden Fall einen Netzwerkzugriffsknoten darstellt. Der Pfeil 627 entspricht den an den Verbindungsparametern vorgenommenen Änderungen, um die der Verbindung zugewiesene Bandbreite an ihrem Ursprungsknoten zu berichtigen. Das erfolgt dadurch, dass das Computersystem für den CBRS-Prozess automatisch spezielle Befehle vom Überwachungszentrum 605 durch das Netzwerk zum ursprünglichen Vermittlungsknoten 601 sendet.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsart des Prozesses gemäß der Erfindung zum Berichtigen der Verbindungsbandbreite (CBRS) beschrieben. Obwohl bei diesem Netzwerk die Frame- Relay-Technologie betrachtet wird, ist klar, dass man den CBRS-Prozess der Erfindung auch bei einer anderen paket-/zellenvermittelten Hochgeschwindigkeitstechnologie wie beispielsweise der ATM-Technologie einsetzen kann.
Bei einem paketvermittelten Frame-Relay-Netzwerk ist die maximal durch eine Endstation in das Netzwerk zu übertragende Anzahl Bits je Sekunde durch die Zugriffsrate der Benutzer-Netzwerkschnittstelle begrenzt. Die Zugriffsrate ist durch die Leitungsgeschwindigkeit der Benutzer-Netzwerkverbindung begrenzt und ergibt sich aus den Vertragsbedingungen.
Das festgeschriebene maximale Datenvolumen, das ein Benutzer in das Netzwerk übertragen kann, ist durch die festgeschriebene Übertragungsblockgröße Bc definiert. Bc ist ein Maß für das Datenvolumen, welches unter normalen Bedingungen durch das Netzwerk für die Nachrichtenübertragung garantiert wird. Es wird während des Messintervalls der festgeschriebenen Datenrate Tc gemessen.
Endstationen dürfen Daten über die festgeschriebene Übertragungsblockgröße hinaus übertragen. Die Überschreitungsrate Be ist als das zulässige Datenvolumen definiert, um welches ein Benutzer Bc während des Messintervalls der festgeschriebenen Datenrate Tc überschreiten kann. Wenn das Netzwerk noch über freie Kapazitäten verfügt, werden diese Daten zu ihrem Ziel weitergeleitet. Es steht dem Netzwerk jedoch frei, diese Daten als zur Löschung freigegeben zu markieren (DE).
Die festgeschriebene Datenrate CIR ist als dasjenige zulässige Datenvolumen definiert worden, zu dessen Übertragung das Netzwerk unter normalen Bedingungen verpflichtet ist. Die Rate wird über ein Zeitintervall Tc gemittelt. Die CIR wird auch als akzeptabler Mindestdurchsatz bezeichnet. Bc und Be werden in Bit, Tc in Sekunden und die Zugriffsrate und CIR in Bit je Sekunde ausgedrückt. Bc, Be, Tc und CIR werden durch eine DLCI (Data Link Connection Identifier, Datenleitungs-Verbindungskennung) definiert, während als Zugriffsrate die der Netzwerkschnittstelle des Benutzers gilt. Für virtuelle Standleitungen werden Bc (Ein- und Ausgang), Be (Ein- und Ausgang) und CIR (Ein- und Ausgang) bei Vertragsabschluss definiert. Tc wird wie folgt berechnet:
Jedes Mal, wenn ein Benutzer die Einrichtung einer neuen Verbindung anfordert, lässt der für das Netz zuständige Techniker durch seine Betriebs-/Einricht-Teams prüfen, ob die vom Benutzer angeforderte und durch ihre Zugriffsrate, CIR und Bc definierte neue Verbindung durch das Netzwerk (bezüglich der Ressourcenverfügbarkeit) akzeptiert werden kann. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die neue Verbindungsanforderung zurückgewiesen. Ist es jedoch der Fall, wird für diese Verbindung ein entsprechender Betrag der Bandbreite oder Netzwerkkapazität reserviert.
Dann sendet jede Verbindung mit reservierter Bandbreite in Form eines Eintrags in eine spezielle Tabelle eine Anzahl von Verkehrsdeskriptoren an das Netzwerk, wobei die Tabelle als „Verbindungstabelle" bezeichnet wird und in allen Netzwerkknoten in einem Datenbankspeicher gespeichert ist. Beim Frame-Relay-Netzwerk enthält die Verbindungstabelle im Wesentlichen eine Kennung für jede Verbindung (DLCI), ihre Ursprungs- und Zielanschlüsse sowie die zugehörigen CIR, Bc, Be und die Zugriffsrate. Den Netzwerkleitungen ist eine weitere Tabelle mit der Bezeichnung „Leitungstabelle" zugeordnet. Die Leitungstabelle ist auch im Datenbankspeicher der Knoten gespeichert und enthält Leitungsdeskriptoren, die Informationen wie zum Beispiel die gesamte Leitungskapazität (Bandbreite), die für jede Dienstklasse reservierte Bandbreite, die Leitungsverfügbarkeit oder die Übertragungsverzögerung der Leitung. Die Verbindungstabelle und die Leitungstabelle werden im Folgenden in Verbindung mit 7A bis 7B beschrieben. Auf der Ebene der Eingangszugriffsknoten wird die als Anrufannahmesteuerung CAC bezeichnete Task durchgeführt. Die CAC-Task stellt im Grunde den Prozess der Auswertung der Parameter einer neuen Verbindung (in der Verbindungstabelle) dar, durch welchen in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der Netzwerkressourcen entschieden wird, ob die Verbindung akzeptiert werden soll.

Ebenfalls auf der Ebene der Eingangszugriffsknoten wird der Prozess der Einordnung des Benutzerverkehrs durchgeführt. Bei der Einordnung des Benutzerverkehrs handelt es sich um einen Prozess der Anpassung des ankommenden Datenverkehrs an die vereinbarte mittlere Datenrate und Übertragungsblockgröße; diese Vorgänge führen nur bei solchen Verbindungen zu Einschränkungen, die diesen Bedingungen nicht genügen. Man kann sich dreier Techniken bedienen:

Verzögerung

Verringerung der Übertragungsgeschwindigkeit nicht in Echtzeit zu übertragender Pakete in der Weise, dass sie über einen längeren Zeitraum (mit anderen Worten, in Einheiten kleiner als

	ein Übertragungsblock) in das Netzwerk gesendet werden. Diese Technik ist auch unter der Bezeichnung Verkehrsberuhigung bekannt. Durch die Verkehrsberuhigung wird die gesamte Netzwerkbandbreite besser ausgenutzt; sie wird nur innerhalb der vereinbarten Dienstqualität durchgeführt.
Markierung	Pakete werden als Überschusspakete markiert, wenn sie über die festgeschriebene Übertragungsblockrate hinaus empfangen werden. Üblicherweise werden Bc übersteigende Pakete markiert, wenn die Pakete enthaltenden Übertragungsblöcke größer als Bc, aber kleiner als Bc + Be sind, d.h., das Bit zum Löschen freigegeben (DE) wird gesetzt.
Hinweis:	Die als Überschuss markierten Pakete werden auch als rote Pakete und die nicht als Überschuss geltenden Pakete als grüne Pakete bezeichnet.
Löschen	Löschen von Paketen, welche mit einer Datenrate ankommen, die größer als die Summe der festgeschriebenen Datenrate und der für die Überschusspakete zugelassenen Zusatzrate ist. Üblicherweise werden die Bc + Be übersteigenden Pakete gelöscht, wenn die Pakete enthaltenden Übertragungsblöcke größer als Bc + Be mit der Zugriffsrate gesendet werden.

Das Markieren und Löschen erfolgt üblicherweise mittels des bekannten Leaky-Bucket-Algorithmus.
Hinweis: Bei ATM-Netzwerken läuft ein ähnlicher Prozess mit den entsprechenden Parametern ab: PCR (Peak Cell Rate, Spitzenzellenrate), SCR (Sustainable Cell Rate, Dauerzellenrate) und MBS (Mean Burst Size, mittlere Übertragungsblockgröße) anstelle der Parameter Zugriffsrate, CIR und Bc.
Wenn also der Sortierprozess am Zugang zum Netzwerk erfolgt und für eine bestimmte Fernleitung die Summe aller CIRs kleiner als oder gleich der Fernleitungskapazität ist, also keine Überbelegung der Fernleitung erfolgt, ist das Risiko eines Netzwerkengpasses sehr gering. Natürlich kann es trotzdem noch zu Engpasszuständen im Netzwerk kommen, da zusätzlich zum festgeschriebenen/reservierten Datenverkehr in bestimmtem Umfang auch noch überschüssiger Datenverkehr (Be) durch das Netzwerk akzeptiert wird. Dieser überschüssige Datenverkehr wird jedoch am Zugang zum Netzwerk markiert (das Bit zum Löschen freigegeben wird gesetzt), sodass dieser Datenverkehr erst beim Auftreten eines Engpasses gelöscht und der festgeschriebene Teil des Datenverkehrs der Verbindung garantiert erfolgreich übertragen wird.
Wenn hingegen die Summe aller CIRs die Fernleitungskapazität überschreitet, ist diese überbelegt, und das Netzwerk geht in der Hoffnung zum statistischen Multiplexen über, dass nicht alle Benutzer gleichzeitig ihre CIR anfordern. Wenn es dann nämlich aufgrund der hohen Anzahl gleichzeitig angeschlossener Benutzer zum Engpass kommt und es sich bei dem über jede Verbindung laufenden Datenverkehr nicht um überschüssigen Datenverkehr (DE aus) handelt, werden Pakete statistisch entsprechend der Reihenfolge ihres Eintreffens in den Warteschlangen der Netzwerkknoten gelöscht. Bei dieser Art von Engpass wird die garantierte Mindestdatenrate (CIR) je Benutzer nicht eingehalten.
Durch diesen Prozess der Berichtigung der Verbindungsbandbreite CBRS der Erfindung können genauso viele Benutzer wie beim Überbuchungsverfahren angeschlossen sein, jedoch wird das Engpassrisiko möglichst gering gehalten und die Mindestbandbreite für die Datenübertragung trotzdem gewährleistet.
7A und 7B zeigen den Inhalt der Verbindungstabelle (7A) und der Leitungstabelle (7B) gemäß der Erfindung. Die Verbindungstabelle 700 in 7A hat mehrere Spalten, die jeweils einem bestimmten Verbindungsparameter entsprechen. Die Felder in Spalte 702 entsprechend der Verbindungskennung (DLCI beim Frame-Relay-Verfahren). In Tabelle 700 sind zur Verdeutlichung die Datensätze für zwei Verbindungen mit einer Kennung C1 bzw. C2 gezeigt. Die Felder in Spalte 704 enthalten die ursprüngliche CIR (CIR) der Verbindungen, das heißt die bei Vertragsabschluss vereinbarte CIR. Die CIR ist in Tabelle 700 in Kilobit je Sekunde (Kbit/s) angegeben. Die Felder in den Spalten 706 und 708 enthalten die festgeschriebene Übertragungsblockgröße (Bc) bzw. die Überschussrate (Be) der Verbindungen. Sowohl Bc als auch Be sind in Tabelle 700 in Kilobit (Kbit) angegeben. Die Felder in Spalte 710 enthalten die Zugriffsrate der Verbindungen. Die Zugriffsrate ist Tabelle 700 in Kilobit je Sekunde (Kbit/s) angegeben. Diese genannten Verbindungsparameter (Verbindungskennung, CIR, Bc, Be und Zugriffsrate) sind üblicherweise in der Verbindungstabelle anzutreffen. Gemäß der Erfindung sind in der Verbindungstabelle zwei weitere Parameter je Verbindung enthalten. Diese zusätzlichen Parameter werden als „CRF" und „NCIR" bezeichnet und entsprechen den Feldern der Spalten 712 bzw. 714. Der Parameter CRF heißt „Connection Right Sizing Factor" (Berichtigungsfaktor der Verbindung) und der Parameter NCIR „New CIR" (Neue CIR). CRF und NCIR werden beim Einrichten der Verbindung auf die Anfangswerte 1 (eins) bzw. CIR gesetzt. Der Parameter CRF zeigt an, ob die Verbindung bereits „berichtigt" worden ist. Diese beiden zusätzlichen Parameter werden dann in Verbindung mit 8 beschrieben.
7B zeigt die Leitungstabelle 720. Diese Leitungstabelle 720 ist, wie oben bereits festgestellt, den Netzwerkleitungen zugeordnet und liefert Informationen für alle Netzwerkleitungen wie beispielsweise: die gesamte Leitungskapazität (Bandbreite), die je Dienstklasse reservierte Bandbreite, die Verfügbarkeit der Leitung oder die Übertragungsverzögerung der Leitung. Zur Veranschaulichung enthält die Leitungstabelle 720 in 7B nur diejenigen Parameter, welche durch den CBRS-Prozess gemäß der Erfindung Verwendung finden. Die Tabelle 720 enthält drei Spalten: Spalte 722 enthält Felder für die Leitungskennung. Zur Verdeutlichung ist in Tabelle 720 der Datensatz für eine Leitung (L1) gezeigt. Die Spalten 724 und 726 entsprechen zusätzlichen Leitungsparametern, welche während des Prozesses der Erfindung zur Berichtigung der Verbindungsbandbreite verwendet werden. Der erste zusätzliche Parameter „Berichtigungsfaktor der Verbindung" (Link Right Sizing Factor, LRF) entspricht den Feldern in Spalte 724. Der zweite zusätzliche Parameter „Leitungsüberbuchungsfaktor" (Link Oversubscription Factor, OVF) entspricht den Feldern in Spalte 726. Der Parameter OVF ist in Prozent (%) angegeben und stellt den Grad der Überbuchung der Leitung dar.
Als Beispiel soll eine Leitung OC3 mit einer Dienstrate von 155 Mbit/s (Megabit je Sekunde) betrachtet werden. Wenn der Überbuchungsgrad (OVF) dieser Leitung OC3 400% beträgt, bedeutet dies, dass die Summe der CIRs aller über die Leitung laufenden Verbindungen viermal so groß ist wie die Dienstrate (tatsächlich auf der Leitung verfügbare Bandbreite), also 620 Mbit/s beträgt. Wenn bei dieser Leitung nicht das Überbuchungsverfahren angewendet wird, beträgt die Summe der CIRs aller über die Leitung laufenden Verbindungen weniger als oder genau die Leitungskapazität, also 155 Mbit/s. In diesem Fall ist OVF gleich 100%.
Der einer bestimmten Leitung zugeordnete Parameter LRF zeigt an, ob der CBRS-Prozess bereits auf diese Leitung angewendet worden ist. Der Parameter LRF wird auf den Anfangswert OVF/100 gesetzt. Nachdem der CBRS-Prozess für diese Leitung abgeschlossen worden ist, wird der der Leitung zugeordnete Parameter LRF in Tabelle 720 gleich 1 gesetzt. Die in Tabelle 720 gezeigte Leitung L1 ist mit einem Wert von OVF = 400% überbelegt. Der CBRS-Prozess ist für diese Leitung noch nicht durchgeführt worden, da deren Parameter LRF noch gleich 4 ist.
In Verbindung mit den zusätzlichen Leitungsparametern CRF und NCIR des Prozesses zur Berichtigung der Verbindungsbandbreite (CBRS) gemäß der Erfindung werden zusätzliche Leitungsparameter LRF und OVF verwendet, was im Folgenden in Verbindung mit 8 beschrieben wird.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Prozess zur Berichtigung der Verbindungsbandbreite (CBRS) gemäß der Erfindung darstellt. Der CBRS-Prozess wird durch Computerprogramme realisiert, die in einem speziellen Überwachungscomputer im Netzwerküberwachungszentrum (6, 605) laufen. Der CBRS-Prozess wird im Netzwerküberwachungszentrum (6, 605) automatisch gestartet, sobald dieses von den Netzwerkleitungen Überwachungsberichte mit der Statistik zur mittleren Leitungsauslastung und/oder zur Leitungspufferbelegung empfängt. Die Überwachungsberichte gehen üblicherweise jede Nacht im Netzwerküberwachungszentrum ein, und der CBRS-Prozess wird normalerweise jeden Tag oder alle paar Tage durchgeführt. Der CBRS-Prozess läuft im Hintergrund.
Es ist jedoch klar, dass der CBRS-Prozess bei der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung zur Leistungssteigerung zwar die Statistik sowohl der mittleren Leitungsauslastung als auch der Leitungspufferbelegung verwendet, dass das CBRS-Prinzip auch allein unter Verwendung der Statistik der mittleren Leitungsauslastung realisiert werden kann.
In 8 wird der CBRS-Prozess der Erfindung in Kasten 800 gestartet, sobald die Überwachungsberichte der Netzwerkleitungen empfangen werden. Dann werden alle Leitungen einer im Speicher gespeicherten Leitungsliste nacheinander bearbeitet, wobei die Bearbeitung bei der ersten Leitung beginnt. Dann werden in Kasten 802 die der ausgewählten Leitung entsprechenden Statistikwerte aus den in einem Computerspeicher des Netzwerküberwachungszentrums gespeicherten Überwachungsberichten der Leitung abgerufen.
Die Statistikwerte der Leitung beinhalten:

– die zugehörige tägliche oder wöchentliche Statistik der mittleren Leitungsauslastung („Link_Use");
– die zugehörigen Statistikwerte der Leitungspufferbelegung („PT(i)"), d.h. die Mittelwerte PT(i) (bei der bevorzugten Ausführungsart die Werte PT(1) bis PT(4)), wobei jeder Wert PT(i) den prozentualen Anteil der während des langen Zeitintervalls angekommenen Pakete anzeigt, während die Warteschlangengröße (Qsize) gleich dem Schwellenwert T(i) oder größer war;
– die Leitungspaketverlustrate („Packet_Loss"), d.h. der prozentuale Anteil der infolge Engpässen während des langen Zeitintervalls gelöschten Pakete.

Nach dem Schritt in Kasten 802 wird im Entscheidungskasten 804 ermittelt, ob die Leitungspaketverluste höher als die SLA-Anforderungen (Service Level Agreement, vereinbarte Dienstqualität) der über die Leitung laufenden Verbindungen sind. Wenn die Leitungspaketverluste (Packet_Loss) höher als die SLA sind, bedeutet dies, dass die Leitung noch nicht in der Lage ist, eine den SLA entsprechende gute Dienstqualität zu liefern, da sie überlastet ist. In diesem Fall (JA) wird in Kasten ein Teil der gerade über die Leitung laufenden Verbindungen umgeleitet, bis die Paketverluste der ausgewählten Leitung kleiner als die maximal zulässigen Paketverluste (SLA) sind, was durch die Rückkehr zu Kasten 804 angezeigt wird. Wenn die Paketverluste der ausgewählten Leitung jedoch niedriger als die SLA-Anforderungen sind (NEIN), wird in Kasten 808 geprüft, ob die Leitungsauslastung Link_Use größer als ein erster vorgegebener Wert U1 ist, der bei der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung 80% beträgt. Wenn das Ergebnis der Prüfung NEIN lautet, werden im Entscheidungskasten 810 die Werte der Pufferbelegung PT(3) und PT(4) geprüft. Wenn PT(3) größer als oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert P1 der Pufferbelegung ODER wenn PT(4) größer als oder gleich einem zweiten vorgegebenen Wert P2 der Pufferbelegung ist, bedeutet dies:
Entweder ist der prozentuale Anteil der während des Überwachungsintervalls angekommenen Pakete PT(3), während dessen die Warteschlangenbelegung (Qsize) gleich T(3) oder größer war, größer als oder gleich P1 ODER der prozentuale Anteil der während des Überwachungsintervalls angekommenen Pakete PT(4), während dessen die Warteschlangenbelegung (Qsize) gleich T(4) oder größer war, ist größer als oder gleich P2. Bei der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung sind T(3) = 40%, T(4) = 70%, P1 = 60% und P2 = 10%.
Bei negativem Prüfergebnis (810, NEIN) wird der Prozess in Kasten 822 abgebrochen, und es kann eine andere Leitung ausgewählt und der CBRS-Prozess neu gestartet werden.
Bei positivem Prüfergebnis (810, JA) wird in Kasten 812 eine erste über die Leitung laufende Verbindung (Ci), d.h. die zu ihr gehörende Kennung in der Verbindungstabelle 700 ausgewählt.
Im Entscheidungskasten 814 wird geprüft, ob der Berichtigungsfaktor der Verbindung CRF(Ci) für die ausgewählte Verbindung Ci in der Verbindungstabelle 700 größer als oder gleich dem der ausgewählten Leitung in der Leitungstabelle 720 zugeordneten Berichtigungsfaktor ist.
Ob CRF(Ci) größer als oder gleich LRF ist, kann in folgenden Fällen festgestellt werden:

– die Verbindung Ci ist bereits „berichtigt" worden (CRF(Ci) > 1), wenn der CBRS-Prozess bereits auf einer anderen Leitung entlang dem der Verbindung durch das Netzwerk zugewiesenen Pfad durchgeführt worden ist.
– Die Verbindung Ci ist nicht berichtigt worden (CRF(Ci) = 1), da die aktuelle Leitung nicht überbelegt ist (LRF = 1).

Wenn festgestellt wird, dass CRF(Ci) größer als oder gleich LRF (814, JA) ist, bleibt die ausgewählte Leitung Ci unverändert (NCIR = CIR), und der Prozess geht weiter zu Kasten 816. Dann springt der CBRS-Prozess zurück zu Kasten 812 und wählt eine andere über die Leitung laufende Verbindung aus.
Wenn hingegen festgestellt wird, dass CRF(Ci) kleiner als LRF ist (814, NEIN), wird in Kasten 818 der eigentliche Schritt der Berichtigung der Verbindungsbandbreite (CBRS) für die ausgewählte Leitung (Ci) ausgeführt. In Kasten 818 wird zuerst in Kasten 818A der erste Teilschritt des CBRS-Schrittes ausgeführt, d.h., es wird eine neue CIR für die Verbindung Ci (NCIR(Ci)) berechnete und dann entsprechend der Berichtigungsfaktor (CRF(Ci)) für die Verbindung aktualisiert. Die neue CIR und der aktualisierte CRF werden dann für die Verbindung Ci in die entsprechenden Felder der Spalten 714 bzw. 712 von Tabelle 700 eingetragen.
Nach Beendigung des Schrittes in Kasten 818A wird in Kasten 818B ein zweiter Teilschritt ausgeführt, indem die zur ausgewählten Verbindung gehörenden Parameter Be und Bc neu berechnet werden, um die neue CIR (NCIR) zu berücksichtigen. Die (im Folgenden als NBe(Ci) und NBc(Ci) bezeichneten) neu berechneten Parameter Be und Bc der Verbindung werden in die der Verbindung Ci entsprechenden Felder von Spalte 708 bzw. 706 der Verbindungstabelle 700 eingetragen. Einzelheiten zur Berechnung der Werte CRF, NCIR, Nbe und NBc werden in der folgenden Beschreibung gegeben.
Nach Beendigung des CBRS-Schrittes in Kasten 818 wird im Entscheidungskasten 820 ermittelt, ob alle gegenwärtig über die ausgewählte Leitung laufenden Verbindungen bearbeitet worden sind. Wenn dies nicht der Fall ist (NEIN), springt der Prozess zurück zu Kasten 812, um eine andere Verbindung auszuwählen und für diese den CBRS-Schritt (818) auszuführen. Sind hingegen bereits alle über die ausgewählte Leitung laufenden Verbindungen bearbeitet worden (820, JA), geht der Prozess weiter zu Kasten 822, wo der LRF-Parameter der ausgewählten Leitung in der Leitungstabelle 720 gleich 1 (eins) gesetzt wird.
Zum Schluss wird in Kasten 824 der auf der ausgewählten Leitung laufende CBRS-Prozess abgeschlossen. Jetzt kann eine andere Leitung ausgewählt und auf dieser der CBRS-Prozess gestartet werden.
Dadurch wird nach der Bearbeitung aller Netzwerkleitungen mit dem CBRS-Prozess jeder der durch das Netzwerk eingerichteten Verbindungen eine „berichtigte" Bandbreite (NCIR) zugewiesen, welcher der ursprünglichen Bandbreite (CIR) entspricht, welche durch den größten Leitungsüberbuchungsfaktor (OVF) aller Leitungen entlang des Übertragungspfades dieser Verbindung durch das Netzwerk geteilt wurde.
Berechnung von NCIR und CRF
Es soll eine bestimmte überwachte Leitung des Netzwerks betrachtet werden. Ebenso wie in Verbindung mit 7A bis 7B festgestellt wurde, ist jede Verbindung Ci durch eine Anzahl von Parametern definiert, zu denen die festgeschriebene Datenrate (CIR), die festgeschriebene Übertragungsblockgröße (Bc) und die Überschussrate (Be) gehört. Wenn die Leitung den Prozess zur Berichtigung der Verbindungsbandbreite durchläuft und die Leitung überbucht ist (LRF > 1), wird jede ihrer Verbindungen Ci „berichtigt", wenn CRF(Ci) kleiner als LRF ist, d.h., CIR wird neu berechnet und in das Feld für NCIR (New CIR) der Tabelle 700 eingetragen. Dadurch wird der Parameter CRF der Verbindung aktualisiert und zeigt somit das Ergebnis der Berichtigung der Verbindungsbandbreite an.
Gemäß der Erfindung wird die NCIR für die Verbindung Ci nach der folgenden Formel berechnet:
worin LRF der „Leitungsberichtigungsfaktor" (LRF) der Leitung ist.
Der auf 1 initialisierte Parameter CRF der Verbindung (CRF(Ci)) wird gleich dem LRF-Wert der Leitung gesetzt: CRF(Ci) = LRF
In der Leitungstabelle 720 von 7B ist beispielsweise die Leitung L1 zu 400% überbelegt (Überbuchungsfaktor OVF = 400) und ihr Berichtigungsfaktor LRF auf den Anfangswert 4 (OVF/100) gesetzt. Die Verbindung C1 in der Verbindungstabelle 700 möge nun eine der über die Leitung L1 laufenden Verbindungen sein. Gemäß Spalte 704 in Tabelle 700 hat die Verbindung C1 eine ursprüngliche CIR von 200 Kbit/s, während ihre berichtigte CIR (NCIR) in Spalte 714 gleich 50 Kbit/s ist, also:
Der CRF der Leitung ist gleich 4, also: CRF(C1) = LRF(L1)
Bei der Verbindung C2 in Tabelle 700 erkennt man, dass ihre neue CIR (NCIR) in Spalte 714 mit 64 Kbit/s gleich ihrer ursprünglichen CIR in Spalte 704 ist. Das bedeutet, dass die Verbindung C2 entweder über einen Pfad läuft, dessen Leitungen nicht überbelegt sind (OVF = 100%), oder dass noch keine der Leitungen des Pfades den CBRS-Prozess durchlaufen hat.
Neuberechnung von Be und Bc
Oben wurde bereits erwähnt, dass nach der Berechnung der neuen CIR (NCIR) für eine bestimmte Verbindung (Kasten 818A, 8) die zu der ausgewählten Verbindung gehörenden Parameter Be und Bc neu berechnet werden, um die neue CIR (NCIR)(Kasten 818B) zu berücksichtigen.
Die Parameter der festgeschriebenen Übertragungsblockgröße (Bc) und der Überschussrate (Be) der Verbindung müssen neu berechnet werden, damit vor und nach dem Durchlaufen des CBRS-Prozesses dasselbe Verkehrsvolumen über die Leitung läuft. Beim Frame-Relay-Netzwerk beträgt das gesamte je Verbindung Ci akzeptierte Verkehrsvolumen normalerweise:
Folglich müssen die Parameter Be und Bc nach der Berichtigung ihrer CIR neu bewertet werden, damit die Verbindung dasselbe Verkehrsvolumen akzeptiert, sodass die folgende Gleichung gilt.
Dabei erhält man gemäß der obigen Gleichung (1):
wobei Tc das Messintervall der festgeschriebenen Datenrate ist.
Mittels der obigen Gleichungen (1'), (2') und (4) lassen sich die neuen Parameter Be und Bc (NBe und NBc) wie folgt ausdrücken:
Obwohl die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsart beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass die Erfindung auch mit Veränderungen und Abwandlungen realisiert werden kann. Deshalb sind die beiliegenden Ansprüche so abgefasst, dass sie sowohl die bevorzugte Ausführungsart als auch alle ihrer Veränderungen und Abwandlungen beinhalten, welche in den Geltungsbereich der Erfindung fallen.

Claims

Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite zur Verwendung in einem paketvermittelten Hochgeschwindigkeitsnetzwerk (100), welches eine Vielzahl von Vermittlungsknoten (101–106) umfasst, die durch eine Vielzahl von Kommunikationsleitungen (107) miteinander verbunden sind, wobei jeder der Vermittlungsknoten ein Mittel (210) zum Vermitteln von Paketen von mindestens einer Eingangsleitung (250) zu mindestens einer Ausgangsleitung (250) umfasst, wobei jede der mindestens einen Ausgangsleitungen (250) mit mindestens einem Puffer (340) im Vermittlungsknoten zum Einstellen von Paketen vor deren Übertragung über die Ausgangsleitung in eine Warteschlange verbunden ist, wobei jede Kommunikationsleitung den Verkehr einer statistisch über die Verbindung gemultiplexten Vielzahl von Benutzerverbindungen unterstützt, wobei jeder Benutzerverbindung durch das Netzwerk eine anfänglich vereinbarte Anfangsbandbreite zugewiesen ist und jede der Kommunikationsleitungen überbelegt sein kann; wobei das Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: a) periodisches Empfangen von Leitungsüberwachungsdaten über die Kommunikationsleitungen (107) in einem Netzwerküberwachungszentrum (605) und Speichern der Leitungsüberwachungsdaten in einem Computerspeicher im Netzwerküberwachungszentrum (605); b) Auswählen einer überwachten Leitung und Abrufen (802) der entsprechenden Leitungsüberwachungsdaten aus dem Computerspeicher; c) Analysieren der Leitungsüberwachungsdaten für die ausgewählte Leitung; d) Ermitteln, ob die ausgewählte Leitung überbelegt ist; e) wenn festgestellt wird, dass die ausgewählte Leitung überbelegt ist (814) und die Leitungsüberwachungsdaten für die ausgewählte Leitung mindestens eine vorher festgelegte Bedingung (804, 808, 810) erfüllt, Umverteilen der jeder der über die ausgewählte Leitung (812, 814, 818, 820) laufenden Verbindungen anfänglich zugewiesenen Anfangsbandbreite in der weise, dass die Summe der den über die ausgewählte Leitung laufenden Verbindungen neu zugewiesenen Bandbreite kleiner als oder gleich der gesamten Bandbreitenkapazität der ausgewählten Leitung ist; f) erneutes Durchführen der vorangehenden Schritte b) bis e) so lange, bis alle überwachten Leitungen ausgewählt wurden, wobei die Leitungsüberwachungsdaten für jede der überwachten Leitungen eine zeitliche Verteilung des Belegungsgrades des mindestens einen Puffers (340) beinhalten, die während eines vorgegebenen Überwachungszeitraums gemessen wurde.
Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite nach Anspruch 1, wobei die zeitliche Verteilung des Belegungsgrades des mindestens einen Puffers (340) erhalten wird durch: Definieren einer Vielzahl von N, wobei N eine ganze Zahl ist, Pufferbelegungsschwellenwerten T(1) bis T(N), wobei jeder dieser Schwellenwerte einen Anteil der Gesamtbelegung des Puffers (340) anzeigt; Definieren einer Vielzahl von N Pufferzuständen ST(1) bis ST(N), wobei jeder dieser Zustände die Anzahl der zu einem bestimmten Zeitpunkt im Puffer gespeicherten Pakete im Verhältnis zu den Schwellenwerten T(1) bis T(N) anzeigt; Definieren einer Vielzahl von N Zählern PT(1) bis PT(N), wobei jeder dieser Zähler PT(i), bei denen i eine ganze Zahl zwischen 1 und N ist, erhöht wird, wenn festgestellt wird, dass der Pufferzustand einem der Zustände ST(i) bis ST(N) entspricht, wobei die Messung der zeitlichen Verteilung des Belegungsgrades des mindestens einen Puffers (340) während eines vorgegebenen Überwachungszeitraums dadurch erfolgt, dass man eine Menge von N Werten PT(1) bis PT(N) erhält, die jeweils den prozentualen Anteil der während des Überwachungszeitraums angekommenen Pakete anzeigen, während die Anzahl der zum Ankunftszeitpunkt der Pakete im Puffer gespeicherten Pakete gleich oder größer als der entsprechende Schwellenwert T(1) bis T(N) war.
Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite nach Anspruch 2, wobei die Anzahl N der Pufferbelegungsschwellenwerte bzw. Pufferzustände und die Anzahl N der Zähler vier beträgt und die Pufferzustände ST(1) bis ST(4) wie folgt definiert werden: ST(1): Pufferzustand, wenn T(1) ≤ Qsize < T(2) ist; ST(2): Pufferzustand, wenn T(2) ≤ Qsize < T(3) ist; ST(3): Pufferzustand, wenn T(3) ≤ Qsize < T(4) ist; ST(4): Pufferzustand, wenn Qsize ≥ T(4) ist, wobei „≤" „kleiner oder gleich" und „≥" „größer oder gleich" bedeutet und „Qsize" eine Anzahl zu einem bestimmten Zeitpunkt im Puffer gespeicherter Pakete bezeichnet.
Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite nach Anspruch 3, wobei die Pufferbelegungsschwellenwerte T(1) bis T(4) jeweils 5 Prozent, 20 Prozent, 40 Prozent und 70 Prozent der Gesamtbelegung des Puffers anzeigen.
Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leitungsüberwachungsdaten für jede der überwachten Leitungen einen Mittelwert der Leitungsnutzung für jede der Leitungen beinhalten, wobei dieser Mittelwert der Leitungsnutzung darauf beruht, dass die Pakete während eines vorgegebenen Überwachungszeitraums gezählt werden, bevor sie über die Leitung laufen.
Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Schritt der Ermittlung, ob der Leitungsüberwachungsdatenwert für die ausgewählte Leitung mindestens eine vorgegebene Bedingung (804, 808, 810) erfüllt, dadurch erfolgt, dass der Datenwert der zeitlichen Verteilung (810) der Pufferbelegung und der Mittelwert der Leitungsnutzung (808) der ausgewählten Leitung geprüft werden.
Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite nach Anspruch 6, welches ferner für jede ausgewählte Leitung den prozentualen Anteil der während des vorgegebenen Überwachungszeitraums verloren gegangenen Pakete (Paketverlust) verwendet (804); um zu ermitteln, ob die mindestens eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist.
Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches die folgenden Schritte umfasst: Definieren eines ersten Parameters (OVF) für jede Kommunikationsleitung, der den für die Leitung geltenden aktuellen Überbelegungsgrad anzeigt, und eines zweiten Parameters (LRF), der anzeigt, ob die Leitung den Prozess der Verwaltung der Verbindungsbandbreite (CBRS) durchlaufen hat, wobei der erste Parameter (OVF) als prozentualer Anteil der Überbelegung ausgedrückt wird und der zweite Parameter (LRF) auf einen Anfangswert gesetzt wird, welcher einem Wert des durch 100 dividierten ersten Parameters (OVF) entspricht, Definieren eines dritten Parameters (CRF) für jede Verbindung, die anzeigt, ob die Verbindungsbandbreite bereits umverteilt worden ist, wobei der dritte Parameter (CRF) auf einen zum Zeitpunkt der Verbindungseinrichtung gültigen Anfangswert gesetzt wird, Vergleichen (814) des dritten Parameters (CRF) mit dem zweiten Parameter (LRF) jeder ausgewählten Leitung für jede über die ausgewählte Leitung laufende Verbindung; unverändertes Aufrechterhalten (816) der der Verbindung zugewiesenen Bandbreite, wenn festgestellt wurde, dass der dritte Parameter (CRF) gleich dem oder größer als der zweite Parameter (LRF) ist; und Neuberechnen (818) der Parameter der Verbindungsbandbreite und dadurch Neuzuweisung der Verbindungsbandbreite, nachdem festgestellt wurde, dass der dritte Parameter (CRF) gleich dem oder größer als der zweite Parameter (LRF) ist.
Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite nach Anspruch 8, welches in einem paketvermittelten Netzwerk realisiert wird, wobei die neu berechneten Parameter der Verbindungsbandbreite und der Schritt der Neuberechnung (818) die festgeschriebene Datenrate (committed information rate, CIR), die festgeschriebene Übertragungsblockgröße (burst size, Bc) und die Überschussrate(excess burst size, Be) umfassen.
Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite nach Anspruch 9, wobei die Parameter der Verbindungsbandbreite CIR, Bc und Be gemäß den folgenden Formeln neu berechnet werden:
wobei CIR die während der Einrichtung der Verbindung ursprünglich zugewiesene CIR ist und NCIR die neu berechnete CIR bezeichnet;
wobei NBc und Nbe die neu berechnete Bc bzw. die neu berechnete Be bedeuten; sodass das Netzwerk für die Verbindung dasselbe Verkehrsvolumen überträgt, nachdem die festgeschriebene Datenrate (CIR) neu berechnet wurde.
Verfahren zur Verwaltung der Verbindungsbandbreite nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt der Neuzuweisung der ursprünglich zugewiesenen Bandbreite zu jeder der über die ausgewählte Leitung laufenden Verbindungen durch Befehle erfolgt, welche vom Netzwerküberwachungszentrum (605) zum Ursprungsvermittlungsknoten (601) gesendet (627) werden, in welchem die Verbindung ursprünglich eingerichtet wurde.
Computersystem zur Verwendung in einem paketvermittelten Hochgeschwindigkeitsnetzwerk, wobei das Computersystem ein Mittel umfasst, welches zum Ausführen aller Schritte eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche geeignet ist.