EP1518353A2 - Adaptive control of a network element - Google Patents
Adaptive control of a network elementInfo
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- EP1518353A2 EP1518353A2 EP03761480A EP03761480A EP1518353A2 EP 1518353 A2 EP1518353 A2 EP 1518353A2 EP 03761480 A EP03761480 A EP 03761480A EP 03761480 A EP03761480 A EP 03761480A EP 1518353 A2 EP1518353 A2 EP 1518353A2
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- EP
- European Patent Office
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- network
- rules
- ncs
- network element
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- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
- H04L41/08—Configuration management of networks or network elements
- H04L41/0893—Assignment of logical groups to network elements
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
- H04L41/08—Configuration management of networks or network elements
- H04L41/0894—Policy-based network configuration management
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
- H04L67/50—Network services
- H04L67/60—Scheduling or organising the servicing of application requests, e.g. requests for application data transmissions using the analysis and optimisation of the required network resources
- H04L67/61—Scheduling or organising the servicing of application requests, e.g. requests for application data transmissions using the analysis and optimisation of the required network resources taking into account QoS or priority requirements
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- H04L69/322—Intralayer communication protocols among peer entities or protocol data unit [PDU] definitions
- H04L69/329—Intralayer communication protocols among peer entities or protocol data unit [PDU] definitions in the application layer [OSI layer 7]
Definitions
- the subject matter of the application relates to a method for adaptively controlling a network element in a communication network and a method for coupling a plurality of network elements.
- the PDP is only used for static configuration, it is no longer involved in normal network operation. From then on, the nodes work independently of the network control, but cannot react autonomously. If, on the other hand, incoming connection requests have to be processed (eg RSVP Resource Reservation Protocol), the PDP is the central component of network operation.
- the rules in the PDP database are created by an administrator, • if necessary, automatically checked for consistency and prioritized by the PDP in the event of conflicts according to predefined schemes.
- the invention is based on the problem of a method for controlling a network element of a communication network to indicate that with changing operating conditions, such as. B. load change, line break, node failure, responded with a fast autonomous forwarding of data packets.
- a network element in an autonomous communication network is controlled via rules of conduct.
- the network element is assigned a control instance, Network Control Server (NCS) ⁇ , which generates these rules and configures the network element with it.
- NCS Network Control Server
- the network works without the permanent intervention of the NCS.
- the NCS only supplies the network elements accordingly if new, adapted rules are required due to sustainable, long-term changes to the network situation.
- the invention has the following properties:
- the network works in a packet-oriented and connectionless manner.
- the network has network elements that operate autonomously using rules. - With the help of these rules, the network elements can forward packets according to specified criteria (eg quality of service), in particular also via several sensible possible routes (eg for uniform Load distribution) autonomously in normal operation. In addition, they react very quickly autonomously to network failures (e.g. line break, node failure).
- specified criteria eg quality of service
- several sensible possible routes eg for uniform Load distribution
- network failures e.g. line break, node failure
- the rules of behavior are formed and maintained in a control instance (NCS) individually assigned to a network element.
- NCS control instance
- NCS individually assigned control entity
- FIG. 1 shows a schematic representation of the network elements according to the invention in the communication network
- Fig. 2 is a schematic representation of the network and control hierarchy
- Fig. 3 input and output variables of the adaptive network control.
- autonomous network The network elements acting autonomously according to the invention in a network (hereinafter referred to as autonomous network) work under the guidance of an adaptive control but without their permanent intervention.
- the elements of the autonomous network are: on the one hand, the network nodes that autonomously transmit / forward the traffic (router), which are differentiated into edge nodes (edge router) and core nodes (core router), - on the other hand, the resource control entities (RCA), which are arranged on the edge of the network.
- router the network nodes that autonomously transmit / forward the traffic
- core router core nodes
- RCA resource control entities
- the RCAs are assigned to the edge nodes. Your task is to accept resource requests (e.g. connection setup / cleardown) at an assigned input or output edge node (e.g. from a separate service control (not shown here) (see Fig. 1, ⁇ )) and to allow them to be admissible and feasible check to accept or reject them.
- the RCA provides the corresponding edge node with parameters (see FIG. 1, ®) which enable it to set the use and usage monitoring of the resources and to configure the rules for handling the data packets associated with the corresponding traffic flow (eg marking, Policing, scheduling).
- the RCAs work autonomously based on rules of conduct. These rules of conduct describe their control task and contain the parameters to be passed on to the Edge Router during operation explicitly or implicitly (e.g. as a calculation rule).
- An RCA can be responsible for: »One edge router each
- the elements (router, RCA) of the autonomous network work according to rules of conduct. These can be given by the NCS to the network elements or otherwise, e.g. via the network management.
- the NCS can therefore be responsible for:
- the transmission infrastructure is primarily responsible for the transmission of the data and may include mechanisms for a very fast equivalent circuit in the event of a fault (e.g. line break etc.), e.g. for SDH or similar approaches in the area of optical networks. This is a control task that is performed independently by the transmission infrastructure in the millisecond range.
- the autonomous IP network described above autonomously processes resource requests, a control task in Cooperation with a service control, distributes the traffic in the network and reacts quickly and independently to errors. Only those errors are processed that could not already be eliminated on the transmission level.
- the adaptive network control (regulation) according to the invention has no real-time requirements. It monitors the network and generates new rules if there are significant deviations from the target operation.
- the time horizon is hours or more.
- the network management serves to set the basic configuration in the direction of the network. As a rule, it is only active at very large intervals, e.g. when expanding the network.
- NCS NCS
- NCS can be responsible for:
- these rules are quasi-static, so they only depend on the network topology and the static properties of the network.
- the NCS can provide the basic information, e.g. from
- Network management and / or obtained from the network element (s) itself may include: network topology, Line bandwidths, properties of the network element (s), (preferred) routes, traffic matrices, traffic classes, etc.
- the rules are set in such a way that the network can ensure the properties described above in autonomous operation.
- the NCS is basically not part of regular operations.
- the rules are also adaptively changed, adapted or generated depending on the network state. It should be noted that the rules are adjusted on a larger time scale (e.g. 15 minutes or 2
- the NCS selects rules from a set of predetermined rules according to the network situation. • The NCS also adjusts the predetermined rules according to the network situation.
- Information from the network is e.g. Statistics about traffic and queues, error messages from the network, current route guidance, etc. impending permanent unbalanced loads (e.g. due to extensive failures or permanent changes in user behavior and traffic matrices) are corrected.
- NCS Degree of information and intelligence of the, NCS graduated embodiments are possible for the NCS, which differ in the dimensions of information level and intelligence.
- the more information (sources) available to the NCS the more optimized rules it can generate. This is closely linked to the necessary and possible intelligence of the NCS, which can range from simple logic, optimization procedures and dimensioning procedures to expert systems or neural networks. With increasing information, the need for intelligence of the NCS increases.
- Possible sources of information include the network elements themselves (e.g. statistical information, network load, routes), network management (e.g. topology, error events), administrator inputs, static and dynamic basic data (e.g. traffic matrices).
- network elements themselves (e.g. statistical information, network load, routes), network management (e.g. topology, error events), administrator inputs, static and dynamic basic data (e.g. traffic matrices).
- NCS adaptive network control
- NCSs responsible for a (sub) network are linked to each other using a suitable protocol and exchange information to compare the rules. Then, as described above, they create adapted rules and thus supply the network elements of their (sub) network.
- Each network node receives an individual set of parameters / all network nodes receive the same parameters.
- the parameters also include the selection of an algorithm if several algorithms can be used to handle the task.
- the NCS can be centrally located in the network / there are one or more backup devices / there are several equal coordination devices that work with With the help of a special coordination protocol, their rule specifications are mapped / different areas of the network or network elements are controlled locally by various NCSs that communicate via a special communication protocol.
- the rules are changed depending on an observed quality of service. • The rules are changed depending on the queue lengths observed in the network nodes.
- the NCS is used to additionally specify the parameters in devices for connection acceptance control at the network edge.
- the NCS communicates with other network control servers in the networks of other network operators.
- the NCS generates current tariff information from the existing status information (and possibly other parameters supplied by network management), which it forwards to the transport control (RCAs).
- Network elements and NCS can originate from the NCS or from the network elements.
- the NCS actively supplies the network elements with new rules and / or parameters as soon as they are available.
- the network elements can call up the current rules / parameters if required. Both forms of communication can be used in a network, the second being particularly suitable for the automatic configuration of new network elements (e.g. when starting up or restarting) and / or for configuring the communication parameters for the first form of communication.
- the NCS takes into account the order in which the new rules / parameters are imported into the network elements. Since not all network elements absolutely new rules / parameters at the same time such an intelligent coupling of creation and distribution of the rules / parameters can help to avoid transient states of overload or instability.
Landscapes
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- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
Abstract
The invention relates to the autonomous, adaptive control of a network element in a packet-oriented and connectionless communication network, and to the coupling of a plurality of network elements.
Description
Beschreibung description
Adaptive Steuerung eines NetzelementesAdaptive control of a network element
Der Anineldungsgegenstand betrifft ein Verfahren zur adaptiven Steuerung eines Netzelementes in einem Kommunikationsnetz und ein Verfahren zur Koppelung mehrerer Netzelemente.The subject matter of the application relates to a method for adaptively controlling a network element in a communication network and a method for coupling a plurality of network elements.
Es gibt das Konzept, Netzknoten mit von einem Administrator vorgegebenen und in einer Datenbank abgelegten Regeln zu konfigurieren. Dieses ,policy based networkingΛ der IETF (Internet Engineering Task Force) dient zum einen dazu, quasi-statische Konfigurationsinformation in die Netzknoten zu laden. Zum anderen können damit auch Konfigurationen, die in Abhängigkeit von konkreten Verbindungswünschen eingestellt werden müssen, zum Anforderungszeitpunkt an die Knoten gegeben werden. Dazu wird eine dem Netz übergeordnete Komponente, der , Policy Decision Point λ PDP eingeführt, der die vorgegebenen Regeln aus der Datenbank lesen und die für die gegebene Situation geeignete Regel heraussuchen kann. In der Folge lädt er eine entsprechendeThere is the concept of configuring network nodes with rules specified by an administrator and stored in a database. This, policy-based networking Λ of the IETF (Internet Engineering Task Force) serves on the one hand to load quasi-static configuration information into the network nodes. On the other hand, configurations that have to be set depending on specific connection requests can also be given to the nodes at the time of request. For this purpose, a component superordinate to the network is introduced, the Policy Decision Point λ PDP, which can read the specified rules from the database and search for the rule suitable for the given situation. As a result, he loads a corresponding one
Konfigurationsinformation in das Netzelement PEP (für: , Policy Enforcment Point )-Configuration information in the network element PEP (for:, Policy Enforcment Point) -
Wird der PDP nur zur statischen Konfiguration eingesetzt, ist er im Normalbetrieb des Netzes nicht mehr involviert. Die Knoten arbeiten ab dem Zeitpunkt unabhängig von der Netzsteuerung, können allerdings nicht autonom reagieren. Sind dagegen eingehende Verbindungswünsche zu bearbeiten (e.g. RSVP Resource Reservation Protocol) , so ist der PDP die zentrale Komponente des Netzbetriebs. Die Regeln in der Datenbank des PDP werden von einem Administrator erzeugt, • ggf. automatisch auf Konsistenz geprüft und vom PDP bei Konflikten entsprechend vorgegebener Schemata priorisiert.If the PDP is only used for static configuration, it is no longer involved in normal network operation. From then on, the nodes work independently of the network control, but cannot react autonomously. If, on the other hand, incoming connection requests have to be processed (eg RSVP Resource Reservation Protocol), the PDP is the central component of network operation. The rules in the PDP database are created by an administrator, • if necessary, automatically checked for consistency and prioritized by the PDP in the event of conflicts according to predefined schemes.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Netzelementes eines Kommunikationsnetzes
anzugeben, das bei sich ändernden Betriebsbedingungen, wie z. B. Lastveränderung, Leitungsbruch, Knotenausfall, mit einer schnellen autonomen Weiterleitung von Datenpaketen reagiert.The invention is based on the problem of a method for controlling a network element of a communication network to indicate that with changing operating conditions, such as. B. load change, line break, node failure, responded with a fast autonomous forwarding of data packets.
Das Problem wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des des Anspruchs 1 gelöst.The problem is solved by an object with the features of claim 1.
Erfindungsgemäß wird ein Netzelement in einem autonomen Kommunikationsnetz über Verhaltensregeln gesteuert. Dazu wird dem Netzelement eine Steuer-Instanz , Network Control Server (NCS) λ zugeordnet, welche diese Regeln erzeugt und das Netzelemente damit konfiguriert. Durch diesen Ansatz arbeitet das Netz ohne den dauernden Eingriff des NCS. Erst wenn auf Grund nachhaltiger, längerfristiger Änderungen der Netzsituation neue, angepaßte Regeln benötigt werden, versorgt der NCS das Netzelemente entsprechend neu.According to the invention, a network element in an autonomous communication network is controlled via rules of conduct. For this purpose, the network element is assigned a control instance, Network Control Server (NCS) λ , which generates these rules and configures the network element with it. With this approach, the network works without the permanent intervention of the NCS. The NCS only supplies the network elements accordingly if new, adapted rules are required due to sustainable, long-term changes to the network situation.
Ausgehend von der Erkenntnis, wonach der Betrieb eines Netzes um so höhere Kosten verursacht, je mehr administrativer Aufwand zu leisten ist, ist der erfindungsgemäße Ansatz von autonom arbeitenden Netzelementen von Vorne herein von Vorteil. Die hier beschriebene Methode, die Regeln automatisch zu erzeugen, minimieren die Betreiberkosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Verfügbarkeit. Durch die Kopplung von NCSn mehrerer Netzelemente können auch (Teil-) Netze übergreifend betrieben werden und die vom Benutzer geforderten Qualitätseigenschaften Ende-zu-Ende mit minimalem Administrationsaufwand darstellen.Based on the knowledge that the operation of a network causes the higher the costs, the more administrative effort has to be made, the approach according to the invention of autonomously working network elements is advantageous from the outset. The method described here of generating the rules automatically minimizes operator costs while increasing availability. By coupling NCSs of several network elements, (sub) networks can also be operated across the board and represent the quality properties required by the user end-to-end with minimal administration effort.
Die Erfindung weist folgende Eigenschaften auf:The invention has the following properties:
Das Netz arbeitet paketorientiert und erbindungslos. Das Netz weist Netzelemente auf, die unter Verwendung von Regeln autonom arbeiten. - Unter zu Hilfenahme dieser Regeln können die Netzelemente das Weiterleiten von Paketen gemäß vorgegebener Kriterien (z.B. Dienstqualität) insbesondere auch über mehrere sinnvolle mögliche Wege (z.B. zur gleichmäßigen
Lastverteilung) im Normalbetrieb autonom leisten. Darüber hinaus reagieren sie sehr schnell autonom auf Ausfälle im Netz (z.B. Leitungsbruch, Knotenausfall) .The network works in a packet-oriented and connectionless manner. The network has network elements that operate autonomously using rules. - With the help of these rules, the network elements can forward packets according to specified criteria (eg quality of service), in particular also via several sensible possible routes (eg for uniform Load distribution) autonomously in normal operation. In addition, they react very quickly autonomously to network failures (e.g. line break, node failure).
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden die Verhaltensregeln in einer einem Netzelement individuell zugeordneten Steuer-Instanz (NCS) gebildet und vorgehalten. Dabei generiert in einem eine Vielzahl von Netzelementen umfassenden Kommunikationsnetz eines, meherere oder alle Netzelemente jeweils für sich Verhaltensregeln, aus denen es nach Maßgabe der Betriebsbedingungen autonom/selbsttätig auswählt.In a special embodiment of the invention, the rules of behavior are formed and maintained in a control instance (NCS) individually assigned to a network element. In this way, in a communication network comprising a large number of network elements, one or more or all network elements each generate rules of conduct for themselves, from which it autonomously / automatically selects according to the operating conditions.
Eine Ausgestaltung, bei der ein Netzelement eine individuell zugeordnete Steuer-Instanz (NCS) aufweist, fügt sich in das Konzept einer nicht-hierarchischen Netzarchitektur ein, bei der das jeweilige Netzelement über die volle Funktionalität verfügt. Ein Netzelement weist dabei also die Funktionalität der Steuer-Instanz (NCS) auf, vergleichbar der in dem , Netzelement vorgehaltenen link-state Informationen betreffend die Verfügbarkeit der angeschlossenen Verbindungsleitungen.An embodiment in which a network element has an individually assigned control entity (NCS) fits into the concept of a non-hierarchical network architecture in which the respective network element has full functionality. A network element thus has the functionality of the control entity (NCS), comparable to the link-state information held in the network element regarding the availability of the connected connecting lines.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the subject of the application are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird im folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand vonThe invention is described below as an exemplary embodiment to the extent necessary for understanding on the basis of
Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:Figures explained in more detail. Show:
Fig 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Netzelemente in dem Kommunikationsnetz,1 shows a schematic representation of the network elements according to the invention in the communication network,
Fig 2 eine schematische Darstellung der Netz- und Steuerungshierarchie undFig. 2 is a schematic representation of the network and control hierarchy
Fig 3 Eingangs- und Ausgangsgrößen der adaptiven Netzsteuerung .Fig. 3 input and output variables of the adaptive network control.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
Die hier dargestellte Erfindung beschreibt die adaptiven Steuerung. Zudem wird die Kopplung von mehreren Netzen adressiert.In the figures, the same designations denote the same elements. The invention shown here describes the adaptive control. The coupling is also addressed by several networks.
Die erfindungsgemäß autonom agierenden Netzelemente in einem Netz (im folgenden als autonomes Netz bezeichnet) arbeiten unter Führung einer adaptiven Steuerung aber ohne ihren dauernden Eingriff.The network elements acting autonomously according to the invention in a network (hereinafter referred to as autonomous network) work under the guidance of an adaptive control but without their permanent intervention.
Die Elemente des autonomen Netzes (siehe Fig 1) sind: zum einen die Netzknoten, welche den Verkehr autonom vermitteln/weiterleiten (Router) , die in Randknoten (Edge Router) und Kernknoten (Core Router) unterschieden werden, - zum anderen die Ressourcenkontrollinstanzen (RCA) , die am Netzrand angeordnet sind.The elements of the autonomous network (see Fig. 1) are: on the one hand, the network nodes that autonomously transmit / forward the traffic (router), which are differentiated into edge nodes (edge router) and core nodes (core router), - on the other hand, the resource control entities ( RCA), which are arranged on the edge of the network.
Die RCAs sind den Randknoten zugeordnet. Ihre Aufgabe ist es, Ressourcenanforderungen (z.B. Verbindungsauf-/-abbau) an einen zugeordneten Ein- oder Ausgangs-Randknoten entgegenzunehmen (z.B. von einer separaten, hier nicht näher beschriebenen Dienstesteuerung (siehe Fig 1, ©) ) und sie auf Zulässigkeit und Erfüllbarkeit zu prüfen, sie anzunehmen oder abzulehnen. In der Folge versieht die RCA den entsprechenden Randknoten mit Parametern (siehe Fig 1, ®) , die es ihm ermöglichen, die Nutzung und Nutzungsüberwachung der Ressourcen einzustellen und die Regeln für die Behandlung der zu dem entsprechenden Verkehrsfluss gehörigen Datenpakete zu konfigurieren (z.B. Marking, Policing, Scheduling) .The RCAs are assigned to the edge nodes. Your task is to accept resource requests (e.g. connection setup / cleardown) at an assigned input or output edge node (e.g. from a separate service control (not shown here) (see Fig. 1, ©)) and to allow them to be admissible and feasible check to accept or reject them. As a result, the RCA provides the corresponding edge node with parameters (see FIG. 1, ®) which enable it to set the use and usage monitoring of the resources and to configure the rules for handling the data packets associated with the corresponding traffic flow (eg marking, Policing, scheduling).
Die RCAs arbeiten wie die Router an Hand von Verhaltensregeln autonom. Diese Verhaltensregeln beschreiben deren Steuerungsaufgabe und beinhalten explizit oder implizit (z.B. als Berechnungsvorschrift) die an die Edge Router im Betrieb weiterzugebenden Parameter.Like the routers, the RCAs work autonomously based on rules of conduct. These rules of conduct describe their control task and contain the parameters to be passed on to the Edge Router during operation explicitly or implicitly (e.g. as a calculation rule).
Für die Implementierung eines RCA gibt es mehrere Optionen:
• als separater ServerThere are several options for implementing an RCA: • as a separate server
• integriert in einen Edge Router• integrated into an edge router
Dabei kann ein RCA zuständig sein für: » je einen Edge RouterAn RCA can be responsible for: »One edge router each
• für mehrere Edge Router• for several edge routers
Die -Elemente (Router, RCA) des autonomen Netzes arbeiten nach Verhaltensregeln. Diese können vom NCS an die Netzelemente gegeben oder auch anderweitig, z.B. über das Netzmanagement, konfiguriert werden. Der NCS kann also zuständig sein für:The elements (router, RCA) of the autonomous network work according to rules of conduct. These can be given by the NCS to the network elements or otherwise, e.g. via the network management. The NCS can therefore be responsible for:
• CoreRouter (siehe Fig 1,®)• CoreRouter (see Fig 1, ®)
• Edge Router (siehe Fig 1,©)• Edge router (see Fig. 1, ©)
• RCAs (siehe Fig 1,©) • jede Kombination• RCAs (see Fig. 1, ©) • any combination
Netz- und SteuerungshierarchieNetwork and control hierarchy
Für die Netz- und Steuerungshierarchie gibt es vier Ebenen, die jeweils unterschiedliche Schwerpunkte/Zielsetzungen bei der Steuerung und ein unterschiedliches zeitliches Verhalten haben. Von unten nach oben sind dies (vgl. Fig 2) :There are four levels for the network and control hierarchy, each with different priorities / objectives for control and a different temporal behavior. From bottom to top, these are (see Fig. 2):
• Die Übertragungsinfrastruktur/Transmission• The transmission infrastructure
• Das autonome IP-Netz • Die adaptive Steuerung der Netzelemente• The autonomous IP network • The adaptive control of the network elements
• Das Netzmanagement• The network management
Die Übertragungsinfrastruktur ist in erster Linie für die Transmission der Daten zuständig und mag Mechanismen zur sehr schnellen Ersatzschaltung im Fehlerfall (z.B. Leitungsbruch etc.) beinhalten, z.B. bei SDH oder ähnlichen Ansätzen im Bereich optischer Netze. Dies ist eine Steuerungsaufgabe, die durch die Übertragungsinfrastruktur im Bereich von Millisekunden selbständig geleistet wird.The transmission infrastructure is primarily responsible for the transmission of the data and may include mechanisms for a very fast equivalent circuit in the event of a fault (e.g. line break etc.), e.g. for SDH or similar approaches in the area of optical networks. This is a control task that is performed independently by the transmission infrastructure in the millisecond range.
Das oben beschriebene, autonome IP Netz bearbeitet autonom Ressourcenanforderungen, eine Steuerungsaufgabe in
Kooperation mit einer Dienstesteuerung, verteilt den Verkehr im Netz und reagiert schnell selbständig auf Fehlerfälle. Dabei werden nur die Fehler bearbeitet, die in der Transmissionsebene nicht bereits behoben werden konnten.The autonomous IP network described above autonomously processes resource requests, a control task in Cooperation with a service control, distributes the traffic in the network and reacts quickly and independently to errors. Only those errors are processed that could not already be eliminated on the transmission level.
Die erfindungsgemäße adaptive Netzsteuerung (Regelung) hat im Gegensatz zu den unteren beiden Ebenen keine EchtZeitanforderungen. Sie beobachtet das Netz und erzeugt bei signifikanten Abweichungen vom Sollbetrieb neue Regeln. Der Zeithorizont liegt bei Stunden oder darüber.In contrast to the lower two levels, the adaptive network control (regulation) according to the invention has no real-time requirements. It monitors the network and generates new rules if there are significant deviations from the target operation. The time horizon is hours or more.
Das Netzmanagement dient in Richtung des Netzes zur Einstellung der Grundkonfiguration. Es wird also in aller Regel nur in sehr großen Zeitabständen steuernd tätig, z.B. bei Ausbau des Netzes.The network management serves to set the basic configuration in the direction of the network. As a rule, it is only active at very large intervals, e.g. when expanding the network.
Für die Implementierung eines NCS gibt es mehrere Optionen:There are several options for implementing an NCS:
• als separater Server• as a separate server
• einem jeweiligen Netzelement zugeordnet, z. B. integriert• assigned to a respective network element, e.g. B. integrated
Dabei kann ein NCS zuständig sein für:An NCS can be responsible for:
• je ein Netzelement• one network element each
• für mehrere Netzelemente• for several network elements
Regeln und RegelerzeugungRules and rule generation
A. Quasi-Statische Regeln:A. Quasi-static rules:
Im einfachsten Fall sind diese Regeln quasi-statisch, hängen also nur von der Netztopologie und den statischen Eigenschaften des Netzes ab.In the simplest case, these rules are quasi-static, so they only depend on the network topology and the static properties of the network.
Im Unterschied zum , Policy based Networking Λ werden sie jedoch nicht von einem Administrator fest vorgegeben sondern vom NCS automatisch erzeugt.In contrast to, policy based networking Λ but they are not fixed by an administrator but automatically generated by NCS.
Die Basisinformation dazu kann der NCS z.B. vomThe NCS can provide the basic information, e.g. from
Netzmanagement und/oder von dem/den Netzelementen selber erhalten. Dazu können gehören: Netztopologie,
Leitungsbandbreiten, Eigenschaften des/der Netzelemente, (bevorzugte) Routen, Verkehrsmatrizen, Verkehrsklassen, usw.Network management and / or obtained from the network element (s) itself. This may include: network topology, Line bandwidths, properties of the network element (s), (preferred) routes, traffic matrices, traffic classes, etc.
Bei Änderungen dieser Basisinformationen, z.B. Änderungen der Netztopologie, werden die Regeln entsprechend neu berechnet und in das jeweilige Netzelement geladen.When changing this basic information, e.g. Changes to the network topology, the rules are recalculated accordingly and loaded into the respective network element.
Die Regeln werden dergestalt festgelegt, daß das Netz im autonomen Betrieb die oben beschriebenen Eigenschaften sicherstellen kann. Der NCS ist grundsätlich nicht Teil des Regelbetriebs .The rules are set in such a way that the network can ensure the properties described above in autonomous operation. The NCS is basically not part of regular operations.
B. Dynamische Regeln:B. Dynamic rules:
Im diesem komplexeren Fall werden die Regeln zusätzlich in Abhängigkeit vom Netzzustand adaptiv geändert bzw. angepasst bzw. erzeugt. Dabei ist festzuhalten, daß die Regeln in einer größeren Zeitskala angepasst werden (z.B. 15 Minuten oder 2In this more complex case, the rules are also adaptively changed, adapted or generated depending on the network state. It should be noted that the rules are adjusted on a larger time scale (e.g. 15 minutes or 2
Tage) und das Netz nach wie vor auf dynamische ÄnderungenDays) and the network continues to respond to dynamic changes
(auch Fehler) schnell autonom reagiert.(including errors) reacted quickly autonomously.
Für die Regelerzeugung durch den NCS sind zwei Varianten denkbar:Two variants are conceivable for the rule generation by the NCS:
• Der NCS wählt Regeln aus einem Satz von vorbestimmten Regeln entsprechend der Netzsituation aus. • Der NCS passt zusätzlich die vorbestimmten Regeln entsprechend der Netzsituation an.• The NCS selects rules from a set of predetermined rules according to the network situation. • The NCS also adjusts the predetermined rules according to the network situation.
• Der NCS erzeugt Regeln entsprechend der Netzsituation.• The NCS generates rules according to the network situation.
Informationen aus dem Netz sind z.B. Statistiken über den Verkehr und die Warteschlangen, Fehlermeldungen aus dem Netz, aktuelle Routenführung, usw. So können z.B. drohende dauerhafte Schieflasten (z.B. durch ausgedehnte Ausfälle oder bleibende Änderung des Benutzerverhaltens und der Verkehrsmatrizen) korrigiert werden.Information from the network is e.g. Statistics about traffic and queues, error messages from the network, current route guidance, etc. impending permanent unbalanced loads (e.g. due to extensive failures or permanent changes in user behavior and traffic matrices) are corrected.
Informationsgrad und Intelligenz des ,NCS
Für den NCS sind abgestufte Ausführungsformen möglich, die sich in den Dimensionen Informationsgrad und Intelligenz unterscheiden. Je mehr Information (-squellen) dem NCS zur Verfügung stehen, desto stärker optimierte Regeln kann er erzeugen. Eng damit verzahnt ist die notwendige und mögliche Intelligenz des NCS, die von einfacher Logik über Optimierungsverfahren und Dimensionierungsverfahren bis hin zu Expertensystem oder Neuronalen Netzen ausgeführt sein kann. Mit zunehmender Information steigt der Bedarf an Intelligenz des NCS.Degree of information and intelligence of the, NCS Graduated embodiments are possible for the NCS, which differ in the dimensions of information level and intelligence. The more information (sources) available to the NCS, the more optimized rules it can generate. This is closely linked to the necessary and possible intelligence of the NCS, which can range from simple logic, optimization procedures and dimensioning procedures to expert systems or neural networks. With increasing information, the need for intelligence of the NCS increases.
Mögliche Informationsquellen (auch in verschiedenen Kombinationen) sind u.a. die Netzelemente selber (z.B. Statistikinformation, Netzlast, Routen) , das Netzmanagement (z.B. Topologie, Fehlerereignisse), Administratoreingaben, statische und dynamische Basisdaten (z.B. Verkehrsmatrizen).Possible sources of information (also in various combinations) include the network elements themselves (e.g. statistical information, network load, routes), network management (e.g. topology, error events), administrator inputs, static and dynamic basic data (e.g. traffic matrices).
Informationsflüsse von/zur adaptiven Netzsteuerung (NCS) : Der NCS bezieht für seine Aufgabe Informationen aus mehreren .Quellen und liefert auch Daten an verschiedene Abnehmer (vgl. Fig 3) .Information flows from / to adaptive network control (NCS): The NCS obtains information from several sources for its task and also supplies data to different customers (see Fig. 3).
Input :Input:
• Netzmanagement/Betreiber (u.a.): • Netzbetriebsstrategie• Network management / operator (among others): • Network operating strategy
• Netzkonfiguration• Network configuration
• zus. Konfigurations-Daten (z.B. speziell zu schützende Netzsegmente o.a.)• Additional configuration data (e.g. network segments to be specially protected, etc.)
• Autonomes Netz (u.a.):• Autonomous network (among others):
• Statistiken• Statistics
• Betriebszustände • • Routen• Operating states • • Routes
• Service Provider (u.a.):• Service provider (among others):
• Informationen über Dienste und Applikationen und deren Eigenschaften und Anforderungen
Output :• Information about services and applications and their properties and requirements Output:
• Netzmanagement/Betreiber (u.a.):• Network management / operator (among others):
• Info für Betreiber, z.B. Notwendigkeit des Netzausbaus etc.• Info for operators, e.g. Need to expand the network etc.
• Statistiken• Statistics
• Events• Events
• Autonomes Netz (u.a.) • Verhaltensregeln• Autonomous network (among others) • Rules of conduct
• Parameter• parameters
Kopplung von (Teil-) NetzenCoupling of (sub) networks
Sollen mehrere Netze, die nach dem beschriebenen autonomen Prinzip arbeiten, eng gekoppelt werden, so daß sie die Eigenschaften des autonomen Netzes wie Lastverteilung, Fehlerreaktion und Dienstgüte übergreifend darstellen können, müssen die Regeln der Teilnetze aufeinander abgestimmt werden.If several networks that work according to the autonomous principle described are closely linked so that they can represent the properties of the autonomous network such as load distribution, error response and quality of service, the rules of the subnetworks must be coordinated.
Dazu werden die für jeweils ein (Teil-) Netz zuständigen NCSs über ein geeignetes Protokoll miteinander gekoppelt und tauschen Informationen zum Abgleich der Regeln aus. Anschließend erzeugen sie wie oben beschrieben, angepasste Regeln und versorgen damit die Netzelemente ihres (Teil- ) Netzes .For this purpose, the NCSs responsible for a (sub) network are linked to each other using a suitable protocol and exchange information to compare the rules. Then, as described above, they create adapted rules and thus supply the network elements of their (sub) network.
Optionen und ErweiterungenOptions and extensions
• Jeder Netzknoten bekommt einen individuellen Satz von Parametern / alle Netzknoten bekommen dieselben Parameter zugespielt.• Each network node receives an individual set of parameters / all network nodes receive the same parameters.
• Die Parameter beinhalten auch die Auswahl eines Algorithmus wenn mehrere Algorithmen zur Behandlung der Aufgabe in Frage kommen. • Der NCS kann zentral im Netz angeordnet sein / es gibt eine oder mehrere Backup-Einrichtungen / es gibt mehrere gleichberechtigte Koordinationseinrichtungen, die mit
Hilfe eines speziellen Koordinationsprotokolles ihre Regel-Vorgaben abgeleichen / verschiedene Bereiche des Netzes respektive Netzelemente werden lokal von verschiedenen NCS gesteuert, die über ein spezielles Kommunikationsprotokoll kommunizieren.• The parameters also include the selection of an algorithm if several algorithms can be used to handle the task. • The NCS can be centrally located in the network / there are one or more backup devices / there are several equal coordination devices that work with With the help of a special coordination protocol, their rule specifications are mapped / different areas of the network or network elements are controlled locally by various NCSs that communicate via a special communication protocol.
• Die Änderung der Regeln erfolgt abhängig von der Auslastung eines oder mehrerer Links.• The rules are changed depending on the load on one or more links.
• Die Änderung der Regeln erfolgt abhängig von einer beobachteten Dienstgüte. • Die Änderung der Regeln erfolgt abhängig von in den Netzknoten beobachteten Warteschlangenlängen.• The rules are changed depending on an observed quality of service. • The rules are changed depending on the queue lengths observed in the network nodes.
• Der NCS wird eingesetzt, um zusätzlich die Parameter in Einrichtungen zur Verbindungsannahmesteuerung am Netzrand vorzugeben. • Der NCS kommuniziert mit anderen Network Control Servern in den Netzen anderer Netzbetreiber.• The NCS is used to additionally specify the parameters in devices for connection acceptance control at the network edge. • The NCS communicates with other network control servers in the networks of other network operators.
• Der NCS generiert aus den bei ihm vorhandenen Zustandsinformationen (und eventuell weiteren durch Netzmanagement gelieferten Parametern) aktuelle TarifInformationen, die er an die Transportsteuerung (RCAs) weitergibt.• The NCS generates current tariff information from the existing status information (and possibly other parameters supplied by network management), which it forwards to the transport control (RCAs).
• Die Kommunikation zwischen Netzelementen und NCS kann vom NCS oder von den Netzelementen ausgehen. Im ersten Fall versorgt der NCS die Netzelemente aktiv mit neuen Regeln und/oder Parametern, sobald diese vorliegen. Im zweiten Fall können die Netzelemente die aktuellen Regeln/Parameter bei Bedarf abrufen. Beide Kommunikationsformen können in einem Netz verwendet werden, wobei sich die zweite insbesondere im Rahmen einer automatischen Konfiguration neuer Netzelemente (z.B. bei Inbetriebnahme oder Neustart) und/oder zur Konfiguration der Kommunikationsparameter für die erste Kommunikationsform anbietet.• Communication between network elements and NCS can originate from the NCS or from the network elements. In the first case, the NCS actively supplies the network elements with new rules and / or parameters as soon as they are available. In the second case, the network elements can call up the current rules / parameters if required. Both forms of communication can be used in a network, the second being particularly suitable for the automatic configuration of new network elements (e.g. when starting up or restarting) and / or for configuring the communication parameters for the first form of communication.
• Der NCS berücksichtigt bei der Erstellung der Regeln/Parameter die Einspielreihenfolge der neuen Regeln/Parameter in die Netzelemente. Da nicht alle Netzelemente absolut gleichzeitig neue Regeln/Parameter
erhalten können, kann eine solche intelligente Kopplung von Erstellung und Verteilung der Regeln/Parameter helfen, transiente Zustände der Überlast oder Instabilität zu vermeiden.
• When creating the rules / parameters, the NCS takes into account the order in which the new rules / parameters are imported into the network elements. Since not all network elements absolutely new rules / parameters at the same time such an intelligent coupling of creation and distribution of the rules / parameters can help to avoid transient states of overload or instability.
Claims
1. Verfahren zur Steuerung eines Netzelementes- in einem Kommunikationsnetz demzufolge - ein Netzelement eine Mehrzahl von Verhaltensregeln vorhält und das Netzelement nach Maßgabe der Betriebsbedingungen eine Verhaltensregel autonom/selbsttätig auswählt und Datenpakete entsprechend dieser Verhaltensregel weiterleitet.1. A method for controlling a network element in a communication network, accordingly - a network element holds a plurality of rules of conduct and the network element autonomously / automatically selects a behavior rule in accordance with the operating conditions and forwards data packets in accordance with this behavior rule.
2 . Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Betriebsbedingungen durch eine beliebige Kombination aus Leitungsbruch, Knotenausfall, Netzauslastung,2nd Method according to claim 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t d a s s s the operating conditions by any combination of line break, node failure, network utilization,
Verbindungsaufbau, Netzumkonfigurierung gegeben sind.Connection establishment, network reconfiguration are given.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Verhaltensregel die Auswahl eines von mehreren Wegen beinhaltet.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a behavioral rule includes the selection of one of several ways.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verhaltensregeln in einer Steuer-Instanz (NCS) gebildet werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the rules of behavior are formed in a control instance (NCS).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verhaltensregeln in einer einem Netzelement individuell zugeordneten Steuer-Instanz (NCS) gebildet werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the rules of behavior are formed in a control entity (NCS) individually assigned to a network element.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Verhaltensregeln über das Netzmanagement von einer mehreren Netzelementen übergeordneten Steuer-Instanz (NCS) dem Netzelement zuführbar sind. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the rules of conduct can be fed to the network element by a control entity (NCS) superordinate to a number of network elements.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verhaltensregeln automatisch erzeugt werden.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the rules of behavior are generated automatically.
8. Verfahren zur Koppelung mehrerer Netzelemente, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, demzufolge zwei Steuer-Instanzen (NCS) über ein Protokoll miteinander gekoppelt werden, über das sie Informationen zum Abgleich von Verhaltensregeln austauschen.8. A method for coupling a plurality of network elements, in particular according to one of the preceding claims, according to which two control entities (NCS) are coupled to one another via a protocol, by means of which they exchange information for comparing rules of conduct.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es in einem paketorientierten und verbindungslosen Kommunikationsnetz zur Anwendung kommt. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is used in a packet-oriented and connectionless communication network.
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