DE10157078A1

DE10157078A1 - Verfahren und Steuergerät zur Zuteilung von variablen Zeitschlitzen für eine Datenübertragung in einem paketorientierten Datennetzwerk

Info

Publication number: DE10157078A1
Application number: DE10157078A
Authority: DE
Inventors: Ralf Klotsche
Original assignee: Alcatel SEL AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2003-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuteilung von Zeitschlitzen für eine Datenübertragung in variablen Zeitschlitzen zwischen einem Steuergerät (10) eines paketorientierten Datennetzwerks (1) einerseits und einem Endgerät (12, 13, 14) eines Teilnehmers des Datennetzwerks (1) andererseits. Die Zeitschlitze werden einem Endgerät (12, 13, 14) nach Anforderung durch das Endgerät (12, 13, 14) und in Abhängigkeit von der in dem Datennetzwerk (1) zur Verfügung stehenden Übertragungskapazität zugeteilt. Um die Zuteilung von Zeitschlitzen in einem Datennetzwerk, in dem Daten über variable Zeitschlitze übertragen werden, zu vereinfachen und zu beschleunigen, wird vorgeschlagen, dass eine mehrdimensionale Tabelle vorgesehen ist, in deren Felder Referenzen (70) auf zumindest die aktiven Datenflüsse in dem Datennetzwerk (1) in Abhängigkeit von einer Zuteilungspriorität (Policy-Level) der einzelnen Datenflüsse abgelegt werden, und dass zur Zuteilung von Zeitschlitzen Datenflüsse aus der Tabelle nach einer vorgebbaren Strategie herausgegriffen werden, einem herausgegriffenen Datenfluss Zeitschlitze zugeteilt werden, die Zuteilungspriorität (Policy-Level) des Datenflusses neu ermittelt und die Referenz (70) des Datenflusses in Abhängigkeit von der neu ermittelten Zuteilungspriorität (Policy-Level) in einem Feld der Tabelle abgelegt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuteilung von Zeitschlitzen für eine Übertragung von Daten in variablen Zeitschlitzen zwischen einem Steuergerät eines paketorientierten Datennetzwerks einerseits und einem Endgerät eines Teilnehmers des Datennetzwerks andererseits. Die Zeitschlitze zur Datenübertragung werden einem Endgerät nach Anforderung durch das Endgerät und in Abhängigkeit von der in dem Datennetzwerk zur Verfügung stehenden Übertragungskapazität zugeteilt.
Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät für ein paketorientiertes Datennetzwerk zur Übertragung von Daten in variablen Zeitschlitzen zwischen dem Steuergerät einerseits und einem Endgerät eines Teilnehmers des Datennetzwerks andererseits. Das Steuergerät umfasst Mittel zum Empfang und zur Verarbeitung einer Anforderung eines Endgeräts nach Zeitschlitzen und Mittel zum Zuteilen von Zeitschlitzen auf die Anforderung des Endgeräts hin. Die Mittel zum Zuteilen teilen die Zeitschlitze in Abhängigkeit von der in dem Datennetzwerk zur Verfügung stehenden Übertragungskapazität zu.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Computerprogramm, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, eines Steuergeräts für ein paketorientiertes Datennetzwerk zur Übertragung von Daten in variablen Zeitschlitzen ablauffähig ist.

Die in einem Datennetzwerk zur Verfügung stehende Datenrate wird in erster Linie bestimmt durch die zwischen Anbieter und Teilnehmer vereinbarte minimale Datenrate (sog. Service Level Agreement). In zweiter Linie wird die zur Verfügung stehende Datenrate bestimmt durch die momentane Auslastung des Datennetzwerks durch Datenübertragungsverbindungen. Für die Nutzung des Datennetzwerks wird von dem Teilnehmer üblicherweise ein Entgelt an den Anbieter entrichtet, das abhängig ist von der vereinbarten Datenrate.

Ein Endgerät, das Daten über das Datennetzwerk übertragen möchte, sendet eine Anforderung nach einem oder mehreren Zeitschlitzen (sog. Slots) an ein Steuergerät des Datennetzwerks. Je nach Verfügbarkeit von Zeitschlitzen bzw. je nach Auslastung des Datennetzwerks teilt das Steuergerät dem Endgerät die angeforderte Anzahl oder weniger Zeitschlitze zu. Bei einer sehr hohen Auslastung kann es sogar vorkommen, dass das Steuergerät die Anforderung des Endgeräts nicht erfüllen kann und ablehnt und ihm überhaupt keine Zeitschlitze zuteilt. Die abgelehnte Anforderung des Endgeräts wird in einer Warteschlange (z. B. einem First-In-First-Out (FIFO)- Speicher) des Steuergeräts abgelegt und zu einem späteren Zeitpunkt, zu dem eine geringere Auslastung des Datennetzwerks vorliegt, erfüllt werden, indem dem Endgerät dann angeforderte aber noch nicht zugeteilte Zeitschlitze zugeteilt werden. In der Warteschlange muss das anfordernde Endgerät und der Datenfluss, für den Zeitschlitze angefordert werden, sowie die Anzahl der angeforderten Zeitschlitze abgelegt werden. Zusätzlich muss jeder Anforderung ein entsprechender Zeitstempel zugeordnet sein. Das Ablegen der abgelehnten Anforderungen in der Warteschlange kann sehr speicherintensiv sein. Bei einer vollen Warteschlange gehen neue Anforderungen verloren.

Aus dem Stand der Technik ist es also bekannt, für die Zuteilung von Zeitschlitzen zu Beginn einer neuen Datenübertragung die Auslastung des gesamten Datennetzwerks bzw. die auf dem Datennetzwerk verfügbare Bandbreite zu berücksichtigen. Wenn einem Endgerät einmal eine bestimmte Anzahl von Zeitschlitzen für die Datenübertragung zugeteilt worden sind, darf der Teilnehmer in diesen seine Daten übertragen, selbst wenn diese Datenübertragung die gesamte oder einen Großteil der Übertragungskapazität des Datennetzwerks beansprucht. Während dieser Zeit können Anforderungen nach Zeitschlitzen von weiteren Endgeräten u. U. nicht vollständig oder überhaupt nicht erfüllt werden. Es kann zu Wartezeiten kommen, bevor die weiteren Endgeräte bedient werden. Für die Datenübertragungen der weiteren Endgeräte kann also keine minimale Antwortzeit garantiert werden, innerhalb der den Endgeräten die angeforderten oder eine minimale Anzahl von Zeitschlitzen zugewiesen werden können. Das kann für Anwendungen, bei denen eine minimale Antwortzeit und eine minimale Datenübertragungsrate sichergestellt werden muss, große Probleme bereiten. Solche Anwendungen werden auch als QoS (Quality of Service)-Anwendungen bezeichnet. Beispiele für QoS-Anwendungen sind VoIP (Voice over Internet Protocol)- Anwendungen.

Bei sog. Transfer-Control-Protokoll (TCP)/IP-Anwendungen beginnt die Datenübertragung mit einer relativ kleinen Datenrate. Während einer Datenübertragung wird die Qualität der Datenübertragung beobachtet und, falls diese eine vorgebbare Qualtitätsmindestanforderung erfüllt, so lange kontinuierlich gesteigert, bis die Mindestanforderung nicht mehr erfüllt ist. Dann wird die Datenübertragungsrate wieder auf den relativ kleinen Anfangswert reduziert und wieder von neuem langsam gesteigert. Wenn also die Qualität einer TCP/IP- Datenübertragung es zulässt beansprucht eine solche Datenübertragung u. U. einen Großteil der in einem Datennetzwerk zur Verfügung stehenden Bandbreite. Zudem kann eine TCP/IP-Datenübertragung zu einer starken Schwankung der Netzauslastung führen. Das kann ein großer Störfaktor für QoS- Anwendungen sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle Datennetzwerke anwendbar, in denen die Vergabe von Zeitschlitzen für die Datenübertragung zwischen den Engeräten und dem Steuergerät ausgehandelt werden muss.

Das Datennetzwerk ist bspw. als ein Kabelfernseh-Netzwerk ausgebildet, über das Video- und Audiodaten nach einem vorgebbaren Standard übertragen werden. Der Standard ermöglicht eine Datenübertragung nach dem Verfahren der eingangs genannten Art. Ein konkretes Beispiel für einen solchen Standard ist DVB (Digital Video Broadcasting), das vorwiegend in Europa Anwendung findet, oder DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification), das insbesondere in den USA Anwendung findet. Bei DVB wird mit einem festen Zeitraster von bspw. drei Millisekunden gearbeitet. Pro Zeitraster werden 9, 18 oder 36 Zeitschlitze übertragen. In DVB sind die zwei untersten Schichten des ISO/OSI- Schichtenmodells spezifiziert, nämlich die physikalische Schicht und die Media Access Control (MAC)-Schicht bzw. Sicherungsschicht.

In letzter Zeit empfangen immer mehr Haushalte Fernsehsignale nicht mehr über Fernsehantenne oder Satelliten, sondern über ein Fernseh-Kabelnetz. Dabei sendet ein Fernsehsender über mehrere Kanäle in einem Fernsehband Video- und Audiosignale über einen sog. Combiner, der im wesentlichen einen Frequenzmultiplexer umfasst, und über das Kabelfernseh- Netzwerk an Fernsehgeräte in den Haushalten. Um das Kabelfernseh-Netzwerk auch für QoS-Anwendungen nutzen zu können, ist eine Vermittlungsvorrichtung (ein sog. Router) vorgesehen, die an das Internet angeschlossen ist. Der Router ist außerdem über eine bidirektionale Verbindung an einen Steuergerät des Netzwerks, einen sog. Interaktiven Netzwerk Adapter (INA), angeschlossen, das seinerseits ebenfalls über eine bidirektionale Verbindung mit dem Combiner in Verbindung steht. Der Router und der INA können in einem Gerät zusammengefasst sein. Die Endgeräte für die QoS-Anwendungen in einem Haushalt sind über sog. Set-Top-Boxen oder Kabelmodem (sog. Cable Modems) an das Kabelfernseh-Netzwerk angeschlossen. Der Combiner übermittelt also sowohl die Video- und Audiosignale des Fernsehsenders als auch die Daten aus dem Internet in die Haushalte, wo sie auf die entsprechenden Endgeräte verteilt werden. Die Video- und Audiosignale werden bspw. an ein Fernsehgerät und die Internetdaten an einen Computer weitergeleitet. Für VoIP-Anwendungen ist der Computer mit geeigneten Erweiterungen ausgerüstet, die eine Ausgabe und Eingabe von Sprache ermöglichen.

In dem Kabelfernseh-Netzwerk sind standardmäßig auch Rückkanäle vorgesehen, die eine sog. Upstream-Verbindung von den Endgeräten zu dem INA ermöglichen. Die Rückkanäle weisen jedoch im Vergleich zu den Downstream-Kanälen nur eine geringe Bandbreite auf. Für bestimmte Datenanwendungen werden jedoch auch über den Rückkanal relativ viele Daten übertragen. Auch über den Rückkanal muss eine bestimmte Qualität der Datenübertragung garantiert werden können (z. B. für QoS- Anwendungen). Die Qualität einer Datenübertragung umfasst insbesondere eine vorgebbare minimale Übertragungsrate, eine begrenzte Verzögerungszeit (d. h. Übertragungszeit der einzelnen in den Zeitschlitzen übertragenen Datenpakete) und einen begrenzten Jitter (d. h. Schwankung der Übertragungszeit der einzelnen übertragenen Datenpakete).

Die Kontrolle und Koordination einer Datenübertragung umfasst das sog. Policing (d. h. den einzelnen Datenflüssen eine begrenzte Anzahl von Zeitschlitzen zuzuteilen, um eine geforderte Datenrate zu erzielen) und das sog. Shaping (d. h. Zeitschlitze zuzuteilen, um die in dem Datennetzwerk zur Verfügung stehende Bandbreite optimal auszunutzen). In Kabelfernseh-Netzwerken stellt der Rückkanal aufgrund seiner geringen Bandbreite einen Flaschenhals für die Datenübertragung dar. Falls Funktionen wie Policing und Shaping in einem sog. Access-Router des Datennetzwerks erst in der dritten Schicht von unten, der sog. IP-Schicht, des ISO/OSI-Schichtenmodells ausgeführt werden, haben die übertragenen Datenpakete den Flaschenhals bereits passiert. Falls im Rahmen des Policing und Shaping in dem Access-Router bereits über den Rückkanal übertragene Datenpakete fallengelassen würden, bedeutete dies einen Verlust an Bandbreite.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuteilung von Zeitschlitzen in einem Datennetzwerk, in dem Daten über variable Zeitschlitze übertragen werden, zu vereinfachen und zu beschleunigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass eine mehrdimensionale Tabelle vorgesehen ist, in deren Felder Referenzen auf zumindest die aktiven Datenflüsse in dem Datennetzwerk in Abhängigkeit von einer Zuteilungspriorität der einzelnen Datenflüsse abgelegt werden, und dass zur Zuteilung von Zeitschlitzen Datenflüsse nach einer vorgebbaren Strategie aus der Tabelle herausgegriffen werden, einem herausgegriffenen Datenfluss Zeitschlitze zugeteilt werden, die Zuteilungspriorität des Datenflusses neu ermittelt und die Referenz des Datenflusses in Abhängigkeit von der neu ermittelten Zuteilungspriorität in einem Feld der Tabelle abgelegt wird.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, jeden Datenfluss in dem Datennetzwerk gesondert zu betrachten und gesondert zu verarbeiten. Nach dem Eingang einer Anforderung eines Endgeräts des Datennetzwerks wird die Anforderung einem bestimmten Datenfluss in dem Datennetzwerk zugeordnet. Eine dem Datenfluss zugeordnete Gesamtsumme wird um die Anzahl der angeforderten Zeitschlitze erhöht.

Die vorgebbare Zuteilungsstrategie umfasst die Reihenfolge der Bearbeitung der in den Feldern der Tabelle abgelegten Datenflüsse. In den Feldern sind nur Referenzen (Verweise) auf Objekte der Datenflüsse abgelegt. Dadurch kann ein erhebliches Maß an Speicherplatz eingespart werden. Zudem ist eine wesentlich schnellere Abarbeitung der Tabelle möglich.

Die Zuteilungspriorität des Datenflusses ist unabhängig von der Anzahl der angeforderten Zeitschlitze und unabhängig von der in der Gesamtsumme abgelegten Gesamtzahl der für diesen Datenfluss angeforderten Zeitschlitzen. Für einen neuen Datenfluss wird die Zuteilungspriorität vor der Ablage einer Referenz auf den Datenfluss in der Tabelle auf einen vorgebbaren Startwert gesetzt. Der Startwert wird u. a. in Abhängigkeit von vorgebbaren Anforderungen an den Datenfluss, insbesondere in Abhängigkeit von Vorgaben an die Qualität der Datenübertragung über den Datenfluss, vorgegeben. Für bestehende Datenflüsse wird die Zuteilungspriorität u. a. in Abhängigkeit von vorgebbaren Anforderungen an den Datenfluss, insbesondere in Abhängigkeit von Vorgaben an die Qualität der Datenübertragung über den Datenfluss, nach jeder Zuteilung von Zeitschlitzen für den Datenfluss neu ermittelt.

Die Zuteilungspriorität eines Datenflusses wird bspw. durch eine Wartezeit repräsentiert, die ausgehend von der aktuellen Zeit bis zum Zeitpunkt der Zuteilung von Zeitschlitzen für den Datenfluss vergeht. Je länger die Wartezeit eines Datenflusses ist, desto geringer ist die Datenübertragungsrate des Datenflusses. Die Wartezeit darf höchstens so lang gewählt werden, dass eine vereinbarte minimale Übertragungsrate noch erzielt wird. Andererseits sollte die Wartezeit mindestens so lang gewählt werden, dass die Datenübertragung über den Datenfluss nicht zu viel Bandbreite beansprucht, da sonst für die übrigen Datenflüsse keine oder nicht genug Bandbreite zur Verfügung steht.

Über die Wartezeit kann die Datenübertragungsrate des Datenflusses beeinflusst werden; je länger die Wartezeit ist, desto geringer ist die Datenrate. Die Wartezeit eines Datenflusses erlaubt also eine Drosselung der Datenraten des Datenflusses, im Extremfall sogar bis hin zu Null. Mit Hilfe der Wartezeit kann eine effektive Kontrolle und Koordination der Datenübertragung realisiert werden, da anhand der Wartezeit eine vorausschauende Zuweisung der Zeitschlitze möglich ist. Die Kontrolle und Koordination der Datenübertragung umfasst das sog. Policing (d. h. den einzelnen Datenflüssen eine begrenzte Anzahl von Zeitschlitzen zuzuteilen, um eine geforderte Datenrate zu erzielen) und das sog. Shaping (d. h. Zeitschlitze zuzuteilen, um die in dem Datennetzwerk zur Verfügung stehende Bandbreite optimal auszunutzen).

Die Wartezeiten können auch in verschiedene Kategorien (sog. Policy Levels) unterteilt werden. Die Zuteilung von Zeitschlitzen geschieht dann in Abhängigkeit von der aktuellen Policy Level des Datenflusses. Wenn die Wartezeit eines Datenflusses nach einer Erhöhung um das Wartezeitinkrement eine obere Zeitgrenze der bisherigen Policy Level übersteigt, wird dem Datenfluss die nächst niedrigere Policy Level zugeordnet. Wenn die Wartezeit mit der Zeit kleiner wird, sind auch Sprünge in die nächst höhere Policy Level möglich. Es sind auch Sprünge um mehrere Policy Levels auf einmal möglich. Durch die Einführung der Policy Levels wird die Handhabung der einzelnen Datenflüsse deutlich vereinfacht. Die Zuteilung von Zeitschlitzen beginnt bspw. bei der prioritätshöchsten Policy Level (mit den kürzesten Wartezeiten).

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Referenzen der Datenflüsse in der Tabelle in Abhängigkeit von Vorgaben an die Qualität der Datenübertragung über die einzelnen Datenflüsse abgelegt werden. Die Qualität einer Datenübertragung umfasst insbesondere eine vorgebbare minimale Übertragungsrate, eine begrenzte Verzögerungszeit (d. h. Übertragungszeit der einzelnen in den Zeitschlitzen übertragenen Datenpakete) und einen begrenzten Jitter (d. h. Schwankung der Übertragungszeit der einzelnen übertragenen Datenpakete). Diese Vorgaben an die Qualität können zumindest teilweise zwischen einem Diensteanbieter und einem Teilnehmer vereinbart werden. Anwendungen, die sehr strenge Anforderungen an die Qualität der Datenübertragung stellen werden als QoS (Quality of Service)-Anwendungen bezeichnet.

Nicht für alle Datenübertragungen, die über das Netzwerk erfolgen, ist eine mininmale Datenübertragungsrate erforderlich. Es gibt auch sog. Best-Effort-Anwendungen (z. B. Datenübertragungen nach dem TCP/IP-Standard), bei denen die Datenübertragung nicht zeitkritisch ist und die übertragen werden, wenn das Netzwerk Übertragungskapazitäten frei hat. Erfindungsgemäß wird die Datenrate von Best-Effort-Anwendungen reduziert, falls im Rahmen von QoS-Anwendungen Zeitschlitze für die Datenübertragung angefordert und zugeteilt werden müssen. Falls es also die Zuteilung von Zeitschlitzen für QoS- Anwendungen erforderlich macht, wird die Anzahl der Zeitschlitze, die für Best-Effort-Anwendungen zugeteilt werden, reduziert. Dadurch können die zugesicherten Vorgaben für die QoS-Anwendungen, insbesondere eine garantierte Übertragungsqualität, unabhängig von der Auslastung des gesamten Datennetzwerks stets erfüllt werden. Die Zuteilung von Zeitschlitzen für einen Datenfluss einer Best-Effort- Anwendung erfolgt also nicht nur in Abhängigkeit der Datenrate des Datenflusses, sondern auch in Abhängigkeit von den Datenraten von Datenflüssen anderer Anwendungen (z. B. QoS- Anwendungen). Durch eine Bevorzugung der QoS-Anwendungen gegenüber den Best-Effort-Anwendungen bei der Zuteilung vorhandener Zeitschlitze zur Datenübertragung kann zudem eine Überlastung des Datennetzwerks verhindert werden.

Die Qualität der Datenübertragung über einen Datenfluss kann auch in verschiedene Kategorienen (sog. QoS-Levels) unterteilt werden. Gemäß dieser Weiterbildung hat die Tabelle also zwei Dimensionen, wobei eine Dimension die Policy-Level (Zuteilungspriorität der Datenflüsse) und die andere Dimension die QoS-Level (Vorgaben an die Qualität der Datenübertragung der Datenflüsse) ist. In Abhängigkeit von der Policy-Level und der QoS-Level der einzelnen Datenflüsse werden die Referenzen der Datenflüsse in den Feldern der Tabelle abgelegt und dann nach einer vorgebbaren Zuteilungsstrategie bearbeitet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Zuteilungspriorität eines aus der Tabelle herausgegriffenen Datenflusses nach der Zuteilung von Zeitschlitzen verringert wird. Falls die Zuteilungspriorität von einer Wartezeit repräsentiert wird, wird die Wartezeit eines Datenflusses nach der Zuteilung von Zeitschlitzen für diesen Datenfluss also um ein Wartezeitinkrement erhöht. Mit der Zeit wird die Wartezeit immer kleiner (d. h. die Zuteilungspriorität wird immer höher), bis der Datenfluss schließlich gemäß der eingesetzten Strategie aus der Tabelle herausgegriffen wird und dem Datenfluss die angeforderten Zeitschlitze oder ein Teil davon zugeteilt werden. Auf diese Weise kann über die Wartezeit für jeden Datenfluss eine maximale Datenübertragungsrate vorgegeben und sichergestellt werden, dass ein Datenfluss nicht zu viel Bandbreite beansprucht und dadurch andere Datenflüsse, insbesondere Datenflüsse von QoS-Anwendungen, beeinträchtigt werden, d. h. dass die garantierten Vorgaben an die Qualität der Datenübertragung über einen Datenfluss erfüllt werden können.

Durch die Vorgabe der maximalen Datenrate werden außerdem sog. DOS (Denial of Service)-Angriffe deutlich erschwert. DOS- Angriffe werden beim Stand der Technik bspw. ausgelöst, indem von einem Endgerät des Datennetzwerks aus so viele Zeitschlitze für eine Datenübertragung angefordert werden, dass praktisch die gesamte Bandbreite des Datennetzwerks benötigt wird. Für weitere Datenübertragungen stehen dann keine Übertragungskapazitäten mehr zur Verfügung. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Anzahl der pro Datenfluss zugeordneten Zeitschlitze durch die vorgebbare maximale Datenrate begrenzt. Eine Inanspruchnahme der gesamten Bandbreite eines Datennetzwerks und damit ein Blockieren des Datennetzwerks durch eine Anwendung ist somit nicht möglich.

Vorteilhafterweise wird die Zuteilungspriorität des aus der Tabelle herausgegriffenen Datenflusses nach der Zuteilung von Zeitschlitzen in Abhängigkeit von der Anzahl der zugeteilten Zeitschlitze verringert. Falls die Zuteilungspriorität von einer Wartezeit repräsentiert wird, wird die Wartezeit also in Abhängigkeit von der Anzahl der zugeteilten Zeitschlitze erhöht. Je mehr Zeitschlitze einem Datenfluss zugeteilt werden, desto länger ist die Wartezeit für den Datenfluss bis zur nächsten Zuteilung.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können beliebige Zuteilungsstrategien eingesetzt werden. Die Strategien sollten lediglich derart ausgelegt sein, dass vorab vereinbarte Qualitätsvorgaben für Datenflüsse von QoS-Anwendungen auf jeden Fall eingehalten werden können. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Strategie zum Herausgreifen der Datenflüsse aus der Tabelle derart gewählt wird, dass Datenflüsse mit einer hohen Zuteilungspriorität zuerst aus der Tabelle herausgegriffen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Strategie derart gewählt wird, dass ausgehend von einem Datenfluss mit einer bestimmten Zuteilungspriorität zunächst alle Datenflüsse mit derselben Zuteilungspriorität aus der Tabelle herausgegriffen werden, bevor nach der vorgebbaren Strategie Datenflüsse mit einer anderen Zuteilungspriorität aus der Tabelle herausgegriffen werden.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von dem Steuergerät der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Steuergerät eine mehrdimensionale Tabelle, Mittel zum Ablegen von Referenzen auf zumindest die aktiven Datenflüsse in dem Datennetzwerk in Felder der Tabelle, wobei die Mittel zum Ablegen die Referenzen in Abhängigkeit von einer Zuteilungspriorität der einzelnen Datenflüsse ablegen, und Mittel zum Zuteilen von Zeitschlitzen aufweist, wobei die Mittel zum Zuteilen Datenflüsse aus der Tabelle nach einer vorgebbaren Strategie herausgreifen und einem herausgegriffenen Datenfluss Zeitschlitze zuteilen und wobei die Mittel zum Ablegen nach der Zuteilung der Zeitschlitze die Referenz des Datenflusses in Abhängigkeit von einer neu ermittelten Zuteilungspriorität des Datenflusses in einem Feld der Tabelle abgelegen.

In einem ISO/OSI-Schichtenmodell betrachtet, ist in dem Steuergerät eine Schnittstelle realisiert, die QoS- Anforderungen aus der IP (Internet Protocol)-Schicht und darüber liegenden Schichten auf die MAC (Media Access Control)-Schicht (sog. Sicherungsschicht) abbildet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät Mittel zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 6 aufweist.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Computerprogramms, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, eines Steuergeräts für ein Datennetzwerk zur Übertragung von Daten in variablen Zeitschlitzen ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Vorzugsweise ist das Computerprogramm auf einem Speicherelement abgespeichert, das für das Steuergerät vorgesehen ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Speicherelement abgespeichertes Computerprogramm realisiert, so dass dieses mit dem Computerprogramm versehene Speicherelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren zu dessen Ausführung das Computerprogramm geeignet ist. Als Speicherelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, bspw. ein Read-Only-Memory, ein Random-Access-Memory oder ein Flash-Memory.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Datennetzwerks zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Datennetzwerks zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steuergeräts des Datennetzwerks aus Fig. 1;
Fig. 4 eine Tabelle, in der erfindungsgemäß Referenzen auf Datenflüsse abgelegt werden;
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm einer Task zur Verarbeitung von Anforderungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Fig. 5;
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm einer Task zur Zuteilung von Zeitschlitzen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Fig. 5; und
Fig. 8 das Steuergerät aus Fig. 3 in einer anderen Ansicht.
In Fig. 1 ist ein Datennetzwerk zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Datennetzwerk 1 erstreckt sich zwischen einem Steuergerät 10 des Datennetzwerks 1 und einem Endgerät 13, 14. Über das Datennetzwerk werden Daten in variablen Zeitschlitzen übertragen.
Das Steuergerät 10 ist bspw. als ein sog. Interaktiver Netzwerk Adapter (INA) eines Kabelfernseh-Netzwerks und das Endgerät 13, 14 bspw. als ein Telefon 14 oder als ein entsprechend ausgestatteter Computer 13 ausgebildet. Der INA steht bspw. mit dem Internet 6 in Verbindung. Mit der vorliegenden Erfindung ist es bspw. möglich, über das Kabelfernseh-Netzwerk Internet-Datenübertragungen mit einer vorgebbaren Mindestübertragungsrate abzuwickeln.
Ebenso kann das Steuergerät 10 als eine Satelliten-Sende-/Empfangsstation eines Statellitennetzwerks und das Endgerät 13, 14 bspw. als ein Satellitentelefon oder als ein entsprechend ausgestatteter Computer ausgebildet sein. Die Satelliten-Sende-/Empfangsstation steht bspw. über ein Satellitennetzwerk 6 mit weiteren Satelliten-Sende-/Empfangsstationen in Verbindung. Mit der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, Daten mit einer garantierten Datenübertragungsrate über das Satellitennetzwerk zu übertragen. Das ist bspw. für Satellitentelefonie mit und ohne Video vorteilhaft.
Die vorliegende Erfindung ist also überall dort einsetzbar, wo im Rahmen einer Datenübertragung in variablen Zeitschlitzen über beliebige physikalische Datennetzwerke 1 eine vorgebbare Qualität der Datenübertragung über den Datenfluss, wie bspw. minimale Übertragungsrate, begrenzte Verzögerungszeit (d. h. Übertragungszeit der einzelnen in den Zeitschlitzen übertragenen Datenpakete) und begrenzter Jitter (d. h. Schwankung der Übertragungszeit der einzelnen übertragenen Datenpakete), erfüllt werden muss.
In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Datennetzwerks 1 aus Fig. 1 dargestellt. Das Datennetzwerk 1 ist als ein Kabelfernseh-Netzwerk ausgebildet. Über das Datennetzwerk 1 sind Endgeräte 12, 13, 14 von Teilnehmern des Datennetzwerks mit mindestens einem Diensteanbieter verbunden. Der Diensteanbieter ist bspw. ein Kabelfernsehbetreiber, mit dem als Fernsehgeräte 12 ausgebildete Endgeräte über das Kabelfernseh-Netzwerk 1 in Verbindung stehen. Bei dem Kabelfernsehbetreiber ist ein Fernsehsender 4 angeordnet, der über das Kabelfernseh-Netzwerk 1 Fernsehsignale an die Fernsehgeräte 12 überträgt. Die Fernsehgeräte 12 sind über sog. Set-Top-Boxen 2 an das Kabelfernseh-Netzwerk 1 angeschlossen. Der Diensteanbieter kann auch ein Internet- Service-Provider sein, mit dem als Computer 13 oder Telefongeräte 14 ausgebildete Endgeräte über das Kabelfernseh- Netzwerk 1 in Verbindung stehen. Bei dem Internet-Service- Provider ist ein INA 10 angeordnet, der über einen Router 8 mit einem Internet Protocol (IP)-Backbone-Netzwerk 6, z. B. dem Internet 6, in Verbindung steht. Der INA 10 und der Router 8 können auch zu einer Geräteeinheit 5 zusammengefasst sein. Der Fernsehsender 4 und die Geräteeinheit 5 können auch Teil des Internet 6 sein.
Über das Datennetzwerk 1 werden Video- und Audiosignale von dem Fernsehsender 4 an die Set-Top-Boxen 2 nach einem vorgebbaren Standard übertragen. Konkrete Beispiele für einen solchen Standard sind DVB (Digital Video Broadcasting), das vorwiegend in Europa Anwendung findet, und DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification), das insbesondere in den USA Anwendung findet. Die Video- und Audiosignale werden über mehrere Kanäle in einem Fernsehband übertragen.
Um das Kabelfernseh-Netzwerk 1 auch für beliebige Datenanwendungen nutzen zu können, ist ein Combiner 7 vorgesehen, der die Datensignale und die Fernsehsignale nach Art eines Multiplexers verbindet und über das Kabelfernseh- Netzwerk 1 an die Endgeräte 12, 13, 14 leitet. Beispiele für Datenanwendungen sind Transfer-Control-Protokoll (TCP)/IP- Anwendungen (sog. Web Browsing) und Quality of Service (QoS)- Anwendungen (z. B. VoIP (Voice over Internet Protocol)- Anwendungen) mit besonderen Vorgaben an die Übertragungsqualität.
Der Router 8 leitet IP-Datenpakete von dem Kabelfernseh- Netzwerk 1 an das Internet 6 weiter. Der Router 8 ist außerdem über eine bidirektionale Verbindungsleitung 9 an den Interaktiven Netzwerk Adapter (INA) 10 angeschlossen, der seinerseits ebenfalls über eine bidirektionale Verbindungsleitung 11 mit dem Combiner 7 in Verbindung steht. Der Router 8 und der INA 10 können auch in einem einzigen Gerät zusammengefasst sein.
Die von dem Fernsehsender 4 ausgesandten Fernsehsignale werden über den Combiner 7 und das Kabelfernseh-Netzwerk 1 an die Set-Top-Boxen 2 und weiter an die Fernsehgeräte 12 übertragen. Die Set-Top-Boxen 2 trennen verschiedene über das Kabelfernseh-Netzwerk übertragene Daten wieder auf. Die IP- Datenpakete aus dem Internet 6 werden über den Router 8, den INA 10, den Combiner 7 und das Kabelfernseh-Netzwerk 1 an Kabelmodems (sog. Cable Modems) 3 und weiter an Telefone 14 oder entsprechend ausgestattete Computer 13 übertragen. Die Kabelmodems 3 dienen zum Empfangen des Datendienstes über das Kabelfernseh-Netzwerk 1.
An die Set-Top-Boxen 2 sind Fernsehgeräte 12, Videorecorder oder andere Geräte angeschlossen, die zum Empfang und zur Verarbeitung der Video- und Audiosignale geeignet sind. An die Kabelmodems 3 sind Engeräte angeschlossen, die zur Nutzung der angebotenen Datenanwendung geeignet sind, wie bspw. Computer 13 oder Telefone 14. Für VoIP-Anwendungen sind die Computer 13 mit geeigneten Erweiterungen ausgerüstet, die eine Ausgabe und Eingabe von Sprache ermöglichen. Über einen Internetserver 15 ist ein weiteres Telefongerät 16 an das Internet 6 angeschlossen. Im Rahmen einer VoIP-Anwendung werden bspw. Audiodaten zwischen dem Telefongerät 16 und einem geeigneten Endgerät 13, 14 übertragen.
In einem Kabelfernseh-Netzwerk 1 sind standardmäßig auch Rückkanäle vorgesehen, die eine sog. Upstream-Verbindung von den Endgeräten 12, 13, 14 zu dem INA 10 ermöglichen. Die Rückkanäle werden bspw. für Video auf Abruf (sog. Video on Demand) und für eine Vielzahl von Datenanwendungen benötigt. Für bestimmte Datenanwendungen, bspw. für VoIP-Anwendungen, werden auch über den Rückkanal relativ viele Daten übertragen. Die Rückkanäle weisen jedoch nur eine geringe Bandbreite auf, wodurch sich eine Beeinträchtigung der Übertragungsqualität ergeben kann. Auch über den Rückkanal sollte für bestimmte Datenanwendungen eine vorgebbare Qualität der Datenübertragung garantiert werden können (z. B. für QoS-Anwendungen).
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Steuergerät 10 für ein Datennetzwerk 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Das Steuergerät 10 ist als ein Interaktiver Netzwerk Adapter (INA) ausgebildet. Es verarbeitet eingehende Anforderungen 20 der Endgeräte 12, 13, 14 nach Zeitschlitzen für eine Datenübertragung (MAC up) über das Datennetzwerk 1. Das Endgerät, 12, 13, 14, das Daten über das Datennetzwerk 1 übertragen möchte, sendet eine Anforderung 20 nach einem oder mehreren Zeitschlitzen an das Steuergerät 10. Je nach Verfügbarkeit von Zeitschlitzen bzw. je nach Auslastung des gesamten Datennetzwerks 1 teilt das Steuergerät 10 dem Endgerät 12, 13, 14 die angeforderte Anzahl oder weniger Zeitschlitze zu (MAC down). Die Einheit MAC Message Handler Upstream (MAC up) dient zum Extrahieren der Anforderungen aus Datenpaketen der MAC-Schicht (Sicherungsschicht) eines ISO/OSI-Schichtenmodells. Die Einheit MAC Message Handler Downstream (MAC down) dient zum Verpacken der Daten über die zugeteilten Zeitschlitze in Datenpaketen der MAC-Schicht.
In dem Steuergerät 10 werden die Anforderungen 20 über eine Durchreicheeinheit Grant Request Entry (Req. Entry) an sog. Grant Request Meter (GRM) weitergeleitet. Für jeden Datenfluss (sog. Data Flow) in dem Datennetzwerk 1 ist ein eigenes Grant Request Meter (GRM) vorgesehen. Als ein Datenfluss wird eine paketorientierte (keine leitungsorientierte) Verbindung zwischen einem der Endgeräte 12, 13, 14 des Datennetzwerks 1 und einem der Diensteanbieter 4, 5 bezeichnet. In der Einheit Grant Request Entry (Req. Entry) werden Parameter der Anforderungen 20 auf die Datenflüsse umgesetzt und an den Grant Request Meter (GRM) des entsprechenden Datenflusses übergeben.
In den Grant Request Meter (GRM) werden Gesamtsummen aller Anforderungen von Zeitschlitzen zur Datenübertragung für die einzelnen Datenflüsse geführt. Beim Eintreffen einer neuen Anforderung 20 nach Zeitschlitzen für einen bestimmten Datenfluss wird die Gesamtsumme des entsprechenden Grant Request Meters (GRM) um die angeforderte Anzahl an Zeitschlitzen erhöht. Nach jeder Zuteilung 29 von Zeitschlitzen für einen bestimmten Datenfluss wird die Gesamtsumme des entsprechenden Grant Request Meters (GRM) um die zugeteilte Anzahl an Zeitschlitzen verringert. Die Gesamtsummen stellen ein Maß für die Datenmenge dar, für die Übertragungskapazität angefordert ist. Die in den Grant Request Metern (GRM) geführten Gesamtsummen lösen die aus dem Stand der Technik bekannten Warteschlangen für die Anforderungen ab. Durch die Einführung der Gesamtsummen ist eine schnellere Verarbeitung möglich. Zudem wird ein Überlauf der Warteschlange und ein Verlust die Kapazität der Warteschlangen übersteigender Anforderungen vermieden. Schließlich benötigen die Gesamtsummen einen deutlich verringerten Speicherplatzbedarf gegenüber den Warteschlangen. Jedem Grant Request Meter (GRM) ist ein bestimmtes Service Level Agreement (SLA) zugeordnet. Während in dem Grant Request Meter (GRM) die dynamischen Daten der Datenflüsse abgelegt sind, enthalten die Service Level Agreements (SLA) den statischen Teil der Daten (die Vorgaben an die Datenflüsse). Üblicherweise gibt es weniger Service Level Agreements (SLA) als Datenflüsse in dem Datennetzwerk 1, so dass mehreren Datenflüssen das gleiche Service Level Agreement (SLA) zugeordnet sein kann. Die Vorgaben umfassen bspw. Informationen darüber, wie ein Datenfluss im Rahmen einer bestimmten Anwendung gehandhabt werden muss. Die Vorgaben umfassen insbesondere bestimmte Qualitätsanforderungen an die Datenübertragung über die Datenflüsse.
Das Steuergerät 10 umfasst außerdem eine Einheit Active Flows (ACT), in der die vorliegende Erfindung realisiert ist. In der Einheit Active Flows (ACT) sind alle aktiven Datenflüsse in einer mehrdimensionalen Tabelle abgelegt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Tabelle eine zweidimensionale Erstreckung, wobei die eine Dimension der Tabelle von Vorgaben an die Qualität der Datenübertragung über einen Datenfluss (sog. QoS-Level) und die andere Dimension von einer Zuteilungspriorität (sog. Policy-Level) des Datenflusses abhängig ist. Die Zuteilungspriorität wird von einer Wartezeit repräsentiert, die der Differenz zwischen dem Zeitpunkt der geplanten Zuteilung von Zeitschlitzen für den Datenfluss und der aktuellen Zeit entspricht. Anhand der QoS-Level kann bspw. unterschieden werden zwischen einem Datenfluss für eine Best- Effort-Anwendung und einem Datenfluss für eine QoS-Anwendung.
Außerdem kann anhand der QoS-Level zwischen verschiedenen Anforderungen an die QoS-Anwendungen unterschieden werden. Die QoS-Level und weitere Vorgaben an die Qualität der Datenübertragung der Datenflüsse sind in dem Service Level Agreement (SLA) abgelegt.
In den Feldern der Tabelle sind Referenzen (Verweise) auf Objekte der Datenflüsse abgelegt. Dadurch kann ein erhebliches Maß an Speicherplatz eingespart werden. Zudem ist eine wesentlich schnellere Abarbeitung der Tabelle möglich. Die Referenzen auf die Datenflüsse sind in Abhängigkeit von der dem entsprechenden Datenfluss zugeordneten Policy-Level und von der dem Datenfluss zugeordneten QoS-Level in den Feldern der Tabelle abgelegt.
Zur Zuteilung von Zeitschlitzen werden Datenflüsse aus der Tabelle nach einer vorgebbaren Strategie herausgegriffen. Die vorgebbare Zuteilungsstrategie umfasst die Reihenfolge der Bearbeitung der in den Feldern der Tabelle abgelegten Datenflüsse. Es ist der Einsatz verschiedener Strategien denkbar. Die Strategien sollten lediglich derart ausgelegt sein, dass vorab vereinbarte Qualitätsvorgaben für Datenflüsse von QoS-Anwendungen auf jeden Fall eingehalten werden können. Vorzugsweise wird die Strategie zum Herausgreifen der Datenflüsse aus der Tabelle derart gewählt, dass Datenflüsse in der Reihenfolge der Zuteilungsprioritäten von der prioritätshöchsten zu der prioritätsniedrigeren aus der Tabelle herausgegriffen werden. Die Strategie wird weiter derart gewählt, dass zunächst alle Datenflüsse mit derselben Zuteilungspriorität aus der Tabelle herausgegriffen werden, bevor nach der vorgebbaren Strategie Datenflüsse mit einer niedrigeren Zuteilungspriorität aus der Tabelle herausgegriffen werden.
Die Wartezeit eines Datenflusses wird um ein variables Wartezeitinkrement erhöht, wenn wenn dem Datenfluss Zeitschlitze zugeteilt worden sind. Die Größe des Wartezeitinkrements ist abhängig von der Anzahl der zugeteilten Zeitschlitze und von den für die Datenübertragung über diesen Datenfluss vereinbarten Qualitätsanforderungen. Mit fortschreitender Zeit wird die Wartezeit verringert.
Die Wartezeiten der aktiven Datenflüsse sind in verschiedene Kategorien, sog. Policy-Levels, unterteilt. Wenn die Wartezeit eines Datenflusses nach einer Erhöhung um das Wartezeitinkrement eine obere Zeitgrenze der bisherigen Policy-Level übersteigt, wird dem Datenfluss die nächst niedrigere Policy Level zugeordnet. Wenn die Wartezeit mit der Zeit kleiner wird, sind auch Sprünge in die nächst höhere Policy Level möglich. Es sind auch Sprünge um mehrere Policy- Levels auf einmal möglich. Durch die Einführung der Policy- Levels wird die Handhabung der einzelnen Datenflüsse deutlich vereinfacht. In der Tabelle in der Einheit Active Flows (ACT) sind die aktiven Datenflüsse also in Abhängigkeit von der QoS- Level und der Policy-Level in verschiedenen Feldern abgelegt.
In der Einheit Active Flows (ACT) ist ein Zuteilungsverfahren in Form eines sog. Weighted Round Robin (WRR) vorgesehen. In dem Weighted Round Robin (WRR) werden die Bearbeitungszeiten für die einzelnen Datenflüsse für die Zuteilung der Zeitschlitze festgelegt. In dem Weighted Round Robin (WRR) wird festgelegt, wie die Informationen aus der Tabelle weiter verschoben werden; es werden Gewichte verteilt und die zur Verfügung stehende Prozessorzeit wird auf die zu verarbeitenden Datenflüsse verteilt.
Die aus dem Weighted Round Robin (WRR) ausgelesenen Informationen über die Zuteilung der Zeitschlitze werden von dem Weighted Round Robin (WRR) in eine Warteschlange Future Grants Output Buffer (Buffer) geschrieben. Die Informationen werden in einen Schreibbereich der Warteschlange (Buffer) geschrieben. Der Schreibbereich wird durch zwei variable Schwellen 23, 24 (vgl. Doppelpfeile) begrenzt. Die Positionen der Schwellen in der Warteschlange (Buffer) wird durch eine Einheit Delay Control (Delay Ctrl.) vorgegeben. In der Einheit Delay Control (Delay Ctrl.) werden die Positionen der Schwellen bspw. in Abhängigkeit von Vorgaben für die Wartezeiten und von Grenzwerten für die minimale Datenübertragungsraten ermittelt.
Die Vorgaben und Grenzwerte 25 werden von einer Einheit Payload Control (Payload Ctrl.) an die Einheit Delay Control (Delay Ctrl.) übertragen. Die Einheit Payload Control (Payload Ctrl.) stellt eine Protokoll-Schnittstelle dar, die für eine Bedienung der Signalisierungsprotokolle (z. B. Verbindungsaufbau/ Verbindungsabbau) zuständig ist. Der Weighted Round Robin (WRR) schreibt Informationen 26 über die Auslastung des Sytems in die Delay Control (Delay Ctrl.), damit die Schwellen 23, 24 entsprechend variiert werden können.
Die Warteschlange (Buffer) erhält Informationen 28 von einer Einheit Slot Boundary Pattern (Slot BP), die ihrerseits wieder Informationen von einer Einheit MAC Control (MAC Ctrl.) erhält. Die Einheit Slot Boundary Pattern (Slot BP) stellt eine Schnittstelle zu einem Prozess dar, der die Sequenz von verschiedenen Zeitschlitztypen definiert. Die Einheit Slot Boundary Pattern (Slot BP) bestimmt also, was zu welchem Zeitpunkt mit den Zeitschlitzen gemacht wird. Die zugeordneten Zeitschlitze 29 werden aus der Warteschlange (Buffer) zu den ermittelten Zeitpunkten über eine Einheit Grant Exit an den MAC Message Handler Downstream (MAC down) übermittelt. Die Informationen 29 werden aus einem bestimmten Speicherbereich der Warteschlange (Buffer) asynchron ausgelesen. Die Einheit Grant Exit steht mit einem Slot Counter (Slot Count) in Verbindung, der es Endgeräten 12, 13, 14 (z. B. Modems) ermöglicht, die absolute Zeit zu erkennen. Der Slot Counter (Slot Count) ist für eine Synchronisation zwischen der Schicht 1 und der Schicht 2 des ISO/OSI-Schichtenmodells zuständig. Von der Einheit Grant Exit werden außerdem Informationen 30 an einen M-Bit Pattern Generator (M-Bit) übermittelt. Zwischen dem M-Bit Pattern Generator (M-Bit) und dem MAC Message Handler Downstream (MAC down) findet eine Synchronisation 31 statt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen insbesondere darin, dass die Datenflüsse in einer Tabelle abgelegt sind, aus der sie schnell und ohne großen Verarbeitungsaufwand nach einer vorgebbaren Zuteilungsstrategie zur Zuteilung von Zeitschlitzen herausgegriffen werden können. Um den Speicherplatz der Tabelle zu reduzieren, sind in den Feldern der Tabelle lediglich Referenzen (Verweise) auf die Datenflüsse und die zugehörigen Informationen, die bspw. in dem Sevice Level Agreement (SLA) abgelegt sind, abgelegt.
In Fig. 4 ist eine Tabelle dargestellt in deren Felder erfindungsgemäß die Referenzen auf die Datenflüsse abgelegt werden. Die Tabelle hat vier Zeilen n Spalten. Die Zeilen sind nach den Policy-Levels unterteilt. Ein Datenfluss mit einer niedrigen Policy-Level (z. B. Policy-Level = 0) hat eine hohe Zuteilungspriorität, d. h. er hat in der Vergangenheit wenig Bandbreite angefordert. Ein Datenfluss mit einer hohen Policy- Level (z. B. Policy-Level = 4) hat eine niedrige Zuteilungspriorität. Die Spalten stellen verschiedene QoS- Levels dar. Datenflüsse, über die Daten mit einer besonders hohen Qualität übertragen werden müssen (z. B. VoIP- Anwendungen), haben eine niedrige QoS-Level (z. B. QoS-Level = 0). Datenflüsse, bei denen die Qualität der Datenübertragung nahezu keine Rolle spielt (z. B. Best-Effort-Anwendungen), haben eine hohe QoS-Level (z. B. QoS-Level = n).
In einigen Feldern der Tabelle sind Referenzen 70 auf Datenflüsse abgelegt, die den Feldern entsprechende QoS- und Policy-Levels haben. Die Referenzen 70 umfassen bspw. Verweise auf die Gesamtsumme (Grant sum), auf die Wartezeit und auf Vorgaben, die in den Service Level Agreements (SLA) abgelegt sind. Genauer gesagt, umfassen die Referenzen 70 Verweise auf die Grant Request Meter (GRM) der Datenflüsse, wobei die Gesamtsummen (Grant sum) den Grant Request Meter (GRM) zugeordnet sind. Zum Zuteilen von Zeitschlitzen werden nach einer vorgebbaren Strategie Datenflüsse aus den Feldern herausgegriffen, bearbeitet (d. h. dem herausgegriffenen Datenfluss werden Zeitschlitze für die Datenübertragung zugeteilt), eine neue Policy-Level ermittelt und die Referenzen 70 wieder in dem entsprechenden Feld der Tabelle abgelegt. Falls einem Datenfluss aufgrund der Zuteilung von Zeitschlitzen und der damit verbundenen längeren Wartezeit eine neue Policy-Level zugeordnet wird, wird der Datenfluss bzw. die Referenz 70 auf den Datenfluss im Anschluß an die Zuteilung in einem Feld der Tabelle mit einer niedrigeren Policy-Level abgelegt. Mit der Zeit verringern sich die Wartezeiten der Datenflüsse, was dazu führen kann, dass die Datenflüsse mit der Zeit in höherpriore Policy-Levels eingeordnet und in die entsprechenden Felder verschoben werden, also mit der Zeit in der Tabelle nach oben rutschen.
In Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle physikalischen Datennetzwerke 1 anwendbar, in denen die Vergabe von Zeitschlitzen für jede Datenübertragung zwischen den Endgeräten 12, 13, 14 und dem Steuergerät 10 ausgehandelt werden muss. Das Verfahren wird in dem Steuergerät 10 aus Fig. 2 ausgeführt. Es beginnt in einem Funktionsblock 40. Nacheinander werden dann in Funktionsblöcken 41, 42 zwei Tasks durchlaufen. In dem Funktionsblock 41 werden eingehende Anforderungen 20 von Endgeräten 12, 13, 14 des Datennetzwerks 1 nach Zeitschlitzen für eine Datenübertragung verarbeitet und in der Tabelle abgelegt. In dem Funktionsblock 42 werden dann den Endgeräten 12, 13, 14 angeforderte Zeitschlitze zumindest teilweise zugeteilt. Die beiden Tasks werden so lange zyklisch durchlaufen, bis in einem Abfrageblock 43 das Ende des Verfahrens festgestellt wird. In einem Funktionsblock 44 wird das Verfahren beendet. Alternativ können die Tasks aus einem übergeordneten Steuerprogramm heraus auch bspw. durch Interrupts zu bestimmten Zeitpunkten oder ereignisgesteuert aufgerufen werden.
In Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm der Task aus Funktionsblock 41 der Fig. 5 dargestellt. Die Task beginnt in einem Funktionsblock 50. In einem Funktionsblock 51 wird eine Anforderung 20 eines Endgeräts 12, 13, 14 empfangen. In einem Funktionsblock 52 wird der Datenfluss ermittelt, für den die Anforderung 20 bestimmt ist. In einem Funktionsblock 53 wird ein Startwert für die Wartezeit des Datenflusses vorgegeben. In einem Funktionsblock 54 wird abhängig von der Wartezeit die entsprechende Policy-Level des Datenflusses ermittelt. In einem Funktionsblock 55 wird die QoS-Level des Datenflusses aus den Service Level Agreements (SLA) erfasst. Dann wird der Datenfluss bzw. eine Referenz auf Objekte des Datenflusses in Abhängigkeit von der Policy-Level und der QoS-Level in dem entsprechenden Feld der Tabelle abgelegt. In einem Funktionsblock 57 ist die Task beendet.
In Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm der Task aus Funktionsblock 42 der Fig. 5 dargestellt. Die Task beginnt in einem Funktionsblock 60. In einem Funktionsblock 61 wird aus allen in der Tabelle abgelegten Datenflüssen ein bestimmter Datenfluss für die Zuteilung von Zeitschlitzen ausgewählt. Die Auswahl des Datenflusses erfolgt in Abhängigkeit von der Wartezeit (Policy-Level) und von Vorgaben hinsichtlich der Qualität der Datenübertragung (QoS-Level) des Datenflusses nach einer vorgebbaren Zuteilungsstrategie. Eine Strategie kann während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beibehalten werden oder aber zeitabhängig oder ereignisgesteuert wechseln. Eine mögliche Strategie besteht darin, dass zunächst diejenigen Datenflüsse ausgewählt werden, an die relativ hohe Vorgaben hinsichtlich der Qualität der Datenübertragung (z. B. QoS-Level = 0) gestellt werden und die eine hohe Zuteilungspriorität haben (d. h. eine geringe Wartezeit, z. B. Policy-Level = 0). Im weiteren Verlauf der Strategie können diejenigen Datenflüsse mit der gleichen Zuteilungspriorität (Policy-Level) aber einer anderen QoS- Level ausgewählt werden. Alternativ können auch diejenigen Datenflüsse mit der gleichen QoS-Level aber einer anderen Zuteilungspriorität (Policy-Level) ausgewählt werden.
In einem Funktionsblock 62 wird dann dem herausgegriffenen Datenfluss eine bestimmte Anzahl an Zeitschlitzen zugeteilt. Die Informationen über die zugeteilten Zeitschlitze werden über den Weighted Round Robin (WRR) in die Warteschlange (Buffer) verschoben, von wo aus sie zu vorgegebenen Zeitpunkt (nach Ablauf der Wartezeit) ausgegeben werden. In einem Funktionsblock 63 wird das Wartezeitinkrement ermittelt, um das die Wartezeit des Datenflusses im Anschluß an die Zuteilung der Zeitschlitze erhöht wird. Das Wartezeitinkrement wird in Abhängigkeit von der Anzahl der in dem Funktionsblock 62 zugeteilten Zeitschlitze (je mehr Zeitschlitze zugeteilt wurden, desto größer wird das Inkrement gewählt) und in Abhängigkeit der Vorgaben hinsichtlich der Qualität der Datenübertragung (QoS-Level) ermittelt (die vorgegebenen Mindestanforderungen an die Qualität müssen eingehalten werden). Darüber hinaus kann das Wartezeitinkrement auch in Abhängigkeit von der aktuellen Policy-Level des Datenflusses ermittelt werden.
In einem Funktionsblock 64 wird die Wartezeit dann um das in dem Funktionsblock 63 ermittelte Wartezeitinkrement erhöht. Das kann u. U. dazu führen, dass der Datenfluss in eine andere Policy-Level rutscht. Deshalb wird in einem Funktionsblock 65 die Policy-Level ermittelt, in der der Datenfluss nun mit der neuen Wartezeit einzuordnen ist. In einem Funktionsblock 66 wird der Datenfluss bzw. die Referenz 70 auf den Datenfluss wieder in der Tabelle abgelegt. Falls sich die Policy-Level aufgrund der neuen Wartezeit verändert hat, wird der Datenfluss in einem anderen Feld der Tabelle abgelegt als er vor der Zuteilung von Zeitschlitzen abgelegt war. In einem Funktionsblock 67 ist die Task beendet.
In Fig. 8 ist das Steuergerät 10 dargestellt. Das Steuergerät 10 umfasst ein Speicherelement 33, auf dem ein Computerprogramm abgespeichert ist. Das Speicherelement 33 ist als ein elektronisches Speichermedium, bspw. als ein Flash- Memory, ausgebildet. Das Computerprogramm ist auf einem Rechengerät 34 des Steuergeräts 10 ablauffähig. Zur Ausführung des Computerprogramms auf dem Rechengerät 34 wird das Computerprogramm entweder in seiner Gesamtheit oder befehlsweise aus dem Speicherelement 33 über eine Datenübertragungsverbindung 35 an das Rechengerät 34übertragen. Das Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, wenn es auf dem Rechengerät 34 abläuft.

Claims

1. Verfahren zur Zuteilung von Zeitschlitzen für eine Übertragung von Daten in variablen Zeitschlitzen zwischen einem Steuergerät (10) eines paketorientierten Datennetzwerks (1) einerseits und einem Endgerät (12, 13, 14) eines Teilnehmers des Datennetzwerks (1) andererseits, wobei die Zeitschlitze zur Datenübertragung einem Endgerät (12, 13, 14) nach Anforderung durch das Endgerät (12, 13, 14) und in Abhängigkeit von der in dem Datennetzwerk (1) zur Verfügung stehenden Übertragungskapazität zugeteilt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrdimensionale Tabelle vorgesehen ist, in deren Felder Referenzen (70) auf zumindest die aktiven Datenflüsse in dem Datennetzwerk (1) in Abhängigkeit von einer Zuteilungspriorität (Policy-Level) der einzelnen Datenflüsse abgelegt werden, und dass zur Zuteilung von Zeitschlitzen Datenflüsse aus der Tabelle nach einer vorgebbaren Strategie herausgegriffen werden, einem herausgegriffenen Datenfluss Zeitschlitze zugeteilt werden, die Zuteilungspriorität (Policy-Level) des Datenflusses neu ermittelt und die Referenz (70) des Datenflusses in Abhängigkeit von der neu ermittelten Zuteilungspriorität (Policy-Level) in einem Feld der Tabelle abgelegt wird.

2. Zuteilungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzen (70) der Datenflüsse in der Tabelle in Abhängigkeit von Vorgaben an die Qualität der Datenübertragung über die einzelnen Datenflüsse (QoS-Level) abgelegt werden.

3. Zuteilungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuteilungspriorität (Policy- Level) eines aus der Tabelle herausgegriffenen Datenflusses nach der Zuteilung von Zeitschlitzen verringert wird.

4. Zuteilungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuteilungspriorität (Policy- Level) des aus der Tabelle herausgegriffenen Datenflusses nach der Zuteilung von Zeitschlitzen in Abhängigkeit von der Anzahl der zugeteilten Zeitschlitze verringert wird.

5. Zuteilungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strategie zum Herausgreifen der Datenflüsse aus der Tabelle derart gewählt wird, dass Datenflüsse mit einer hohen Zuteilungspriorität (Policy-Level) zuerst aus der Tabelle herausgegriffen werden.

6. Zuteilungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strategie derart gewählt wird, dass ausgehend von einem Datenfluss mit einer bestimmten Zuteilungspriorität (Policy-Level) zunächst alle Datenflüsse mit derselben Zuteilungspriorität (Policy-Level) aus der Tabelle herausgegriffen werden, bevor nach der vorgebbaren Strategie Datenflüsse mit einer anderen Zuteilungspriorität (Policy-Level) aus der Tabelle herausgegriffen werden.

7. Steuergerät (10) für ein paketorientiertes Datennetzwerk (1) zur Übertragung von Daten in variablen Zeitschlitzen zwischen dem Steuergerät (10) einerseits und einem Endgerät (12, 13, 14) eines Teilnehmers des Datennetzwerks (1) andererseits, mit Mitteln zum Empfang und zur Verarbeitung einer Anforderung (20) eines Endgeräts (12, 13, 14) nach Zeitschlitzen und mit Mitteln zum Zuteilen von Zeitschlitzen auf die Anforderung des Endgeräts (12, 13, 14) hin, wobei die Mittel zum Zuteilen die Zeitschlitze in Abhängigkeit von der in dem Datennetzwerk (1) zur Verfügung stehenden Übertragungskapazität zuteilen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (10) eine mehrdimensionale Tabelle, Mittel zum Ablegen von Referenzen (70) auf zumindest die aktiven Datenflüsse in dem Datennetzwerk (1) in Felder der Tabelle, wobei die Mittel zum Ablegen die Referenzen (70) in Abhängigkeit von einer Zuteilungspriorität (Policy-Level) der einzelnen Datenflüsse ablegen, und Mittel zum Zuteilen von Zeitschlitzen aufweist, wobei die Mittel zum Zuteilen Datenflüsse aus der Tabelle nach einer vorgebbaren Strategie herausgreifen und einem herausgegriffenen Datenfluss Zeitschlitze zuteilen und wobei die Mittel zum Ablegen nach der Zuteilung der Zeitschlitze die Referenz (70) des Datenflusses in Abhängigkeit von einer neu ermittelten Zuteilungspriorität (Policy-Level) des Datenflusses in einem Feld der Tabelle abgelegen.

8. Steuergerät (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (10) Mittel zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 6 aufweist.

9. Computerprogramm, das auf einem Rechengerät (34), insbesondere auf einem Mikroprozessor, eines Steuergeräts (10) für ein paketorientiertes Datennetzwerk (1) zur Übertragung von Daten in variablen Zeitschlitzen ablauffähig ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 geeignet ist, wenn es auf dem Rechengerät (34) abläuft.

10. Computerprogramm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm auf einem Speicherelement (33) insbesondere auf einem Random-Access-Memory, einem Read- Only-Memory oder einem Flash-Memory, abgespeichert ist.