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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau einer Verbindung zwischen
einem Quellknoten und einem Senkknoten eines Kommunikationsnetzes,
wobei die Verbindung über
einen oder mehrere weitere Knoten verläuft.
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In
Kommunikationsnetzen werden Informationen übertragen. Ein Kommunikationsnetz
umfasst Knoten und Einzelverbindungen zwischen jeweils zwei Knoten.
Eine Informationsübertragung
zwischen zwei Knoten, welche nicht durch eine Einzelverbindung miteinander
verbunden sind, erfolgt über
einen oder mehrere weitere Knoten, welche jeweils paarweise eine
Einzelverbindung untereinander aufweisen. Die Informationsübertragung
kann hierbei paket- (packet switched) oder verbindungsorientiert
(circuit switched) erfolgen. Die Einzelverbindungen zwischen den
Knoten können
z.B. über
Funk, über
elektronische oder optische Übertragungsmedien
realisiert sein. Beispiele für
in Kommunikationsnetzen eingesetzte Technologien sind SDH (Synchronous
Digital Hierarchy), ATM (Asynchronous Transfer Mode), OSPF (Open
Shortest Path First), MPLS (Multi-Protocol Label Switching).
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Um
ein Kommunikationsnetz gegen den Ausfall von Netzkomponenten, d.h.
von Knoten und/oder Einzelverbindungen, zu schützen, werden Ersatzschaltmechanismen
eingesetzt, bei denen Reservekapazitäten im Kommunikationsnetz vorgehalten
und im Fehlerfall genutzt werden, um die Informationen um die ausgefallen
Netzkomponenten herum zu transportieren. Oftmals werden den Vertragspartnern
von Netzbetreibern durch als Service Level Agreement (SLA) bezeichnete Übereinkommen
eine bestimmte Ausfallsicherheit von Verbindungen garantiert. Aus
Sicht der Netzbetreiber müssen
trotz Einhaltung der SLA-Werte die Reservekapazitäten des
Kommunikationsnetzes gering gehalten werden, um die Kosten zu reduzieren.
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Ein
Netzbetreiber muss beim Verbindungsaufbau auf die Einhaltung der
SLA-Werte achten. Dies gilt sowohl für den Aufbau von Verbindungen
im Rahmen der Netzplanung, als auch für den Aufbau einer Verbindung
in einem bereits aufgebauten Kommunikationsnetz. Üblicherweise
werden hierfür
Wahrscheinlichkeiten für
das Auftreten von typischen Fehlerbildern, wie z.B. für einen
einfachen oder mehrfachen Fehler der Einzelverbindungen oder für einfache
Knotenfehler, berechnet. Diese Wahrscheinlichkeiten sind abhängig von
der Anzahl und Verfügbarkeit
aller Knoten und Einzelverbindungen des Kommunikationsnetzes. Als
Konsequenz wird das Kommunikationsnetz mit Schutzschemata gegen
das Auftreten bestimmter wahrscheinlicher Fehlerbilder geschützt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Verfahren
zum Aufbau einer Verbindung zwischen zwei Knoten eines Kommunikationsnetzes
aufzuzeigen, welches die Betrachtung von Fehlerbildern zum Schutz
einer Verbindung unnötig
macht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient dem Aufbau einer Verbindung zwischen einem Quellknoten und
einem Senkknoten eines Kommunikationsnetzes. Neben dem Quellknoten
und dem Senkknoten stellen eine oder mehrere weitere Knoten die
Knoten der Verbindung dar. Erfindungsgemäß wird aus jeweils einem Verfügbarkeitswert
von zumindest dem oder den weiteren Knoten der Verbindung und einer
jeden Einzelverbindung zwischen je weils zwei Knoten der Verbindung
eine Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
der Verbindung bestimmt.
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Der
Verbindungsaufbau kann ein bestehendes, bereits aufgebautes Kommunikationsnetz
betreffen. In diesem Fall kann im Rahmen des Verbindungsaufbaus
zum Beispiel eine Bestimmung der Knoten der Verbindung, welche zwischen
dem Quell- und dem Zielknoten liegen, erfolgen, und/oder ein Festlegen
eines zu verwendenden Schutzschemas für die Verbindung. Der Verbindungsaufbau
kann jedoch auch den Aufbau einer Verbindung zwischen Knoten in
der Phase des Aufbaus eines Kommunikationsnetzes, z.B. im Rahmen
der Netzplanung, betreffen, beispielsweise in dem Fall, wenn entschieden
werden muss, welche bzw. wie viele Knoten mit welchen Einzelverbindungen
untereinander existieren müssen,
um Verbindungen gegebenenfalls einer bestimmten Verbindungsgüte zu realisieren.
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Zur
Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
der Verbindung werden Verfügbarkeitswerte
eingesetzt, wobei es sich bei einem Verfügbarkeitswert um ein quantitatives
Maß für die Wahrscheinlichkeit
handelt, dass ein Knoten bzw. bzw. eine Einzelverbindung ausfällt. Ein
Knoten kann z.B. ausfallen aufgrund eines Hardware-Fehlers, eines
Software-Fehlers, aufgrund falscher Bedienung, wie z.B. durch eine
Misskonfiguration, durch die Beschädigung der Anbindung des Knotens,
wie z.B. durch einen Bagger, welcher ein Kabel durchreist. In der
Regel werden Statistiken über
die aufgetretenen Fehler bzw. Ausfälle geführt, so dass die Wahrscheinlichkeiten
für Ausfälle bekannt
sind.
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In
die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
können
die Verfügbarkeitswerte
von allen Knoten der Verbindung eingehen, dass heißt von dem
Quellknoten, dem Zielknoten, und dem oder den weiteren Knoten, oder
auch lediglich die Verfügbarkeitswerte
der weiteren Knoten. Weiterhin gehen Verfügbarkeitswerte aller Einzelverbindungen
zwischen jeweils zwei Knoten der Verbindung in die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
ein. Zur Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit aus den Verfügbarkeitswerten
können
verschiedene Rechenvorschriften verwendet werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
der Verbindung durch eine Multiplikation der jeweiligen Verfügbarkeitswerte.
Gemäß dieser
Rechenvorschrift zur Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
werden alle Verfügbarkeitswerte,
welche in die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
eingehen, miteinander multipliziert.
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Einer
Ausgestaltung der Erfindung gemäß wird die
bestimmte Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
mit einem Schwellenwert verglichen. Ein positives Zeichen für die Verbindung
ist es, wenn die bestimmte Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit den Schwellenwert überschreitet.
Ein Schwellenwert kann zum Beispiel aus einem Service Level Agreement
(SLA) stammen. Der Schwellenwert kann gegebenenfalls dynamisch geändert werden.
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Es
ist vorteilhaft, wenn abhängig
von der bestimmten Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
ein Schutzschema oder auch mehrere Schutzschemata für die Verbindung
realisiert werden. Eine Realisierung eines Schutzschemas kann aus
der Auswahl eines Schutzschemas aus verschiedenen Schutzschemata
bestehen, wie zum Beispiel aus den Schutzschemata 1+1 und 1:1, oder
auch in der konkreten Anwendung eines Schutzschemas oder einer Kombination
mehrerer Schutzschemata. Weitere anwendbare Schutzschemata sind
z.B. pfadbasierte Schutzschemata wie 1:N, !+1, Fast-Reroute, Haskin,
Local-2-Egress, Regional, oder ringbasierte Schutzschemata wie z.B.
Ringe, p-Cycles, oder verteilte Mechanmismen wie z.B. Rerouting.
Eine konkrete Anwendung eines Schutzschemas kann zum Beispiel darin
bestehen, dass abhängig
von der bestimmten Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit eine oder mehrere
weitere Verbindungen zwischen dem Quellknoten und dem Senkknoten
zur Verfügung
gestellt werden. Eine solche weitere Verbindung kann zum Beispiel
eine Zusatzverbindung sein, so dass für eine Kommunikation zwischen
dem Quell- und dem Senkknoten beide Verbindungen gleichzeitig zur
Informationsüber tragung
genutzt werden, oder auch eine Ersatzverbindung, die nur im Falle
des Ausfalls der Verbindung benötigt
und zur Informationsübertragung
verwendet wird. Ein Teil einer solchen Ersatzverbindung kann eine
Ersatzverbindung für
mehrere Verbindungen zwischen verschiedenen Quell- und Senkknoten
darstellen. Ein zur Verfügung
stellen eines oder mehrerer weiterer Verbindungen ist insbesondere dann
vorteilhaft, wenn die bestimmte Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
unter einem Schwellenwert liegt.
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In
Weiterbildung der Erfindung wird abhängig von der bestimmten Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
eine Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
einer anderen Verbindung zwischen dem Quellknoten und dem Senkknoten
bestimmt. Es erfolgt eine Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
für eine
Mehrzahl von Verbindungen zwischen dem Quell- und dem Senkknoten.
Hierdurch kann eine besonders geeignete Verbindung zwischen dem Quell-
und dem Senkknoten ermittelt werden, welche zukünftig für eine Informationsübertragung
genutzt werden kann. Auf diese Weise kann eine Verbindung oder auch
mehrere Verbindungen bestimmt werden, deren Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
bzw. Verfügbarkeiten
einen bestimmten Schwellenwert überschreiten.
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Einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß werden abhängig von
der bestimmten Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
der Verfügbarkeitswert
einer oder mehrerer Knoten der Verbindung und/oder einer oder mehrerer
Einzelverbindungen geändert.
Soll die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
der Verbindung gesteigert werden, so können Verfügbarkeitswerte des Quellknoten
und/oder des Senkknotens und/oder einer oder mehrerer weiterer Knoten
der Verbindung und/oder einer oder mehrerer Einzelverbindungen erhöht werden.
Eine Änderung
eines Verfügbarkeitswertes
eines Knotens kann z.B. erfolgen über die Einführung von
Redundanz oder Kontrollsoftware oder Software, welche Misskonfigurationen
vermeidet. Eine Änderung
eines Verfügbarkeitswertes
einer Einzelverbindung kann z.B. erfolgen über die Änderung der Grabungstiefe oder
Mantelung der Ver bindung, über
die Änderung
der Qualität
oder Belastung der Verbindung.
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In
Ausgestaltung der Erfindung erfolgt neben der Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
der Verbindung die Bestimmung einer Ende-zu-Ende-Dienstgüte der Verbindung.
Eine Ende-zu-Ende-Dienstgüte kann
zum Beispiel aus der Verfügbarkeit
einer Ende-zu-Ende-Bitrate bestehen. Die Bestimmung der Ende-zu-Ende-Dienstgüte kann
insbesondere unter Verwendung einer analog zur Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
ausgestalteten Rechenvorschrift erfolgen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigt:
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1:
ein Kommunikationsnetz.
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Das
in 1 dargestellte Kommunikationsnetz umfasst die
Knoten A, B, C, D, E, F, G, H und I. Eine direkte Kommunikation
ist jeweils zwischen zwei Knoten möglich, welche durch eine Einzelverbindung,
in 1 durch eine Linie zwischen den jeweiligen Knoten
gekennzeichnet, verbunden sind. Es soll der Fall betrachtet werden,
dass eine Verbindung zwischen den beiden Knoten A und I, sowie zwischen
den beiden Knoten C und G aufgebaut werden soll. Hierzu wird angenommen,
dass der Netzbetreiber garantiert, dass eine Verbindung nicht länger als
48 Stunden im Jahr ausfallen darf. Dies bedeutet, dass die Verfügbarkeit
einer jeden Verbindung 0,995 betragen muss, bzw. dass ein Ausfall
einer Verbindung nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,005 auftreten
darf.
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Es
sind Verfügbarkeitswerte
für alle
Knoten und alle Einzelverbindungen des Kommunikationsnetzes bekannt.
In den folgenden Ausführungen
wird zur Vereinfachung davon ausgegangen, dass diese Verfügbarkeitswerte
sowohl für
die Knoten als auch für
die Einzelverbindungen 0,999 beträgt. Die Erfindung ist jedoch auch
auf den Fall anwendbar, dass für
verschiedene Knoten und Einzelverbindungen unterschiedliche Verfügbarkeitswerte
gelten.
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Um
die Verfügbarkeit
einer Verbindung von 0,995 zu gewährleisten, wird gemäß dem Stand
der Technik auf Basis der Größe des Kommunikationsnetzes,
welches aus 9 Knoten und 14 Einzelverbindungen besteht, die Wahrscheinlichkeit
für das
Auftreten bestimmter Fehlerbilder berechnet. Die Wahrscheinlichkeit
p
1, dass zu einem Zeitpunkt genau ein Fehler
auftritt, beträgt.
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Dies
liegt über
der erlaubten Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten eines Ausfalls
von 0,005.
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Die
Wahrscheinlichkeit p
2, dass sich mehr als
ein gleichzeitiger Fehler im Kommunikationsnetz ereignet, beträgt:
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Die
Wahrscheinlichkeit, dass gleichzeitig zwei oder mehr Fehler auftreten,
liegt mit einem Wert von 0,00025 unter der erlaubten Wahrscheinlichkeit
für einen
Ausfall von 0,005. Daher wird jede Verbindung zwischen zwei Knoten
des Kommunikationssystems, welche die Verfügbarkeit von 0,995 aufweisen
soll, durch eine weitere Verbindung in Form einer Zusatz- oder Ersatzverbindung
zwischen den selben Knoten abgesichert. Soll eine Verbindung zwischen
den Knoten A und I aufgebaut werden, so existiert beispielsweise
eine Verbindung über
die Knoten C und F, und eine weitere Verbindung über die Knoten B, E und H,
jeweils durch Pfeile symbolisiert. Für einen Verbindungsaufbau zwischen
den beiden Knoten C und G existiert eine Verbindung über den
Knoten F und eine weitere Verbindung über den Knoten D, jeweils durch
Pfeile symbolisiert.
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Wird
ein 1+1 Schutzschema verwendet, so werden Informationen bzw. Nachrichten
zwischen zwei Knoten gleichzeitig über zwei verschiedene Verbindungen
zwischen diesen Knoten übertragen.
So würde
eine Nachrichtenübertragung
zwischen den Knoten A und I sowohl über die Knoten C und F, als
auch über
die Knoten B, E und H erfolgen. Zusätzlich zu der Verbindung, welche über die
Knoten C und F verläuft,
wird die Zusatzverbindung über
die Knoten B, E und H zur Verfügung
gestellt und zur Nachrichtenübertragung
eingesetzt. Zwischen den Knoten C und G würde eine Nachrichtenübertragung
sowohl über
den Knoten F, als auch über die
Zusatzverbindung über
den Knoten D erfolgen. Dies bedeutet eine doppelte Belegung von
Ressourcen für eine
Nachrichtenübertragung,
so dass der Gesamtnachrichtenumsatz vermindert wird.
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Bei
einer Verwendung eines 1:1 Schutzschemas wird eine Nachricht zwischen
zwei Knoten nur über eine
Verbindung zwischen diesen Knoten übertragen, wobei jedoch eine
Ersatzverbindung zur Verfügung steht, über welche
bei Ausfall der Verbindung die Nachrichtenübertragung erfolgt. So stellt
die Verbindung zwischen den Knoten A und I, welche über die
Knoten B, E und H verläuft,
eine Ersatzverbindung für
die Verbindung über
die Knoten C und F dar. Verbindungen zwischen verschiedenen Knoten
können
zumindest teilweise die gleiche Ersatzverbindung zur Verfügung haben,
da die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von mehr als einem Fehler,
d.h. die Wahrscheinlichkeit, dass beide Verbindungen gleichzeitig
die Ersatzverbindung benötigen,
den niedrigen Wert von 0,00025 aufweist.
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Erfindungsgemäß werden
Ende-zu-Ende-Verfügbarkeiten
von Verbindungen bestimmt. Für
die Verbindung zwischen den Knoten A und I, welche über die
beiden Knoten C und F verläuft,
ergibt sich für
die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
AAI: AAI =
0,9997 = 0,993.
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Für die Verbindung
zwischen den Knoten C und G, welche über den Knoten F verläuft, ergibt
sich für die
Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
ACG: ACG =
0,9993 = 0,997.
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Die
Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
von 0,997 für
die Verbindung zwischen den Knoten C und F übersteigt den minimal erforderlichen
Wert von 0,995. Daher ist es nicht nötig, für die Verbindung zwischen den Knoten
C und G, welche über
den Knoten F verläuft,
eine Ersatz- oder Zusatzverbindung zu realisieren. Der Knoten D
kann daher uneingeschränkt
für andere
Verbindungen genutzt werden.
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Die
Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
von 0,993 für
die Verbindung zwischen den Knoten A und I hingegen liegt unter
dem minimal erforderlichen Wert von 0,995. Daher wird neben der
Verbindung zwischen den Knoten A und I, welche über die Knoten C und F verläuft, eine
weitere Verbindung zur Verfügung
gestellt, welche über die
Knoten B, E und H verläuft.
Als Schutzschema kann z.B. wie oben beschrieben ein 1+1 oder 1:1
Schema eingesetzt werden.
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Gemäß dem oben
beschriebenen Stand der Technik beeinflussen die Größe des Kommunikationssystems
und alle Verfügbarkeitswerte
die benötigten
Reservekapazitäten.
Reservekapazitäten
werden entsprechend für
alle Verbindungen in gleichem Ausmaß zur Verfügung gestellt. Durch das erfindungsgemäße Vorgehen
hingegen werden Reservekapazitäten
nur für
diejenigen Verbindungen benötigt
und zur Verfügung
gestellt, deren Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten. Somit ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine Unterscheidung zwischen Eigenschaften spezieller Knoten und
Einzelverbindungen, welche Teil einer Verbindung zwischen zwei Knoten
sind, möglich.
Dies führt
zu einer Einsparung von Ressourcen und somit zu Kosteneinsparungen
bei den Netzkosten.
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Die
beschriebene Berechnung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeiten kann beim Verbindungsaufbau
auf verschiedene Weisen eingesetzt werden. So kann beim Routing,
d.h. bei der Bestimmung derjenigen Knoten, welche Bestandteil der
Verbindung sind, die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit einbezogen werden,
indem diejenigen Verbindungen bevorzugt werden, welche eine möglichst
hohe Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
aufweisen. In dem oben beschriebenen Beispiel, in welchem alle Knoten
und Einzelverbindungen die gleichen Zuverlässigkeitswerte aufweisen, resultiert
dies in einer Bevorzugung der kürzesten
Verbindungen zwischen zwei Knoten. Wenn Redundanz bzw. Ersatzschalteverfahren
eingesetzt werden, sowie wenn ein Sharing von Ressourcen einbezogen
wird, werden für
die kostengünstigste
Gesamtkonstellation in der Regel nicht die kürzesten Pfade verwendet.
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Ein
weiterer Anwendungsfall der Berechnung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeiten
liegt darin, bei einer mangelhaften Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit die Verfügbarkeitswerte
von Knoten und/oder Einzelverbindungen zu erhöhen. Schließlich ist es, wie oben beschrieben,
möglich,
abhängig
von den bestimmten Ende-zu-Ende-Verfügbarkeiten Reservekapazitäten zur
Verfügung
zu stellen.
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Als
Zusatzkriterium neben den Ende-zu-Ende-Verfügbarkeiten können auch
Ende-zu-Ende-Dienstgüten
verwendet werden. So kann z.B. eine erste Verbindung zwischen zwei
Knoten, welche eine geringfügig niedrigere
Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit
aufweist als eine zweite Verbindung zwischen den gleichen Knoten, jedoch
eine höhere
Ende-zu-Ende-Dienstgüte,
bevorzugt werden.
