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Eine
fortschreitende Integration bisher getrennt in Kommunikationsnetzen übertragene
Daten wie Sprachdaten und Datenfiles verlangt zunehmend eine netzübergreifende
Kommunikationstechnik. Hierbei werden für Sprachdienste und Sprachband-Datenübertragung
neben den traditionell eingesetzten echtzeitfähigen, leitungsvermittelten
Netzen LVN, zunehmend die zuvor für reine Datenübertragungen
vorgesehenen, nicht echtzeitfähigen,
paketvermittelten Netzen PVN eingesetzt. Bei den leitungsvermittelten
Netzen LVN wird im Gegensatz zu den paketvermittelten Netzen PVN
exklusiv ein Kanal für
die Informationsübertragung
geschalten. Dieser erfüllt
die für
die Sprachdienste und Sprachband-Datenübertragung erforderlichen Echtzeiteigenschaften.
Im Rahmen dieser Integration werden die zuvor ausschließlich zwischen
Endpunkten in leitungsvermittelten Netzen LVN betriebenen Dienste
sowohl über
paketvermittelte Netzabschnitte, als auch netzübergreifend zwischen LVN- und
PVN-Endpunkten abgewickelt. Zu diesem Zweck werden am Übergang zwischen
beiden Netztypen, also an der Peripherie des paketvermittelten Netzes
PVN, eine Netzübergangseinheit,
ein so genanntes Gateway G integriert. Ein Gateway G stellt dabei
allgemein eine Umwandlungs- und/oder Codeumsetzungs-Funktion zwischen
den verschiedenartigen Netztypen zur Verfügung. Für die Datenströme mit Ursprung
in einem leitungsvermittelten Netz LVN hat ein Gateway G dabei die
Aufgabe, diese zu paketieren und den paketierten Verkehr an das
paketvermittelte Netz PVN auszuliefern. Für die Datenströme mit Ursprung
im paketvermittelten Netzen PVN wird die Funktionalität umgekehrt
durchlaufen.
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Aufgrund
der nicht echtzeitfähigen
Datenübertragung
in PVN kann es zu einer Verschlechterung der Datenübertragungsqualität kommen.
Dies liegt im Wesentlichen darin begründet, dass einzelnen Verbindungen
kein exklusiver Übertragungskanal
zur Verfügung
steht, bzw. ein Übertragungskanal für alle Verbindungen
zur Verfügung
steht. Neben dem Vorteil der besseren Ausnutzung des Übertragungskanals
bringt dies den Nachteil mit sich, dass die Daten verschiedener
Verbindungen aufgrund hoher Auslastung oder dem Ausfall von Netzabschnitten
verschiedenen Störeinflüssen unterliegen,
welche die Echtzeiteigenschaften einer Verbindung stark beeinflussen.
So kann es zu einer Verlängerung
der Laufzeit der Pakete kommen. Die Paket-Laufzeit wird mit dem
so genannten 'packet
delay' gemessen.
Des Weiteren kann der zeitliche Abstand des Eintreffens aufeinander
folgender Pakete stark variieren. Diese Laufzeitunterschiede werden
mit dem so genannten 'packet
jitter' gemessen.
Während
einer Datenübertragung
können
auch Pakete verworfen werden. Der Anteil der verworfenen Pakete
wird mit dem so genannten 'packet
loss' gemessen.
Ein starkes Abweichen dieser drei Qualitätskriterien führt zu einer
signifikanten Verschlechterung der Datenübertragung. Um Echtzeitdienste
mit vorgegebenen Qualitätskriterien
im PVN anbieten zu können,
dürfen
sich die Parameter nur innerhalb definierter Grenzen bewegen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Schaltungsanordnung
und ein dazugehöriges
Verfahren zur Netzwerkanalyse anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 6 gelöst.
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Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass Qualitätsprobleme
innerhalb eines paketvermittelten Netzes PVN ohne zusätzliche
Spezial-Protokolle oder spezialisierte Netzarchitekturen erkannt und
Ersatzwege bereitgestellt werden können.
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Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass innerhalb eines Datenpaketvermittelnden
Netzes PVN die für
die Verschlechterung der Datenübertragungsgüte verantwortlichen
Netzknoten und Netzregionen lokalisierbar sind.
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Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass der Datenfluss über andere
Knoten innerhalb des paketvermittelten Netzes PVN geleitet werden kann,
um so eine zugesicherte Qualität
der Datenübertragung
einzuhalten.
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Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Einbeziehung intakter
Netzwerkrouten eine effiziente Analyse und Lokalisierung der überlasteten oder
ausgefallenen Netzabschnitte ermöglicht.
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Weitere
Besonderheiten der Erfindung werden aus den nachfolgenden näheren Erläuterungen zu
den Figuren eines Ausführungsbeispiels
ersichtlich.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Netzdarstellung eines IP-basierten Datenübertragungsnetzes
mit Netzübergangseinheiten,
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2 eine
Lokalisierung eines Netzknotens innerhalb des IP-basierten Datenübertragungsnetzes,
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3 ein
Flussdiagramm zur Ermittlung von Adress-Datensätzen und
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4 ein
weiteres Flussdiagramm zur Analyse der Datensätze.
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Die
nachfolgenden Abschnitte beschreiben die Anwendung der Erfindung
auf ein IP-basiertes Telekommunikationsnetz.
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Bei
den an der Peripherie der IP-Netze angeordneten Gateways G, die
nachfolgend auch als Media-Gateway bezeichnet werden, handelt es
sich beispielsweise um Access Gateways oder Trunking Gateways.
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Ein
Access-Gateway als Spezialform eines Media-Gateways ermöglicht einerseits
den Anschluss traditioneller analoger Teilnehmer-Netz-Schnittstellen
und andererseits den Anschluss gängiger
digitaler Teilnehmer-Netz-Schnittstellen, so genann ter User-Network-Interfaces
(UNI), an ein Internetprotokoll basiertes Netz IPN. Bei letzteren
Anschlüssen
handelt es sich beispielsweise um ein ISDN Basic-Rate-Interface
oder ISDN Primary-Rate-Interface.
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Ein
Trunking-Gateway als weitere Ausgestaltung eines Media-Gateways G ermöglicht den
Anschluss gängiger
Netzwerk-Netzwerk-Schnittstellen, so
genannter Network-Network-Interfaces
(NNI), d.h. Netzwerk-interner Schnittstellen, wie z.B. eine SS7-Signalisierung
und Trunks. Ein Trunking-Gateway befindet sich an einer Netzwerk-internen
Schnittstelle zwischen klassischen Leitungsvermittelten Netzen und
Internetprotokoll-basierten Netzen IPN.
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Eine
innerhalb der Netze mit Internetprotokoll einzuhaltende wie oben
erläuterte
Datenübertragungsqualität wird als
Quality of Service QoS bezeichnet. Zur Ermittlung des QoS im Internetprotokoll-basierten
Netz IPN werden parallel zur Datenübertragung Messungen zur Überprüfung der
Qualitätskriterien 'packet delay', 'packet jitter' und 'packet loss' durchgeführt und
zusammengefasst. Hierbei bewertet 'packet delay' die Laufzeit eines Datenpaketes, 'packet jitter' den zeitlichen Abstand
des Eintreffens ursprünglich
aufeinanderfolgender Pakete beim Empfänger und 'packet loss' den Anteil der Pakete, die während eines
Datentransportes im Internetprotokoll basierten Netz IPN zwischen
einer Datenquelle und Datensenke verloren gehen.
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Abhängig von
der Dichte des Datenverkehrs können
einzelne Netzelemente z.B. Router in eine Situation der Überlastung
geraten. Die Datendichte kann z.B. mit der Tageszeit variieren oder
sich als Folge des Ausfalls eines Netzelementes z.B. eines Routers
deutlich verstärken.
Als Folge der Überlast beginnen
die betreffenden Router vermehrt IP-Pakete zu verwerfen, die Latenzzeiten
erhöhen
sich und/oder variieren stark für
verschiedene Pakete eines Datenstroms. Als Folge daraus kann ein
dem Benutzer garantierter QoS nicht mehr eingehalten werden.
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In 1 sind
eine Vielzahl von Netzknoten NK1, ..., NKn, die nachfolgend auch
als Router bezeichnet werden, innerhalb eines Internetprotokoll-basierten
Netzes IPN schematisch abgebildet. Die Router NK1, ..., NKn sind
miteinander vermascht. Zugang zu dem Internetprotokoll-basierten
Netz IPN besteht z.B. über
Media-Gateways G. Diese Media-Gateways G existieren, wie oben erläutert, in
unterschiedlichen Ausführungen.
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Anhand
der 2 wird der Gegenstand der Erfindung und das dazugehörige Verfahren
beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird ein
Absinken des Quality of Service QoS gemäß nachfolgender Schritte für bestehende
Verbindungen erkannt und behoben sowie für neue Verbindungen verhindert.
Die an der Peripherie des Internetprotokoll-basierten Netzes IPN
angeordneten Access-Gateways oder Trunking-Gateways messen fortlaufend
die QoS-Parameter, wie 'packet
delay', 'packet jitter' und 'packet loss'. Eine Auswertung
dieser Daten erfolgt Ziel-IP-Adressen orientiert, innerhalb eines
vom Netzwerk-Mangement-System NMS vorgegebenen Zeitintervalls, d.h. die
QoS-Parameter mehrerer Verbindungen zur selben Ziel-IP-Addresse werden aggregiert.
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Der
Netzbetreiber gibt über
ein Netzwerk-Management-System NMS die dem Benutzer zugesicherten
und vom System zu erbringenden Quality of Service vor. Die Ziel-IP-Adressen
einer Datenverbindung mit degradiertem QoS werden zunächst in
den Access-Gateways bzw. Trunking-Gateways im Ziel-Adressermittlungs-Modul
ZAM protokolliert. Zusätzlich
werden auch die Netzwerk-Routen NR einiger weniger Ziel-IP-Adressen
mit nicht degradiertem QoS ermittelt.
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Für die Ziel-IP-Adressen
mit degradiertem und nicht-degradiertem
QoS werden in den Gateways neben den Ziel-IP- Adressen auch die Transit-IP-Adressen
der Netzknoten NK1..NKn, entlang der Datenverbindungstrecke im Transitnetzknoten-Ermittlungs-Modul
TEM ermittelt. Letzteres erfolgt mit einem Netzwerk-Routen-Ermittlungs-Verfahren
NREV. Die grundsätzliche
Funktion eines NREV wird nachfolgend anhand des Trace-Route-Verfahrens
erläutert:
Das
Trace-Route-Verfahren stellt ein Standardverfahren dar, welches
z.B. auf UNIX basierten Systemen als Kommandozeilenbefehl zu Verfügung steht, um
die Route der Pakete zu dezidierten IP-Adressen zu bestimmen und
zu protokollieren.
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Im
Media-Gateway wird dieses Standardverfahren nachgebildet, um die
Transit-IP-Adressen für eine
Ziel-IP-Adresse mit degradiertem bzw. nicht degradiertem QoS zu
ermitteln.
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Beim
Trace-Route-Verfahren werden vom Media-Gateway gezielt Pakete gesendet,
die in den Transit-Netzknoten verworfen werden, worüber das Media-Gateway
benachrichtigt wird. Die an das Media-Gateway gesendete Quittung
identifiziert die IP-Adresse
des Transit-Netzknotens. Die IP-Adressen aller Transit-Netzknoten
zu einer Ziel-IP-Adressen werden als Netzwerk-Route NR bezeichnet.
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Die
ermittelten Netzwerk-Routen NR der mit unzureichendem QoS eingestufte
Ziel-IP-Adressen, sowie einige Netzwerk-Routen NR der Ziel-IP-Adressen
mit ausreichendem QoS werden in regelmäßigen Abständen vom Media-Gateway über das
Daten-Bereitstellungs-Modul
DBM an ein Netzwerk-Management-System NMS weitergeleitet.
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Eine
Analyse der Quality of Service Probleme erfolgt dann im Netzwerk-Management-System NMS.
Dem Netzwerk-Management-System
NMS als zentralem Netzelement stehen dazu nicht nur die Daten eines,
sondern sämtlicher
Media-Gateways des Internetprotokoll-basierten Netzes IPN zu Verfügung. Dies
ermöglicht
eine übergreifende
Betrachtung des gesamten IPN. Die Netzwerk-Routen NR mit einem Quality
of Service QoS Problem werden bei der Analyse mit den als gut eingestuften
Netzwerk-Routen NR
korreliert. Durch diese Korrelation der Messdaten aller Media-Gateways
werden gestörte
Netzelemente, z.B. Transit-Netzkonten oder Leitungsabschnitte zwischen
Transit-Netz-Knoten,
identifiziert. Durch die Mitbetrachtung der Netzwerk-Routen NR mit ausreichendem
QoS wird die Anzahl der möglichen
Verursacher für
den unzureichenden QoS drastisch reduziert. Als Reaktion kann ein
gezieltes Rerouting erfolgen, mit dem ein gestörter Netz-Routenabschnitt umgangen
oder schlechter Transit-Netzknoten NKn isoliert werden kann. Nachfolgende
Verbindungen werden dann auf intakte Netz-Routenabschnitte umgeleitet.
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In
einer Ausführungsvariante
wird beispielsweise innerhalb eines Access-Gateways die Übertragung
der Telekommunikationsdaten zwischen dem Time Devision Multiplex,
das auch als Leitungsvermitteltes Netz LVN bezeichnet wird, und
dem Internetprotokoll basierten Netz IPN durch eine Modem-Pool-Card
realisiert. Dabei wird während
eines vom Netzwerk-Management-System
NMS vorgegebenen Messzykluses eine Ziel-IP-Adressenspezifische Messung
betreffend der Quality of Service Parameter durchgeführt. Eine
Ziel-IP-Adresse wird dabei in eine Liste von Ziel-IP-Adressen mit
einem nicht erreichten Quality of Service Wert aufgenommen, sofern
für einen
der signifikanten Quality of Service-Parameter die durch das Netzwerk-Management-System
NMS vorgegeben Obergrenze nicht erreicht wurde. Die Messungen unterschiedlicher
Verbindungen zur selben Ziel-IP-Adresse werden dabei über die Dauer
eines Messzyklus im Media-Gateway G gesammelt und gemeinsam betrachtet.
Für jede Ziel-IP-Adresse
mit degradiertem Quality of Service Wert und einige wenige mit nicht-degradiertem QoS-Wert
werden dann mithilfe eines Netzwerk-Routen-Ermittlungs-Verfahrens
NREV, wie z.B. dem Trace-Route-Verfahren die Netzwerk-Route NR,
d.h. die Liste der IP-Adressen aller Transit-Netzknoten zur jeweiligen
Ziel-IP-Adresse, bestimmt.
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Am
Ende eines jeden Messzyklus werden sowohl die Liste der Ziel-IP-Adressen
mit degradiertem Quality of Service Wert QoS einschließlich ihrer ermittelten
Netzwerk-Routen NR als auch die ausgewählten Ziel-IP-Adressen mit
nicht-degradiertem Quality of Service Wert QoS mit ihren zugehörigen Netzwerk-Routen NR dem Netzwerk-Management-System
NMS in Form einer Datei zur Verfügung gestellt.
Die Netzwerkanalyse kann auf verschiedene Art und Weise getriggert
werden. So können
in Abhängigkeit
von einem geeigneten Alarmierungsmechanismus die ermittelten Daten
aktiv vom Media-Gateway G an das Netzwerk-Management-System NMS übertragen
werden. Alternativ kann umgekehrt das NMS diese Daten periodisch über einen Polling-Mechanismus von Media-Gateway
abholen. Aufgrund der im Netzwerk-Management-System NMS gesammelten
Daten kann mit Hilfe einer Nachbearbeitung im NMS unter Auswertung
der ermittelten Netzwerk-Routen NR ein Transit-Netzknoten NKn vorübergehend
aus dem Internetprotokoll-basierten Netz IPN genommen werden.
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In 3 ist
ein Flussdiagramm zur Erfassung der QoS Daten abgebildet. Die in
Modulen zusammengefasste Auswertung und Netzwerkanalyse ist vorzugsweise
in Media- bzw. Access-Gateway
angeordnet. Dabei kann auch mittels eines Setup Moduls SM die Definition
der Messperiodendauer sowie der Angabe der Maximalwerte für Jitter-,
Delay- und Loss erfolgen.
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Die
Messung der QoS -Parameter erfolgt dabei per Ziel-IP-Adressen. In dieser
Messung werden, wie oben angegeben, kontinuierlich alle Ziel-IP-Adressen
mit degradiertem QoS und alle Ziel-IP-Adressen mit nicht degradiertem
QoS im Ziel-Adressermittlungs-Modul
ZAM ermittelt. Aufgrund der vorliegenden Daten werden dann in einem nachfolgenden
Transitnetzwerkknoten-Ermittlungs-Modul TEM die Routen für alle ermittelten Ziel-IP-Adressen
mit degradiertem Qos und ebenso für einige mit nicht-degradiertem
QoS ermittelt. Zur weiteren Verarbeitung werden die Daten der Routen durch
ein Datenbereitstellungs-Modul DBM an das Netzwerkmanagement weitergeleitet.
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In 4 ist
ein Flussdiagramm zur Auswertung der QoS Daten angegeben. Die mittels
der Datenbereitstellungsmodule der einzelnen Media-Gateways G generierten
Daten werden in der Netzwerkmanagementeinheit NMS in einer Speichereinheit
in einer ersten, zweiten und dritten Liste Tk,
Tuk, NTK zusammengefasst.
Die erste Liste Tk enthält alle Transitknoten, die
in Routen mit kritischem QoS vorkommen, die zweite Liste TUK diejenigen Transitknoten, die in den ausgewählten Routen
mit unkritischem QoS vorkommen. Schliesslich sind in der Liste NTK die Häufigkeiten,
mit denen die Elemente in der Liste TK auftreten,
enthalten. Mit einem ersten Generierungsmodul GM1 wird die Menge
aller Transist-Netzknoten mit potentiell kritischen QoS Tk um die Elemente reduziert, die auch in
der Liste der Transit-Netzknoten mit unkritischem QoS Tuk enthalten sind.
Das Ergebnis wird in einer vierten Liste TkFilter zusammengefasst.
Mittels eines zweiten Generierungsmoduls GM2 werden die verbleibenden
potentiellen Verursacher-Knoten in der Liste TkFilter in
Relation zu den Häufigkeiten
in der dritten Liste NTk gesetzt. In einer
abschließenden
Analyse erfolgt in GM2 mit einem vom Netzwerk-Management-System
NMS vorgegebenen Kriterium die Isolation der eigentlichen Verursacher.
Siehe hierzu die Häufigkeitsverteilung
von kritischen Transit-Netzknoten NKn.