DE102005003260B4

DE102005003260B4 - Iteratives Routing-Verfahren mit pfadabhängiger Routing-Metrik

Info

Publication number: DE102005003260B4
Application number: DE102005003260A
Authority: DE
Inventors: Michael Bahr; Martin Dr. Greiner; Rudolf Dr. Sollacher; Wolfram Krause
Original assignee: Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: WO2006079431A1; CN101385285A; DE102005003260A1; KR20070115893A; US20080117892A1; EP1844581A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung von Pfaden in einem eine Mehrzahl von Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) umfassenden Kommunikationsnetz unter Verwendung einer Routing-Metrik, bei dem in die Routing-Metrik eine Größe (B_k ^cum) eingeht, welche aus der Anzahl an über einen Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) verlaufenden Pfaden ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Pfaden in einem eine Mehrzahl von Knoten umfassenden Kommunikationsnetz unter Verwendung einer Routing-Metrik. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
In Kommunikationsnetzen werden Nachrichten vom jeweiligen Sender zu einem oder mehreren Empfängern übertragen. Hierbei umfasst das Kommunikationsnetz Knoten, welche Nachrichten versenden, empfangen und gegebenenfalls zu einem benachbarten Knoten weiterleiten. Die konkrete Ausgestaltung der Knoten sowie der Verbindungen zwischen benachbarten Knoten hängt vom betrachteten Netz ab. Im Internet beispielsweise sind Router über Leitungen miteinander verbunden, während in Funkkommunikationssystemen eine Funkschnittstelle benachbarte Funkstationen miteinander verbindet.
Sind Sender und Empfänger einer Nachricht nicht benachbart, so wird die Nachricht über einen Pfad, welcher über einen oder mehrere Knoten verläuft, übertragen. Um den Ablauf der Nachrichtenübertragung effizient zu gestalten, wird vor der Nachrichtenübertragung ein Pfad zwischen Sender und Empfänger ermittelt. Hierzu ist es bekannt, dass Knoten Routingtabellen speichern. Diese enthalten Informationen, welche die Entscheidungsgrundlage für die Festlegung der Wegewahl und Weiterleitung von Nachrichten im Netz bilden. Aufbau und Inhalt sowie die Aktualisierungsmechanismen von Routingtabellen sind im Wesentlichen vom eingesetzten Routing-Verfahren abhängig.
Das Dokument WO 2004/064307 A2 beschreibt ein Verfahren zur Optimierung des Routing in einem Netzwerk, welches aus mehreren Core Networks und mehreren Access Networks besteht.
Zuerst wird hierbei für jedes Core Network und für jedes Access Network eine „target matrix" ermittelt. Eine „target matrix" beinhaltet Pfade von verschiedenen Startpunkten zu verschiedenen Zielpunkten.
Bei der Ermittlung von Pfaden wird in der Regel eine Routing-Metrik verwendet. Mit dieser werden verschiedene Pfade bewer tet und hierdurch die Entscheidung ermöglicht, welcher Pfad aus einer Mehrzahl an möglichen Pfaden verwendet werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von Pfaden in einem Kommunikationsnetz und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogrammprodukt zum Durchführen dieses Verfahrens aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit Merkmalen von nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung von Pfaden in einem eine Mehrzahl von Knoten umfassenden Kommunikationsnetz wird eine Routing-Metrik verwendet. In die Routing-Metrik geht eine Größe ein, welche aus der Anzahl an über einen Knoten verlaufenden Pfaden ermittelt wird.
Ein Pfad durch das Kommunikationsnetz verläuft von einem Start- oder Sendeknoten zu einem Ziel- oder Empfängerknoten. Sind der Start- und der Zielknoten nicht benachbart, verläuft der Pfad über einen oder mehrerer weitere Knoten. Eine Routing-Metrik wird zur Bewertung von Pfaden eingesetzt, so dass unter Verwendung der Routing-Metrik zwischen alternativen Pfaden entschieden werden kann. So kann beispielsweise aus einer Mehrzahl an alternativen Pfaden zwischen einem bestimmten Sender und einem bestimmten Empfänger derjenige Pfad verwendet werden, welcher den niedrigsten Wert der Routing-Metrik, d. h. die kürzeste Länge gemäß der Routing-Metrik, aufweist.
Die Größe, welche gemäß der Erfindung in die Routing-Metrik eingeht, wird aus der Anzahl an über einen Knoten verlaufenden Pfaden ermittelt. Neben der Anzahl an über einen Knoten verlaufenden Pfaden können auch andere Werte oder Parameter in die Ermittlung der Größe einbezogen werden, so wie z. B. zusätzlich die Anzahl an von dem Knoten ausgehenden Pfaden, d. h. zusätzlich die Anzahl der Pfade, bei welchen der jeweilige Knoten der Startknoten ist. Die Anzahl an über einen Knoten verlaufenden Pfaden und von dem Knoten ausgehenden Pfaden zu verwenden, entspricht der Betrachtung, wie oft ein bestimmter Knoten sendender Bestandteil eines Pfades ist und beschreibt somit eine Auslastung des Knotens.
Neben der beschriebenen Größe können auch weitere Größen in die Routing-Metrik eingehen. Insbesondere kann die beschriebene Größe in Bezug auf eine Mehrzahl von Knoten in die Routing-Metrik eingehen. So kann beispielsweise die Routing-Metrik gebildet werden, indem die beschriebene Größe aller Knoten, über welche der Pfad verläuft, addiert wird. Oder die Routing-Metrik kann gebildet werden, indem die beschriebene Größe aller Knoten, über welche der Pfad verläuft, und aller Knoten, welche zu den Knoten, über welche der Pfad verläuft, ein bestimmtes Verhältnis aufweisen, addiert wird.
In Weiterbildung der Erfindung wird für einen oder mehrere Knoten:
eine erste Summe aus der Anzahl an über den Knoten verlaufenden Pfaden und von dem Knoten ausgehenden Pfaden bestimmt, für jeden Nachbarknoten des jeweiligen Knotens eine zweite Summe aus der Anzahl an über den jeweiligen Nachbarknoten verlaufenden Pfaden und von dem jeweiligen Nachbarknoten ausgehenden Pfaden bestimmt, und
eine dritte Summe aus den zweiten Summen aller Nachbarknoten des Knotens und der ersten Summe bestimmt.
Vorzugsweise ergibt sich die Routing-Metrik eines Pfades aus der Summe der dritten Summe aller Knoten, über welche der Pfad verläuft, oder aus der Summe der dritten Summe aller Knoten, über welche der Pfad verläuft und der dritten Summe des Sendeknotens des Pfades. Im zweiten Fall werden die dritten Summen aller Knoten, welche entlang dem Pfad senden, summiert, d. h. die dritten Summen des ursprünglichen Senders und der Zwischenknoten zwischen dem ursprünglichen Sender und dem Empfänger.
In Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich um ein iteratives Verfahren, bei welchem abwechselnd die Pfade unter Verwendung der Routing-Metrik und die Routing-Metrik unter Verwendung der Pfade bestimmt wird. Dieses Vorgehen trägt der Tatsache Rechnung, dass bei der Bestimmung der Pfade die Routing-Metrik benötigt wird, während aber auch die Routing-Metrik von den bestimmten Pfaden abhängt.
Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß wird das iterative Verfahren durchgeführt, bis der Wert einer Größe konvergiert. Die iterativen Verfahrensschritte können so lange wiederholt werden, bis Konvergenz erreicht ist, d. h. sich z. B. der Ende-zu-Ende-Datendurchsatz und/oder die Ende-zu-Ende-Zeitverzögerung, oder die Pfade und/oder die Routing-Metrik von Berechnung zu Berechnung nicht mehr oder kaum mehr ändern.
Vorteilhaft ist es, wenn die Erfindung auf ein Kommunikationsnetz angewandt wird, bei welchem die Knoten per Funk miteinander kommunizieren, wie z. B. auf ein Multihop Adhoc-Funkkommunikationssystem.
Die erfindungsgemäße Einrichtung weist Mittel auf zur Ermittlung von Pfaden in einem eine Mehrzahl von Knoten umfassenden Kommunikationsnetz unter Verwendung einer Routing-Metrik, wobei in die Routing-Metrik eine Größe eingeht, welche aus der Anzahl an über einen Knoten verlaufenden Pfaden ermittelt wird. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann es sich z. B. um einen Knoten des Kommunikationsnetzes handeln, oder auch um eine zentrale Einrichtung, welche für die Bestimmung von Pfaden verantwortlich ist und die Knoten über die ermittelten Pfade informiert.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt weist Mittel auf zur Ermittlung von Pfaden in einem eine Mehrzahl von Knoten umfassenden Kommunikationsnetz unter Verwendung einer Routing-Metrik, wobei in die Routing-Metrik eine Größe eingeht, welche aus der Anzahl an über einen Knoten verlaufenden Pfaden ermittelt wird. Es kann z. B. auf einem Knoten des Kommunikationsnetzes zum Einsatz kommen.
Unter einem Computerprogrammprodukt wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung neben dem eigentlichen Computerprogramm (mit seinem über das normale physikalische Zusammenspiel zwischen Programm und Recheneinheit hinausgehenden technischen Effekt) insbesondere ein Aufzeichnungsträger für das Computerprogramm, eine Dateisammlung, eine konfigurierte Recheneinheit, aber auch beispielsweise eine Speichervorrichtung oder ein Server, auf der bzw. dem zum Computerprogramm gehörende Dateien gespeichert sind, verstanden.
Sowohl die erfindungsgemäße Einrichtung als auch das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt eignen sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei dies auch auf die Ausgestaltungen und Weiterbildungen zutreffen kann. Hierzu können sie weitere geeignete Mittel umfassen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
1: ein Netzwerk bestehend aus sechs Knoten,
2a bis 2h: Schritte eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs,
3a und 3b: Schritte eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.
1 zeigt ein Netzwerk bestehend aus den Knoten 0, 1, 2, 3, 4 und 5. Die Knoten des Netzwerkes kommunizieren miteinan der, wobei ein gemeinsames Übertragungsmedium verwendet wird, wie z. B. eine gemeinsame Funkfrequenz. Durch Linien sind benachbarte Knoten miteinander verbunden, d. h. diejenigen Knoten, welche direkt miteinander kommunizieren können. Der Knoten 0 ist benachbart zu den Knoten 1, 2, 3, 4 und 5, der Knoten 1 ist benachbart zu den Knoten 0, 2, 3 und 4, der Knoten 2 ist benachbart zu den Knoten 0 und 1, der Knoten 3 ist benachbart zu den Knoten 0, 1 und 4, der Knoten 4 ist benachbart zu den Knoten 0, 1 und 3, und der Knoten 5 ist benachbart zu dem Knoten 0. Die Erfindung kommt vorzugsweise in größeren Netzwerken zum Einsatz, die Erläuterung des Vorgehens vereinfacht sich jedoch für kleinere Netzwerke wie das in 1 dargestellte.
Ein Pfad in dem Netzwerk verläuft von einem Startknoten zu einem Zielknoten über keinen, einen oder mehrere weitere Knoten. So kann beispielsweise ein Pfad zwischen dem Knoten 2 und dem Knoten 4 über den Knoten 0 oder über die Knoten 0 und 1 verlaufen.
Im Folgenden wird ein Verfahren vorgestellt, bei welchem Pfade durch das Netzwerk für alle Kombinationen von Start- und Zielknoten bestimmt werden. D. h. es wird eine vollständige Routing-Tabelle für das Netzwerk ermittelt. Da in der Regel mehrere potentielle Pfade zwischen einem bestimmten Startknoten und einem bestimmten Zielknoten existieren, erfolgt eine Wichtung bzw. Bewertung von Pfaden durch die Länge der Pfade, welche durch eine Routing-Metrik festgelegt wird. Ein bekanntes Beispiel für eine Routing-Metrik ist die hop-count Metrik, bei der sich die Länge eines Pfades als die Anzahl der von dem Pfad benutzten Hops ergibt. In diesem Fall werden kurze Pfade gegenüber längeren bevorzugt.
Zur Berechnung der im Folgenden verwendeten Routing-Metrik wird für jeden Knoten die Anzahl der Pfade bestimmt, welche von dem jeweiligen Knoten ausgehen, d. h. für welche der jeweilige Knoten der Startknoten ist, und die Anzahl der Pfade, welche über den jeweiligen Knoten verlaufen. Diese Größe wird im Folgenden als B_k bezeichnet, wobei k der Index des jeweiligen Knotens ist. Jedem Koten wird die Summe aus seinem B_k und den B_k's der ihm benachbarten Knoten zugewiesen. Diese Größe wird im Folgenden als B_k ^cum bezeichnet, wobei k der In- dex des jeweiligen Knotens ist. Die auf dieser Routing-Metrik basierende Länge eines Pfades ergibt sich als Summe aus den B_k ^cum s der Knoten, welche entlang des Pfades senden, d. h. des Sendeknotens und der Knoten, über welche der Pfad verläuft.
Diese Wahl der Routing-Metrik liegt darin begründet, dass die Größe B_k ^cum geeignet ist, die Mediums-Zugriffszeit eines Knotens auf das von den Knoten des Netzwerkes geteilte Übertragungsmedium zu beschreiben. Hierbei wird insbesondere berücksichtigt, dass ein Knoten nicht auf das Übertragungsmedium zugreifen kann, wenn ein Nachbarknoten das Übertragungsmedium aktuell zur Versendung oder zum Empfang von Nachrichten verwendet. Dies bedeutet, dass ein Knoten und ein ihm benachbarter Knoten nicht gleichzeitig Nachrichten senden und/oder empfangen können. Je mehr Nachbarknoten ein Knoten aufweist, über welche eine Vielzahl von Pfaden verlaufen, desto länger dauert es in der Regel, bis dieser Knoten auf das Übertragungsmedium zugreifen kann.
Die auf der Routing-Metrik basierenden Länge des Pfades zwischen den Knoten 3 und 4, welcher über den Knoten 1 verläuft, lautet beispielsweise: Länge Pfad 314 = Bcum3 + Bcum1 , wobei Bcum3 = B3 + B0 + B1 + B4 und Bcum1 = B1 + B0 + B2 + B3 + B4.
Die Pfade werden in eine Routing-Tabelle in Form einer Matrix eingegeben, wobei jede Spalte der Matrix einem bestimmten Zielknoten entspricht und jede Zeile der Matrix einem bestimmten Knoten, welcher eine Nachricht an diesen Zielknoten sendet oder weiterleitet. Ein Eintrag z für das Matrixelement mit der Position (x,y) bedeutet, dass der Knoten x eine Nach richt, welche für den Knoten y bestimmt ist, an den Knoten z zu versenden hat.
Zu Beginn des Verfahrens werden alle B_k und alle B_k ^cum auf den Wert 1 gesetzt. Dies entspricht der hop-count Metrik. Als Initialisierungs-Wert kann auch ein anderer Wert als 1 verwendet werden, das Ergebnis des Verfahrens ist weitgehend unabhängig von diesem Startwert. In die Routing-Tabelle wird ein Wert von (–1) eingetragen, wenn noch kein Pfad ermittelt wurde. Diese Situation zu Beginn entspricht der in der 2a dargestellten. B_k und B_k ^cum sind in 2a und in den folgenden Figuren als Vektoren dargestellt, wobei B_k = [B₀, B₁, B₂, B₃, B₄, B₅] und B cum / k = [B cum / 0, B cum / 1, B cum / 2, B cum / 3, B cum / 4, B cum / 5]. In der Routing-Tabelle ROUTES sind zu Beginn alle Einträge mit dem Wert (–1) belegt.
Im ersten Schritt, in 2b dargestellt, werden alle Pfade betrachtet, die zu dem Knoten 0 führen, d. h. bei welchen der Knoten 0 der Zielknoten ist. Da alle Knoten 0, 1, 2, 3, 4 und 5 zu dem Knoten 0 benachbart sind, senden sie eine Nachricht, welche für den Koten 0 bestimmt ist, direkt an den Knoten 0. Daher weist die erste Spalte der Routing-Tabelle ROUTES für alle Zeilen eine 0 auf. Betrachtet man die Knoten 3 und 4, so wäre es beispielsweise auch möglich, dass diese eine für den Knoten 0 bestimmte Nachricht an den Knoten 1 senden, welcher die Nachricht dann an den Knoten 0 weiterleitet. Im Allgemeinen existieren zwischen zwei bestimmen Knoten eine Mehrzahl an möglichen Pfaden. Dies bedeutet, dass bei der Erstellung der Routing-Tabelle ROUTES eine Auswahl zwischen den alternativen Pfaden getroffen werden muss. Diese Auswahl erfolgt unter Verwendung der oben erläuterten Routing-Metrik, d. h. es wird bei der Auswahl zwischen den Pfaden die Länge der Pfade berücksichtigt, welche gemäß der im vorhergehenden Schritt ermittelte Größe B_k ^cum bestimmt wird.
Für den Pfad zwischen dem Knoten 3 und dem Knoten 0 ergibt sich folgende Betrachtung:
Direkter Pfadverlauf von dem Knoten 3 zu dem Knoten 0: die Länge für diesen Pfad ist B cum / 3 = 1, da der Knoten 3, d. h. der Sendeknoten, der einzige sendende Knoten entlang diesem Pfad ist und der Pfad über keinen weiteren Knoten verläuft.
Pfadverlauf zwischen dem Knoten 3 und dem Knoten 0 über den Knoten 1: die Länge für diesen Pfad ist B cum / 3 + B cum / 1 = 2, da der Pfad über den Knoten 1 verläuft, dessen B_k ^cum gemäß 2a den Wert 1 aufweist.
Pfadverlauf zwischen dem Knoten 3 und dem Knoten 0 über die Knoten 1 und 2: die Länge für diesen Pfad ist B cum / 3 + B cum / 1 + B cum / 2 =3, da der Pfad über die Knoten 1 und 2 verläuft, deren B_k ^cum gemäß 2a jeweils den Wert 1 aufweist. Es wird der Pfad mit der kleinsten Länge gemäß der Routing-Metrik ausgewählt. Dies entspricht dem direkten Pfad.
Für jeden Eintrag in der Routing-Tabelle ROUTES werden somit alle möglichen Pfade mit der Routing-Metrik bewertet und der Pfad mit dem niedrigsten Wert für die Länge gemäß der Routing-Metrik ausgewählt und in die Routing-Tabelle ROUTES eingetragen. Die Bewertung der verschiedenen Pfade erfolgt hierbei unter Verwendung der im letzten Schritt bestimmten Werte der Routing-Metrik.
Nach der Bestimmung der Routing-Tabelle ROUTES wird die Größe B_k ^cum berechnet. Zur Berechnung von B_k ^cum wird zuvor die Größe B_k,0 berechnet. Hierbei handelt es sich um den Anteil von B_k, bei welchem der Knoten 0 der Zielknoten ist. Da der Knoten 0 an sich selber keine Nachricht sendet, steht an erster Stelle des Vektors B_k,0 eine 0. Da gemäß der Routing-Tabelle ROUTES genau ein Pfad zu dem Knoten 0 von dem Knoten 1 ausgeht und kein Pfad existiert, welcher über den Knoten 1 zu dem Knoten 0 verläuft, steht an zweiter Stelle eine 1. Gleiches gilt auch für die Knoten 2, 3, 4 und 5. Da bislang nur der Knoten 0 als Zielknoten betrachtet wurde, ist B_k gleich B_k,0. Da B_k für alle Knoten bestimmt wurde, kann B_k ^cum berechnet werden:
Für den Knoten 0 gilt: B cum / k = B₀ + B₁ + B₂ + B₃ + B₄ + B₅ = 0 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 = 5.
Für den Knoten 1 gilt: B cum / k = B₀ + B₁ + B₂ + B₃ + B₄ = 0 + 1 + 1 + 1 + 1 = 4.
Für den Knoten 2 gilt : B cum / k =B₀ + B₁ + B₂ = 0 + 1 + 1 = 2.
Für den Knoten 3 gilt: B cum / k = B₀ + B₁ + B₃ + B₄ = 0 + 1 + 1 + 1 = 3.
Für den Knoten 4 gilt: B cum / k = B₀ + B₁ + B₃ + B₄ = 0 + 1 + 1 + 1 = 3.
Für den Knoten 5 gilt: B cum / k = B₀ + B₅ = 0 + 1 = 1.
Im zweiten Schritt wird, in 2c dargestellt, der Knoten 1 als Zielknoten betrachtet. Wie oben beschrieben, werden die Einträge in die Routing-Tabelle ROUTES ermittelt, indem alle möglichen Pfade zu dem Knoten 1 mit der Routing-Metrik bewertet werden und der gemäß der Routing-Metrik günstigste Pfad ausgewählt wird. Demgemäß sendet der Knoten 0 eine für den Knoten 1 bestimmte Nachricht direkt an den Knoten 1, daher steht an der Position (0,1) der Routing-Tabelle ROUTES eine 1. Entsprechendes gilt auch für die anderen dem Knoten 1 benachbarten Knoten 2, 3 und 4. Der Knoten 5 sendet eine für den Knoten 1 bestimmte Nachricht an den Knoten 0, daher steht an der Position (5,1) der Routing-Tabelle ROUTES eine 0.
Zur Bestimmung von B_k ^cum wird zuerst B_k,1 berechnet. Hierbei handelt es sich um den Anteil von B_k, bei welchem der Knoten 1 der Zielknoten ist. Gemäß der Routing-Tabelle ROUTES geht von dem Knoten 0 ein Pfad zu dem Knoten 1 aus, und es verläuft ein Pfad zu dem Knoten 1 über den Knoten 0, nämlich der Pfad von dem Knoten 5 zu dem Knoten 1. Daher steht an erster Stelle von B_k,1 eine 2. Da der Knoten 1 an sich selber keine Nachricht sendet, steht an erster Stelle des Vektors B_k,1 eine 0. Für die Knoten 2 bis 5 steht jeweils eine 1 in B_k,1, da von jedem dieser Knoten ein Pfad zu dem Knoten 1 ausgeht und kein Pfad über diese Knoten zu dem Knoten 1 verläuft.
B_k wird berechnet, indem B_k,0 aus 2b, d. h. der Anteil von B_k, bei welchem der Knoten 0 der Zielknoten ist, und B_k,1 aus 2c, d. h. der Anteil von B_k, bei welchem der Knoten 1 der Zielknoten ist, addiert werden. Aus B_k kann dann wie oben beschrieben B_k ^cum berechnet werden. Für den Knoten 1 beispielsweise gilt: B cum / k = B₀ + B₁ + B₂ + B₃ + B₄ = 2 + 1 + 2 + 2 + 2 = 9.
In der 2d ist der dritte Schritt dargestellt, bei welchem der Knoten 2 als Zielknoten betrachtet wird, in der 2e ist der vierte Schritt dargestellt, bei welchem der Knoten 3 als Zielknoten betrachtet wird, in der 2f ist der fünfte Schritt dargestellt, bei welchem der Knoten 4 als Zielknoten betrachtet wird, und in der 2g ist der sechste Schritt dargestellt, bei welchem der Knoten 5 als Zielknoten betrachtet wird. Jeweils wird zuerst die Routing-Tabelle ROUTES weiter ausgefüllt, indem unter Verwendung der Routing-Metrik bestimmt wird, zu welchem Knoten eine Nachricht, welche für den jeweiligen Zielknoten bestimmt ist, zu senden ist. Bei dieser Bestimmung wird das im Vorschritt bestimmte B_k ^cum verwendet, d. h. die Einträge werden unter Berücksichtigung der durch B_k ^cum vorgegebenen Routing-Metrik ausgewählt. Im Anschluss wird basierend auf der neuen Routing-Tabelle ROUTES die Größe B_k ^cum berechnet.
Bei dem beschriebenen Vorgehen handelt es sich um ein iteratives Verfahren, da einerseits bei der Bestimmung der Pfade und somit bei Erstellung der Routing-Tabelle ROUTES die Routing-Metrik über die Größe B_k ^cum eingeht, und andererseits in die Routing-Metrik über die Größe B_k ^cum die bestimmten Pfade eingehen. Somit werden abwechselnd die Routing-Tabelle ROUTES und die Routing-Metrik aktualisiert.
In den 2b bis 2g wurde eine erste Berechnungsrunde zur Bestimmung der Pfade durch das Netzwerk aufgezeigt, wobei mit der Betrachtung des Knotens 0 als Zielknoten begonnen wird und über die Knoten 1, 2, 3, 4 bis zum Knoten 5 fortge fahren wird. Alternativ kann auch eine andere Reihenfolge verwendet werden. Im Anschluss an die erste Runde kann eine zweite Runde durchgeführt werden, wobei erneut mit dem Knoten 0 als Zielknoten begonnen wird. Somit wird im ersten Schritt der zweiten Runde die erste Spalte der Routing-Tabelle ROUTES neu bestimmt, wobei die Routing-Metrik gemäß der Größe B_k ^cum aus dem letzten Schritt der ersten Runde zum Einsatz kommt. Im Anschluss wird B_k und B_k ^cum bestimmt. Entsprechend wird auch in Bezug auf die Knoten 1, 2, 3, 4 und 5 als Zielknoten vorgegangen, wobei jeweils die Routing-Metrik dem jeweils vorhergehenden Schritt der zweiten Runde entnommen wird. Zum Ende der zweiten Runde ergibt sich die Situation gemäß 2h.
Bei Bedarf können weitere Berechnungsrunden folgen. Im Laufe der Runden konvergiert das Ergebnis, d. h. die Einträge der Routing-Tabelle ROUTES und die Größen B_k und B_k ^cum ändern sich nicht oder kaum mehr. Bereits nach zwei Runden ist in der Regel eine selbst-konsistente Routing-Tabelle ROUTES berechnet. Bei weiteren Iterationsrunden ändern sich zwar noch die Einträge der Routing-Tabelle ROUTES, jedoch findet keine wesentliche Erhöhung der Leistung des Netzwerkes mehr statt, gemessen z. B. an dem Ende-zu-Ende Datendurchsatz und der Ende-zu-Ende Zeitverzögerung. Die Anzahl der Runden, welche zum Erreichen der Konvergenz nötig sind, hängt von der Größe des betrachteten Netzwerks ab.
In den 3a und 3b sind die Schritte eines alternativen Berechnungsablaufs abgebildet. Der Initialisierungszustand entspricht dem der 2a. In der ersten Runde wird im ersten Schritt der Knoten 0 als Zielknoten betrachtet und es wird die erste Spalte der Routing-Tabelle ROUTES ausgefüllt. Zur Auswahl zwischen den verschiedenen möglichen Pfaden wird B_k ^cum aus der vorhergehenden Runde, d. h. B_k ^cum aus der Initialisierung verwendet. Im Anschluss werden B_k und B_k ^cum nicht neu berechnet. Vielmehr wird im zweiten Schritt der Knoten 1 als Zielknoten betrachtet und die zweite Spalte der Routing- Tabelle ROUTES bestimmt, wobei wieder B_k ^cum aus der Initialisierung verwendet wird. Entsprechendes erfolgt auch in Bezug auf die Knoten 2, 3, 4 und 5 als Zielknoten. Für alle Einträge der Routing-Tabelle ROUTES der ersten Runde werden somit die Werte B_k ^cum der Initialisierung verwendet.
Nachdem die Routing-Tabelle ROUTES wie in 3a dargestellt im Rahmen der ersten Runde bestimmt wurde, erfolgt basierend auf dieser Routing-Tabelle ROUTES die Berechnung von B_k und B_k ^cum, wie in 3a dargestellt.
Manche Einträge der Routing-Tabelle ROUTES weisen nach der ersten Runde zwei Einträge auf. Dies tritt dann auf, wenn die Routing-Metrik für diese beiden Pfade gleich ist, d. h. die Pfade entartet sind. Diese Situation kann grundsätzlich auch bei dem anhand der 2a bis 2h geschilderten Verfahren auftreten. Diese Gleichwertigkeit mehrerer Routen zwischen zwei bestimmten Knoten verschwindet in der Regel bei den folgenden Berechnungsrunden.
In 3b ist das Ergebnis der zweiten Runde gezeigt. In der zweiten Runde werden zuerst für den Knoten 0, dann für den Knoten 1, dann für den Knoten 2, dann für den Knoten 3, dann für den Knoten 4, und schließlich für den Knoten 5 als Zielknoten die Einträge für die Routing-Tabelle ROUTES bestimmt, wobei jeweils die zum Abschluss der ersten Runde berechneten B_k ^cum zur Bewertung der Routen herangezogen werden. Nach Bestimmung der Routing-Tabelle ROUTES der zweiten Runde werden B_k und B_k ^cum, wie in 3b dargestellt, basierend auf dieser Routing-Tabelle ROUTES berechnet.
Die zweite in den 3a und 3b dargestellte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens weist den Vorteil auf, dass der Berechnungsaufwand niedriger ist, da lediglich einmal pro Runde B_k ^cum bestimmt werden muss, und nicht wie in der ersten Variante vorgesehen, nach jedem Schritt. Jedoch sind in der Regel bei der zweiten Variante eine größere Anzahl an Runden nötig, bevor Konvergenz erreicht wird.
Die berechneten Pfade der Routing-Tabelle ROUTES der 2 und 3 werden zur Versendung von Nachrichten zwischen den Knoten 0, 1, 2, 3, 4 und 5 verwendet. Eine Neuberechnung der Pfade ist dann nötig, wenn sich die Topologie des Netzwerkes ändert, d. h. wenn sich die Nachbarschaftsbeziehungen zwischen den Knoten ändern oder wenn Knoten neu zu dem Netzwerk hinzukommen oder wenn Knoten das Netzwerk verlassen.
Zur Bestimmung der Pfade wird davon ausgegangen, dass die Einrichtung, welche die Berechnung durchführt, die vollständige Topologie des Netzwerkes kennt. Dies kann z. B. dadurch realisiert werden, dass jeder Knoten Informationen über seine Nachbarschaft sammelt und diese ihm bekannte „link state" Information an seine Nachbarn oder an eine zentrale Einrichtung weitergibt. Das Verfahren, nach dem Informationen über die Netzwerktopologie gesammelt und weitergegeben werden, hat keinen Einfluss auf das Verfahren zur Ermittlung der Pfade.
Die Berechnung der Pfade kann durch einen Knoten des Netzwerkes erfolgen, welcher das Ergebnis an die anderen Knoten weiterleitet. Auch eine zentrale Einrichtung, welche die Topologie des Netzwerkes kennt, kann die Bestimmung der Pfade gemäß den vorgestellten Verfahren durchführen. Weiterhin ist es möglich, dass eine Mehrzahl von Knoten oder jeder Knoten des Netzwerkes die vorgestellten Berechnungen durchführen. Da die Knoten von der gleichen Netzwerktopologie ausgehen und den gleichen Algorithmus zur Berechnung der Pfade verwenden, ermitteln sie auch das gleiche Ergebnis.
Anstelle der berechneten Routing-Tabelle ROUTES kann auch die berechnete Größe B_k ^cum weitergegeben werden, so dass die Knoten auf Basis der empfangenen Größe B_k ^cum die Routing-Tabelle ROUTES bestimmen.
Die beschriebenen Verfahren, bei welchen die Routing-Metrik bzw. die Länge der Pfade aus der Summe der B_k ^cums der sendenden Knoten eines Pfades ermittelt werden, resultieren in der Ermittlung von Pfaden, bei welchen kritische Knoten, über welche eine Vielzahl von Pfaden verlaufen und welche dementsprechend stark ausgelastet sind, entlastet werden. So weichen z. B. gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte Pfade auf Randknoten aus, wodurch die Pfade zwar gegebenenfalls länger sind als bei Verwendung von Knoten in der Mitte des Netzwerkes, jedoch eine geringere Auslastung der Pfade eintritt. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Routing-Metrik resultiert in einem erhöhten Ende-zu-Ende Datendurchsatz und einer verringerten Ende-zu-Ende Zeitverzögerung.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in beliebigen Netzwerken, in welchen die Knoten miteinander kommunizieren, eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz in Funkkommunikationssystemen wie z. B. Multihop Adhoc-Systemen und Sensornetzwerken.

Claims

Verfahren zur Ermittlung von Pfaden in einem eine Mehrzahl von Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) umfassenden Kommunikationsnetz unter Verwendung einer Routing-Metrik, bei dem in die Routing-Metrik eine Größe (B_k ^cum) eingeht, welche aus der Anzahl an über einen Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) verlaufenden Pfaden ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Größe (B_k ^cum) ermittelt wird aus der Anzahl an über einen Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) verlaufenden Pfaden und von dem Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) ausgehenden Pfaden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem für einen oder mehrere Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) eine erste Summe (B_k) aus der Anzahl an über den Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) verlaufenden Pfaden und von dem Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) ausgehenden Pfaden bestimmt wird, und für jeden Nachbarknoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) des jeweiligen Knotens (0, 1, 2, 3, 4, 5) eine zweite Summe (B_k) aus der Anzahl an über den jeweiligen Nachbarknoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) verlaufenden Pfaden und von dem jeweiligen Nachbarknoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) ausgehenden Pfaden bestimmt wird, und eine dritte Summe (B_k ^cum) aus den zweiten Summen aller Nachbarknoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) des Knotens (0, 1, 2, 3, 4, 5) und der ersten Summe bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem sich die Routing-Metrik eines Pfades ergibt aus der Summe der dritten Summen (B_k ^cum) aller Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5, über welche der Pfad verläuft, oder aus der Summe der dritten Summe aller Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5), über welche der Pfad verläuft und der dritten Summe des Sendeknotens (0, 1, 2, 3, 4, 5) des Pfades.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem es sich um ein iteratives Verfahren handelt, bei welchem abwechselnd die Pfade unter Verwendung der Routing-Metrik und die Routing-Metrik unter Verwendung der Pfade bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das iterative Verfahren durchgeführt wird, bis der Wert einer Größe konvergiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) des Kommunikationsnetzes per Funk miteinander kommunizieren.
Einrichtung mit Mitteln zur Ermittlung von Pfaden in einem eine Mehrzahl von Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) umfassenden Kommunikationsnetz unter Verwendung einer Routing-Metrik, wobei in die Routing-Metrik eine Größe eingeht, welche aus der Anzahl an über einen Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) verlaufenden Pfaden ermittelt wird.
Computerprogrammprodukt mit Mitteln zur Ermittlung von Pfaden in einem eine Mehrzahl von Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) umfassenden Kommunikationsnetz unter Verwendung einer Routing-Metrik, wobei in die Routing-Metrik eine Größe eingeht, welche aus der Anzahl an über einen Knoten (0, 1, 2, 3, 4, 5) verlaufenden Pfaden ermittelt wird.