DE102005020397A1 - Kommunikationsverfahren zwischen Knoten in einem Netzwerkverbund - Google Patents

Abstract

Kommunikationsverfahren zwischen Knoten (A, B) in einem Netzwerkverbund, mit einem Kommunikationsprotokoll (P) und einem Negotiationsprotokoll (NP), über das der Austausch, die Syntax und die Semantik von Nachrichtenpaketen (DP) des Kommunikationsprotokolls (P) zwischen den Knoten (A, B) dynamisch adaptierbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Kommunikationsverfahren zwischen Knoten in einem Netzwerkverbund nach Anspruch 1. Unter 'Knoten' sollen dabei Entitäten eines Netzwerks wie Server, Endgeräte, Router, Bridges usw verstanden werden, die als Kommunikationspartner (Peers) dienen können.
• In den letzten Jahren wurde ein enormes Wachstum im Bereich der mobilen Internetzugänge verzeichnet, das von einer gleichfalls umfänglichen Weiterentwicklung drahtloser Netzwerke begleitet wurde. Dabei nahm auch die Heterogenität dieser Netzwerke mehrdimensional zu, wie zB hinsichtlich Zugangstechniken, Netzwerkmodellen, Geräten und Anwendungsanforderungen. Diese Heterogenität stellt umgekehrt eine erhebliche Herausforderung an den Aufbau von Netzwerkprotokollen dar und wirft die Frage auf, wie zB ein Kommunikationsprotokoll eines Mobilfunkservers die heterogenen Eigenschaften seiner momentanen Betriebsumgebung effektiv unterstützen kann.
• Ähnliches gilt für Multimediadienste, an die gleichermaßen hohe Kapazitäts- wie Qualitätsanforderungen gestellt werden. Unter den Bedingungen einer sich ändernden Anzahl von Multimedia-Teilnehmern lassen sich die widerstrebenden Anforderungen allerdings nur schwer einhalten, ohne Flaschenhälse bei der Übertragung der enormen Datenmengen in Kauf zu nehmen. Auch hier stellt sich die Frage, wie ein Kommunikationsprotokoll eines Multimediaservers effektiv die heterogenen Eigenschaften seines Umfelds unterstützten kann.
• Bisherige Kommunikationsprotokolle sind invariant und damit statisch vorgegeben. Werden Erweiterungen notwendig, muss das Protokoll selbst statisch modifiziert oder ein weiteres Protokoll erstellt werden, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen. Zwar existieren auch adaptive Verfahren, die darauf abzielen, das Protokoll P selbst invariant zu lassen, aber in den Kommunikationspartnern A und B und Zwischenknoten (Intermediates) Adaptionen zu ermöglichen, wie in 1 gezeigt ist. Die Flexibilität dieses Verfahrens bleibt allerdings auf die besagten Knoten im Netzwerk beschränkt.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kommunikationsverfahren anzugeben, das eine hohe Flexibilität und Anpassbarkeit unter wechselnden Kommunikationsbedingungen sicherstellt und einfach zu realisieren ist. Unter Kommunikationsbedingungen sollen hier sowohl die Netzwerktopologie und -größe, die Art der Anwendungen, die Anzahl der Nutzer usw verstanden werden.
• Diese Aufgabe wird durch ein Kommunikationsverfahren mit einem Kommunikationsprotokoll und einem Negotiations(Absprache oder Verhandlungs)protokoll gelöst, über das der Austausch, die Syntax und die Semantik von Nachrichtenpaketen des Kommunikationsprotokolls zwischen den Knoten dynamisch adaptierbar ist.
• Die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegende Idee soll zunächst an einem nicht-technischen Beispiel erläutert werden. Wenn zwei Personen A und B miteinander kommunizieren, können sie während des Gesprächs Vereinbarungen treffen. Etwa die Vereinbarung, was gewisse Abkürzungen zu bedeuten haben. Oder die Vereinbarung, dass A lauter und deutlicher sprechen soll, weil das Kommunikationsmedium oder der Kommunikationspartner B dies erfordern. An gewissen Stellen könnte zB B auch A auffordern, einen Sachverhalt noch einmal langsam zu formulieren, weil ihn B notieren möchte. Oder A moniert bei B, dieser möge ihn doch ausreden lassen. All diese Vereinbarungen können sowohl zu Beginn des Gesprächs oder aber spontan während des Gesprächs erfolgen. Die Gesprächspartner passen somit ihre Kommunikation an.
• Die essentielle Beobachtung in diesem realen Beispiel besteht somit darin, dass sich sowohl das Kommunikationsmedium selbst als auch die beteiligten Kommunikationspartner dynamisch neuen Gegebenheiten anpassen können.
• Ein wesentlicher Punkt der Erfindung besteht nun darin, dieses adaptive Vorgehen zur Entwicklung eines allgemeinen Verfahrens zu nutzen, bei dem im Gegensatz zu den bekannten Ansätzen das Kommunikationsprotokoll selbst dynamisch adaptiert und an wechselnde Kommunikationsbedingungen angepasst werden kann. Dies geschieht durch das Negotiationsprotokoll. Dadurch lässt sich eine Adaption von Kommunikation auf der Protokollebene durchführen, um dynamische Optimierungen, Erweiterungen oder Änderungen vorzunehmen.
• In diesem Kontext sei ein Protokoll definiert als eine syntaktische und semantische Vorschrift zum Austausch von Nachrichten(paketen) zwischen zwei und mehr Kommunikationsteilnehmern. Definiert werden also die Kommunikation selbst, dh der Austausch der Pakete, als auch die Struktur der Nachrichtenpakete. Zu unterscheiden ist hier ua zwischen zeitgesteuerten Verfahren (ATM; Asynchronous Transfer Mode) als auch rahmenorientierten Verfahren (Frame-Relay), was aber für die grundlegende Idee der Erfindung selbst keine Rolle spielt.
• Die Adaption eines Kommunikationsprotokolls kann dabei sowohl zu Beginn der Kommunikation oder des Kommunikationsabschnitts erfolgen, sofern sich die Kommunikation in Abschnitte unterteilen lässt, als auch spontan während der Kommunikation. Adaptiert werden können Paketstrukturen und -semantiken, wie auch der Transport der Nachrichtenpakete.
• Vorzugsweise werden dafür Negotiations-Pakete definiert, die Metainformationen enthalten, welche Änderungen beschreiben. Das zu adaptierende Kommunikationsprotokoll wird dadurch nicht in die Peer-to-Peer-Negotiationen über die Art der zukünftigen Kommunikation einbezogen und bleibt in diesem Sinne unberührt.
• Verhandlungen können sich dabei auf die Fragen beziehen, welche Adaption gewünscht oder akzeptiert wird, wie lange die Absprache gültig sein soll, wen die Absprache betrifft bzw was die Reichweite der Adaption sein soll uÄ.
• Eine besonders einfache Kommunikation ergibt sich, wenn der Erhalt eines Negotiationspakets durch einen Knoten mit einem Negotiations-Acknowledgement-Paket beantwortet wird.
• Die Antwort des Kommunikationspartners kann vorzugsweise eine Zustimmung, eine Verweigerung oder einen Änderungswunsch enthalten, womit eine große Flexibilität innerhalb der Negotiationsphase entsteht.
• Kommunikationsfehler können dann auftreten, wenn etwa ein Knoten (temporär) ausfällt und nicht in der Lage ist, die Adaption zu akzeptieren. Diese Fehler werden bevorzugt als Verweigerung einer Änderung interpretiert, womit keine explizite Fehlerbehandlung nötig ist. Hierzu bieten sich zB transaktionale Verfahren auf Basis von Timeouts an.
• Um endlose Negotiations/Negotiation-Acknowledgement-Phasen zu vermeiden, kann in dem Negotiationsprotokoll zusätzlich festgelegt sein, wann gegenseitige Negotiationsphasen beendet sind.
• Eine besonders hohe Anpassbarkeit der Kommunikation zwischen den Knoten kann dadurch erzielt werden, indem das Negotiationsprotokoll genutzt wird, um vorgegebene Dienstgütestandards zu erfüllen. Dabei wird die Adaption des Kommunikationsprotokolls so vorgenommen, dass QoS(Quality-of-Service)-Parameter wie zB geforderte Datenrate/Bandbreite, Echtzeitanforderung, Übertragungsverzögerung, Verlust von Datenpaketen ua erreicht werden. Dazu können zB das Routing geändert oder Paketgrößen, Zeitscheiben und andere Parameter adaptiert werden um optimalen Durchsatz zu erreichen.
• Eine besonders hohe Flexibilität der Kommunikation ergibt sich, wenn das Negotationsprotokoll genutzt wird, um dem Kommunikationsprotokoll neue Funktionalitäten hinzuzufügen. Diese können zB Kompressionsverfahren – unter Umständen ebenfalls dynamisch adaptierbar – oder Sicherheitsmechanismen, Protokollübersetzungen und -erweiterungen, Caching- und Resourcenoptimierungen usw durchführen. Es können weiterhin Protokollerweiterungen vorgesehen werden, um neue Anwendungsfälle abzudecken.
• Das Kommunikationsverfahren ist dann besonders einfach realisierbar, wenn das Negotiationsprotokoll in das Kommunikationsprotokoll integriert ist. Das so entstandene adaptive Protokoll enthält dann die Negotiations-Pakete mit der Metainformation. Sobald die Negotiationsphase vorüber ist und sich die Kommunikationspartner auf eine Adaption geeinigt haben, erfolgt die Kommunikation mit adaptierter Syntax und Semantik. Aus dem Protokoll P wird somit mit Hilfe des Negotiationsprotokolls NP das Protokoll P', wie aus 2 ersichtlich ist.
• Derartige Adaptionen können invasiv oder nicht-invasiv sein. Im letzten Fall adaptiert sich nur die interne Protokollimplementierung, während im ersten Fall auch andere, höher liegende Protokollschichten tangiert werden. In jedem Fall müssen andere Entitäten ebenfalls adaptiert werden. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass Adaptionen in Peers oder Intermediaries, siehe Active Networks, auch eine Protokolladaption hervorrufen können. Sind also alle Entitäten adaptiv inklusive dem Protokoll, ergibt sich maximale Flexibilität, wenn eine Anpassung des Kommunikationsprotokolls höher liegende Protokollschichten tangiert.
• Unterstützen nicht alle Teilnehmer die adaptive Variante des Kommunikationsprotokolls, kann das Negotiationsprotokoll auch auf ein existierendes Kommunikationsprotokoll aufgesetzt werden. Diese Möglichkeit bietet sich zB beim Nutzen standardi sierter Protokolle wie TCP (Transmission Control Protocol) oder HTTP (HyperText Transfer Protocol) an.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
• 1 Ein Kommunikationsverfahren auf Basis einer Protokolladaption aus dem Stand der Technik, und
• 2 ein Kommunikationsverfahren auf Basis der erfindungsgemäßen Protokolladaption.
• 1 zeigt ein Kommunikationsverfahren auf Basis einer Protokolladaption aus dem Stand der Technik. Dabei verläuft die Kommunikation zwischen zwei Knoten A und B über einen Zwischenknoten, in dem zB das Routing geändert wird. Das Kommunikationsprotokoll P und seine Datenpakete DP selbst bleiben invariant und damit in ihrer Flexibilität und Anpassbarkeit eingeschränkt.
• 2 zeigt ein Kommunikationsverfahren auf Basis der erfindungsgemäßen Protokolladaption. Ein Zwischenknoten ist hier nicht notwendig, die Anpassung des Protokolls P kann direkt zwischen den Knoten A und B ausgehandelt werden. Dazu wird das Negotiationsprotokoll NP verwendet, dessen Datenpakete DNP in das Kommunikationsprotokoll P integriert sind. Nach Abschluss der Negotiationsphase zwischen A und B enthalten die Datenpakete DP' des adaptierten Protokolls P' nicht nur geänderte Routinginformationen, sondern wurden zur schnelleren Übertragung zB auch komprimiert. Weitere Adaptionen können zB das Einfügen zusätzlicher Sicherheitsinformationen in das Protokoll P betreffen, insbesondere um vorgegebene QoS-Parameter zu erfüllen.

Claims (11)

1. Kommunikationsverfahren zwischen Knoten (A, B) in einem Netzwerkverbund, mit einem Kommunikationsprotokoll (P) und einem Negotiationsprotokoll (NP), über das der Austausch, die Syntax und die Semantik von Nachrichtenpaketen (DP) des Kommunikationsprotokolls (P) zwischen den Knoten (A, B) dynamisch adaptierbar ist.
2. Kommunikationsverfahren nach Anspruch 1, bei dem Negotiations-Pakete (DNP) definiert sind, die Metainformationen enthalten, welche Änderungen beschreiben.
3. Kommunikationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Erhalt eines Negotiationspakets (DNP) durch einen Knoten (A, B) mit einem Negotiations-Acknowledgement-Paket beantwortet wird.
4. Kommunikationsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Negotiations-Acknowledgement-Paket eine Zustimmung, eine Verweigerung oder einen Änderungswunsch enthalten kann.
5. Kommunikationsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Kommunikationsfehler als Verweigerung einer Änderung interpretiert werden.
6. Kommunikationsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in dem Negotiationsprotokoll (NP) festlegt ist, wann gegenseitige Negotiationsphasen beendet sind.
7. Kommunikationsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Negotiationsprotokoll (NP) genutzt wird, um vorgegebene Dienstgütestandards für die Kommunikation zwischen den Knoten zu erfüllen.
8. Kommunikationsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Negotationsprotokoll (NP) genutzt wird, um dem Kommunikationsprotokoll (P) neue Funktionalitäten hinzuzufügen.
9. Kommunikationsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Negotiationsprotokoll (NP) in das Kommunikationsprotokoll (P) integriert ist.
10. Kommunikationsverfahren nach einem Anspruch 9, bei dem eine Anpassung des Kommunikationsprotokolls (P) höher liegende Protokollschichten tangiert.
11. Kommunikationsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Negotiationsprotokoll (NP) auf ein existierendes Kommunikationsprotokoll (P) aufgesetzt ist.