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Die
Erfindung betrifft ein Kommunikationsnetzwerk, an das zumindest
eine erste Datenquelle/-senke zwecks Datenaustausch mit einer zweiten Datenquelle/-senke
anschließbar
ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Kommunikationsrechner für den Einsatz
in einem solchen Kommunikationsnetzwerk sowie ein Verfahren zum
Betreiben eines derartigen Kommunikationsnetzwerks. Die Erfindung
betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt.
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Bedingt
durch eine zunehmende Anzahl von Anwendungen mit einer zur zuverlässigen Durchführung der
Anwendung notwendigen Mindestbandbreite bei der Übertragung von Daten ergibt
sich in Kommunikationsnetzwerken das Erfordernis nach der Bereit- und Sicherstellung
einer Dienstgüte
(Quality of Service, QoS). Die QoS-Sicherstellung kann in Kommunikationsnetzwerken,
in welchen ein Datenaustausch paketorientiert erfolgt, durch die
Mechanismen der sog. "Admission
Control" oder mit
einer Überdimensionierung
(Capacity Overprovisioning) vorgenommen werden.
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Die
Admission Control ermöglicht
zwar eine effiziente Sicherstellung von QoS, erfordert hierzu jedoch
einen beträchtlichen
Verwaltungs- und Steuerungsaufwand in dem Kommunikationsnetzwerk.
Der Lösungsansatz
der QoS-Sicherung mittels Überdimensionierung
bringt das Problem mit sich, dass nicht gewährleistet werden kann, ob eine
Situation auftritt, in welcher derart viel Datenverkehr in das Kommunikationsnetzwerk
eingeleitet wird, so dass die Bandbreite des Kommunikationsnetzwerkes
nicht ausreicht, sämtliche
bestehenden Verbindungen einschließlich der neu dazugekommenen
Verbindungen (auch als Verkehrsbeziehung bezeichnet) in der gewünschten
Weise bedienen zu können.
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Besonders
kritisch kann eine derartige Situation für Dienste sein, die eine gewisse
Bandbreite benötigen
und nicht ohne Weiteres unterbrochen werden können. Dies gilt z.B. für Videoübertragungen, Telefonate
oder Videokonferenzen. Ein Abbruch oder eine Störung solcher in der Regel kostenpflichtigen Dienste
möchte
ein Netzbetreiber unter allen Umständen verhindern, um Einnahmeverluste
und das Abwandern von Kunden zu vermeiden.
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Derzeit
im Einsatz befindliche Kommunikationsnetzwerke verfügen üblicherweise über keinen Mechanismus
zur Reservierung von QoS. Dienste mit einer gewissen Bandbreiteanforderung
(z.B. Videokonferenz) funktionieren nur, wenn die auf dem Übertragungsweg
zur Verfügung
stehende Bandbreite ausreichend groß ist und ein Verkehrsstau
im Rahmen des Datenaustauschs nicht auftritt. Aus diesem Grunde
werden z.B. Videokonferenzen oftmals mit einer verhältnismäßig geringen
Auflösung
betrieben, um die benötigte
Bandbreite gering zu halten. Hierdurch steigt die Wahrscheinlichkeit
einer erfolgreichen Übertragung.
Andererseits ist dies für
die Nutzer des Dienstes mit dem Nachteil verbunden, dass die Qualität unter
Umständen
nicht zufriedenstellend ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine QoS-Sicherung
auf einfache Weise in einem Kommunikationsnetzwerk zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kommunikationsnetzwerk gelöst, an das
zumindest eine erste Datenquelle/-senke zwecks Datenaustausch mit
einer zweiten Datenquelle/-senke anschließbar ist, das im weiteren aufweist:
- – zumindest
eine Auslastungsermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Auslastung
einer Ausgangsleitung des Kommunikationsnetzwerks und zum Bilden
eines Auslastungsparameters;
- – zumindest
eine Teilnehmerlastermittlungseinrichtung zum Bilden eines Datenlastparameters zur
Beschreibung der zwischen der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke
und dem Kommunikationsnetzwerk ausgetauschten Daten; und
- – zumindest
eine Auslastungssteuerungseinrichtung, der der Auslastungsparameter
und der Datenlastparameter zuführbar
sind, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit dieser beiden Parameter
den zwischen der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke und dem
Kommunikationsnetzwerk stattfindenden Datenaustausch zu regulieren.
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Diese
Aufgabe wird im weiteren gelöst
durch einen Kommunikationsrechner für den Einsatz in einem Kommunikationsnetzwerk,
an das zumindest eine erste Datenquelle/-senke zwecks Datenaustausch
mit einer zweiten Datenquelle/-senke anschließbar ist, der eine Auslastungsermittlungseinrichtung
zum Ermitteln der Auslastung einer Ausgangsleitung des Kommuikationsrechners
umfasst und dazu eingerichtet ist, einen Auslastungsparameter zu
bilden.
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Diese
Aufgabe wird ferner durch einen Kommunikationsrechner für den Einsatz
in einem Kommunikationsnetzwerk gelöst, an das zumindest eine erste
Datenquelle/-senke zwecks Datenaustausch mit einer zweiten Datenquelle/-senke
anschließbar ist,
der umfasst:
- – eine Teilnehmerlastermittlungseinrichtung
zum Bilden eines Datenlastparameters zur Beschreibung der zwischen
der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke und dem Kommunikationsrechner
ausgetauschten Daten; und
- – zumindest
eine Auslastungssteuerungseinrichtung, der ein Auslastungsparameter
und der Datenlastparameter zuführbar
sind, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit dieser beiden Parameter
den zwischen der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke und dem
Kommunikationsnetzwerk stattfindenden Datenaustausch zu regulieren.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zum Betreiben eines Kommunikationsnetzwerks, an das zumindest eine
erste Datenquelle/-senke
zwecks Datenaustausch mit einer zweiten Datenquelle/-senke anschließbar ist,
umfasst die folgenden Schritte:
- – durch
zumindest eine Auslastungsermittlungseinrichtung wird die Auslastung
einer Ausgangsleitung des Kommunikationsnetzwerks ermittelt und
ein Auslastungsparameter gebildet;
- – durch
zumindest eine Teilnehmerlastermittlungseinrichtung wird ein Datenlastparameter
zur Beschreibung der zwischen der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke
und dem Kommunikationsnetzwerk ausgetauschten Daten gebildet; und
- – durch
zumindest eine Auslastungssteuerungseinrichtung, der der Auslastungsparameter
und der Datenlastparameter zuführbar
sind, wird in Abhängigkeit
dieser beiden Parameter der zwischen der zumindest einen ersten
Datenquelle/-senke und dem Kommunikationsnetzwerk stattfindende
Datenaustausch reguliert.
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Ein
erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt
mit einem auf einem maschinenlesbaren Datenträger gespeicherten Programmcode,
das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen
werden kann, umfasst Softwarecode-Abschnitte, mit denen die Schritte des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgeführt
werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.
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Der
durch die Auslastungsermittlungseinrichtung ermittelte Auslastungsparameter
umfasst eine die Art und/oder die Höhe der Auslastung beschreibende
Information und kann beispielsweise binärer oder nicht-binärer Natur
sein. Die Auslastung wird z.B. an einer Ausgangsleitung ermittelt,
welche in dem Kommunikationsnetzwerk aufgrund dessen Topologie die
höchste
Auslastung aufweist und damit den "Flaschenhals" des Kommunikationsnetzwerks bildet.
Anhand des einer kritischen Ausgangsleitung zugeordneten Auslastungsparameters
lassen sich kritische Situationen in dem Kommunikationsnetzwerk
auf einfache Weise ermitteln.
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Der
Auslastungsparameter wird als Steuergröße einer Auslastungssteuerungseinrichtung
zugeführt.
Um eine situations- und nutzergerechte Regulierung des Datenaustauschs
zwischen der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke und der zweiten
Da tenquelle/-senke vornehmen zu können, werden weiterhin Informationen
einer Teilnehmerlastermittlungseinrichtung berücksichtigt, die diese in Form eines
Datenlastparameters zur Verfügung
stellt.
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Der
Datenlastparameter berücksichtigt
das Kommunikationsverhalten der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke,
so dass bei einer Kombination der Informationen des Auslastungsparameters und
des Datenlastparameters eine feinfühlige Steuerung des Datenaustauschs
des Kommunikationsnetzwerks ermöglicht
wird.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist sowohl der Begriff des Auslastungsparameters
als auch des Datenlastparameters breit zu sehen. Insbesondere können beide
Parameter nicht nur einen, sondern eine Vielzahl an Werten (z.B.
in Form eines Vektors) umfassen.
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Anhand
des Auslastungsparameters und des Datenlastparameters ist die Auslastungssteuerungseinrichtung
in der Lage, den Datenverkehr der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke
und/oder die von der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke in Anspruch
genommenen Dienste selektiv zu regulieren. Unter Regulation wird
im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung ein Eingriff in den Datenverkehr
der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke verstanden. Bei einer
Mehrzahl an ersten Datenquellen/-senken können einzelne der ersten Datenquellen/-senken
auf diese Weise in ihrem Datenaustausch beeinflusst werden.
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Die
Erfindung ermöglicht
damit auf einfache Weise die Bereitstellung einer QoS-Sicherung,
welche die Vorteile einer Überdimensionierung
mit der Sicherheit der Admission Control kombiniert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Patentansprüchen.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Kommunikationsnetzwerk zumindest einen Netzwerkeingangsrechner
aufweist, der die Teilnehmerlastermittlungseinrichtung und/oder
die Auslastungssteuerungseinrichtung aufweist, und wobei an jeden
der Netzwerkeingangsrechner zumindest eine der ersten Datenquelle/-senke
anschließbar
ist. Der Netzwerkeingangsrechner stellt mit anderen Worten einen
Zugangsknoten zu dem Kommunikationsnetzwerk dar, an den eine Vielzahl
an ersten Datenquellen/-senken anschließbar ist. Bei diesen kann es
sich gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung um einen Teilnehmerrechner handeln. Das
Kommunikationsnetzwerk kann dabei eine Mehrzahl an Netzwerkeingangsrechnern
aufweisen, welche jeweils mit einer Mehrzahl an ersten Datenquellen/-senken
verbunden sind. Die Zuordnung bzw. Integration der Auslastungssteuerungseinrichtung
und/oder der Teilnehmerlastermittlungseinrichtung zu bzw. in den
Netzwerkeingangsrechner weist den Vorteil auf, dass dieser unmittelbar
mit der die Datenlast verursachenden ersten Datenquelle verbunden
ist und eine Regulation durch den Netzwerkeingangsrechner die Belastung
anderer Netzkomponenten des Kommunikationsnetzwerks gering hält.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist das Kommunikationsnetzwerk zumindest einen Netzwerkausgangsrechner
auf, der die Auslastungsermittlungseinrichtung aufweist, der mit
der zweiten Datenquelle/-senke koppelbar ist. Der Netzwerkausgangsrechner
stellt damit ebenfalls einen am Rand des Kommunikationsnetzwerks
gelegenen Rechner dar. Je nach topologischem Aufbau des Kommunikationsnetzwerkes
kann über
die mit dem Netzwerkausgangsrechner verbundene Ausgangsleitung die
Gesamtheit sämtlicher
Daten übertragen
werden. Die mit dem Netzwerkausgangsrechner verbundene Ausgangsleitung
stellt damit den Flaschenhals des Kommunikationsnetzwerks hinsichtlich
der zur Verfügung
stehenden Bandbreite dar. Die Zuordnung bzw. Integration der Auslastungsermittlungseinrichtung
zu bzw. in den Netzwerkausgangsrechner ermöglicht damit die Berücksichtigung
des Worst Case.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind der zumindest eine Netzwerkausgangsrechner und der zumindest
eine Netzwerkeingangsrechner über
zumindest einen Verbindungsrechner gekoppelt und zumindest einer
der Verbindungsrechner weist eine Auslastungsermittlungseinrichtung
zum Ermitteln der Auslastung der Ausgangsleitung des betreffenden Verbindungsrechners
auf. Gemäß dieser
Ausführungsform
weist das Kommunikationsnetzwerk demnach eine Mehrzahl an Auslastungsermittlungseinrichtungen
auf, so dass auch innerhalb des Kommunikationsnetzwerkes verlaufende
Leitungen hinsichtlich deren Auslastung überwacht werden. Dieses Vorgehen
ist insbesondere in solchen Kommunikationsnetzwerken von Vorteil,
deren Netzelemente (Netzwerkeingangsrechner, Verbindungsrechner, Netzwerkausgangsrechner)
nach Art eines Spannbaums (Spanning Tree) miteinander gekoppelt
sind.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
erfolgt ein Datenaustausch und/oder eine Datenvermittlung in dem
Kommunikationsnetzwerk paketorientiert. Dabei ist der Datenlastparameter
bevorzugt anhand von Informationen aus dem Header und/oder der Nutzlast
eines Datenpakets ermittelbar. Die in einem Datenpaket enthaltenen
Informationen ermöglichen
es der Auslastungssteuerungseinrichtung auf einfache Weise diejenigen
Datenquellen/-senken und/oder Dienste bestimmter Datenquellen/-senken hinsichtlich
ihrer gewünschten
Datenübertragung
zu identifizieren, die zur Reduktion der Auslastung der überwachten
Ausgangsleitung ausgewählt
werden sollen.
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Dabei
umfasst der Datenlastparameter gemäß einer weiteren Ausführungsform
zumindest eine der folgenden Informationen:
- – eine der
Anzahl der einem Teilnehmerrechner seit Beginn einer Verbindung
zuordenbaren Datenpakete entsprechende Information,
- – eine
die Zeitdauer seit Beginn einer Verbindung eines Teilnehmerrechners
entsprechende Information,
- – eine
IP-Adresse,
- – einen
Port,
- – eine
den Inhalt der Nutzlast beschreibende Information.
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Eine
der Anzahl der einem Teilnehmerrechner seit Beginn einer Verbindung
zuordenbaren Datenpakete entsprechende Information kann z.B. durch
einen Paketzähler
ermittelt werden. Die Anzahl der Datenpakete gibt Aufschluss über die
von dem Teilnehmerrechner benötigte
Bandbreite. Die Anzahl der Datenpakete kann dabei in lediglich einer
Richtung (upstream oder downstream), oder in beiden Richtungen (upstream
und downstream) gezählt
werden, wobei im letzteren Fall die Bildung einer Gesamtsumme oder
die Bildung einer gewichteten Gesamtsumme denkbar ist.
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Die
der der Zeitdauer seit Beginn einer Verbindung eines Teilnehmerrechners
entsprechende Information (z.B. durch einen Zeitzähler ermittelt) kann
beispielsweise dazu verwendet werden, Teilnehmerrechner mit sehr
langer Verbindungsdauer in der Beanspruchung der von diesen benötigten Ressourcen
nicht zu beeinträchtigen.
Dagegen können solche
Teilnehmerrechner mit einer lediglich kurzen Verbindungsdauer hinsichtlich
der von ihnen gewünschten
Dienste beeinträchtigt,
z.B. blockiert oder hinsichtlich ihrer maximalen Datenrate beschnitten werden.
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Nach
Beendigung einer Verbindung eines Teilnehmerrechners mit der zweiten
Datenquelle/-senke erfolgt bevorzugt ein Rücksetzen des Paket- und/oder
Zeitzählers.
Andererseits bleibt bevorzugt bei Erreichen eines Maximalwertes
der Paket- und/oder Zeitzähler
bei diesem Maximalwert stehen, wodurch der Einsatz von Zählvorrichtungen
mit begrenzter Bit-Breite ermöglicht
wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Regulation des zwischen der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke
und dem Kommunikationsnetzwerk stattfindenden Datenaustauschs ein Blockieren
von Datenpaketen und/oder ein Festlegen einer maximal erlaubten
Datenrate. Das Blockieren von Datenpaketen und/oder das Festlegen
einer maximal erlaubten Datenrate kann beispielsweise Teilnehmerrechnern
mit der kleinsten Paket zahl, dem kürzesten Zeitzähler oder
solchen Teilnehmerrechnern auferlegt werden, die eine neue Datenverbindung
nachfragen. Andererseits ist es auch möglich, Teilnehmerrechner, welche
bestimmte Dienste in Anspruch nehmen, zu blockieren. Die Dienste
können beispielsweise
anhand der IP-Adresse, des Ports oder einer Nutzlastanalyse ermittelt
werden. Dies kann unter Umständen
mit Unterstützung
eines sog. „dhcp
relay agents" erfolgen,
der am Vergabeprozess der IP-Adressen beteiligt ist und auch über den
Start und das Ende einer Datenverbindung eines Anschlusses Informationen
liefert. In einem Überlastfall könnte der
dhcp relay agent z.B. verhindern, dass ein neuer Teilnehmerrechner überhaupt
eine IP-Adresse zugewiesen bekommt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass bei einer Mehrzahl an Auslastungsermittlungseinrichtungen
in dem Kommunikationsnetzwerk jede der Auslastungsermittlungseinrichtungen einen
Auslastungsparameter an die Auslastungssteuerungseinrichtung übermittelt,
wobei der die höchste
Auslastung beschreibende Auslastungsparameter durch die Auslastungssteuerungseinrichtung für die Regulierung
des Datenaustauschs berücksichtigt
wird. Dieses Vorgehen ermöglicht,
unabhängig
von der Kenntnis des Orts des Flaschenhalses in dem Kommunikationsnetzwerk
die Berücksichtigung der
an dem tatsächlichen
Flaschenhals zur Verfügung
stehenden Datenübertragungskapazität.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Auslastungsermittlungseinrichtung dazu ausgebildet, zusammen
mit dem Auslastungsparameter einen die Regulierung des Datenstroms
beeinflussenden Regulierungsparameter abzugeben. Der Regulierungsparameter
kann beispielsweise eine erforderliche Minimalzeit für die Aktivitätszeit nicht
zu blockierender Verbindungen oder die Vorgabe einer nicht zu übersteigenden
Datenrate umfassen. Der Regulierungsparameter kann dynamisch anhand
der tatsächlichen Auslastungssituation
durch die Auslastungsermittlungseinrichtung angepasst werden.
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Bevorzugt
ist die zweite Datenquelle/-senke ein, insbesondere ein auf dem
IP-Standard basierendes, Kommunikationsnetzwerk oder ein, insbesondere
IP-fähiger,
Rechner.
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Das
erfindungsgemäße Kommunikationsnetzwerk
stellt weiter bevorzugt ein Zugangsnetzwerk für ein auf dem IP-Standard basierendes
Kommunikationsnetzwerk dar, wie es beispielsweise von Netzbetreibern
zum Anschluss einer Vielzahl an Teilnehmerrechnern betrieben wird.
Die Kontrolle und Regulierung und damit die Bereitstellung einer
notwendigen QoS wird damit bereits vor dem eigentlichen IP-Kommunikationsnetzwerk
vorgenommen. Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass zur Sicherstellung
einer QoS auf die Übermittlung
von Signalisierungsnachrichten zwischen einem Sender und einem Empfänger verzichtet
werden kann, welche über
eine entsprechende Anzahl von Verbindungsrechnern geleitet werden
muss. Hierdurch vereinfacht sich der administrative Aufwand für die Bereitstellung
von QoS erheblich.
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Zusammengefasst
besteht die Erfindung darin, zur Bereitstellung einer QoS-Sicherung
die Auslastung einer oder mehrerer Leitungen in einem Kommunikationsnetzwerk
zu überwachen,
indem beispielsweise eine oder mehrere definierte Schwellen für die mittlere
Bit-Rate in Upstream- und/oder Downstream-Richtung auf Überschreitung überwacht
werden. Bei Überschreiten
einer Schwelle wird ein die Auslastungssituation geeignet beschreibender
Auslastungsparameter an einen, bevorzugt am Rand des Kommunikationsnetzwerks
angeordneten Netzwerkeingangsrechner übermittelt, welcher in der Lage
ist, den Auslastungsparameter auszuwerten und anhand weiter festgestellter
Datenlastparameter der mit dem Netzwerkeingangsrechner verbundenen Teilnehmerrechner
eine Regulierung des Datenaustauschs vorzunehmen. Die Regulierung
des Datenaustauschs kann im Blockieren einzelner oder mehrerer Teilnehmerrechner
und/oder durch einen oder mehrere Teilnehmerrechner in Anspruch
genommene Dienste bewerkstelligt werden. Als Kriterium, welcher
bzw. welche Teilnehmerrechner und/oder Dienste in ihrem Datenaustausch
blockiert oder beeinträchtigt
werden, kann beispielsweise die Anzahl der von einem Teilnehmerrechner
gesendeten und/oder empfangenen Datenpakete sowie die Auswertung der
Inhalte der jeweiligen Datenpakete herangezogen werden. So können beispielsweise
in einem Überlastfall
diejenigen Datenpakete der Teilnehmerrechner verworfen werden, die
am wenigsten lang aktiv waren bzw. den geringsten Verkehr gesendet bzw.
empfangen haben. Mit dem Beginn einer neuen Datenverbindung werden
die vorhandenen Paketzähler
zurückgesetzt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
erste, grobe schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kommunikationsnetzwerkes,
und
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2 eine
zweite, genauere weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kommunikationsnetzwerks.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Kommunikationsnetzwerk 30.
Dieses ist über
Leitungen 45, 46, 47, 48 mit einer
in Form von Teilnehmerrechnern 10, 11, 12, 13 ausgebildeter
erster Datenquelle/-senke verbunden. Über eine Ausgangsleitung 31 ist
das Kommunikationsnetzwerk 30 mit einer zweiten Datenquelle/-senke 20 verbunden.
Die zweite Datenquelle/-senke kann durch einen einzelnen Rechner
oder ein weiteres Kommunikationsnetzwerk ausgebildet sein.
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Das
Kommunikationsnetzwerk 30 verfügt über eine Auslastungsermittlungseinrichtung
AEE zum Ermitteln der Auslastung der Ausgangsleitung 31.
Die Auslastung kann beispielsweise in Form einer prozentualen Auslastung
der zur Verfügung
stehenden Kapazität
der Ausgangsleitung 31 bestimmt werden. Die Auslastungsermittlungseinrichtung
AEE ist dazu ausgebildet, einen Auslastungsparameter zu bilden,
der eine die Art und/oder die Höhe
der Auslastung beschreibende Information umfasst. Der Auslastungsparameter
kann in Form binärer
oder nicht-binärer
Form gebildet werden, wobei im ersteren Fall beispielsweise das Überschreiten
eines vorgegebenen Schwellwertes kodierbar ist. Im Fall einer nicht-binären Information
ist eine genauere Beschreibung der Auslastung der Ausgangsleitung 31 realisierbar.
So könnte
beispielsweise das Überschreiten einer
von mehreren vorgegebenen Schwellen in dem Auslastungsparameter
codiert sein.
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Das
Kommunikationsnetzwerk 30 umfasst weiterhin eine Teilnehmerlastermittlungseinrichtung TEE
zum Bilden eines Datenlastparameters zur Beschreibung der zwischen
der zumindest einen ersten Datenquelle/-senke und dem Kommunikationsnetzwerk
ausgetauschten Daten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 1 umfasst
die erste Datenquelle/-senke beispielhaft vier Teilnehmerrechner 10, 11, 12, 13,
die jeweils über
eine eigene Leitung 45, 46, 47, 48 mit
dem Kommunikationsnetzwerk 30 gekoppelt sind. Die Teilnehmerlastermittlungseinrichtung
TEE ermittelt dabei für
jeden der Teilnehmerrechner 10, 11, 12, 13 und
dem Kommunikationsnetzwerk 30 ausgetauschten Daten einen
eigenen Datenlastparameter.
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Eine
Auslastungssteuerungseinrichtung ASE in dem Kommunikationsnetzwerk 30 ist
dazu ausgebildet, in Abhängigkeit
der von der Auslastungsermittlungseinrichtung AEE und der Teilnehmerlastermittlungseinrichtung
gebildeten Parameter den zwischen den Teilnehmerrechnern 10, 11, 12, 13 und
dem Kommunikationsnetzwerk 30 ausgetauschten Datenstrom
zu regulieren.
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Die
Regulierung des Datenaustausches kann z.B. das Blockieren von zwischen
einem oder mehreren der Teilnehmerrechner 10, 11, 12, 13 und dem
Kommunikationsnetzwerk 30 ausgetauschten Daten umfassen.
Anstatt einen Datenstrom komplett zu blockieren, könnte auch
die von einem Teilnehmerrechner zugelassene maximale Datenübertragungsrate
begrenzt werden. Weiterhin denkbar ist es, lediglich bestimmte,
von den Teilnehmerrechnern in Anspruch genommene Dienste zu blockieren
oder hinsichtlich der maximalen Datenaustauschrate einzuschränken.
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Die
Regulierung kann dabei unter Berücksichtigung
verschiedenster Informationen erfolgen, die beispielsweise aus den
zwischen dem Kommunikationsnetzwerk 30 und dem Teilnehmerrechner 10, 11, 12, 13 ausgetauschten
Daten gewonnen werden können.
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Es
wird im Weiteren davon ausgegangen, dass der Datenaustausch und/oder
eine Datenvermittlung in dem Kommunikationsnetzwerk 30 und den
daran angeschlossenen Komponenten paketorientiert erfolgt. Basiert
die Kommunikation auf dem Internet-Protokoll (IP), so können Datenlastparameter durch
die Teilnehmerlastermittlungseinrichtung TEE anhand von Informationen
aus dem Header und/oder der Nutzlast eines Datenpakets ermittelt
werden. Insbesondere kommen hierbei eine der Anzahl der einem Teilnehmerrechner 10, 11, 12, 13 seit
Beginn einer Verbindung mit der zweiten Datenquelle/-senke 20 zuordenbaren
Datenpakete entsprechende Information, eine die Zeitdauer seit Beginn
einer Verbindung eines Teilnehmerrechners 10, 11, 12, 13 mit
der zweiten Datenquelle/-senke 20 entsprechende Information,
die IP-Adresse, die Port-Adresse oder eine den Inhalt der Nutzlast
beschreibende Information in Betracht. Die Anzahl und/oder die Zeitdauer
der zwischen einem der Teilnehmerrechner 10, 11, 12, 13 mit
der zweiten Datenquelle 20 ausgetauschten Datenpakete kann
als Kriterium für
ein Blockieren oder Begrenzen der Datenübertragung herangezogen werden.
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2 zeigt
in einem zweiten Ausführungsbeispiel
ein schematisches Kommunikationsnetzwerk 30, bei dem die
in dem Kommunikationsnetzwerk 30 vorgesehenen Netzkomponenten
näher dargestellt
sind. Bei dem Kommunikationsnetzwerk 30 der 2 handelt
es sich um ein Zugangsnetzwerk zu einem IP-basierten Netzwerk. Dies
ist durch die zweite Datenquelle/-senke 20 repräsentiert.
Die Ausgangsleitung 31 verbindet einen Verbindungsrechner 21 der
zweiten Datenquelle/-senke 20 mit einem Netzwerkausgangsrechner 32 des
Kommunikationsnetzwerks 30. Der Netzwerkausgangsrechner 32 ist über Verbindungsrechner 37, 38 mit
Netzwerkeingangsrechnern 33, 34, 35, 36 gekoppelt.
Die Verbindung der jeweiligen Netzkomponenten erfolgt nach Art eines
Spannbaumes. An die Netzwerkeingangsrechner 33, 34, 35, 36 ist
jeweils eine Mehrzahl an Teilnehmerrechner anschließbar, wobei
lediglich beispielhaft ein einziger Teilnehmerrechner mit einem der
Netzwerkeingangsrechner über
Leitungen 45, 46, 47, 48 verbunden
ist.
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Der
Netzwerkeingangsrechner kann beispielsweise in Form eines Ethernet-Switches,
eines DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) oder einem
IP-Router ausgebildet sein.
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Die
Netzwerkeingangsrechner 33, 34, 35, 36 stellen
Zugangsknoten zu dem Kommunikationsnetzwerk 30 dar und
umfassen jeweils die Teilnehmerlastermittlungseinrichtung TEE sowie
die Auslastungssteuerungseinrichtung ASE. Die Auslastungsermittlungseinrichtung
AEE kann beispielsweise lediglich in dem Netzwerkausgangsrechner 32 angeordnet sein,
wenn lediglich die Ausgangsleitung 31 zu dem Verbindungsrechner 21 hinsichtlich
ihrer Auslastung überwacht
werden soll. In einer Ausgestaltung ist es auch möglich, eine
Auslastungsermittlungseinrichtung in einem der Verbindungsrechner 37 bzw. 38 oder
auch in beiden der Verbindungsrechner 37, 38 vorzusehen,
um die mit dem Netzwerkausgangsrechner 32 verbundene Leitung 39 bzw. 40 oder
beide Leitungen 39, 40 hinsichtlich deren Auslastung
zu überwachen.
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Entgegen
der zeichnerischen Darstellung ist es natürlich möglich, dass eine weitere Mehrzahl
an Verbindungsrechnern vorgesehen ist, so dass der Netzwerkausgangsrechner 32 mit
dem Netzwerkeingangsrechner über
eine Mehrzahl an Verbindungsrechnern gekoppelt ist.
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Sind
eine Mehrzahl an Auslastungsermittlungseinrichtungen AEE in dem
Kommunikationsnetzwerk 30 vorgesehen, so wird durch jede
der Auslastungsermittlungseinrichtungen AEE ein Auslastungsparameter
für die
jeweils zugeordnete Ausgangsleitung ermittelt und zur weiteren Verarbeitung an
die Netzwerkein gangsrechner übermittelt,
welche zumindest eine der überwachten
Ausgangsleitungen für
eine Kommunikation mit dem IP-Netzwerk
benötigen.
In einem derartigen Fall wird durch die Auslastungssteuerungseinrichtung
lediglich der die höchste Auslastung
beschreibende Auslastungsparameter für die Regulierung des Datenaustauschs
des mit dem betreffenden Netzwerkeingangsrechner verbundenen Teilnehmerrechner
mit der zweiten Datenquelle berücksichtigt.
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Ist
eine Auslastungsermittlungseinrichtung beispielsweise in dem Verbindungsrechner 37 vorgesehen,
so versteht es sich von selbst, dass der von dieser ermittelte Auslastungsparameter
lediglich an die mit dem Verbindungsrechner 37 direkt (oder
auch indirekt über
weitere Verbindungsrechner) gekoppelte Netzwerkeingangsrechner (im
vorliegenden Ausführungsbeispiel 33 und 34)
zur weiteren Verarbeitung übertragen
wird.
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Die Übermittlung
des Auslastungsparameters erfolgt damit gezielt zu demjenigen Netzwerkeingangsrechner
des Kommunikationsnetzwerks 30, die von dem in Hochlast
befindlichen Netzelement aus in Downstream-Richtung liegen.
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Zur
Regulierung des Datenstromes sind die Netzwerkeingangsrechner 33, 34, 35, 36 beispielsweise
mit einer Zähleinrichtung
versehen, um zu erfassen, wie viele Datenpakete von einem Teilnehmerrechner
bereits gesendet bzw. empfangen wurden. Darüber hinaus kann jeweils eine
Zeiterfassungseinrichtung vorgesehen sein, welche erfasst, wie lange
ein Teilnehmerrechner bereits aktiv ist. In einem Überlastfall
werden beispielsweise die Datenpakete derjenigen Datenströme der Teilnehmerrechner
verworfen, die am wenigsten lang aktiv waren bzw. die geringste
Anzahl an Datenpaketen gesendet oder empfangen haben.
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Beginnt
ein Teilnehmerrechner eine neue Sitzung, so wird der Daten- und
Zeitzähler
auf Null zurückgesetzt
bzw. der Zeitzähler
für den
Beginn der Aktivitätsphase
auf die aktuelle Zeit gesetzt. Dabei ist es vorteilhaft, den Paketzähler der art
auszugestalten, dass dieser nach Erreichen seines Höchstzustandes
nicht wieder von vorne zu zählen
beginnt, sondern bei diesem definierten Maximalwert (z.B. die höchste darstellbare
Zahl des Zählers)
stehen bleibt. Die Zählung
der Datenpakete kann wahlweise nur upstream (das heißt vom Teilnehmerrechner
in Richtung der zweiten Datenquelle/-senke) oder downstream (von
der zweiten Datenquelle/-senke in Richtung des Teilnehmerrechners)
oder in beiden Richtungen (gewichtet oder ungewichtet) oder als
Minimal- oder Maximalwert beider Werte erfolgen. Das Zählen der
Datenpakete kann beispielsweise anhand der Auswertung der IP-Adresse
oder per Port erfolgen, wodurch z.B. ein selektives Verwerfen der
Datenpakete neu gestarteter Verbindungen möglich ist.
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Das
Feststellen eines Überlastfalles
durch die Auslastungsermittlungseinrichtung AEE in dem Netzwerkausgangsrechner
und/oder einem oder mehreren Verbindungsrechnern kann in dem Auslastungsparameter
binär oder
nicht-binär
(z.B. durch eine Integer- oder Fließzahl) erfolgen. Die Regulierung
des Datenstroms durch die Auslastungssteuerungseinrichtung kann
im Falle eines binären
Auslastungsparameters beispielsweise dadurch geschehen, dass so
lange, bis ein Ende der Überlast
in einem weiteren Auslastungsparameter kommuniziert wird, sämtliche
Datenpakete von oder zu neuen Teilnehmerrechnern oder von bis zu
diesem Zeitpunkt inaktiven Ports verworfen werden. Zusätzlich zu
neu hinzugekommenen Teilnehmerrechnern kann auch eine bestimmte
Anzahl von Teilnehmerrechnern blockiert werden, die bereits eine
Kommunikationsverbindung zu der zweiten Datenquelle/-senke aufweisen.
Eine Auswahl der Teilnehmerrechner bezüglich der Regulierung des Datenstroms
kann auch danach erfolgen, wie viele Datenpakete diese bereits gesendet
oder empfangen haben und wie lange diese schon aktiv sind. Bevorzugt
erfolgt ein Blockieren derjenigen Teilnehmerrechner mit den wenigsten
Datenpaketen bzw. der geringsten Aktivitätszeit.
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Das
Verwerfen bzw. Blockieren von Datenpaketen kann dadurch ergänzt werden,
dass einem Teilnehmerrechner bei einer Anfra ge (z.B. http) eine Antwortnachricht
von dem Netzwerkeingangsrechner übertragen
wird, die den Teilnehmerrechner auf eine Überlastsituation hinweist.
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Die
Regulierung des Datenstroms kann auf solche Datenpakete beschränkt werden,
die von einem Teilnehmerrechner zu bestimmten Zielen geschickt werden.
Dies kann beispielsweise der versuch eines Verbindungsaufbaus zu
einem Videoserver oder einem Soft-Switch für Sprach- oder Video-Kommunikation
sein.
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Die
Steuerung des Datenstroms und damit der Auslastung der beobachteten
Leitungen kann auch unter Verwendung des dhcp relay agents in einem
Netzwerkeingangsrechner erfolgen. Dieser ist am Vergabeprozess der
IP-Adressen beteiligt und ist somit über den Start und das Ende
einer Verbindung eines Teilnehmerrechners informiert. In einem Überlastfall
kann der dhcp relay agent verhindern, dass ein weiterer Teilnehmerrechner überhaupt
eine IP-Adresse zugewiesen bekommt oder dessen Datenrate eingeschränkt wird.
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Weiterhin
ist denkbar, dass die Auslastungsermittlungseinrichtung zusammen
mit dem Auslastungsparameter einen Regulierungsparameter an die betreffenden
Netzwerkeingangsrechner übermittelt, in
welchem beispielsweise eine erforderliche Minimalzeit für die Aktivitätszeit nicht
zu blockierender Verbindungen übertragen
wird und die Minimalzeit mit einer geeigneten Rate gesteigert wird,
was je nach der beobachteten Schwere eines „Verkehrsstaus" erfolgen kann.
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Um
die Teilnehmerrechner nicht komplett von der zweiten Datenquelle/-senke
abzuschneiden, kann vorgesehen sein, Teilnehmerrechner, z.B. mit kürzerer Aktivitätszeit,
lediglich eine begrenzte Maximalrate an Datenpaketen passieren zu
lassen.
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Die
Regulierung des Datenaustausches zwischen einem Teilnehmerrechner
und der zweiten Datenquelle/-senke kann auch von monetären Aspekten
beeinflusst sein. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein
Kunde erst nach einer gewissen Zeit einer Aktivität für die übertragenen
Daten bezahlt. Diese Zeitspanne kann abhängig von der momentanen Belastungssituation
des Kommunikationsnetzwerkes ausgebildet sein. Falls ein Netzbetreiber die
Datenpakete eines Kunden nach dem oben beschriebenen Mechanismus
verwerfen muss, kann dieser dem Kunden die angefallenen Gebühren gutschreiben
oder einen Bonus geben. Die Rückerstattung
kann dabei in Abhängigkeit
einer bereits übertragenen
Datenmenge erfolgen. Die Rückerstattung kann
ebenfalls abhängig
von der Zeitdauer der Aktivität
des Kunden gemacht sein.