DE102006003159A1

DE102006003159A1 - Ausfallsichere Dimensionierung der Bandbreite in einem Kommunikationsnetz

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Publication number: DE102006003159A1
Application number: DE102006003159A
Authority: DE
Inventors: Michael Menth; Joachim Charzinski; Rüdiger Martin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-07-26
Also published as: WO2007087952A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Dimensionierung einer Datenverkehr bezogenen Kapazität eines Links (vorzugsweise mehrerer Links im Netzwerk bis auf dem ganzen Netzwerk) mit Verkehrsaggregaten zwischen zwei Knoten eines Kommunikationsnetzwerkes beschrieben, demgemäß: DOLLAR A - ein Eintrag a(h, g) aus einer Verkehrsmatrix A(h) für mindestens ein Verkehrsszenario h bei einer Verkehrslast für ein Verkehrsaggregat g berücksichtigt wird, wobei das Verkehrsszenario h entweder einen Normalfall (h = DIAMETER ), einen Überlast- bzw. Schieflastfall (h NOTEQUAL DIAMETER ) des Datenverkehrs bezeichnet, DOLLAR A - ein routing-bezogener Anteil u(s, l, g) von geroutetem Datenverkehr von Verkehrsaggregat g auf dem Link l bei mindestens einem Ausfallszenario s gebildet wird, wobei das Ausfallszenario s zwischen beiden Knoten v, w entweder ein fehlerfreies Routing (s = DIAMETER ) oder ein durch einen Ausfall bedingtes anderes Routing (s NOTEQUAL DIAMETER ) bezeichnet, DOLLAR A - die Verkehrs- oder/und Ausfallszenarien als Netzwerkszenario z = (h, s) definiert werden, DOLLAR A - für den Link ein Verkehrsangebot als Funktion mindestens eines der Netzwerkszenarien ermittelt wird, indem das Verkehrsangebot mit einer mit den Einträgen gewichteten Summe von Anteilen aller Verkehrsaggregate zwischen den beiden Knoten gebildet wird, DOLLAR A - mittels des ermittelten Verkehrsangebotes, vorzugsweise eines Dimensionierungsangebots des gesamten Netzwerks bzw. des Links, mittels einer Verteilung der Datenrate im Netzwerk bzw. im Link und unter Berücksichtigung einer für Dienstgüte des ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur ausfallsicheren Dimensionierung der Bandbreite in einem Kommunikationsnetz.

Eine der derzeit wichtigsten Entwicklungen auf dem Gebiet der Netze ist die Weiterentwicklung von Datennetzen für die Übertragung von Echtzeitverkehr, welcher Sprachinformationen, Videoinformationen und Audioinformationen enthalten kann. Für Dienste, die die Übertragung von Echtzeitverkehr erfordern, müssen so genannte Dienstgüteparameter garantiert werden.

Das wichtigste Beispiel für eine Datennetztechnologie, welche zur Übertragung von Sprache weiterentwickelt wird, sind die so genannten IP-Netze, welche auf dem Internet Protokoll (IP) basieren. Wichtige Parameter, welche für die Übertragung von Echtzeitverkehr kontrolliert werden müssen, sind beispielsweise die Laufzeit der Pakete, der Jitter und die Verlustrate. Vor allem im Hinblick auf die Kriterien bezüglich der Laufzeit muss verhindert werden, dass innerhalb von Netzen Überlastsituationen auftreten. Eine wichtige Maßnahme zur Verhinderung von Überlast ist die Beschränkung des über das Netz übertragenen Verkehrsvolumens. Zu diesem Zweck wird in vielen echtzeitverkehrfähigen Datennetzen eine Zulassungsbeschränkung oder Zugangskontrolle (Admission Control) für zu übertragenden Verkehr durchgeführt. Bei Netzen, welche beispielsweise am Netzeingang eine Zugangskontrolle für zu übertragenden Verkehr vorsehen, sollte nach Möglichkeit eine Zugangskontrolle derart durchgeführt werden, dass einerseits eine Übertragung mit den erforderlichen Dienstgütemerkmalen möglich ist, andererseits aber möglichst wenig Verkehr abgewiesen bzw. nicht übertragen wird.

Für eine optimale Anpassung von Grenzen für die Zugangskontrolle zu einem Netz ist erforderlich, das zu fördernde Verkehrsaufkommen zu kennen. In der Verkehrstheorie verwendet man zur Darstellung dieser Information die so genannte Verkehrsmatrix, welche als Matrixeinträge das zwischen den einzelnen Knoten eines Netzes zu befördernde Verkehrsaufkommen enthält. Dabei wird nicht der tatsächlich beförderte oder transportierte Verkehr dargestellt, sondern der zum Transport anstehende bzw. angebotene Verkehr, d.h. der Verkehr, der transportiert werden würde, wenn durch im Netz beliebig viel Bandbreite zur Verfügung stünde.

In Kommunikationsnetzen spielen also Dienstgüte (Quality of Service, QoS) im Sinne von begrenzter Paketverzögerungs- und Paketverlustwahrscheinlichkeit eine zentrale Rolle für den Einsatz von Echtzeitkommunikationsanwendungen. Diese wird erreicht, wenn Stau bzw. Ausfälle im Netz verhindert wird. Dafür besteht auch, zusätzlich zum vorigen traditionellen Ansatz, die Möglichkeit eine neue Dimensionierung bzw. eine Überdimensionierung der Netzressourcen durchzuführen, damit das Netz jederzeit über mehr Kapazität verfügt als es Verkehr zu transportieren hat.

In vielen heutigen IP-Netzen wird dementsprechend nach Gutdünken ohne wissenschaftliche Untermauerung ein Vielfaches der benötigten Bandbreite pro Link dimensioniert. Dazu werden meist Messdaten von Linkauslastungen zugrunde gelegt, und die Bandbreite eines stark ausgelasteten Links wird erhöht, wenn zu oft eine zu hohe Auslastung beobachtet wurde. Wie erwähnt setzen alternative Verfahren zur Sicherung der Dienstgüte Zugangskontrolle ein. Hier wird es dagegen angestrebt, die benötigte Dimensionierung der Netzressourcen für einen Betrieb, insbesondere auch ohne Zugangskontrolle, bereitzustellen. Dabei stellen noch Fehlerszenarien im Datenverkehr zwischen zwei Knoten noch ungelöste Probleme dar, wie z.B. für einen erhöhten Verkehr auf funktionsfähige Links durch Ausfälle von anderen Links.

Die benötigte Kapazität für ein Verkehrsangebot zwischen zwei Knoten kann oft nur ungenau bestimmt bzw. durch redundante Linkausbau gesichert werden.

Die Erfindung hat zur Aufgabe eine Vorgehensweise anzugeben, mit der eine Dimensionierung der erforderlichen Kapazität für eine Verkehrslast auf einem Link in einem Kommunikationsnetz mit Knoten effizient anpassen werden kann.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein verfahren zur Dimensionierung einer Datenverkehr bezogenen Kapazität eines Links l (vorzugsweise mehrerer Links im Netzwerk bis auf dem ganzen Netzwerk) mit Verkehraggregaten g = g(v, w) zwischen zwei Knoten v, w eines Kommunikationsnetzwerkes beschrieben, demgemäß:

– ein Eintrag a(h, g) aus einer Verkehrsmatrix A(h) für mindestens ein Verkehrszenario h bei einer Verkehrslast für ein Verkehraggregat g berücksichtigt wird, wobei das Verkehrszenario h entweder einen Normalfall (h = ∅ = leere Menge), einen Überlast- bzw. Schieflastfall (h ≠ ∅) des Datenverkehrs bezeichnet,
– ein routing-bezogener Anteil u(s, l, g) von geroutetem Verkehr von Verkehraggregat g auf dem Link l bei mindestens einem Ausfallszenario s gebildet bzw. berücksichtigt wird, wobei das Ausfallszenario s zwischen beiden Knoten v, w entweder ein fehlerfreies Routing (s = ∅) oder ein durch einen Ausfall bedingtes anderes Routing (s ≠ ∅) bezeichnet,
– die Verkehr- oder/und Ausfallszenarien h, s als Netzwerkszenario z = (h, s) definiert werden, wobei hier eine der Variablen h oder s ggf. nicht berücksichtigt werden kann, z. B. s bei keinen ausfallenden Transportwegen,
– für den Link l ein Verkehrsangebot a(z, l) als Funktion mindestens eines der Netzwerkszenarien z ermittelt wird, indem das Verkehrsangebot a(z, l) mit einer mit den Einträgen a (h, g) gewichtete Summe von Anteilen u(s, l, g) aller Verkehraggregate g(v, w) zwischen den beiden Knoten v, w gebildet wird
– mittels des ermittelten Verkehrsangebotes a(z, l), vorzugsweise eines Dimensionierungsangebots a_dim des gesamten Netzwerks bzw. a_dim(l) des Links l, mittels einer Verteilung der Datenrate im Netzwerk bzw. im Link l und unter Berücksichtigung einer für Dienstgüte des Datenverkehrs zugelassenen QoS-Ziel-Verletzungswahrscheinlichkeit p_dim im Netzwerk bzw. p l / dim in dem Link l eine benötigte Kapazität errechnet wird.

Dabei wird also mindestens ein Networking-Szenario z = (h, s) betrachtet, das aus einem Verkehrsszenario h und einem Ausfallszenario s besteht, wobei h entweder der Normalfall der Verkehrsmatrix (h = leere Menge), eine Schief- oder Überlastszenario sein kann und s entweder der fehlerfreie Fall (s = leere Menge) oder einen Fehlerfall sein kann. Für jedes dieser betrachteten Networking-Szenarios werden die Networking-Szenario-spezifischen Linklasten a(l, z) mittels der Summe über die jeweiligen a(g, h) und u(l, g, s) berechnet. Durch die Maximumsbildung über die betrachteten Netzworking-Szenario-spezifischen Link-Lasten a(l, z) wird die zu dimensionierende Linklast berechnet.

Dadurch können Zusatzkapazitäten sowohl für erhöhten Verkehr durch allgemeine im Folgendem definierte „Hot-Spot"-Szenarien, wie z.B. Verkehrsverlagerungen auf Grund von attraktiven Serverinhalten, sowie für erhöhten Verkehr durch umgeleiteten Verkehr auf Grund von Netzausfällen gemeinsam verwendet werden. Durch diese gezielte Überdimensionierung ergeben sich erhebliche Kapazitätseinsparungen im Vergleich mit einer pauschalen Überdimensionierung des Netzes.

Damit wird beispielsweise für den Link l bei einem maximal gewählten Wert des Dimensionierungsangebots a_dim(l) eine Verteilung des Datenverkehrs auf dem Link l mit minimaler Verletzungswahrscheinlichkeit gewährleistet. Andernfalls wird bei einem minimal gewählten Wert a_dim(l) eine Verteilung des Da tenverkehrs auf dem Link l mit höchster Kapazitätsersparnis gewährleistet.

Zugangskontrolle ist dabei nicht mehr erforderlich, da lediglich Netwerkszenarien (z) für ein Verkehrsangebot gewählt werden, so dass die Dimensionierung der Kapazität im Netzwerk oder im Link (l) einfach implementiert wird. Das Verfahren kann also unabhängig von einer Zugangskontrolle durchgeführt werden.

Dabei wird das Verkehrsangebot a(z, l) als einfache Funktion vom Netzwerkszenario z = (h, s) errechnet, wie folgt:

wobei G eine Menge der Verkehraggregate g(v, w) bzw. g bezeichnet.

Das Verkehrsangebot a(Z_p, l) kann auch als Funktion für eine Menge Z_p von vordefinierten Netzwerkszenarien z = (h, s) errechnet werden, wie folgt:

Für eine Menge Z_p von Szenarien (z) kann auch eine gesamte Auftrittswahrscheinlichkeit p(Z_p) definiert werden, wie folgt:

Mit der Auftrittswahrscheinlichkeit p(Z_p) kann u.a. das erfindungsgemäße Verfahren in einer sicheren Weise (nah am „worst case") gesteuert werden. Die Wahl der eingeschränkten Menge Z_p von Netzwerkszenarien z = (h, s) hängt z.B. von einem potentiellen Auftritt eines bzw. aller dieser Szenarien z ab, welchem eine Auftrittswahrscheinlichkeit p(z) für die Dimensionierung zugeordnet werden kann. Dadurch werden nur wesentliche Netz werkszenarien berücksichtigt und der Rechenaufwand wird dementsprechend vereinfacht bzw. beschleunigt.

Folgendes wird ferner berücksichtigt:

– im Kommunikationsnetzwerk ein Datenfluss eine maximale QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit p_v erfahren kann, wenn auf allen Links genügend Kapazität vorhanden ist.
– eine QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit p_v(l) auf dem Link l bzw. eine mittlere QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit p l / v für eine Menge von Links definiert wird,
– und daraus eine für Dienstgüte des Datenverkehrs zugelassene QoS-Ziel-Verletzungswahrscheinlichkeit p l / dim für den Link l errechnet wird, wie folgt:
wobei die Zahl m z.B. eine durchschnittliche, eine kürzeste oder eine längste Pfadlänge von Datenflüssen auf dem link l bzw. im Kommunikationsnetz beträgt.

Dadurch werden mögliche QoS-Verletzungswahrscheinlichkeiten mit hoher Sicherheit minimiert.

Ferner kann für die Menge Z_p von Szenarien z die für Dienstgüte des Datenverkehrs zugelassene QoS-Ziel-Verletzungswahrscheinlichkeit p l / dim für den Link l mittels der gesamten Auftrittswahrscheinlichkeit p(Z_p) und mittels der maximalen QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit p_v in einfacher Weise errechnet werden, wie folgt:

In der Praxis wird eine Menge Z_p von Netzwerkszenarien z selektiv gewählt wird, derart dass sich ein möglichst kleines Link-bezogenes Verkehrsangebot a_dim(l) = a(Zp, l) ergibt, damit möglichst wenig Bandbreite für die Dimensionierung benötigt wird.

Es wird weiterhin angestrebt, dass:

– eine hohe Menge Z_c von Netzwerkszenarien berücksichtigt und verwendet werden, gemäß welchen nach Dimensionierung eine Verkehrslast ermittelt wird,
– zur endgültigen Dimensionierung eine kleinere Menge Z_p von Netzwerkszenarien, vorzugsweise mit möglichst hohen Auftrittswahrscheinlichkeiten, aus der hohen Menge Z_c von Netzwerkszenarien gewählt wird, so dass die Verkehrslast a(Z_p, l) verringert wird.

Zur Durchführung des Verfahrens bzw. zur Realisierung eines dafür geeigneten Systems für eine ausfallsichere Dimensionierung bzw. Überdimensionierung können folgenden Komponenten im Einsatz kommen:

– ein Messsystem zum Schätzen der a) Verkehrsmatriz(en) b) Ausfallwahrscheinlichkeit von Netzelementen
– eine Dimensionierungsmethode, die auf einer Maschine läuft und auf Grund der oben zitierten Messwerte Empfehlungen für eine Linkdimensionierung bzw. für den Netzausbau gibt.
– Sobald der tatsächliche Ausbau unter den Empfehlungen liegt, sollte Kapazität hinzugekauft werden. Dazu kann das System optional auch an ein Ordering-System gekoppelt werden, das diesen Zukauf veranlasst, oder an ein automatisch schaltbares Transportnetz (ASTN, automatically switched transport network, oder ASON, automatically switched optical network).

Zur Durchführung des Verfahrens kann also eine Vorrichtung mit Mitteln (z.B. Computerprogramm, der in einer Einheit des Netzwerks abläuft) verwendet werden, welche durch einen Kontrollserver des Netzes, durch einen Teil des Managementsystems des Netzes, durch eine Dienststeuerungsvorrichtung, durch einen Router oder durch Zugangskontrolleinheiten an Knoten gebildet ist. Hier muss betont werden, dass Zugangskontrolle nicht erforderlich sind. Daher kann vorrichtungsgemäß das Verfahren sehr einfach und flexibel eingesetzt werden.

Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand im Rahmen eines Ausführungsbeispiels anhand von einer Figur näher erläutert.
In der Figur ist ein mit Knoten u, w und Links l, l1, l2... gebildetes Kommunikationsnetz dargestellt. In diesem Netz können für QoS-Dienstgüte des Verkehrs Kontrolleinheiten vorgesehen werden.
In einem zentralen Kontroll- und Steuerserver NCS (NCS: network control server) kann auf der Basis von Beobachtungen der Budgetauslastungen und von wesentlich potentiellen oder bekannten Netzwerkszenarien z = (h, s) eine „aktive Verkehrsmatrix" sowie besondere Transportwegen (Routingsmaßnahmen) für den Link l berücksichtigt werden. Dazu werden für jedes Netzrand-zu-Netzrand-(border to border)Budget (d.h. die für die Übertragung zwischen den Netzrändern bzw. Knoten zur Verfügung stehende Bandbreite) zumindest ein Verkehrsangebot z.B. periodisch erfasst.
Andere Realisierungen als einen zentralen Steuerserver oder Network Control Server, der die Verkehrsmatrix und die Transportwegen schätzt, sind für das in der Figur gezeigte Netz möglich. So können z.B. die beschriebenen Funktionen in ein Netzmanagement-System oder in eine Dienstesteuerung integriert werden. Eine Verteilung oder Replikation der Funktionen in IP-Routern oder in beliebigen Einrichtungen v, w (z.B. Signalisierungskomponenten) ist eine alternative Ausgestaltung.
Nun wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Dimensionierung ausführlicher beschrieben.
Verkehrsangebot und Dimensionierung
Zuerst werden einige Formalismen geklärt:

• Eine Verkehrsmatrix A(h) enthält das Verkehrsangebot in Erlang für alle Verkehrsaggregate g(v, w) zwischen allen Knoten v und w in einem speziellen Verkehrsszenario h, der z.B. der typische Normalfall (h = ∅) oder ein ausgezeichnetes Schieflastszenario sein kann. Unterschiedliche Verkehrsszenarien werden in der Menge H zusammengefasst. Unterschiedliche Verkehrsszenarien können vorübergehend z.B. durch plötzlich populäre Serverinhalte entstehen, die wir dann Hot Spots nennen.
• G bezeichnet die Menge aller Aggregate zwischen beliebigen zwei Knoten v, w im Netz.
• Die Funktion a(h, g) liefert den Eintrag für g ∊ G aus der Verkehrsmatrix A(h) im speziellen Verkehrsszenario h ∊ H.
• S bezeichnet eine Menge von Ausfallszenarien. Ein Ausfallszenario s ∊ S ist gekennzeichnet durch die ausgefallenen Netzelemente. S enthält – falls nicht anders erwähnt – auch immer den fehlerfreien Fall des Netzes (s = ∅).
• Die Funktion u(s, l, g) gibt dabei den Anteil von Aggregat g wieder, der üblicherweise im Ausfallszenario s über den Link l transportiert wird.
• Die Kombination eines Verkehrsszenarios und eines Ausfallszenarios ergibt ein Networking-Szenario z = (h, s). Eine Menge solcher Szenarien wird mit Z bezeichnet.

Mit Hilfe der Verkehrsmatrix und Routings kann das Gesamtangebot des Verkehrs auf jedem Link im Netz für ein bestimmtes Networking-Szenario z bestimmt werden:
Gegeben ist nun eine Menge von zu schützenden Networking-Szenarios Z_p. Dann kann das entsprechende Verkehrsangebot a(Z_p, l) für den link l berechnet werden mittels
Mit Hilfe von Dimensionierungsalgorithmen kann dann basierend auf einer Gesamtlast a_dim (z.B. a(Z_p, l) eines Links), einer Verteilung für die Verbindungsgröße und einer erlaubten QoS-Ziel-Verletzungswahrscheinlichkeit p_dim die benötigte Bandbreite berechnet werden (auch bekannt als „Stochastic Knapsack", siehe Literaturstelle [3]).
In einem Netz erfährt ein Fluss nur dann eine QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit von höchstens p_v, wenn auf allen seinen Links genügend Kapazität vorhanden ist. Sei p_v(l) die QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit auf einem speziellen Link l und Pfad path(g) die Menge der Links, die in dem Pfad für g enthalten sind. Dann können wir nähern:
.
Dieser Befund wird zu (1 – pv) = (1 – plv )m = (1 – pldim )m verallgemeinert und es kann folglich eine Ziel-QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit
für alle Links bestimmen werden. Die Variable m bezeichnet dabei die durchschnittliche Pfadlänge aller Flüsse. Alternativ kann man für m in der letzten Gleichung auch die kürzeste oder längste Länge der Flüsse auf dem Link l bzw. im Netz wählen, da die Unterschiede dieser Optionen keinen großen Einfluss auf die Ergebnisse haben (siehe Literaturstelle [2]). Nähere Details dazu finden sich auch in der Literaturstelle [1].
Man kann z.B. eine Menge Z_p vorgeben und die Dimensionierung des Netzes genau für die darin enthaltenen Szenarien vornehmen. Das bedeutet, dass alle anderen möglichen Szenarien vernachlässigt werden.
Folgende Spezialisierung dieser Methode bewirkt eine genauere Dimensionierung. Jedes Szenario z ∊ Z wird mit einer Wahrscheinlichkeit p(z) assoziiert. Wir bestimmen dann die Wahr scheinlichkeit einer Menge Z durch
Somit ist es gesichert, dass wir nach obigem Vorgehen höchstens eine QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit p_v haben für die gilt: (1 – pv) = p(Zp)·(1 – pldim )m . Falls p(Z_p) > 1 – p_v gegeben ist, kann dann die nötige Ziel-QoS-Verletzungswahrscheinlichkeiten für die Linkdimensionierung bestimmt werden, durch:
bzw.
Bei der Wahl der zu schützenden Networking-Szenarien Z_p sollte darauf geachtet werden, dass diese ein möglichst kleines Link-Dimensionierungsangebot a_dim(l) = a(Z_p, l) ergeben, damit möglichst wenig Bandbreite für die Dimensionierung benötigt wird. Dazu wird eine größere Menge Z_c mit Z_c ⊇ Z_p von Szenarien z betrachtet und daraus diejenigen Szenarien ausgesucht, die eine möglichst geringe Last auf allen Links erzeugen und trotzdem eine möglichst hohe Wahrscheinlichkeit p(Z_p) > 1 – p_v aufweisen. Das wird praktisch durch geeignete Algorithmen und Datenstrukturen geschehen.
Anmerkungen:

• Falls die Verkehrsszenarien und Ausfallszenarien voneinander unabhängig angenommen werden können, kann die Wahrscheinlichkeit eines Networking-Szenarios z = (h, s) durch p(z) = p(h)·p(s) berechnet werden, wobei p(h) und p(s) die unabhängigen Wahrscheinlichkeiten des Verkehrsszenarios h und des Ausfallszenarios s sind.
• Es werden hier keine Aussage darüber gemacht, wie wahrscheinlich diese Szenarien z sind und wie sie geartet sind.
• Es kann einen geschickten Algorithmus und eine Datenstruktur angegeben werden, die hilft die Menge Z_p zu bestimmen. Wir erzeugen für jeden Link l eine Liste, die 3er Tupel aus (a(z, l), p(z), z) enthält. Die Liste soll stets nach Eintrag a(z, l) geordnet sein. Sie kann z.B. mit dem folgenden Algorithmus erzeugt werden:

Die durchschnittlichen Pfadlängen len_path(l) der Flüsse, die über den Link l laufen können als m(l) für die Berechnung des jeweiligen
benutzt werden. Die Listen helfen diejenigen Szenarien z ∊ Z_c zu finden, die hohe Linklasten erzeugen aber nur eine kleine Wahrscheinlichkeit haben, so dass eine geeignete und hinreichend wahrscheinliche Menge von zu schützenden Networking-Szenarien Z_p identifiziert werden kann.
Somit sollte eine Anpassungsfaktor der QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit
und ein Angebot von a l / qv für die Dimensionierung der Linkkapazität genutzt werden.
Zusätzliche Kapazitätseinsparungen
Wir setzen an:
Da Szenarien z existieren, in denen die effektive QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit p_v(z, l) eines Links l nach dessen Dimensionierung mit p_dim(l) extrem klein ist, dürfen andere existieren, in denen sie größer ist. Darum ist es möglich die Linkbandbreite mit einem deutlich größerem p_dim(l) zu berechnen und das daraus resultierende p_v(l) ist dann immer noch klein genug. Dieses p_dim(l) muss möglicherweise experimentell bestimmt werden. Es ist zu erwarten, dass diese Optimierung v.a. bei kleinen Verkehrsangeboten eine Reduzierung der benötigten Bandbreit bewirkt.
Zusatzkapazitäten können dadurch sowohl für erhöhten Verkehr durch allgemeine Hot-Spot-Szenarien, wie z.B. Verkehrsverlagerungen auf Grund von attraktiven Serverinhalten, sowie für erhöhten Verkehr durch umgeleiteten Verkehr auf Grund von Routingänderungen durch Netzausfälle gemeinsam verwendet werden. Dadurch ergeben sich auch wesentliche Kapazitätseinsparungen.
Die Durchführung des Verfahrens kann also im Netzmanagementsystem oder in Komponente eines Netzmanagementsystems erfolgen, in welcher das beschriebene Verfahren abläuft (mit oder ohne Kopplung an ein weiteres System zur Anforderung zusätzliche Kapazität).
Damit kann ein Offline-Werkzeug erzeugt werden, insbesondere ein Netzplanungstool, das nach Eingabe von Verkehrsdaten, Netztopologie und Szenarien (Fehler und Hot-Spots) die benötigten Kapazitäten mit dem beschriebenen verfahren bestimmt.
Ferner ist eine Messarchitektur vorausgesetzt, die zur messtechnischen Bestimmung der hier benötigten Größen in einem Netz eingesetzt wird und (eventuell durch automatische Datenübermittlung) diese Daten an das Netzmanagementsystem oder an ein Planungswerkzeug weitergibt.
Literaturstellen:

[1] Michael Menth, Rüdiger Martin, Joachim Charzinski: "Comparison of Border-to-Border Budget Based Network Admission Control and Capacity Overprovisioning", in Proceedings of Networking 2005, p. 1056-1068, Waterloo, Canada
[2] Michael Menth, Sebastian Gehrsitz, Stefan Kopf, Jens Milbrandt, "Fair Assignment of Efficient Network Admission Control Budgets A Performance Evaluation Framework for Network Admission Control Methods", in Proceedings of the 18th International Teletraffic Congress, p. 1121-1130, 2003, Berlin, GermanyTechnical Report No. 305, University of Wuerzburg, Feb. 2003
[3] Keith W. Ross, Multiservice Loss Networks for Broadband Telecommunication Networks, 1995, Springer-Verlag

Claims

Verfahren zur Dimensionierung einer Datenverkehr bezogenen Kapazität eines Links (l) mit verkehraggregaten (g = g(v, w)) zwischen zwei Knoten (v, w) eines Kommunikationsnetzwerkes, demgemäß: – ein Eintrag (a(h, g)) aus einer Verkehrsmatrix A(h) für mindestens ein Verkehrszenario (h) bei einer Verkehrslast für ein Verkehraggregat (g) berücksichtigt wird, wobei das Verkehrszenario (h) entweder einen Normalfall, einen Überlast- bzw. Schieflastfall des Datenverkehrs bezeichnet, – ein routing-bezogener Anteil (u(s, l, g)) von geroutetem Datenverkehr von Verkehraggregat (g) auf dem Link (l) bei mindestens einem Ausfallszenario (s) gebildet wird, wobei das Ausfallszenario (s) zwischen beiden Knoten (v, w) entweder ein fehlerfreies Routing (s = ∅) oder ein durch einen Ausfall bedingtes anderes Routing (s ≠ ∅) bezeichnet, – die Verkehr- oder/und Ausfallszenarien (h, s) als Netzwerkszenario (z = (h, s)) definiert werden, – für den Link (l) ein Verkehrsangebot (a(z, l)) als Funktion mindestens eines der Netzwerkszenarien (z) ermittelt wird, indem das Verkehrsangebot (a(z, l)) mit einer mit den Einträgen (a(h, g)) gewichtete Summe von Anteilen (u(s, l, g)) aller Verkehraggregate (g(v, w)) zwischen den beiden Knoten (v, w) gebildet wird – mittels des ermittelten Verkehrsangebotes (a(z, l)), vorzugsweise eines Dimensionierungsangebots (a_dim) des gesamten Netzwerks bzw. (a_dim(l)) des Links (l), mittels einer Verteilung der Datenrate im Netzwerk bzw. im Link (l) und unter Berücksichtigung einer für Dienstgüte des Datenverkehrs zugelassenen QoS-Ziel-Verletzungswahrscheinlichkeit (p_dim) im Netzwerk bzw. (p l / dim) in dem Link (l) eine benötigte Kapazität errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkehrsangebot (a(z, l)) als Funktion vom Netzwerkszenario (z = (h, s)) errechnet wird, wie folgt:
wobei (G) eine Menge der Verkehraggregate (g(v, w)) bzw. (g) bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkehrsangebot (a(z, l)) als Funktion einer Menge (Z_p) von vordefinierten Netzwerkszenarien (z = (h, s)) errechnet wird, wie folgt:
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem potentiellen Auftritt eines der Szenarien (z) eine Auftrittswahrscheinlichkeit (p(z)) für die Dimensionierung zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Menge (Z_p) von Szenarien (z) eine gesamte Auftrittswahrscheinlichkeit (p(Z_p)) definiert wird, wie folgt:
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – im Kommunikationsnetzwerk ein Datenfluss eine maximale QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit (p_v) erfahren kann, wenn auf allen Links genügend Kapazität vorhanden ist. – eine QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit (p_v(l)) auf dem Link (l) bzw. eine mittlere QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit (p l / v) für eine Menge von Links definiert wird, – und daraus eine für Dienstgüte des Datenverkehrs zugelassene QoS-Ziel-Verletzungswahrscheinlichkeit (p l / dim) für den Link (l) errechnet wird, wie folgt:
wobei die Zahl (m) vorzugsweise eine durchschnittliche, eine kürzeste oder eine längste Pfadlänge von Datenflüssen auf dem link (l) bzw. im Kommunikationsnetz beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Menge (Z_p) von Szenarien (z) die für Dienstgüte des Datenverkehrs zugelassene QoS-Ziel-Verletzungswahrscheinlichkeit (p l / dim) für den Link (l) mittels der gesamten Auftrittswahrscheinlichkeit (p(Z_p)) und mittels der maximalen QoS-Verletzungswahrscheinlichkeit (p_v) errechnet wird, wie folgt:
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge (Z_p) von Netzwerkszenarien (z) selektiv gewählt wird, derart dass sich ein möglichst kleines links-bezogenes Verkehrsangebot (a_dim(l) = a(Z_p, l)) ergibt, damit möglichst wenig Bandbreite für die Dimensionierung benötigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – eine hohe Menge (Z_c) von Netzwerkszenarien berücksichtigt und verwendet werden, gemäß welchen nach Dimensionierung eine Verkehrslast ermittelt wird, – zur endgültigen Dimensionierung eine kleinere Menge (Z_p) von Netzwerkszenarien, vorzugsweise mit möglichst hohen Auf trittswahrscheinlichkeiten, aus der hohen Menge (Z_c) von Netzwerkszenarien gewählt wird, so dass die für die Dimensionierung bestimmte Verkehrslast a_dim = a(Z_p, l) für die Dimensionierung verringert wird.
Vorrichtung mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch einen Kontrollserver des Netzes, durch einen Teil des Managementsystems des Netzes, durch eine Dienststeuerungsvorrichtung, durch einen Router oder durch Zugangskontrolleinheiten an Knoten realisiert ist.