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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Netzsteuerungseinheit
zum Deaktivieren einer Netzwerkkomponente, insbesondere einer oder
mehrerer Verbindungen und/oder eines Netzwerkknotens, in einem eine
Anzahl von Netzwerkkomponenten aufweisenden Kommunikations-Netzwerk.
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Eine
der derzeit wichtigsten Entwicklungen auf dem Gebiet der Netze ist
die Weiterentwicklung von Datennetzen für die Übertragung von Echtzeitverkehr,
d. h. Sprache, Videoinformationen und Audioinformationen. Um ein
Datennetz echtzeitfähig
zu machen, müssen
Mechanismen bereitgestellt werden, die die Einhaltung von sogenannten
Dienstgütemerkmalen,
wie z. B. die Übertragungsdauer,
den so genannten Jitter und die Paketverlustrate gewährleisten.
In einem echtzeitfähigen
Netz muss verhindert werden, dass Situationen auftreten, in denen
zugesagte Dienstgütemerkmale
nicht mehr gewährleistet
werden können.
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Herkömmliche
Datennetze weisen das Handicap auf, dass Überlastsituationen auftreten
können,
die zu langen Paketlaufzeiten oder sogar Paketverlusten führen können. Daher
wird bei echtzeitfähigen
Datennetzen oder Paketnetzen – herkömmliche Datennetze
basieren in der Regel auf der Übertragung
von IP Paketen, wie z. B. das Internet – mit Verkehrsbeschränkung zumindest
für Echtzeitverkehr und
Priorisierung des Echtzeitverkehrs gearbeitet, um dem Echtzeitverkehr
die erforderliche Dienstgüte zur
Verfügung
stellen zu können.
Verkehrsbeschränkung
basiert meist auf Zugangskontrollen, im Zuge derer zu übertragender
Verkehr angemeldet und je nach verfügbarer Bandbreite zugelassen
oder abgewiesen wird.
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Bei
der Einrichtung von Zugangskontrollen soll einerseits eine dienstgerechte
Dienstgüte
garantiert werden, andererseits hat der Netzbetreiber das Interesse,
möglichst
viel Verkehr zu übertragen,
um so möglichst
hohe Einkünfte
zu erzielen. Bei der Wahl der Grenzen muss daher ein Kompromiss
gefunden werden, der eine Übertragung
von möglichst viel
Verkehr erlaubt, ohne dass dadurch die Dienstgüte beeinträchtigt würde.
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In
Datennetzen hat der Betreiber zusätzlich die Möglichkeit,
durch Festsetzen von so genannten Metriksätzen die Übertragung bzw. Verteilung
von Verkehr in seinem Netz zu optimieren. Als Metriksatz soll hier
die Gesamtheit aller in den Netzelementen (Routern) des Netzes konfigurierten „interface
cost" Parameter
verstanden werden. Die Festsetzung von Grenzen für die Zugangskontrolle und
Metriksätzen stellt
in größeren Netzen
einen beträchtlichen
Aufwand dar. Wenn zusätzlich
noch betreiberseitig Parameter vorgebbar sein sollen, um beispielsweise
wirtschaftlichen Vereinbarungen nachzukommen und die Einstellungen
bei veränderten
Verkehrsbedingungen nachführbar
sein sollen, ist der Betreiber mit Konfigurieren von beträchtlichem
Aufwand und beträchtlicher
Komplexität
konfrontiert.
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In
IP-Netzen werden dabei die Routing-Tabellen in den Routern mit Hilfe
verteilter bzw. replizierter Routing-Algorithmen bestimmt. Die Länge der verschiedenen
möglichen
Pfade zu einem Ziel wird dabei als Summe der Link- bzw. Interface-Kostenmetriken auf
den Pfaden bestimmt. Der nächste
Knoten des kürzesten
Pfades wird schließlich
als "next hop" in die Routing-Tabelle
für das
entsprechende Ziel eingetragen. Werden mehrere gleich lange kürzeste Pfade
ermittelt, so kann auch mit der Equal Cost Multi-Path (ECMP) Option
von OSPF bestimmt werden, dass alle entsprechenden next-hop-Router
in die Routing-Tabelle aufgenommen werden.
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Um
den Verkehr von Strecken mit hoher Verkehrsbelastung auf weniger
stark belastete Strecken umzuleiten, wurde verschiedentlich vorgeschlagen, die
Link- bzw. Interfacekostenmetriken im Netz nicht alle gleich zu
wählen,
sondern sie entsprechend dem Ergebnis einer vieldimensionalen Optimierung
einzu stellen [B. Fortz, M. Thorup, „Internet Traffic Engineering
by Optimizing OSPF Weights",
Proc. IEEE Infocom 2000, http://www.ieee-infocom.org/2000/papers/165.ps].
Es ist jedoch nicht sichergestellt, dass diese optimierten Metriken
auch im Falle von Fehlern, wie z. B. einem Linkausfall oder einem
Router-Ausfall, nach dem entsprechenden Rerouting noch zu geringeren
Linkauslastungen führen
als die Standard-Einstellung
mit homogenen Metriken auf allen Links.
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In
der Regel werden Kostenmetriken in einem Netz alle auf denselben
Wert oder auf den Kehrwert der Bandbreite gesetzt oder für den Gutfall
(ohne Linkausfälle)
optimiert. In [A. Nucci et al. "IGP
Link Weight Assignment for Transient Link Failures". Proceedings of
ITC 2003, Berlin, Germany, Sep. 2003, pp. 321–330] wird eine Optimierung
mit Berücksichtigung
von Linkausfällen
für ein
Tabu-Search-Verfahren für
singlepath-Routing beschrieben. Mit Hilfe dieser Kostenmetriken
werden durch die Routingprotokolle kürzeste Routingpfade zwischen
Eingangs- und Ausgangsnetzknoten im Sinne der Routingpfade mit der
geringsten Kostensumme der Verbindungswege ermittelt. Falls es mehrere
gleich gute Routingpfade oder Routingpfadabschnitte, d. h. Teilabschnitte
des Routingpfades, gibt, wird beispielsweise mit Hilfe des equal
cost multi-path Verfahren, kurz ECMP, der Datenpaketverkehr bzw.
die Datenpakete auf mehrere gleich gute Pfade aufgeteilt. Eine annähernd deckungsgleiche
Offenbarung hierzu weisen auch die europäische Patentanmeldung
EP 1 638 254 A1 sowie
der Artikel von [WANG, X.; SCHULZRINNE, H.: An Integrated Resource
Negotiating, Pricing, and QoS Adaptation Framework for Multimedia
Applications. In: IEEE Journal an Selected Areas in Communications.
ISSN 0733–8716.
2000, Vol. 18, No. 12, S. 2514–2529.]
auf.
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Will
nun ein Betreiber eines IP-Netzwerkes ein Netzwerkelement, also
zum Beispiel eine oder mehrere Leitungen oder auch einen ganzen
Knoten, aus seinem Netz (temporär)
stilllegen, muss er dafür sorgen,
dass über
dieses Netzwerkelement kein Verkehr mehr abgewickelt wird, wenn
er nicht den Verlust von Datenpaketen und damit Verbindungsstörungen vermeiden
will. Hierzu hat er grundsätzlich
mehrere Optionen:
- a) Mittels einer Ersatzschaltung
auf dem physikalischen Layer (Schicht 1) kann er zum Beispiel im Bereich
der Langstreckenleitungen eine Leitung stilllegen, und eine andere
Leitung übernimmt
deren Verkehr. Diese Vorgehensweise ist nicht anwendbar, wenn der
Betreiber die komplette Leitung von einem Router zu einem anderen
Router stilllegen möchte,
oder wenn er eine Interface-Karte
in einem Router austauschen möchte.
- b) Meist wird die Methode gewählt, eine Verbindung einfach
abzuschalten und es der Fehlererkennung zu überlassen, dies zu erkennen
und anschließend
im Routing-Protokoll einen neuen Weg zu finden. Um grössere Beeinträchtigungen von
Verkehr zu vermeiden, wird diese Vorgehensweise daher in der Regel
in verkehrsschwachen Zeiten, als gewöhnlich während der Nacht, gewählt.
- c) Zur Vermeidung des Nachteils der Option b), nämlich die
teilweise recht lange Zeitspanne, bis der künstlich erzeugte Ausfall erkannt
wird, können
an der beiden betroffenen Routern die jeweiligen IP-Schnittstellen
mit „interface
down" deaktiviert
werden. Dadurch wird die Zeit zur Fehlererkennung eingespart und
das Re-Routing kann sofort einsetzen.
- d) Eine Alternative zur Option c) besteht noch darin, für die betroffene
Verbindung an beiden Enden die Kostenmetriken (interface cost metric)
so hoch zu setzen, dass die Verbindung nach einem anschliessenden
Re-Routing nicht
mehr für
Verkehr verwendet wird. Danach kann die Verbindung ausser Betrieb
genommen werden, ohne dass ein weiteres Re-Routing erforderlich
wäre.
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In
allen vorstehend genannten Fällen
fehlt es dem Netzbetreiber an einer belastbaren Aussage über das
Ausmass der Beeinträchtigung
des Verkehrs und an der Möglichkeit,
die Verkehrslenkung im Netzwerk auf die neue Situation hin zu optimieren. Für den fallweisen
Betrieb des Netzwerks mit Admission Control Budgets zur Sicherung
von QoS-Attributen stimmen zudem nach der Deaktivierung von Netzwerkkomponenten
die Zulassungsgrenzen (Budgets) nicht mehr. Falls es sich bereits
um eine Admission Control mit einer Ausfallsicherheit gehandelt
haben sollte, so wird zwar nach der Deaktivierung einer Verbindung
kein Verkehr beeinträchtigt, aber
die erneute Ausfallsicherheit muss in Reaktion auf die Deaktivierung
durch entsprechende Anpassungen der Admission Control Budgets erst
wieder hergestellt werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Netzsteuerungseinheit zur Deaktivierung einer Netzwerkkomponenten,
also zum Beispiel einer oder mehrerer Verbindungen oder eines gesamten
Netzwerkknotens, anzugeben, mit dem die Deaktivierung einfach vorgenommen
werden kann ohne dass es zu einer Beeinträchtigung des Verkehrs und ggfs.
der Ausfallsicherheit kommt.
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Bezüglich des
eingangs genannten Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
ein Verfahren zum Deaktivieren einer Netzwerkkomponente, insbesondere
einer oder mehrerer Verbindungen und/oder eines Netzwerkknotens,
in einem eine Anzahl von Netzwerkkomponenten aufweisenden Kommunikations-Netzwerk vorgesehen
ist, welches die nachfolgenden Schritte umfasst:
- a)
Identifizieren der zu deaktivierenden Netzwerkkomponente;
- b) Berechnen eines neuen Metriksatzes für die verbleibenden Netzwerkkomponenten;
- c) Konfigurieren des neuen Metriksatzes im Netzwerk und Re-Routen des Netzwerks;
und
- d) Deaktivieren der zu deaktivierenden Netzwerkkomponente, wobei
- e) im Schritt b) zusätzlich
das Berechnen von neuen Admission Control Budgets für das Netzwerk ausgehend
von dem neuen Metriksatz vorgesehen ist; und
- f) entsprechend des neuen Metriksatzes und/oder der neuen Admission
Control Budgets Reservierungen für Übertragungskapa zität nur dann
zugelassen werden, wenn eine Summe der Reservierungen auf einen
Wert unter einen entsprechenden Wert in dem neuen Metriksatz und/oder
in den neuen Admission Control Budgets abgeklungen ist.
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Bezüglich der
eingangs genannten Netzsteuerungseinheit wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch
gelöst,
dass eine Netzsteuerungseinheit zum Deaktivieren einer Netzwerkkomponente, insbesondere
einer oder mehrerer Verbindungen und/oder eines Netzwerkknotens,
in einem eine Anzahl von Netzwerkkomponenten aufweisenden Kommunikations-Netzwerk
vorgesehen ist, umfassend:
- a) Mittel zum Identifizieren
der zu deaktivierenden Netzwerkkomponente;
- b) Mittel zum Berechnen eines neuen Metriksatzes für die verbleibenden
Netzwerkkomponenten und Mittel zum Berechnen von neuen Admission Control
Budgets für
das Netzwerk ausgehend von dem neuen Metriksatz;
- c) Mittel zum Konfigurieren des neuen Metriksatzes im Netzwerk
und zum Re-Routen des Netzwerks; und
- d) Mittel zum Entfernen der zu deaktivierenden Netzwerkkomponente,
wobei
- e) entsprechend des neuen Metriksatzes und/oder der neuen Admission
Control Budgets Mittel vorgesehen sind, die Reservierungen für Übertragungskapazität nur dann
zulassen, wenn eine Summe der Reservierungen auf einen Wert unter
einen entsprechenden Wert in dem neuen Metriksatz und/oder in den
neuen Admission Control Budgets abgeklungen ist.
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Auf
diese Weise erhält
der Netzbetreiber eine belastbare Aussage über ein mögliches Ausmass der Beeinträchtigung
des Verkehrs und kann so die Verkehrslenkung im Netzwerk auf die
neue Situation hin optimieren. Für
den fallweisen Betrieb des Netzwerks mit Admission Control Budgets
zur Sicherung von QoS-Attributen stimmen so nach der Deaktivierung
von Netzwerkkomponenten die Zulassungsgrenzen (Budgets) genau. Falls
es sich bereits um eine Admission Control mit einer Ausfall sicherheit gehandelt
haben sollte, wird so nach der Deaktivierung einer Verbindung die
für ein
QoS-Netzwerk erforderliche Ausfallsicherheit wieder hergestellt.
Ist also beispielsweise ein Budget kleiner als die Summe des auf
der entsprechenden Übertragungsstrecke zugelassenen
Verkehrs, werden solange keine neuen Reservierungen zugelassen,
bis sich genügend Reservierungen
quasi selbständig
beendet haben und wieder genügend „Rest"- oder „Ersatz"-Untertragungskapazität zur Verfügung steht.
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Der
Wunsch, eine Netzwerkkomponente zu deaktivieren, kann hinsichtlich
der Schwere des Eingriffs in die Steuerung besonders einfach realisiert werden,
indem zu dem neuen Metriksatz ein Metrikwert für die zu deaktivierende Netzwerkkomponente ergänzt wird,
der diese zu deaktivierende Netzwerkkomponente gegenüber den
verbleibenden Netzwerkkomponenten benachteiligt. Damit wird die
zu deaktivierende Netzwerkkomponenten beispielsweise preislich so
teuer gemacht, dass sie beim Routen des Verkehr nicht mehr benutzt
wird. So kann beispielsweise als sehr hoher Metrikwert der maximal zulässige Metrikwert
verwendet werden.
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Im
besonderen zur Ermittlung von besonders übersichtlich bewertbaren Kriterien
für die
Machbarkeit/Zulässigkeit
der geplanten Deaktivierung können als
Verkehrskenngrösse
eine zu erwartende Ausfallwahrscheinlichkeit und/oder eine zu erwartende
Blockierung und/oder eine mittlere zu erwartende Linkauslastung
bestimmt werden. Anstelle eines Vergleichs mit Schwellwerten für eine Blockierung
kann von der Netzwerksteuereinheit auch direkt ein Zugriff auf entsprechende
Rohdaten vorgesehen sein.
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Falls
mehrere Netzwerkkomponenten für eine
Deaktivierung vorgesehen sind, bieten sich in zweckmässiger Weiterbildung
der Erfindung zwei Vorgehensweisen an, die auch in Kombination einsetzbar
sind. Zum einen können
bei der Deaktivierung mehrerer Netzwerkkomponenten die Verfahrensschritte
a) bis f) seriell für
eine Netzwerkkomponente nach der anderen abgearbeitet werden. Zum anderen
können
aber auch bei der Deaktivierung mehrerer Netzwerkkomponenten diese
Netzwerkelemente oder zumindest eine aus mehreren Netzwerkkomponenten
bestehende Untermengen zu einem virtuellen Netzwerkelement kumuliert
werden.
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Falls
es nach dem tatsächlichen
Deaktivieren von Netzwerkverbindungen zu einem Verlust der Konnektivität zu einzelnen
Netzknoten käme,
kann die Netzsteuerungseinheit so ausgestalte sein, dass sie eine
Warnung an den Operator ausgibt. Ein Versuch einer solchen Konnektivität kann durch
eine Berechnung der üblichen
Admission Control Budgets und Blockierungen auf der Basis des neuen
Metriksatzes allein nicht erkannt werden, weil beispielsweise eine
Verbindung auch noch bei maximalem Metrikwert trotzdem weiterverwendet
wird, wenn keine alternative Verbindung besteht. Daher kann die
Prüfung
des Netzwerks auf einen Verlust der Konnektivität zwischen zwei Netzwerkkomponenten
aufgrund der geplanten Deaktivierung der die beiden Netzwerkkomponenten
verbindenden Netzwerkkomponente anhand eines virtuellen Netzgraphen
vorgenommen werden, der die zu deaktivierende Netzwerkkomponente
nicht enthält.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei
wird der Begriff Budget für
die durch die Festsetzung von Grenzen für die Zugangskontrollen vorhandene
Bandbreite für
den Transport von Verkehr verwendet. Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemässe
Netzsteuerungseinheit mit Eingangs- und Ausgangsgrößen;
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2 Darstellung
einer Reaktion auf den ungesteuerten Ausfall eines Links; und
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3 ein
Flussdiagramm des erfindungsgemässen
Verfahrens zur geplanten Deaktivierung einer Verbindung.
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1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemässe
Netzsteuerungseinheit NCS. In dieser Netzsteuerungseinheit NCS sind
Module für
folgende Funktionen angeordnet:
- 1: Optimierung
der Metrik und Berechnung neuer Linkgewichte (Link Metric Optimisation).
- 2: Berechnung neuer Grenzen für die Zugangskontrollen (NAC
Budget Computation).
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Eingabegrößen des
Systems sind netzseitig die Last der Links (link load) 3,
die Auslastung der verfügbaren
Bandbreite bzw. die bei den einzelnen Grenzen noch verfügbare Bandbreite
(budget usage) 4, die Topologie des Netzes (topology) 5 und
Ereignisse (events) 6, wie z. B. Netzausfälle, welche
zu einer Neuberechnung von Grenzen führen können. Auf Seite des Betreibers
ist es möglich,
eine Verkehrsmatrix (traffic matrix) 7 vorzugeben. Es ist
aber auch denkbar, eine Verkehrsmatrix durch automatisierte Messungen
in regelmäßigen Abständen zu
ermitteln und an die Netzsteuerungseinheit NCS weiterzugeben. Daneben
können
vom Betreiber Regeln oder Randbedingungen (operator policies) 8 vorgegeben werden,
die durch wirtschaftliche Überlegungen
bedingt sind, z. B. die Bevorzugung von Verkehr bestimmter Kunden
oder zusätzliche
Priorisierungen.
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So
kann der Betreiber z. B. eine Schwelle für die Anzahl der Linkausfälle konfigurieren,
bei denen noch präventiv
die Budgets so berechnet werden sollen, dass bei weiteren Ausfällen die
QoS-Zusagen (QoS: quality of service) bzw. die zugesagte Dienstgüte an die
zugelassenen Reservierungen weiterhin eingehalten werden. Jede präventive
Reduktion der Budgets erhöht
naturgemäß die Blockierungshäufigkeit
und verringert damit die Einnahmen des Netzbetreibers, während sie
andererseits eine Sicherheit gegen Verletzung der QoS-Zusagen bietet.
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Als
Ausgangsgrößen liefert
die Netzsteuerungseinheit NCS einen neuen Metriksatz in Form von
optimierten Linkgewichten (optimized link metrics) 9 und
neue Admission Control Budgets in Form von Grenzen (budgets with
resilience) 10 für
die Zugangskontrollen NAC (NAC: network access control), welche
so festgesetzt werden können,
dass für
den Ausfall von Netzelementen redundante Bandbreite zum Abfangen
des Ausfalls gegeben ist.
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Für die Aktivierung
von Grenzen bzw. Budgets kann ein weiteres Protokoll eingesetzt
werden, um eine konsistente Budgetanpassung zu erreichen. Zunächst werden
von den Budgetänderungen
nur die Budgetverringerungen aktiviert. Die Zugangskontrollinstanzen
(NACs) geben dem Konfigurierungssystem (z. B. Network Control Server
NCS) bescheid, sobald jeweils das reservierte Budget sich im Rahmen
des neu vorgegebenen Budgets bewegt. Wenn alle NACs für alle geänderten
Budgets dem NCS signalisiert haben, dass die Budgets jetzt eingehalten werden,
kann der NCS die restlichen (zu erhöhenden) Budgets erhöhen.
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Während des
Netzbetriebes werden Link- und Budgetauslastungen sowie Topologieänderungen
(Ausfälle,
Wiederinbetriebnahmen, Netzerweiterungen) und sonstige Ereignisse
beobachtet und ggf. neue Budgets bzw. Link-Kostenmetriken berechnet. Im
Folgenden wird auf die Reaktion auf Ausfälle näher eingegangen.
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2 zeigt
schematisch den Verlauf der verfügbaren
Netzkapazität
(capacity) 11, des verfügbaren
Budgets (budget) 12 und der Auslastung des Budgets über der
Zeit (budget utiliza tion) 13. Die Budgets 12 sind
so berechnet, dass der zugelassene Verkehr auch nach dem Ausfall
(failure) 14 eines (beliebigen) Links L1 im Netz noch mit
den gegebenen QoS-Zusagen bzw. mit der zugesagten Dienstgüte transportiert
werden kann. Wenn nun tatsächlich
ein solcher Ausfall 14 eintritt (symbolisiert durch den
Pfeil in 2), dann muss außer der
Wiederherstellung der Erreichbarkeit im Netz durch eine schnelle
Fehlererkennung und ein entsprechendes schnelles Re-Routing nichts
weiter geschehen.
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Um
allerdings auch bei weiteren Linkausfällen wieder den Erhalt der
Dienstgüte
(QoS) sicherstellen zu können,
wird das Konfigurierungssystem (NCS: network control server) 15 dennoch
die Budgets auf die jetzt gültige
neue Topologie anpassen (NCS reaction). 2 zeigt,
dass nach dieser Anpassung zunächst
mehr Budget 12 reserviert sein kann als tatsächlich vorhanden
ist. Während
dies der Fall ist, werden auf den betroffenen Budgets alle neuen Reservierungs-Anfragen
blockiert. Durch die natürliche
Fluktuation der Reservierungen wird dieser transiente bzw. vorübergehende
Zustand nach einiger Zeit wieder verlassen, wenn genügend Reservierungen
beendet wurden. Von diesem Zeitpunkt an arbeitet die Ressourcenverwaltung
wieder normal, und es werden neue Reservierungen zugelassen, falls
sie noch in das jeweils betroffene Budget passen. Die Blockierungshäufigkeit,
d. h. die durchschnittliche Rate für Abweisungen von Reservierungsanfragen, ist
mit den reduzierten Budgets natürlich
etwas größer als
vorher, aber das ist die natürliche
Konsequenz des Fehlens der ausgefallenen Netzressourcen.
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Wenn
ein einmal ausgefallener Link wieder in Betrieb geht, können die
Budgets entsprechend wieder neu berechnet werden und die neuen Werte können wieder
in dem Konfigurierungssystem bzw. den NAC-Komponenten konfiguriert
werden.
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Trotz
dieser sehr ausgereiften Vorgehensweise zur Sicherstellung von redundanter
Bandbreite im Netz ist damit keine Abwicklung von geplanten Deaktivierungen
von beispielsweise dem Link L1 gegeben. Wie eingangs erwähnt, fehlt
es dem Netzbetreiber an einer belastbaren Aussage über das
Ausmass der Beeinträchtigung
des Verkehrs und an der Möglichkeit,
die Verkehrlenkung im Netzwerk auf die neue Situation hin zu optimieren.
Für den
fallweisen Betrieb des Netzwerks mit Admission Control Budgets zur
Sicherung von QoS-Attributen stimmen zudem nach der Deaktivierung
von Netzwerkkomponenten die Zulassungsgrenzen (Budgets) nicht mehr. Falls
es sich bereits um eine Admission Control mit einer Ausfallsicherheit
gehandelt haben sollte, so wird zwar nach der Deaktivierung einer
Verbindung kein Verkehr beeinträchtigt,
aber die erneute Ausfallsicherheit muss in Reaktion auf die Deaktivierung durch
entsprechende Anpassungen der Admission Control Budgets erst wieder
hergestellt werden.
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3 zeigt
hierzu schematisch das Flussdiagramm für den Verfahrensablauf in der
Netzsteuerungseinheit NCS zur geplanten und kontrollierten Deaktivierung
einer Netzwerkkomponente, hier der Verbindung L1. Dieses Verfahren
beseitigt alle vorstehend genannten Nachteile der bisher eingesetzten
Verfahren.
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In
einem ersten Schritt S1 wird die Verbindung L1 als zu deaktivierende
Netzwerkkomponenten bestimmt. Ein Betreiben signalisiert dies in
der Netzsteuerungseinheit NCS über
eine Nutzerschnittstelle oder über
ein Protokoll, dass es diese Verbindung L1 deaktivieren will. Am
Ende vom ersten Schritt S1 wird daher im Ergebnis „L1" ausgegeben.
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Im
folgenden zweiten Schritt S2 wird in der Netzsteuerungseinheit NCS,
beispielsweise unter Verwendung von Netzoptimie rungsverfahren, neue optimierte
Metriken MD für
ein Netz berechnet, in dem die zu deaktivierende Verbindung L1 nicht
mehr enthalten ist. Im Ergebnis werden daher diese neuen Metriken „MD" ausgegeben.
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In
einem dritten Schritt S3 ergänzt
die Netzsteuerungseinheit NCS die Metriken MD um einen sehr hohen
Metrikwert für
die zu deaktivierende Verbindung L1 und berechnet so einen neuen
resultierenden Metriksatz M1, der im Ergebnis ausgegeben wird.
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Im
folgenden vierten Schritt S4 werden mit diesen neuen Metriksatz
M1 in der Netzsteuerungseinheit NCS neue Admission Control Budgets
B1 berechnet und als Ergebnis dieses vierten Schrittes S4 ausgegeben.
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In
einem fünften
Schritt S5 prüft
die Netzsteuerungseinheit NCS eine zu erwartende Blockierwahrscheinlichkeit
BW für
das Netz mit dem neuen Metriksatz M1 und den neuen Admission Control Budgets
B1. Im Ergebnis liefert dieser fünfte
Schritt die Angabe einer Blockierwahrscheinlichkeit BW.
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In
einem sechsten Schritt S6 kommt es dann zur Bewertung dieser Blockierwahrscheinlichkeit
BW. Hierzu wird der ermittelte Wert der Blockierwahrscheinlichkeit
BW bespielsweise mit Schwellwerten für die höchste Blockierung eines Budgets
und/oder für
eine mittlere Blockierung im Netz verglichen. Falls diese Blockierwahrscheinlichkeit
BW dann zu hoch ist, beinhaltet die Funktionalität der Netzsteuerungseinheit
NCS menügeführt die
Ausgabe eines Hinweises an den Netzbetreiber, dass die geplante
Deaktivierung der Verbindung L1 der gegebenen Budgetpolitik und
Ausfallsicherheit zuwiderläuft.
In jedem Fall wird der Betreiber aufgefordert, anzugeben, ob er
unter den gegebenen Umständen
das Deaktivierungsverfahren fortsetzen oder abbrechen und dann ggfs. mit
geänderten
Randbedingungen neu beginnen möchte.
Im Fall des Abbruch wird im Ergebnis ein Nein „NO" ausgegeben und das Deaktivierungsverfahren
wird beendet, ohne dass die Verbindung L1 tatsächlich deaktiviert wurde. Im
Fall, dass der Betreiber das Deaktivierungsverfahren aufgrund eines
zulässigen
Metriksatz M1 und zulässigen
Budgets B1 fortsetzen möchte,
was in einer unter dem definierten Grenzwert liegenden Blockierungswahrscheinlichkeit resultiert,
liefert dieser sechste Schritt S6 das Ergebnis „YES".
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In
einem siebten Schritt S7 erfolgt dann nach dieser Zustimmung des
Betreibers zur Deaktivierung der Verbindung L1 die tatsächliche
Ausserbetriebsetzung der Verbindung L1, indem der neuen Metriksatz M1
mittels der Netzsteuerungseinheit NCS für das Netz konfiguriert wird.
Mit dem anschliessenden automatischen Re-Routing verliert die Verbindung
L1 ihren Verkehr. Der Netzbetreiber kann die Verbindung L1 dann
entfernen ohne dass es zu irgendeiner Zeit zu einer Beeinträchtigung
des Verkehrs gekommen wäre.
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Durch
die Anpassung der Admission Control Budgets B1 vor der Ausserbetriebnahme
der Verbindung L1 wird sichergestellt, dass der eventuelle spontane
Ausfall einer weiteren Verbindung L2 im Netz kurz nach der Ausserbetriebnahme
der Verbindung L1 nicht zur Beeinträchtigung des QoS von bereits
zugelassenem Verkehr führt.
Durch die Anpassung der Metriken für die Verbindungen wird zugleich mit
der Ausserbetriebnahme der Verbindung L1 auch der Verkehr im Netz
wieder möglichst
günstig
verteilt, so dass weniger Engpässe
entstehen können,
als wenn die Ausserbetriebnahme als solche nicht mit einer Anpassung
der Metriken MD gekoppelt wäre.
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Zu
dieser bevorzugten Vorgehensweise existieren eine Reihe von Optionen
und Erweiterungen:
- a) Die Netzsteuerungseinheit
NCS kann nach der Anpassung der Admission Control Budgets B1 warten,
bis der an den Admission-Control-Instanzen zugelassene Verkehr unter
die neuen Werte abgeklungen ist, um keine bereits zugelassenen Verkehrsströme zu unterbrechen.
Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der
Netzbetreiber ein Admission-Control-Verfahren einsetzt, das keine
ausfalltoleranten Budgets vorsieht. Wenn ein Budget kleiner ist
als die Summe des auf der entsprechenden Strecke zugelassenen Verkehrs
werden solange keine neuen Reservierungen zugelassen, bis sich genügend Reservierungen
von allein beendet haben.
- b) Anstelle des Vergleichs mit Schwellenwerten für die Blockierungswahrscheinlichkeit
BW kann die Netzsteuerungseinheit NCS auch die entsprechenden Rohdaten
ausgeben, wie beispielsweise die berechnete Blockierung oder berechnete
mittlere Verbindungsauslastungen.
- c) Der im dritten Schritt S3 verwendete sehr hohe Metrikwert
kann der für
das jeweiligen Routing-Protokoll maximal zulässige Metrikwert sein (z. B.
65535 bei einer 16 Bit langen Variablen).
- d) Für
den Fall, dass mehrere Verbindungen auf einmal ausser Betrieb genommen
werden sollen, kann dies durch serielles Abarbeiten der oben angegebenen
Schritte S1 bis S7 umgesetzt werden. Alternativ können aber
auch alle zu deaktivierenden Verbindungen gleichzeitig dem oben
angegebenen Verfahren unterworfen werden. In einem derartigen Fall
kann L1 anstelle der im obigen Fall einen Verbindung gleich die
Menge der zu deaktivierende Verbindungen bezeichnen.
- e) Falls es (insbesondere bei der Option d) nach dem tatsächlichen
Deaktivieren der Verbindungen zu einem Verlust der Konnektivität des Netzwerks zu
einzelnen Netzknoten käme,
kann die Netzsteuereinheit NCS eines gesonderte Warnung an den Netzbetreiber
ausgeben. Dieser Verlust der Konnektivität kann durch Berechnen der
Budgets und Blockierungswahrscheinlichkeiten auf der Basis des neuen
Metriksatzes M1 allein nicht erkannt werden, weil eine Verbindung
mit maximalem Metrikwert wegen der fehlenden Alternative dann trotzdem
verwendet werden und somit nicht verkehrsfrei würde. Eine diesbezügliche Prüfung kann
dann auf der Basis eines virtuellen Netzgraphen vorgenommen werden,
der die zu deaktivierenden Verbindungen nicht mehr enthält.
- f) Die im zweiten Schritt S2 angenommene Entfernung der Verbindung
L1 zur Berechnung der optimierten Metriken für die verbleibenden Verbindungen
kann durch eine Entfernung der Verbindung aus dem Netzgraphen, auf
dessen Basis ein Metrik-Optimierer in der Netzsteuerungseinheit
NCS arbeitet, realisiert werden. Alternativ kann auch das "Festklemmen" der Metrik der Verbindung
L1 auf den sehr hohen Wert auch direkt in dem Metrik-Optimierer
integriert sein. Im letztgenannten Fall muss bei der Optimierung
der Metriken zusätzlich
darauf geprüft
werden, dass die Verbindung L1 tatsächlich nicht verwendet wird,
weil eine Optimierung der Metriken sonst möglicherweise zur einem Metriksatz
führt,
in dem mehrere Verbindungen den sehr hohen Metrikwert zugeordnet
bekommen, weil hierdurch potentiell eine bessere Lastverteilung
im Netz möglich
wäre, was hier
aber am eigentlichen Ziel des Verfahrens, nämlich die zu deaktivierende
Verbindung verkehrsfrei zu machen, vollkommen „vorbeioptimiert" worden wäre.
- g) Für
die Wiederinbetriebnahme der Verbindung L1 kann ein Vorgehen in
annähernder
Umkehrung der oben genannten Schritte S1 bis S7 gewählt werden.
Zunächst
würde die
Verbindung dann physikalisch wieder aktiviert, anschliessend würden neue
Metriken und Budgets berechnet, und bei Zustimmung des Netzbetreibers
würden
diese Metriken und Budgets konfiguriert.
- h) Auch die Inbetriebnahme einer vollständig neuen Verbindung kann
nach der in Option g) vorgesehenen Abfolge vorgenommen werden.
- i) Das vorstehende Verfahren kann auch zur Deaktivierung ganzer
Netzknoten eingesetzt werden, indem zum Beispiel gemäss Option
d) verfahren wird und als zu deaktivierende Verbindung L1 einfach
die Menge aller mit diesem Netzwerkknoten verbundenen Verbindungen
eingesetzt wird. Diese Vorgehensweise ist insbesondere sinnvoll
für reine
Transitknoten oder für
Knoten, an die nur Kunden angeschlossen sind, die noch weitere Verbindungen
zu anderen Netzknoten desselben Netzes aufweisen.
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Selbstverständlich sind
weitere Modifizierungen und Optionen im Rahmen der vorliegenden
Offenbarung möglich.
Wichtig ist bei allen Lösungen, dass
durch die Anpassung der Metriken für die Verbindungen mit der
Ausserbetriebsetzung einer Verbindung der Verkehr im Netz möglichst
günstig
verteilt wird und sichergestellt ist, dass auf der zu deaktivierenden
Verbindung kein Verkehr abgewickelt. Im erläuterten Ausführungsbeispiel
wird dies im besonderen durch die Schritte S2 und S3 repräsentiert.
Der Schritt S4 ist nur dann erforderlich, wenn das Netzwerk mit
Admission Control betrieben wird und die Anpassung der Admission
Control Budgets dann verhindern kann, dass der QoS nicht mehr gewährleistet sein
könnte,
wenn kurz nach Ausserbetriebsetzung der Verbindung L1 eine weitere
Verbindung L2 unerwarteterweise ausfällt.
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Auch
die im Schritt S5 angegebene Berechnung der Blockierwahrscheinlichkeit
kann dahingehend vereinfacht werden, dass zum Beispiel nur die mittlere
Verbindungsauslastung bestimmt und bewertet wird.