DE102006014911A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Pfades in einem Netzwerk und eines Qualitätswerts für den Pfad - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Routing-Verfahren für ein Netzwerk angegeben, das das Netzwerk mit weniger Routing-Nachrichten belastet. Dabei werden Routing-Hellos zur Berechnung der Link-Metriken verwendet. Auf eine Verwendung von Metrik-Beacons kann dadurch verzichtet werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Pfades in einem Netzwerk und eines Qualitätswerts für den Pfad sowie einen Netzwerkknoten.
- Ein Netzwerk ermöglicht das Übermitteln von Nachrichten zwischen seinen Netzwerkknoten. In einem Netzwerk sind aber nicht alle Netzwerkknoten des Netzwerks mit allen weiteren Netzwerkknoten direkt verbunden. Eine Nachricht von einem sendenden Netzwerkknoten zu einem empfangenden Netzwerkknoten muss daher in den meisten Fällen über einen oder mehrere Zwischenknoten weitergeleitet werden, um vom sendenden Netzwerkknoten zum empfangenden Netzwerkknoten zu gelangen. Der Weg vom sendenden Netzwerkknoten über die Zwischenknoten zum empfangenden Netzwerkknoten wird dabei als Pfad oder Route bezeichnet.
- Um aus einer großen Menge von theoretisch möglichen Pfaden im Netzwerk für eine Nachricht einen geeigneten Pfad auszuwählen, kommt ein Routing-Verfahren in Verbindung mit einer Routing-Metrik zum Einsatz.
- Das Routing-Verfahren ermittelt zuerst wenigstens einen, zweckmäßig aber eine Mehrzahl von Pfadkandidaten, entlang derer die Nachricht übermittelt werden könnte.
- Durch die Routing-Metrik wird den Pfadkandidaten jeweils ein Pfaddistanzwert, eine sog. Routen-Metrik, zugeordnet. Der Pfaddistanzwert ist ein Maß für die Qualität eines Pfadkandidaten. Der Pfaddistanzwert wiederum kann bspw. aus Linkdistanzwerten bestimmt werden, die wiederum ein Maß für die Qualität von einzelnen Links des jeweiligen Pfadkandidaten sind. Als Link wird hierbei die direkte Verbindung zweier Netzwerk knoten des Netzwerks bezeichnet. Ein bekanntes Routing-Verfahren ist bspw. AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector).
- In den Pfaddistanzwert können beispielsweise Nutzungskosten für einen Link des Pfades und/oder die Anzahl der Links eines Pfades eingehen. Weiterhin ist es möglich, dass zusätzlich oder alternativ Werte für eine Übertragungsqualität entlang des Pfadkandidaten oder eines Links des Pfadkandidaten und/oder Werte für die Übertragungsgeschwindigkeit des Pfadkandidaten oder eines Links des Pfadkandidaten eingehen. Der Pfadkandidat mit dem optimalen Pfaddistanzwert wird in der Folge als Pfad ausgewählt. Die Nachricht kann nun entlang dieses Pfades übermittelt werden.
- Die Verfahren zur Ermittlung des Pfaddistanzwertes werden als Routing-Metriken bezeichnet. Eine bekannte Routing-Metrik ist ETX (Expected Transmission Count). Mit der Routing-Metrik ETX wird derjenige Pfad ausgewählt, bei dem die zu erwartende Anzahl an Übertragungen am geringsten ist. Unter Übertragungen sind hierbei sowohl Erstübertragungen (Transmissions) als auch wiederholte Übertragungen (Retransmissions) zu verstehen. Eine erste Übertragung ist die Übertragung eines Pakets über einen Link. Eine wiederholte Übertragung findet statt, wenn die erste Übertragung nicht erfolgreich war. Zur Bestimmung der Linkdistanzwerte werden bei ETX Datenpaketankunftsraten verwendet, die von den zwei zu dem jeweiligen Link gehörigen Netzwerkknoten ermittelt werden. Zur Ermittlung der Datenpaketankunftsraten werden in regelmäßigen Zeitabständen Metrik-Nachrichten, sog. Beacons, versendet.
- Die bekannten Kombinationen aus Routing-Verfahren und Routing-Metrik weisen den Nachteil auf, das Netzwerk mit zusätzlichen Nachrichten zu belasten.
- Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung eines Pfades in einem Netzwerk und eines Qualitätswerts für den Pfad sowie einen Netzwerkknoten anzugeben, das zu seiner Durchführung bzw. zu seinem Betrieb eine geringere Zahl von Nachrichten benötigt.
- Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und hinsichtlich des Netzwerkknotens durch einen Netzwerkknoten gemäß Anspruch 3 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie des Netzwerkknotens und ein auf dem erfindungsgemäßen Netzwerkknoten basierendes Netzwerk.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung eines Pfades in einem Netzwerk und eines Qualitätswerts für den Pfad, umfassend ein Routing-Verfahren zur Ermittlung des Pfades und eine Routing-Metrik zur Ermittlung des Qualitätswerts werden im Rahmen des Routing-Verfahrens von wenigstens einem Netzwerkknoten des Netzwerks Routing-Testnachrichten, insbesondere sog. Routing-Hellos, in festlegbarem zeitlichen Abstand gesendet. Weiterhin wird zur Ermittlung des Qualitätswerts des Pfades eine Ermittlung wenigstens einer Datenpaketankunftsrate für wenigstens einen Link des Pfades durchgeführt und die Datenpaketankunftsrate basierend auf wenigstens einer der Routing-Testnachrichten ermittelt.
- Die Routing-Testnachrichten können bspw. sog. AODV-Hellos sein. Sie können zum Beispiel der Ermittlung von oder Bekanntgabe an benachbarte Netzwerkknoten dienen.
- Die Datenpaketankunftsrate gibt im Wesentlichen an, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Paket sein Ziel erreicht. Die Datenpaketankunftsrate kann bspw. der Quotient aus einer Anzahl von innerhalb einer Zeitspanne empfangenen Routing-Testnachrichten zu innerhalb der Zeitspanne tatsächlich versendeten Routing-Testnachrichten sein.
- Durch das Verfahren wird die Versendung von Beacon-Nachrichten unnötig. Das bedeutet, dass die Belastung des Netzwerks mit Nachrichten verringert wird.
- Bevorzugt wird bei einer Ermittlung des Pfades wenigstens eine Routen-Ermittlungsnachricht, insbesondere eine Route-Request-Nachricht, per Broadcast von wenigstens einem ersten Netzwerkknoten versendet und die Routen-Ermittlungsnachricht weist eine Information über einen bisher ermittelten Teil des Pfades und über eine Datenpaketankunftsrate des ersten Netzwerkknotens in Bezug auf Nachrichten von einem vorherigen Netzwerkknoten des Teils des Pfades auf.
- Der Netzwerkknoten ist ausgestaltet zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung eines Pfades in einem Netzwerk mittels eines Routing-Verfahrens und eines Qualitätswerts für den Pfad mittels einer Routing-Metrik und weist eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Empfang von Routing-Testnachrichten des Routing-Verfahrens und eine Prozessiereinrichtung auf. Die Prozessiereinrichtung ist derart ausgestaltet, dass zur Ermittlung des Qualitätswerts basierend auf wenigstens einer von einem weiteren Netzwerkknoten ausgehenden Routing-Testnachricht eine Ermittlung wenigstens einer Datenpaketankunftsrate für einen Link zwischen dem Netzwerkknoten und dem weiteren Netzwerkknoten durchgeführt wird.
- Bevorzugt werden von dem Netzwerkknoten in festlegbarem zeitlichem Abstand Routing-Testnachrichten gesendet.
- Das Netzwerk weist erfindungsgemäße Netzwerkknoten auf.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 einen Netzwerkausschnitt -
1 zeigt einen beispielhaften Netzwerkausschnitt, bestehend aus einem ersten bis fünften Netzwerkknoten K1 ... 5. Weiterhin zeigt1 einen ersten Link L1 zwischen dem ersten Netzwerkknoten K1 und dem zweiten Netzwerkknoten K2, einen zweiten Link L2 zwischen dem zweiten Netzwerkknoten K2 und dem dritten Netzwerkknoten K3 sowie einen dritten Link L3 zwischen dem dritten Netzwerkknoten K3 und dem vierten Netzwerkknoten K4. Die drei Links L1 ... 3 bilden einen Pfad vom ersten Netzwerkknoten K1 zum vierten Netzwerkknoten K4. Die als Pfeile abgebildeten Links L1 ... 3 deuten die für den Pfad verwendete jeweilige Übertragungsrichtung an. Die Übertragungsrichtungen sind vom ersten Netzwerkknoten K1 zum zweiten Netzwerkknoten K2 für den ersten Link L1, vom zweiten Netzwerkknoten K2 zum dritten Netzwerkknoten K3 für den zweiten Link L2 sowie vom dritten Netzwerkknoten K3 zum vierten Netzwerkknoten K4 für den dritten Link L3. - In der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Routing-Protokoll AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector) als Grundlage verwendet. AODV sieht vor, dass die Netzwerkknoten K1 ... 5 in regelmäßigen Abständen, hier 1 Sekunde, sog. Hello-Nachrichten versenden. Weiterhin verwendet AODV bei der Ermittlung eines Pfadkandidaten RREQ-Nachrichten (RREQ = Route Request Packet) und RREP-Nachrichten (RREP = Route Reply Packet).
- Zum einen dienen die Hello-Nachrichten der Ermittlung von Nachbarschaften zwischen den Netzwerkknoten K1 ... 5. Weiterhin ermitteln die Netzwerkknoten K1 ... 5 des Netzwerks aus den Hello-Nachrichten Datenpaketankunftsraten. Empfängt der zweite Netzwerkknoten K2 bspw. neun von zehn der Hello-Nachrichten des ersten Netzwerkknotens K1, so bestimmt er die Datenpaketankunftsrate für den ersten Link zu 9/10 = 90%. In diesem Beispiel sind die Datenpaketankunftsraten für die ersten zwei Links L1, L2 jeweils 90%, während die Datenpaketankunftsrate für den dritten Link L3 70% ist. Die Datenpaketankunftsraten beziehen sich dabei auf die jeweilige Übertragungsrichtung des Links L1 ... 3. Die Werte werden im Folgenden als die Datenpaketankunftsraten in der Übertragungsrichtung bezeichnet.
- Auch für die jeweils andere Übertragungsrichtung eines der Links L1 ... 3 wird somit eine jeweilige Datenpaketankunftsrate bestimmt. Die Datenpaketankunftsraten für die beiden Übertragungsrichtungen können voneinander abweichen. Die Werte hierfür, die für den ersten Link L1 80%, für den zweiten Link L2 90% und für den dritten Link L3 70% betragen sollen, werden im Folgenden als Datenpaketankunftsraten in der anderen Übertragungsrichtung bezeichnet.
- In diesem Beispiel beabsichtigt der erste Netzwerkknoten K1, eine Nachricht an den vierten Netzwerkknoten K4 zu senden. Es wird davon ausgegangen, dass der erste Netzwerkknoten K1 den Pfad zum vierten Netzwerkknoten K4 noch nicht kennt und daher ermitteln muss. Dazu werden RREQ-Nachrichten versendet, die über den zweiten und dritten Netzwerkknoten K2, K3 den vierten Netzwerkknoten K4 erreichen. Dieser wiederum antwortet mit einer RREP-Nachricht, die an den ersten Netzwerkknoten K1 zurückgeleitet wird.
- In dieser Ausführungsform der Erfindung werden nun die Datenpaketankunftsraten für die drei Links L1 ... 3 mit der RREP-Nachricht mit an den ersten Netzwerkknoten K1 zurückübertragen. Dieser wiederum kann aus den so mitübertragenen Datenpaketankunftsraten eine Routen-Metrik für den Pfad ermitteln und, falls er noch andere Pfade zum vierten Netzwerkknoten K4 ermittelt hat, einen geeigneten Pfad auswählen.
-
- R
- Routen-Metrik
- LM
- Linkmetrik
- Dr
- Datenpaketankunftsrate in der Übertragungsrichtung
- Df
- Datenpaketankunftsrate in der anderen Übertragungsrichtung
- Links
- Anzahl der Links
- Mit den Zahlenbeispielen ergibt sich als Routen-Metrik nach der ersten Formel (1) R = 0,9 × 0,8 × 0,9 × 0,9 × 0,7 × 0,7 = 0,29, mit der zweiten Formel (2) R = 0,9 × 0,9 × 0,9 × 0,9 × 0,7 × 0,7 = 0,32. Bei Verwendung der dritten Formel (3) ergibt sich R = 3,7.
- Wird zur Ermittlung der Routen-Metrik die erste oder zweite Formel (1), (2) verwendet, so ist der Pfad mit der größten Routen-Metrik der optimale Pfad. Bei Verwendung der dritten Formel (3) ist der Pfad mit der geringsten Routen-Metrik der beste Pfad.
- Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Linkmetriken bereits mit den RREQ-Nachrichten weitergegeben werden. In diesem Fall kann bereits der vierte Netzwerkknoten K4 über den zu verwendende Pfad anhand der mit den RREQ-Nachrichten übermittelten Linkmetriken entscheiden.
- Hierbei kommt zum Tragen, dass RREQ-Nachrichten im Gegensatz zu RREP-Nachrichten per Broadcast versendet werden. Das bedeutet, dass dem jeweiligen sendenden Netzwerkknoten K1 ... 5 nicht bekannt ist, welcher oder welche der anderen Netzwerkknoten K1 ... 5 die RREQ-Nachricht empfangen wird. Das bedeutet, dass die Linkmetrik für einen von der RREQ-Nachricht überbrückten Link nur vom jeweils diese RREQ-Nachricht empfangenden Netzwerkknoten angegeben werden kann.
- Gemäß der Vorgehensweise im Stand der Technik übermitteln die Netzwerkknoten K1 ... 5 in den Beacon-Nachrichten jeweils ihre jeweiligen Datenpaketankunftsraten an ihre benachbarten Netzwerkknoten K1 ... 5, so dass jeder Netzwerkknoten K1 ... 5 nicht nur die Datenpaketankunftsraten für eine Übertragungsrichtung der Links zu seinen Nachbarn, sondern für beide Übertragungsrichtung kennt.
- Da jedoch im erfindungsgemäßen Verfahren auf die Verwendung von Beacons verzichtet wird, ist den Netzwerkknoten K1 ... 5 nur die jeweilige Datenpaketankunftsrate in Richtung auf sie zu bekannt.
- Dadurch ist es in dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung nicht möglich, die erste Formel (1) zur Ermittlung der Routen-Metrik zu verwenden. Lediglich die zweite und dritte Formel (2), (3) können verwendet werden, da diese nur die jeweils verfügbare Datenpaketankunftsrate verwenden.
Claims (5)
- Verfahren zur Ermittlung eines Pfades in einem Netzwerk und eines Qualitätswerts für diesen Pfad, umfassend ein Routing-Verfahren zur Ermittlung des Pfades und eine Routing-Metrik zur Ermittlung des Qualitätswerts, wobei – im Rahmen des Routing-Verfahrens von wenigstens einem Netzwerkknoten (K1 ... 5) des Netzwerks Routing-Testnachrichten, insbesondere sog. Routing-Hellos, in festlegbarem zeitlichen Abstand gesendet werden; – zur Ermittlung des Qualitätswerts des Pfades eine Ermittlung wenigstens einer Datenpaketankunftsrate für wenigstens einen Link (L1 ... 3) des Pfades durchgeführt wird; – die Datenpaketankunftsrate basierend auf wenigstens einer der Routing-Testnachrichten ermittelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei – bei der Ermittlung des Pfades wenigstens eine Routen-Ermittlungsnachricht, insbesondere eine Route-Request-Nachricht, per Broadcast von wenigstens einem ersten Netzwerkknoten (K1 ... 5) versendet wird; – die Routen-Ermittlungsnachricht eine Information über einen bisher ermittelten Teil des Pfades und über eine Datenpaketankunftsrate des ersten Netzwerkknotens in Bezug auf Nachrichten von einem vorherigen Netzwerkknoten (K1 ... 5) des Teils des Pfades aufweist.
- Netzwerkknoten (K1 ... 5), ausgestaltet zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung eines Pfades in einem Netzwerk mittels eines Routing-Verfahrens und eines Qualitätswerts für den Pfad mittels einer Routing-Metrik, mit einer Sende-/Empfangseinrichtung zum Empfang von Routing-Testnachrichten des Routing-Verfahrens, insbesondere sog. Routing-Hellos, und einer Prozessiereinrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass zur Ermittlung des Qualitätswerts basierend auf wenigstens einer von einem weiteren Netzwerkknoten (K1 ... 5) ausgehenden Routing-Testnachricht eine Ermittlung wenigstens einer Datenpaketankunftsrate für einen Link (L1 ... 3) zwischen dem Netzwerkknoten (K1 ... 5) und dem weiteren Netzwerkknoten (K1 ... 5) durchgeführt wird.
- Netzwerkknoten (K1 ... 5) nach Anspruch 3, von dem in festlegbarem zeitlichem Abstand Routing-Testnachrichten gesendet werden.
- Netzwerk mit Netzwerkknoten (K1 ... 5) nach Anspruch 3 und/oder Anspruch 4.
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