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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen der Qualität in einem paketbasierten Kommunikationsnetz, das eine Vielzahl von Netzknoten umfasst, wobei jeder der Netzknoten eine Anzahl an Ports aufweist, denen jeweils mindestens eine Warteschlange zugeordnet ist und über die eine Kommunikationsverbindung zu einem anderen Netzknoten hergestellt werden kann. Die Erfindung betrifft weiter einen Netzknoten eines paketbasierten Kommunikationsnetzes sowie ein paketbasiertes Kommunikationsnetz, das eine Vielzahl von Netzknoten aufweist.
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Bei vielen über ein Kommunikationsnetz verteilten Applikationen darf die Datenübertragung hinsichtlich einer Ende-zu-Ende-Verzögerung (Delay) und/oder einer Verzögerungsvariation (Jitter) bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten, damit die gewünschte Dienstgüte der Applikation erreicht wird. Dies gilt insbesondere bei im industriellen Bereich ausgebildeten Kommunikationsnetzen für zum Beispiel eine Fabrikautomatisierung, eine Prozessautomatisierung oder eine Energieautomatisierung. Derzeit können lediglich TDM(Time Division Multiplexing)-basierte Netztechnologien vorgegebene Anforderungen zu Delay- und Jitterwerten entlang innerhalb des Kommunikationsnetzes ausgebildeter Kommunikationspfade erfüllen. Prinzipiell geeignete Netztechnologien sind in diesem Zusammenhang SDH (Synchronous Digital Hierarchy) oder ATM(Asynchronous Transfer Mode)-Netze. Aufgrund deren Komplexität sowie der hohen Kosten, insbesondere bei einer Skalierung, sind sie in vielen Anwendungsszenarien nicht sinnvoll einsetzbar.
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Aus Gründen der Komplexität sowie der geringen Kosten, auch bei einer Skalierung, ist deshalb der Einsatz paketbasierter Kommunikationsnetze wünschenswert. Solche Kommunikationsnetze sind beispielsweise Ethernet oder IP (Internet Protocol) – basierte Kommunikationsnetze. Ein Problem Paketbasierter Kommunikationsnetze besteht jedoch darin, dass prinzipbedingt keine Garantien hinsichtlich Delay und/oder Jitter gewährleistet werden können.
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Es sind zwar aufwendige Erweiterungen von Ethernet im Bereich Industrial Ethernet (zum Beispiel eine isochrone Realzeitübertragung (IRT) für PROFINET) bekannt, die ein deterministisches Verhalten des Kommunikationsnetzes per TDM nachbilden. Allerdings ist diese Technologie nur mit Einsatz spezieller Hardware und einem hohen Konfigurationsaufwand einsetzbar.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Qualität der Datenübertragung in einem paketbasierten Kommunikationsnetz erhöht werden kann. Es soll weiterhin ein Netzknoten eines paketbasierten Kommunikationsnetzes angegeben werden, der eine Erhöhung der Qualität der Datenübertragung in dem paketbasierten Kommunikationsnetz erlaubt. Schließlich ist es auch Aufgabe der Erfindung ein paketbasiertes Kommunikationsnetz anzugeben, welches eine hohe Qualität der Datenübertragung aufweist.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, einem Netzknoten mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 sowie ein paketbasiertes Kommunikationsnetz mit den Merkmalen des Patentanspruches 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Erhöhen der Qualität der Datenübertragung in einem paketbasiertem Kommunikationsnetz das eine Vielzahl an Netzknoten erfasst, wobei jeder der Netzknoten eine Anzahl an Ports aufweist, denen jeweils zumindest eine Warteschlange zugeordnet ist und über die eine Kommunikationsverbindung zu einem anderen Netzknoten hergestellt werden kann. Bei dem Verfahren werden zumindest die Warteschlangen derjenigen Ports auf ihre Warteschlangenlänge überwacht, welche Ports in den Netzknoten entlang jeweiliger in dem Kommunikationsnetz gebildeter Kommunikationspfade angeordnet sind. Aus der Warteschlangenlänge wird ein Überlastungsmaß für den oder die betreffenden Ports bestimmt, wobei aus dem Überlastungsmaß für den oder die betreffenden, überlasteten Port laufenden Kommunikationspfade auf eine Laufzeitverzögerung (Delay) und/oder Verzögerungsvariation (Jitter) in der Datenübertragung geschlossen werden kann. Wenn das Überlastungsmaß einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wird für zumindest einen der Kommunikationspfade, der über einen überlasteten Port geführt ist, ein alternativer Kommunikationspfad unter Umgehung der überlasteten Ports eingerichtet.
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Die Erfindung schafft weiter einen Netzknoten eines paketbasierten Kommunikationsnetzes mit einer Vielzahl an Netzknoten, wobei der Netzknoten eine Anzahl an Ports umfasst, denen jeweils zumindest eine Warteschlange zugeordnet ist und über die eine Kommunikationsverbindung zu einem anderen Netzknoten hergestellt werden kann. Der Netzknoten umfasst ein erstes Mittel zum Überwachen der Warteschlangen derjenigen Ports auf ihre Warteschlangenlängen, welche Ports in den Netzknoten entlang jeweiliger entlang dem Kommunikationsnetz gebildeter Kommunikationspfade angeordnet sind. Der Netzknoten umfasst ferner ein zweites Mittel zur Bestimmung des Überlastungsmaßes aus der Warteschlangenlänge für den oder die betreffenden Ports.
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Die Erfindung schafft weiter ein paketbasiertes Kommunikationsnetz, das eine Vielzahl an erfindungsgemäß ausgebildeten Netzknoten und eine Netzwerkmanagementinstanz zur Einrichtung von Kommunikationspfaden und/oder alternativen Kommunikationspfaden unter Verwendung von Routing-Mechanismen in dem Kommunikationsnetz umfasst. Die Netzwerkmanagementinstanz umfasst ein drittes Mittel, durch das aus dem von einem jeweiligen Netzknoten erhaltene Überlastungsmaß für den oder die betreffenden, überlasteten Port laufenden Kommunikationspfade auf eine Laufzeitverzögerung (Delay) und/oder Verzögerungsvariation (Jitter) in der Datenübertragung geschlossen werden kann. Die Netzwerkmanagementinstanz umfasst weiter ein viertes Mittel, durch das, wenn das Überlastungsmaß einen vorgegeben Schwellwert überschreitet, für zumindest einen der Kommunikationspfade, der über einen überlasteten Port geführt ist, ein alternativer Kommunikationspfad unter Umgehung des überlasteten Ports einrichtbar ist.
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Mit der Erfindung lässt sich ein Determinismus in paketorientierten Kommunikationsnetzen, wie beispielsweise auf dem Internet Protokoll basierenden Kommunikationsnetzen oder dem Ethernet, erzielen. Hierdurch ergibt sich eine hohe Überragungsqualität hinsichtlich Delay und/oder Jitter für die in dem Kommunikationsnetz gebildeten Kommunikationspfade. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht darin, dass eine komplexe Berechnung von absoluten Delay- und/oder Jitterwerten nicht notwendig ist, um feststellen zu können, dass innerhalb des Kommunikationsnetzwerks eine Delay- und/oder Jitterkritische Situation vorliegt. Dies gilt insbesondere unter der Annahme, dass in dem ansonsten fast leeren Kommunikationsnetz (d. h. es liegt keine Überlast- oder Stausituation vor) die Delay und/oder Jitteranforderungen problemlos eingehalten werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in dem Netzknoten kaum eine Modifikation notwendig ist, um das erfindungsgemäße Vorgehen umzusetzen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verfahren auch eine Skalierbarkeit in großen Kommunikationsnetzwerken gewährleistet. Diese ist deshalb gewährleistet, da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Überwachung von Delay- bzw. Jitterwerten nur je Warteschlange und Netzknoten, jedoch nicht je Kommunikationspfad notwendig ist.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der alternative Kommunikationspfad unter Umgehung derjenigen Knoten eingerichtet, welche zumindest einen überlasteten Port umfassen. Hierdurch wird die Route des alternativen Kommunikationspfades um den Knoten mit dem überlasteten Port herumgeleitet. Dies kann dann vorteilhaft sein, wen die Performance des gesamten Netzknotens bereits durch die Überlastung eines Ports negativ beeinflusst wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird zur Ermittlung des Überlastungsmaßes eine der folgenden Warteschlangenlängen verarbeitet: eine mittlere Warteschlangenlänge, wobei sich die mittleren Warteschlangenlängen aus dem zeitlichen Mittel mehrerer erfasster Warteschlangenlängen einer Warteschlange über einen vorgegebenen Zeitraum berechnen; und/oder eine maximale Warteschlangenlänge und/oder eine effektive Warteschlangenlänge, welche aus zeitlich vorangegangenen und aktuellen Warteschlangenlängen ermittelt wird. Basierend auf den angegebenen Warteschlangenlängen können geeignete Kommunikationspfade für Delay- bzw. Jitter-kritische Kommunikationspfade ermittelt werden.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung werden die Kommunikationspfade und/oder die alternativen Kommunikationspfade durch eine übergeordnete Netzwerkmanagementinstanz unter Verwendung von Routing-Mechanismen eingerichtet. Die Netzwerkmanagementinstanz dient dazu, Kommunikationspfade aktiv in dem paketbasierten Kommunikationsnetz zu erstellen. Die aktive Erstellung von Kommunikationspfaden durch die Netzwerkmanagementinstanz kann beispielsweise analog zu MPLS (Multi Protocol Label Switching) erfolgen. Als Kriterium für gute oder schlechte Kommunikationspfade werden dabei erfindungsgemäß die Warteschlangenlängen einiger Ports der Netzknoten verwendet. Die Netzwerkmanagementinstanz kann durch einen zentralen Rechner, eine Steuereinheit eines der Netzknoten oder eine Mehrzahl von Rechnern und Steuereinheiten ausgebildet sein.
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In der weiteren Ausgestaltung werden die Warteschlangenlängen der Ports der Vielzahl an Netzknoten in vorgegebenen Abständen von der übergeordneten Netzwerkmanagementinstanz abgefragt, wobei die Netzwerkmanagementinstanz für jeden der Ports das Überlastungsmaß ermittelt. Alternativ werden die Warteschlangenlängen der Ports der Vielzahl an Netzknoten in zeitlich vorgegebenen Abständen und/oder in Abhängigkeit des Überschreitens eines vorgegebenen globalen oder Netzknotenindividuellen Schwellwerts von den Netzknoten an die übergeordnete Netzwerkmanagementinstanz übertragen, wobei die Netzwerkmanagementinstanz für jeden der Ports das Überlastungsmaß ermittelt.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn bei der Einrichtung des neuen Kommunikationspfads zumindest die Überlastungsmaße derjenigen Ports berücksichtigt werden, welche in den Netzknoten entlang des neuen Kommunikationspfads angeordnet sind. Bei der Erstellung eines neuen Kommunikationsmaßes ist somit nicht immer die kürzeste Verbindung zwischen Quellknoten und Zielknoten das Ergebnis bei der Einrichtung des neuen Kommunikationspfades. Vielmehr wird daneben auch die Auslastung der jeweiligen. Netzknoten bzw. der in einem potenziellen Kommunikationspfad liegenden Ports berücksichtigt.
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In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn ein erster niedriger Schwellwert für das Überlastungsmaß (bzw. die Warteschlangen) derjenigen Ports, welche in dem Netzknoten entlang des neuen Kommunikationspfads angeordnet sind, definiert wird, bei dessen Überschreiten der neue Kommunikationspfad derart eingerichtet wird, dass die Knoten für den neuen Kommunikationspfad außer Acht gelassen werden, welche zumindest einen überlasteten Port aufweisen, dessen Überlastungsmaß den ersten Schwellwert übersteigt oder die überlasteten Ports von Knoten außer Acht gelassen werden, deren Überlastungsmaß den ersten Schwellwert übersteigt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird ein zweiter, höherer Schwellwert für das Überlastungsmaß (bzw. die Warteschlangenlange der Warteschlangen) derjenigen Ports, welche in den Netzknoten entlang des neuen Kommunikationspfad angeordnet sind, definiert, bei dessen überschreiten für bestehende Kommunikationspfade alternative Kommunikationspfade ermittelt und eingerichtet werden.
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Durch das Vorsehen des ersten und des im Vergleich dazu zweiten höheren Schwellenwerts, kann somit die Belastung eines Netzknotens bzw. eines überlasteten Ports hinsichtlich der über ihn übertragenen Daten gezielt gesteuert werden. Je nach ermittelter Warteschlangenlänge wird unter Umständen nicht nur der neue Kommunikationspfad gezielt um den überlasteten Port oder den betreffenden Netzknoten geleitet, sondern auch ein bereits über den überlasteten Port gehender Kommunikationspfad umgeleitet.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung erfolgt eine Überwachung der Überlastungsmaße (bzw. der Warteschlangenlängen) in Abhängigkeit einer Verkehrsklasse der betreffenden Warteschlange. Wenn neben hochpriorem Datenverkehr auch niederpriorer Datenverkehr auftritt, kann letzterer Delay- und/oder Jittererhöhungen beim hochprioren Datenverkehr verursachen. Beispielsweise kann dies durch eine ungünstige Scheduler-Implementierung in den Netzknoten oder durch das Eintreffen eines hochprioren Datenpaketes, während noch ein langes niederpriores Datenpaket gesendet wird, verursacht sein. Solche kritischen Situationen, die durch den niederprioren Datenverkehr verursacht werden, können durch die Berücksichtung der Warteschlangenlängen unterschiedlicher Verkehrsklassen zuverlässig erkannt werden. Durch die oben beschriebene Strategie des Umleitens bestimmter Kommunikationspfade kann die Gesamtauslastung in dem Kommunikationsnetzwerk verbessert werden, wodurch im Ergebnis ein Determinismus in dem paketbasiertem Kommunikationsnetz zur Erhöhung der Qualität der Datenübertragung erzielt werden kann.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass aus den ermittelten Überlastungsmaßen bzw. den Wartenschlangenlängen derjenigen Warteschlangen, welche in dem Netzknoten entlang jeweiliger in dem Kommunikationsnetz gebildeten Kommunikationspfaden angeordnet sind, Ende-zu-Ende-Werte für die Laufzeitverzögerung und/oder die Verzögerungsvarianz auf dem betreffenden Kommunikationspfaden ermittelt werden.
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Das erfindungsgemäße Vorgehen basiert somit auf der dynamischen Nutzung von Warteschlangenlängen der Ports der Netzknoten zur Identifikation von Delay- und/oder Jitterkritischen Situationen in Verbindung mit der regelmäßigen Abfrage der Warteschlangenlängen oder entsprechender Nachrichten durch die Netzknoten, falls vorgegebene Schwellwerte überschritten sind. Basierend auf der Information über die Warteschlangenlängen der Ports der in dem Kommunikationsnetzwerk vorhandenen Netzknoten werden geeignete Kommunikationspfade für Delay- bzw. Jitterkritische Verkehrsflüsse berechnet. Ein Vorteil der Vorgehensweise besteht darin, dass eine Unabhängigkeit von der detaillierten Scheduler-Implementierung bzw. von einem verwendeten Schedulerkonzept gegeben ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von einem Ausführungsbeispiel in den Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kommunikationsnetzwerk mit einer Vielzahl an Netzknoten und einer übergeordneten Netzwerkmanagementinstanz,
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2 das Kommunikationsnetzwerk aus 1, in dem exemplarisch drei von der Netzwerkmanagementinstanz eingerichtete Pfade dargestellt sind,
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3 das Kommunikationsnetzwerk aus 2, in dem einer der Netzknoten einen überlasteten Port an die Netzwerkmanagementinstanz meldet,
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4 das Kommunikationsnetzwerk gemäß 2, in welchem einer der ursprünglichen Kommunikationspfade auf eine alternative Route gelegt wurde, und
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5 das Kommunikationsnetzwerk aus 2, in welchem ein neuer Kommunikationspfad eingerichtet wurde.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kommunikationsnetz mit einer Vielzahl an Netzknoten K und einer Netzwerkmanagementinstanz NM. Die Netzknoten K sind von 1 bis 8 nummeriert, wobei die Ziffern eine jeweilige Adresse der Netzknoten K repräsentieren. Jeder der Netzknoten K weist eine Anzahl an Ports P auf, über die eine Kommunikationsverbindung KV zu einem anderen Netzknoten K hergestellt werden kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Anzahl der von einem Knoten K ausgehenden Kommunikationsverbindungen der Anzahl der Ports, wobei ein jeweiliger Knoten prinzipiell eine größere Anzahl an Ports als Kommunikationsverbindungen aufweisen kann. Lediglich für die mit den Adressen 1 und 5 gekennzeichneten Knoten K sind die Ports P mit ihrem Bezugszeichen versehen. Die Kommunikationsverbindungen KV können je nach Art des Kommunikationsnetzes leitungsbasiert oder drahtloser Natur sein. Insbesondere im letzteren Fall ist es möglich, dass sich zwischen den Knoten K noch andere Kommunikationsverbindungen ausbilden als jene, die in 1 dargestellt sind.
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Den Knoten K übergeordnet ist die bereits erwähnte Netzwerkmanagementinstanz NM. Die Netzwerkmanagementinstanz, die beispielsweise durch einen Zentralrechner gebildet ist, ist über jeweilige Kommunikationsverbindungen KVN in der Lage, Daten mit den Netzknoten K auszutauschen. Die Kommunikationsverbindungen KVN, welche in 1 dargestellt sind, sind lediglich logischer Natur und brauchen nicht direkt zwischen den jeweiligen Netzknoten K und der Netzwerkmanagementinstanz NM bestehen. Auf welche Weise Daten zwischen der Netzwerkmanagementinstanz und dem Netzknoten K ausgetauscht werden (drahtlos oder leitungsgebunden) ist für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung.
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Um bei einer Datenübertragung zwischen einem als Quellknoten fungierenden Netzknoten K und einem als Zielknoten fungierenden Netzknoten K des Kommunikationsnetzes vorgegebene Anforderungen für die Datenübertragung hinsichtlich einer Ende-zu-Ende-Verzögerung (Delay) und/oder Verzögerungsvariation (Jitter) erfüllen zu können, erfolgt in dem prinzipiell paketbasierten Kommunikationsnetz gemäß 1 unter Steuerung der Netzwerkmanagementinstanz NM ein aktives Management der im Kommunikationsnetz erstellten Kommunikationspfade. Prinzipiell können Ende-zu-Ende Delay- und Jitterwerte insbesondere dann kritisch werden, wenn aufgrund einer Paketzwischenspeicherung (sogenanntes Queuing) in den Netzknoten K entlang eines bestimmten Kommunikationspfades zwischen Quell- und Zielknoten Paketstaus entstehen, welche variierende Weiterleitungszeiten in den einzelnen Netzknoten verursachen. Die Gründe hierfür sind beispielsweise die Blockierung eines Ausgangs-Ports durch Aussenden eines anderen Pakets oder die bevorzugte Bedienung anderer zwischengespeicherter Pakete mit höherer Priorität. Da die Verzögerung üblicherweise nicht deterministisch ist, können variable Delay- und Jitterwerte entstehen.
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Die Aufgabe der Netzwerkmanagementinstanz besteht einerseits darin, die in dem Kommunikationsnetz gebildeten Kommunikationspfade einzurichten und zu verwalten. Andererseits ist es Aufgabe der Netzwerkmanagementinstanz wenigstens die Warteschlangen derjenigen Ports auf ihre Warteschlangenlänge zu überwachen, welche Ports in den Netzknoten entlang jeweiliger in dem Kommunikationsnetz gebildeter Kommunikationspfade angeordnet sind. Aus der Warteschlangenlänge kann die Netzwerkmanagementinstanz ein Überlastungsmaß für die Ports bestimmen, wobei aus dem Überlastungsmaß für den oder die über den betreffenden, überlasteten Port laufenden Kommunikationspfade oft ein Delay- und/oder Jitterproblem in der Datenübertragung geschlossen werden kann. Üblicherweise sind mehrere Warteschlangen (Queues) pro Port P eines Netzknotens vorhanden, die einer oder mehreren Prioritäten (Verkehrsklassen) zugeordnet sind. Die Prioritäten sind beispielsweise über IEEE 802.1P Class of Service (CoS) oder IP Type of Service (ToS) definiert. Überschreitet das betreffende Überlastungsmaß einen vorgegebenen Schwellwert, d. h. ist die Warteschlangenlänge einer Warteschlange eines Ports größer als der vorgegebene Schwellwert, so wird für wenigstens einen der Kommunikationspfade, der über einen überlastenden Port geführt ist, ein alternativer Kommunikationspfad unter Umgehung der überlasteten Ports eingerichtet. Diese Pfade werden dabei so gewählt, dass die kritischen Ports P bzw. Netzknoten nicht benutzt werden.
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Das Überlastungsmaß kann ein zur Warteschlangenlänge direkt proportionaler Wert sein. Ebenso kann das Überlastungsmaß der Warteschlangenlänge, z. B. der Anzahl an Bytes einer Zeit bis zum Abarbeiten der Warteschlange, usw., entsprechen.
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2 zeigt in einem Beispiel das in 1 beschriebene Kommunikationsnetz, in dem drei Kommunikationspfade PF1, PF2, PF3 durch die Netzwerkmanagementinstanz NM eingerichtet sind. Der Kommunikationspfad 1 verläuft vom Netzknoten 1 über die Netzknoten 5 und 2 zu dem Netzknoten 3. Der Kommunikationspfad PF2 verläuft vom Netzknoten 1 über die Netzknoten 5 und 6 zu dem Netzknoten 8. Der Kommunikationspfad PF3 verläuft vom dem Netzknoten 4 über die Netzknoten 5 und 6 zu dem Netzknoten 8. In dem gewählten Ausführungsbeispiel werden alle 3 Kommunikationspfade PF1, PF2 und PF3 somit über den Netzknoten 5 geleitet, wobei die Kommunikationspfade PF2 und PF3 weiterhin über einen gemeinsamen Port P1(5) geleitet werden. Hierdurch bedingt kann es an dem Port P1(5) zu einem Paketstau kommen, welcher sowohl für den Kommunikationspfad PF2 als auch den Kommunikationspfad PF3 eine Delay und/oder Jitter zur Folge haben kann. Übersteigt ein aus der Warteschlangenlänge gebildetes Überlastungsmaß an dem Port P1(5) einen vorgegeben Schwellwert, so wird gemäß 3 durch den Netzknoten 5 eine Nachricht N an die Netzwerkmanagementinstanz NM übertragen.
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Die Netzwerkmanagementinstanz NM kann aus dem Überlastungsmaß für die über den Port P1(5) laufenden Kommunikationspfade PF2, PF3 auf ein eventuell auftretendes Delay und/oder Jitterproblem schließen. Aufgrund dessen nimmt die Netzwerkmanagementinstanz NM eine Rekonfiguration eines der beiden Kommunikationspfade PF2, PF3 vor. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird für den Kommunikationspfad PF2 ein alternativer Kommunikationspfad PF2' erstellt, der von dem Netzknoten 1 über die Netzknoten 2 und 3 zum Netzknoten 8 verläuft.
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Zur Einrichtung der Kommunikationspfade bedient sich die Netzwerkmanagementinstanz NM prinzipiell bekannter Routingmethoden. Die Kommunikationspfade können beispielsweise durch direkte Eintrage in Layer-3-Routing- bzw. Layer-2-Forwarding-Tabellen eingerichtet werden. Eine Einrichtung oder Anpassung kann auch durch eine Anpassung von die Routing- bzw. Forwarding-Tabellen beeinflussenden Metriken realisiert werden. Dies können beispielsweise Open Shortest Path First (OSPF)-Gewichte oder Link-Kosten und Prioritäten bei Rapid Spanning Tree (RSTP) bzw. Multiple Spanning Tree (MSTP) sein. Entsprechende Mechanismen und Vorgehensweisen sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.
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Die Datenübertragung von einem Quellknoten zu einem Zielknoten kann zunächst entlang voreingestellter Default-Pfade erfolgen. Dies bedeutet ein Default-Pfad ist zunächst unabhängig von den Warteschlangenlängen der Warteschlangen, entlang welchen der Kommunikationspfad verläuft, gebildet. Die Netzwerkmanagementinstanz NM greift erst dann ein, wenn bei der kontinuierlichen Überwachung der Netzknoten K und deren Warteschlangen eine Problemsituation festgestellt wurde.
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Anfragen für das Einrichten von neuen Kommunikationspfaden können so bearbeitet werden, dass ein neuer Kommunikationspfad die kritischen Ports bzw. Netzknoten meidet. Dies ist exemplarisch in 5 dargestellt, wobei über die Kommunikationspfade gemäß 3 ein neuer Kommunikationspfad PF4 vom Netzknoten 1 über die Netzknoten 4 und 7 zu dem Netzknoten 6 dargestellt ist. Obwohl der kürzeste Weg vom Netzknoten 1 zum Netzknoten 6 über den Port P1(5) des Netzknoten 5 verlaufen würde, wird ein Pfad über die Netzknoten 4 und 7 gewählt um den sich andeutenden Stau auf Port P1(5) des Netzknotens 5 auszuweichen.
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Für die Einrichtung von neuen Kommunikationspfaden ist es hilfreich, einen ersten, niedrigen, und einen zweiten, im Vergleich hierzu höheren Schwellwert festzulegen. Beim Überschreiten des ersten, niedrigen Schwellwerts, werden neue Kommunikationspfade, wie der Kommunikationspfad PF4, der zu den bestehenden Kommunikationspfaden PF1, PF2' und PF3 hinzukommt, über alternative Netzknoten eingerichtet. Bei Überschreitung des zweiten, höheren Schwellenwerts werden auch bestehenden Kommunikationspfade teilweise umgeleitet.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, ein oder mehrere Schwellwerte zentral für jeden der Netzknoten individuell zu definieren, so dass ein Netzknoten K eine Nachricht an die Netzwerkmanagementinstanz NM überträgt, wenn die jeweiligen Grenzen überschritten werden. Dies macht eine ständige Abfrage der Zustände durch die Mangagementinstanz überflüssig und schont damit Kommunikationsressourcen.
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Zur Ermittlung des Überlastungsmaßes wird bevorzugt eine mittlere Warteschlangenlänge verwendet, wobei sich die mittlere Warteschlangenlänge aus dem zeitlichen Mittel mehrerer erfasster Warteschlangenlängen über einen vorgegebenen Zeitraum berechnet. Hierdurch können starke Schwankungen vermieden werden. Alternativ kann auch eine maximale Warteschlangenlänge definiert werden, wobei diese beispielsweise dem zweiten, höheren Schwellwert von oben entsprechen kann. Ebenso ist die Verwendung einer effektiven Warteschlangenlänge zur Ermittlung des Überlastungsmaßes möglich, wobei sich die effektive Warteschlangenlänge aus zeitlich vorangegangen und aktuellen Warteschlangenlängen ermittelt. Hierdurch kann die Historie der Wareschlangenlänge berücksichtigt werden, wobei z. B. ein exponentielles Glätten erfolgen kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich sich alternativ auf die Überwachung der Warteschlangenlänge für bestimmte Verkehrsklassen, z. B. einer bestimmten Prioritätsklasse, zu beschränken, da diese typischerweise den Delay- und Jittersensitiven Datenverkehr tragen.
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Neben der Berücksichtigung einer Über- bzw. Unterschreitung von mittleren, maximalen oder effektiven Warteschlangenlängen durch das Überlastungsmaß können anhand diesem durch die Managementsysteminstanz auch absolute Ende-zu-Ende-Werte für den Delay bzw. Jitter abgeleitet werden. Hierzu werden mehrere Delay-Anteile addiert: Das Überlastungsmaß verrechnet mit den jeweiligen Bandbreiten der Links; die in den Netzknoten entstehenden Verzögerungen aufgrund von Schaltvorgängen, welche abgeschätzt oder gemessen sein können; Ausbreitungsverzögerungen (propagation Delays) auf allen involvierten Kommunikationsverbindungen, welche geschätzt oder gemessen sein können (z. B. mit Hilfe entsprechender Mechanismen, die im Rahmen einer Uhrzeitsynchronisation gemäß IEEE 1588 oder 802.1as standardisiert sind). Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn aktuelle Delay und/oder Jitter Werte an eine den Datenverkehr verursachende Applikation gemeldet werden müssen oder wenn ein Kommunikationspfad nur unter der Nebenbedingung der Nichtüberschreitung eines bestimmten Delay- bzw. Jitterwertes eingerichtet werden darf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEEE 802.1P [0031]
- IEEE 1588 oder 802.1as [0042]
