DE102012104522A1

DE102012104522A1 - Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines Datenleitungsnetzes

Info

Publication number: DE102012104522A1
Application number: DE102012104522A
Authority: DE
Inventors: Malika Bakhouch
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 2011-05-28
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2032-05-26
Also published as: DE102012104522B4

Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines Datenleitungsnetzes (L), das eine Vielzahl von Netzelementen (1..10) und Verbindungen (C) aufweist, wobei sämtliche Netzelemente (1..10) innerhalb des Leitungsnetzes (L) zumindest mittelbar miteinander verbunden sind, wobei jeweils zwei Netzelemente über zumindest eine Verbindung unmittelbar miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungen anhand von Gewichtswerten (G) klassifiziert sind, wobei eine rechnergestützte Simulation mit den folgenden Verfahrensschritten durchgeführt wird: a) Erzeugen eines ersten Netzstrukturabbildes; b) Erzeugen von ersten Referenzwerten (F) von Netzelementen (1..10) basierend auf dem ersten Netzstrukturabbild; c) Erzeugen zumindest eines zweiten Netzstrukturabbildes, bei dem gegenüber dem ersten Netzstrukturabbild definiert der Gewichtswert (G) einer Verbindung (C) verändert wird; d) Erzeugen zumindest eines zweiten Referenzwertes (F) von Netzelementen (1..10) basierend auf dem jeweiligen zweiten Netzstrukturabbild, wobei die zweiten Referenzwerte durch die rechnergestützte Simulation aufgrund des veränderten Netzstrukturabbildes ermittelt werden; e) Erzeugen von Vergleichswerten (V) durch Vergleichen von ersten Referenzwerten (F) mit zweiten Referenzwerten (F'); wobei der dem Leitungsnetz zugrundeliegende Routingalgorithmus derart angepasst wird, dass der erste Referenzwert (F) des Netzelements (4), welches den höchsten Vergleichswert (V) aufweist, reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines Datenleitungsnetzes, das eine Vielzahl von Netzelementen und Verbindungen aufweist.
Aus der DE 10 2008 029 842 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung sensibler Knoten in einem Leitungsnetz bekannt. Das Leitungsnetz ist teilvermascht, wobei alle Netzelemente zumindest mittelbar miteinander verbunden sind. Einzelne Netzelemente sind als Testpunkte ausgewählt, an denen Mittel zur Untersuchung der Funktionsfähigkeit des Leitungsnetzes installiert werden.
Durch hohe jährliche Zuwachsraten im Datenverkehr stehen die Anbieter von Datenleitungsnetzen unter der enormen Herausforderung sicherzustellen, dass die angefragten Leitungskapazitäten stets zur Verfügung stehen. Eine Möglichkeit hierzu liegt in der Erweiterung der Netzkapazitäten. Jedoch ist die Erweiterung solcher Kapazitäten recht kostenintensiv und bedarf daher der ausführlichen Planung.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines Datenleitungsnetzes bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1; bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einem solchen Netzstrukturabbild kann die Netzstruktur des insbesondere derzeit existierenden Leitungsnetzes in einer elektronisch erfassbaren Form festgehalten sein, insbesondere durch Gegenüberstellung der Netzelemente und der Verbindungen als Beziehungen zueinander. Die Referenzwerte stellen einen qualitativen Wert bezüglich der Bedeutung dieses Netzelementes dar. Dieser Referenzwert wird rechnerisch aus den Gewichtswerten der Verbindungen ermittelt. Bei dem zweiten Netzstrukturabbild, wird gegenüber dem ersten Netzstrukturabbild definiert der Gewichtswert, insbesondere genau, einer Verbindung verändert. Es wird zumindest ein zweiter Referenzwert von Netzelementen, insbesondere aller Netzelemente, basierend auf dem jeweiligen zweiten Netzstrukturabbild erzeugt. Der zweite Referenzwert gibt dabei insbesondere Auskunft über das Datenvolumen, welches über das Netzelement abgewickelt wird für den Fall, dass das Leitungsnetz entsprechend der Änderung des Gewichtswertes modifiziert ist.
Die Vergleichswerte werden durch Vergleichen der ersten Referenzwerte mit zumindest einem der zweiten Referenzwerte erzeugt. Die Vergleichswerte stellen dabei insbesondere eine Art Vorher-Nachher-Vergleich dar und können darüber Auskunft geben, wie sich die Bedeutung eines Netzelements aufgrund der definierten Änderung der Gewichtung verändert hat. Ein hoher Vergleichswert wird eine große Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Referenzwerten darstellen und daher eine hohe Bedeutungsvariabilität im Falle der Änderung der entsprechenden Gewichtung einer Verbindung darstellen. So ist ein Netzelement mit einem hohen Vergleichswert deutlich sensibler gegenüber Veränderung am Netz und bedarf erhöhter Aufmerksamkeit. Die Bedeutung der Netzelemente wird dann anhand der Vergleichswerte vorgenommen. Dabei kommt insbesondere zur Geltung, dass ein hoher Vergleichswert ein Indiz für eine starke Veränderung der Bedeutung eines Netzelements aufgrund Änderungen der Gewichtung darstellt. Damit kann diesem Netzelement für die Beobachtung und Analyse des Netzwerks eine größere Bedeutung zukommen als Netzelementen mit geringeren Vergleichswerten. Das bedeutenste Netzelement wird dann für die Optimierung des Datenleitungsnetzes herangezogen, indem der erste Referenzwert dieses Netzelements mit der höchsten Bedeutung reduziert wird. Hierfür wird der Routingalgorithmus, anhand dessen die Datenströme innerhalb des Datenleitungsnetzes geführt werden, derart angepasst, so dass der erste Referenzwert diese Netzelements verkleinert wird. Mit anderen Worten: Teile der z übermittelten Daten werden dann auf anderen Wegen durch das Leitungsnetz geleitet, so dass dasjenige Netzelement, welches am sensibelsten auf Veränderung im Datenleitungsnetz reagiert, entlastet wird. So kann diesem Netzelement ein gewisser Ressourcenpuffer bereitstellt werden, wodurch auch Spitzenlasten zuverlässiger abgearbeitet werden können.
Diese Maßnahme kann damit durchgeführt werden, dass der Datenstrom über das ermittelte bedeutenste Netzelement reduziert wird und statt dessen auf andere Verbindungen bzw. Netzelemente umgeleitet wird. Dies kann zum einen rein softwarebasiert sein, so dass die Daten auf den vorhandenen Leitungen anders geleitet werden. Alternativ kann auch eine zusätzliche Verbindung eingebaut werden. Der geänderte Routingalgorithmus wird dann diese neue Verbindung berücksichtigen und diese beispielsweise derart leiten, dass vermehrt die neue Verbindung benutzt wird, was zu einer Entlastung des ermittelten bedeutensten Netzelement führt. Die neue Verbindung kann z. B. ein Bypass sein, der das bedeutenste Netzelement umfährt.
Die Gewichtswerte stellen ein Maß für das über eine Verbindung abgewickelte Datenvolumen dar, welches sich beispielsweise in der Einheit Bit/Sekunde ausdrücken kann. Der Gewichtswert kann auch normiert sein und ohne Einheiten dargestellt werden.
Durch das Erzeugen von weiteren Netzstrukturabbildern, bei denen gegenüber dem ersten Netzstrukturabbild definiert Gewichtswerte einer Verbindung verändert werden, kann das Reagieren des Leitungsnetzes auf dynamische Veränderungen simuliert und bewertet werden. Dabei stellt das erste Netzstrukturabbild sozusagen das Leitungsnetz insbesondere in einem optimalen, da in einem natürlichen oder unveränderten Zustand dar. Das zweite Netzstrukturabbild oder mehrere bzw. eine Vielzahl von zweiten Netzstrukturabbildern stellen hingegen lediglich eine Simulation des Leitungsnetzes dar, wenn die z. B. die Lastverteilung, die durch die Gewichtung klassifiziert ist, verändert wird. Eine Gewichtung kann dabei auch den Wert „0” annehmen, nämlich dann, wenn eine Verbindung vollständig gestört oder gelöscht ist und somit als nicht vorhanden angenommen werden wird. Ein veränderter Gewichtswert kann aber auch einen zum ursprünglichen Wert geringeren oder einen erhöhten Wert aufweisen. Ein geringerer Wert kann dann vorhanden sein, wenn die Leistungsfähigkeit einer Verbindung zwar noch gegeben ist, aber vermindert ist. Eine Gewichtung kann einen erhöhten Wert aufweisen, wenn die maximale Übertragungsleistung der entsprechenden Verbindung erhöht wird.
Der Gewichtswert kann auch durch einen relativen Gewichtungswert bei der Ermittlung der Referenzwerte Berücksichtigung finden. Der relative Gewichtungswert umfasst dabei neben dem Gewichtswert auch die Gewichtswerte anderer Verbindungen, die an ein gemeinsames Netzelement anschließen. Bei der Ermittlung des relativen Gewichtungswertes einer Verbindung kann der Gewichtswert der zu betrachtenden Verbindung mit der Summe aller Gewichtswerte, die gemeinsam mit der zu betrachtenden Verbindung an ein Netzelement anschließen, dividiert werden. Der relative Gewichtungswert ist damit insbesondere ein normierter Gewichtswert.
Vorzugsweise wird während der Simulation der Gewichtswert der zumindest einen Verbindung, insbesondere genau einer Verbindung, derart definiert verändert, dass diese Verbindung als nicht vorhanden angenommen wird. Hierdurch kann die Änderung der Bedeutung von Netzelementen simuliert werden für den Fall, dass eine Verbindung ausfällt. Diese Verbindung muss dann insbesondere durch andere vorhandene Verbindungen bzw. durch eine andere Verbindung-Netzelement-Kombination ersetzt werden.
Vorzugsweise werden während der Simulation mehrere zweite Netzstrukturabbilder erzeugt, wobei zu jedem der zweiten Netzstrukturabbilder die Gewichtung einer anderen Verbindung definiert verändert wird. Jedes Netzstrukturabbild zeichnet sich im Vergleich zu einem anderen Netzstrukturabbild, insbesondere zu einem anderen der zweiten Netzstrukturabbilder, dadurch aus, dass diese zu ändernde Verbindung definiert verändert wird. Insofern können die Auswirkungen von genau dieser Veränderung auf die Netzelemente untersucht werden.
Vorzugsweise werden dabei eine Anzahl von zweiten Netzstrukturabbildern erzeugt, die der Anzahl von Verbindungen im Leitungsnetz entspricht, wobei zu jedem der zweiten Netzstrukturabbilder eine andere Verbindung als nicht vorhanden angenommen wird. In diesem Verfahren wird folglich eine Simulation derart durchgeführt, dass die Auswirkung des Wegfalls einer jeden einzelnen Verbindung untersucht wird. Die Kenntnis über die Bedeutung einzelner Netzelemente kann durch diese vollständige Untersuchung optimiert werden.
Vorzugsweise werden die Referenzwerte von Netzelementen anhand von Gewichtswerten von angrenzenden Verbindungen ermittelt. Insbesondere wird eine Summenbildung von Gewichtswerten von allen an das Netzelement angrenzenden Verbindungen berücksichtigt.
Vorzugsweise werden Vergleichswerte durch Differenzbildung oder Division aus zweiten Referenzwerten mit den ersten Referenzwerten gebildet. Die zweiten Referenzwerte und die ersten Referenzwerte beziehen sich dabei im Rahmen einer Vergleichswerterzeugung ausschließlich auf dasselbe Netzelement. Der Betrag oder der absolute Wert des Vergleichswertes kann ein Maß für die Veränderung der Verbindungsleistung an diesem Netzelement im Falle der definierten Änderung der Verbindung sein.
Vorzugsweise werden Netzstrukturabbilder in jeweils ein lineares Gleichungssystem überführt. Dieses kann gleichermaßen für das erste Netzstrukturabbild und die (ggf. mehreren) zweiten Netzstrukturabbilder gelten. Durch Lösen des linearen Gleichungssystems werden die Referenzwerte ermittelt.
Vorzugsweise werden für die Bewertung einzelner Netzelemente diejenigen Vergleichswerte herangezogen, die bei einer definierten Änderung des Gewichtswerts eines solchen Verbindungselements erzeugt wurden, welches unmittelbar an das zu bewertende Netzelement anschließt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass Vergleichswerte eine besondere Bedeutung bei der Bewertung dieses Netzelementes zukommt, wenn dieser Vergleichswert bei einer Simulation erzeugt wurde, bei dem eine an das betreffende Netzelement angrenzende Verbindung in ihrer Gewichtung definiert verändert wurde. Eine solche Veränderung, die eine unmittelbar angrenzende Verbindung betrifft, hat insbesondere einen unmittelbaren Einfluss auf das Netzelement. Bei der Beurteilung von unmittelbaren Bedeutungen von Netzelementen kann ein solcher Vergleichswert natürlich eine große Rolle spielen. Hingegen kann ein solcher Vergleichswert dann ausgenommen werden, wenn es lediglich auf die mittelbaren Einflüsse der Änderung einer Verbindung ankommt. Ein „unmittelbarer” Vergleichswert, der bei einer solchen Simulation zustande gekommen ist, kann daher ggf. auch das Simulationsergebnis unerwünscht beeinflussen bzw. verfälschen. Daher kann es in einer alternativen Ausgestaltung auch bewusst vorgesehen sein, dass solche „unmittelbaren” Vergleichswerte explizit von der Betrachtung ausgeschlossen werden.
Vorzugsweise werden für die Bewertung einzelner Netzelemente solche Vergleichswerte herangezogen, die während einer definierten Änderung des Gewichtswertes eines solchen Verbindungselements erzeugt wurden, welches nicht unmittelbar an das Netzelement anschließt und zugleich die größten Vergleichswerte sind, die im Zusammenhang mit der jeweiligen definierten Gewichtungsänderung erzeugt wurden. Der größte Vergleichswert, der im Zusammenhang mit der jeweiligen definierten Gewichtungsänderung erzeugt wurde, setzt quasi eine Markierung auf dasjenige Netzelement, welches die größte Auswirkung durch die bestimmte definierte Veränderung der Gewichtung erfährt. Dabei sind insbesondere aber solche Netzelemente ausgeschlossen, die unmittelbar an das veränderte Verbindungselement anschließen. Es wird folglich dasjenige Netzelement identifiziert, welches die größte mittelbare Auswirkung erfährt, die durch die Veränderung der Gewichtung erzeugt wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Leitungsnetz, welches durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche verbessert wurde.
Die Erfindung wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert. Hierin zeigt:
1 eine graphische Darstellung eines Leitungsnetzes mit Gewichtswerten G;
2 ein erste Netzstrukturabbild des Leitungsnetzes nach 1 in tabellarischer Form mit relativen Gewichtungswerten g;
3 eine Formel zur Berechnung von Referenzwerten F_i;
4a) eine lineare Gleichung zur Ermittlung des Referenzwerte F₄ für das Netzelement 4;
4b) ein lineares Gleichungssystem zur Ermittlung der Referenzwerte F für alle Netzelemente 1..10;
4c) ein Lösungsvektor des linearen Gleichungssystems nach 4b;
5 ein zweites Netzstrukturabbild eines abgewandelten Netzes in tabellarischer Form mit relativen Gewichtungswerten g;
6 eine tabellarische Aufstellung von Lösungsvektoren von zweiten Referenzwerten F' für eine Vielzahl von Änderungen;
7 eine tabellarische Aufstellung von Vergleichswerten zur Beurteilung von Netzelementen;
8 eine graphische Darstellung eines erfindungsgemäß verbesserten Leitungsnetzes;
9 ein erstes Netzstrukturabbild des Leitungsnetzes nach 8 in tabellarischer Form mit relativen Gewichtungswerten g.
In 1 ist ein Leitungsnetz L schematisch dargestellt. Das Leitungsnetz L umfasst zehn Netzelemente 1..10, die durch Verbindungen C miteinander verbunden sind. Es existieren unmittelbare und mittelbare Verbindungen zwischen zwei Netzelementen. So ist beispielsweise das Netzelement 4 unmittelbar mit den Netzelementen 1, 2, 3, 7 und 8 verbunden. Hingegen ist das Element 4 nur mittelbar mit den Netzelementen 5, 6, 9 und 10 verbunden. „Mittelbar verbunden” bedeutet dabei insbesondere, dass in die kürzeste Verbindung zwischen zwei Netzelementen zumindest ein weiteres Netzelement zwischengeschaltet ist. Jeder Verbindung C ist ein Gewichtswert G zugewiesen. Die Gewichtswerte G stellen dabei eine Art Maß für die Bedeutung dieser Verbindung dar, worin beispielsweise die Übertragungsleistung im Rahmen einer bestimmten Anwendung des Netzes berücksichtigt sein kann.
Die in 1 grafisch vorhandenen Informationen über das Leitungsnetz L, nämlich insbesondere über die Netzelemente 1..10, die Verbindungen C und die Gewichtungen G, werden nun in ein Netzstrukturabbild überführt, welches in 2 dargestellt ist. Das Netzstrukturabbild umfasst eine Tabelle, worin in der ersten Spalte sowie in der ersten Zeile die Netzelemente 1..10 anhand ihrer jeweiligen Nummerierung aufgeführt sind. In den weiteren Feldern wird dann ein relativer Gewichtswert g der jeweiligen Verbindung zweier Netzelemente 1..10 zueinander aufgeführt. Aus der grafischen Darstellung nach 1 lässt sich z. B. entnehmen, dass die Netzelemente 1 und 4 durch eine Verbindung mit dem Gewichtswert G von „4” unmittelbar miteinander verbunden sind. Insofern ist Gewichtung der Verbindungen zwischen dem Netzelement 1 und dem Netzelement 4 mit dem Faktor „4” versehen. Zugleich ist aber 1 auch zu entnehmen, dass an das Netzelement 1 noch zwei weitere Verbindungen unmittelbar anschließen, nämlich in Richtung der Netzelemente 2 und 3. Die Summe aller Gewichtswerte G der Verbindungen C an das Netzelement 1 entspricht „7”. Daher wird die Bedeutung der Verbindung C des Netzelements 1 an das Netzelement 4 um diesen Betrag „7” durch Division verringert. Insofern ergibt sich für die Verbindung vom Netzelement 1 zum Netzelement 4 der relative Gewichtungswert g von „4/7”.
Die Verbindung zwischen dem Netzelement 1 und dem Netzelement 2 ist mit einem Gewichtswert G von „1” versehen. Das bedeutet, dass in der Verbindung zwischen den Netzelementen 1 und 4 (mit G = 4) viermal so viel Daten übermittelt werden als in der Verbindung zwischen den Netzelementen 1 und 2.
In dem Netzstrukturabbild nach 2 ist aber auch zu erkennen, dass die Verbindung in umgekehrter Richtung, nämlich vom Netzelement 4 zum Netzelement 1, einen abweichenden relativen Gewichtungswert g aufweist. An das Netzelement 4 sind nämlich noch weitere Verbindungen C angeschlossen, die insgesamt über eine Summe der Gewichtungen G von „13” verfügen. Insofern ist bei Ermittlung des relativen Gewichtungswertes g der Verbindung C vom Netzelement 4 zum Netzelement 1 mit dem Wert „13” zu dividieren.
Das Netzstrukturabbild in 2 stellt auf die gleiche Art und Weise auch die Zusammenhänge der übrigen Netzelemente 1..10 bzw. die Verbindung C der Netzelemente zueinander dar. Die Werte stellen somit allesamt die relativen Gewichtungswerte g dar, die neben dem Gewichtswert G der einzelnen Verbindung auch die Anzahl der weiteren Verbindungen, die an ein Netzelement anschließen, berücksichtigt.
In 3 ist eine Formel angegeben, die zur Berechnung eines Referenzwertes F dient und für alle Netzelemente 1..10 des Netzes L herangezogen wird. Die Parameter der Formel bedeuten:

Fv_i:: Referenzwert des betrachteten Netzelements v_i;
Fw_j:: Referenzwert des Nachbarnetzelement w_j des betrachteten Netzelement v_i;
g(v_i, w_j):: relativer Gewichtungswert der jeweiligen Verbindung zwischen den Netzelementen v_i, w_j;
g(N_g(v_i)):: relativer Gewichtungswert aller an das Netzelements v_i anschließenden Verbindungen.

So ergibt sich beispielsweise für das Netzelement 4 ein Referenzwert F nach der in 4a gezeigten Formel, die der Formel nach 3 entspricht, aber aufgelöst für das Netzelement 4. Auch für alle weiteren Netzelemente ist eine solche Gleichung aufzustellen. Daraus gibt sich bei zehn Netzelementen 1..10 ein lineares Gleichungssystem mit zehn Gleichungen und zehn Unbekannten und einer Koeffizientenmatrix A, die in 4b dargestellt ist. Durch Lösung dieses linearen Gleichungssystems ergibt sich ein Lösungsvektor für die Referenzwerte F, der tabellarisch in 4c dargestellt ist. Das Netzelement 1 weist dabei einen Referenzwert von 8,9744% auf. Entsprechendes gilt für die weiteren Netzelemente 2..10.
Nun wird eine Simulation durchgeführt, in der angenommen wird, dass Teile des in 1 gezeigten Netzes verändert werden. Beispielhaft wird in einem ersten Simulationsschritt die Verbindung zwischen den Netzelementen 1 und 3 gelöscht. Es werden nun die Referenzwerte F eines solchen geänderten Netzes erzeugt und zwar auf die selbe Weise, wie dies mit Bezug auf die Erzeugung der Referenzwerte F nach den 2 bis 4 bereits beschrieben wurde.
Es wird dann ein neues Netzstrukturabbild erzeugt, welches in 5 dargestellt ist. Dieses entspricht weitgehend dem Netzstrukturabbild nach 2, wobei zu erkennen ist, dass einzelne Werte verändert sind (handschriftlich markiert). So erhält die Verbindung zwischen den Elementen 1 und 3 nunmehr die relative Gewichtung „0”. Die anderen Verbindungen, die an die betroffenen Netzelemente 1 und 3 anschließen, erhalten dann erhöhte relative Gewichtungswerte g, da diesen Verbindungen aufgrund des Wegfalls der Verbindung zwischen den Netzelementen 1 und 3 eine größere Bedeutung zukommt.
Das Netzstrukturabbild nach 5 stellt somit ein zweites Netzstrukturabbild dar, welches nicht den realen Zustand, sondern einen simulierten Zustand darstellt, bei dem eine mögliche Abweichung vorhanden ist. Abweichend zum vollständigen Streichen einer Verbindung C zwischen zwei Netzelementen kann diese Verbindung auch mit einem anderen Gewichtswert G versehen werden, der ungleich „0” ist. Es ergeben sich dann entsprechende Änderungen an dem zweiten Netzstrukturabbild. Auf die gleiche Weise wie mit Bezug auf 3 und 4 dargestellt wird dann jeweils ein Referenzwert F für die anderen Netzelemente ermittelt, die dann alle in 6 aufgeführt werden. Dort sind in der ersten Spalte die Netzelemente 1 bis 10 aufgeführt. In der zweiten Spalte sind die ersten Referenzwerte F entsprechend dem ersten Netzstrukturabbild aufgeführt. In den nachfolgenden Spalten (ab der dritten Spalte) sind die zweiten Referenzwerte F' aufgeführt, die jeweils die Referenzwerte F' der einzelnen Netzelemente 1..10 darstellen, bei Ausfall der Verbindung zwischen 1 und 2 (dritte Spalte), bei Ausfall der Verbindung zwischen 1 und 3 (vierte Spalte) usw.
In 7 sind nun Vergleichswerte V zu den jeweiligen Netzelementen 1..10 aufgeführt. Die Vergleichswerte V ergeben sich aus einer Differenzbildung zwischen dem ersten Referenzwert F und dem entsprechenden zweiten Referenzwert F' für dieses Netzelement bei Ausfall einer bestimmten Verbindung, wie sie in der Tabelle nach 6 aufgeführt sind. Im vorliegenden Fall wird der Vergleichswert V zwar durch Differenzbildung des ersten Referenzwertes F mit dem jeweiligen zweiten Referenzwert F' erzeugt. Es sind aber auch andere Möglichkeiten der Verknüpfung von erstem Referenzwert und F und zweitem Referenzwert und F' möglich, insbesondere eine Division. Im vorliegenden Fall stellt somit der Vergleichswert V ein Maß für die Änderung der Referenzwerte bei gegebener Störung durch Ausfall einer Verbindung dar. Je höher der Vergleichswert ist, desto höher ist die Auswirkung einer entsprechenden Änderung im Leitungsnetz auf das entsprechende Netzelement.
In einem weiteren Schritt werden nur diejenigen Vergleichswerte V identifiziert, bei denen ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen abgewandelter Verbindung und Netzelement besteht. So werden alle diejenigen Vergleichswerte V aus der Liste gestrichen, bei denen die ausgefallene Verbindung unmittelbar an das entsprechende Netzelement dieses Vergleichswertwertes anschließt. Für das Netzelement 1 bedeutet dies, dass diejenigen Vergleichswerte gestrichen werden, die bei einem Ausfall der Verbindung zwischen den Netzelementen 1 und 2, 1 und 3 und 1 und 4 erzeugt wurden. In 7 sind diese Vergleichswerte V durch handschriftliche Streichungen erkennbar.
Bereits aus der Anzahl der gestrichenen Elemente lässt sich erkennen, dass das Netzelement 4 durch eine Vielzahl von möglichen Ausfällen unmittelbar betroffen wird, nämlich durch insgesamt fünf Ausfälle, was der Anzahl der Verbindungen C an das Netzelement 4 entspricht. Gleiches gilt für das Netzelement 7. Durch Aufsummierung der entsprechenden Vergleichswerte, die herausgestrichen wurden, kann bereits ein Wert für die unmittelbare Bedeutung von Verbindungsausfällen für dieses Netzelement erzeugt werden. Dasjenige Netzelement, welches die höchste Summe der Vergleichswerte aufweist, kann dann als dasjenige erkannt werden, welches von Netzausfällen am stärksten unmittelbar betroffen ist.
Nachdem die „unmittelbaren” Vergleichswerte gestrichen wurden bleiben nur solche Werte übrig, die erzeugt wurden, wenn Netzverbindungen ausgefallen sind, die nicht unmittelbar an die jeweiligen Netzelemente angrenzen. Dies sind alle in 7 nicht-durchgestrichenen Vergleichswerte. Aus diesen nicht-durchgestrichenen Vergleichswerten V wird nun pro Spalte, d. h. also pro Verbindungsausfall, derjenige Vergleichswert V identifiziert, der der höchste Wert in dieser Spalte ist. Dieser Vergleichswert entspricht also dem höchsten Vergleichswert eines Netzelements, der durch diesen speziellen Verbindungsausfall erzeugt wurde. Die jeweilig höchsten Vergleichswerte einer Spalte sind durch Einkreisen in 7 kenntlich gemacht. Es ist ersichtlich und rechts neben der Tabelle dargestellt, dass das Netzelement 4 die jeweils größte Anzahl von solchen mittelbaren höchsten Vergleichswerten V aufweist, nämlich 11. Insofern ist bereits aus der Summenbildung der höchsten Vergleichswerte V davon auszugehen, dass das Netzelement 4 jeweils das am stärksten mittelbar durch Verbindungsausfällen betroffene ist. Eine andere Möglichkeit könnte auch sein, die jeweils höchsten Vergleichswerte aufzusummieren und dann zu vergleichen. Im vorliegenden Fall würde dies aber zum selben Ergebnis führen. Aus der Tabelle nach 7 ist ferner zu erkennen, dass die Netzelement 7 und 8 auch eine hohe „mittelbare” Bedeutung bei Ausfällen erfahren.
Das Verfahren wird rechnergestützt durchgeführt. Dabei können die Gewichtswerte G direkt aus einer maximal oder durchschnittlich übertragenen Datenmenge ermittelt werden. Das Erzeugen der relativen Gewichtungswerte g, der Referenzwerte F, F' und Vergleichswerte V erfolgt dann automatisiert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Positionen der bedeutenden Netzelemente sehr genau bestimmt werden. Somit können Prognosen für das Netzverhalten vereinfacht getroffen werden. Die Kenntnis über bedeutende Netzelemente kann genutzt werden um z. B. vorhandene oder weitere Netzelemente optimal zu positionieren, was zu einer wesentlichen Einsparung an Netzelementen oder Verbindungen führen kann. Durch eine bewusste Gestaltung von Netzen, insbesondere im Fall von Netzoptimierungen, oder durch Erstellung von Prognosen für jedes Netzelement, können über die gesamte Netzplattform Aussagen zur Verfügbarkeit, Ausfallrate und Störwirkbreite getroffen werden.
Dies kann zu einer Netzstrukturoptimierung und letztendlich zu einer ausbalancierten Kosteneffizienz führen. Ein Netz, das durch das erfindungsgemäße Verfahren untersucht werden kann, kann Bestandteil eines übergeordneten Netzes sein.
Um nun das gesamte Leitungsnetz robuster zu gestalten wird das Netzelement 4 für eine Entlastung ausgewählt. Hierzu wird eine neue Leitung zwischen den Netzelementen 2 und 8 bereitgestellt. Der Routingalgorithmus wird derart umgestellt, dass über diese neue Leitung eine gewisse Datenmenge abgewickelt wird, die bislang den Umweg über das Netzelement 4 nehmen musste. Aufgrund der Datenmenge, die über die neue Leitung beispielhaft nun abgewickelt wird, erhält diese neue Leitung den Gewichtswert G = 1. Da diese Daten nun nicht mehr über das Netzelement 4 geleitet werden, reduzieren sich die Gewichtswerte der Verbindungen zwischen den Netzelementen 8 und 4 bzw. 4 und 2 um jeweils 1. Das Netzstrukturabbild analog zu 2 ändert sich ebenfalls in die Form, die in 9 nun abgebildet ist. Die Abweichungen zu 2 sind handschriftlich eingefügt.
Es resultiert dann ein neuer Referenzwert für das Netzelement 4 von F_nacher = 14,47%. Gegenüber dem Referenzwert für das Netzelement 4 vorher F_vorher = 16,67% wurde der Referenzwert des Netzelements nun deutlich reduziert.
Alternativ zur Einfügung einer neuen Verbindung kann auch das vorhandene Leitungsnetz strukturell unverändert belassen werden. Vielmehr werden z. B. die Verbindungen zwischen den Netzelementen 8 und 5 sowie 5 und 2 „aufgewertet”. Dafür lediglich der Routingalgorithmus dahingehend verändert, dass Datenverkehr zwischen den Netzelementen 8 und 2 verstärkt über das Netzelement 5 anstatt über das Netzelement 4 geleitet wird. Entsprechend verändern sich die Gewichtswerte der Verbindung zwischen den Netzelemente 8 und 5 auf G = 6 sowie zwischen 5 und 2 auf G = 3. Dies hat auf die Änderung des Referenzwertes für das Netzelement 6 vergleichbare Auswirkung wie das Einfügen einer neuen Verbindung, wie bezüglich 8 und 9 beschrieben wurde. Jedoch kann dies deutlich kostengünstiger und schneller erfolgen. Nachteilig ist natürlich, dass der Referenzwert des Netzelements 5 nun auch ansteigt und das Netzelement 5 sensibler auf Änderungen wird. Rein softwarebasierte Optimierungen stoßen daher irgendwann an Ihre Grenzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, frühzeitig sensible und damit wichtige Netzelement zu identifizieren. Es kann dazu beitragen, Planungssicherheit durch Erzeugen einer Priorisierungsliste für den Planungsausbau schaffen. Grundsätzlich wird eine Kenntnis über das sensitive Verhalten von Netztopologien in Abhängigkeit von wesentlichen Einflussgrößen generiert. Durch den gezielten Einsatz von Optimierungsmaßnahmen kann der Netzausbau effizient durchgeführt werden. Es können Prognosen über langfristige Planungsmaßnahmen erstellt werden.
Bezugszeichenliste

L: Leitungsnetz
1..10: Netzelemente
C: Verbindungen
G: Gewichtswert
g: relativer Gewichtungswert
F: Referenzwert
V: Vergleichswert
n: Anzahl von an ein Netzelement angrenzenden Verbindungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008029842 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines Datenleitungsnetzes (L), das eine Vielzahl von Netzelementen (1..10) und Verbindungen (C) aufweist, wobei sämtliche Netzelemente (1..10) innerhalb des Leitungsnetzes (L) zumindest mittelbar miteinander verbunden sind, wobei jeweils zwei Netzelemente über zumindest eine Verbindung unmittelbar miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungen anhand von Gewichtswerten (G) klassifiziert sind, wobei eine rechnergestützte Simulation mit den folgenden Verfahrensschritten durchgeführt wird: a) Erzeugen eines ersten Netzstrukturabbildes; b) Erzeugen von ersten Referenzwerten (F) von Netzelementen (1..10) basierend auf dem ersten Netzstrukturabbild; c) Erzeugen zumindest eines zweiten Netzstrukturabbildes, bei dem gegenüber dem ersten Netzstrukturabbild definiert der Gewichtswert (G) einer Verbindung (C) verändert wird; d) Erzeugen zumindest eines zweiten Referenzwertes (F) von Netzelementen (1..10) basierend auf dem jeweiligen zweiten Netzstrukturabbild, wobei die zweiten Referenzwerte durch die rechnergestützte Simulation aufgrund des veränderten Netzstrukturabbildes ermittelt werden; e) Erzeugen von Vergleichswerten (V) durch Vergleichen von ersten Referenzwerten (F) mit zweiten Referenzwerten (F'); wobei der dem Leitungsnetz zugrundeliegende Routingalgorithmus derart angepasst wird, dass der erste Referenzwert (F) des Netzelements (4), welches den höchsten Vergleichswert (V) aufweist, reduziert wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtswerte (G) durch im Netzwerk installierte Messeinheiten ermittelt werden, welche die Menge des über die jeweilige Verbindung geleiteten Datenverkehrs aufnimmt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Simulation der Gewichtswert (G) zumindest einer Verbindung (C) derart definiert verändert wird, dass diese Verbindung (C) als nicht vorhanden angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Simulation mehrere zweite Netzstrukturabbilder (F) erzeugt werden, wobei zu jedem der zweiten Netzstrukturabbilder der Gewichtswert (G) einer anderen Verbindung (C) definiert verändert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Simulation eine Anzahl von zweiten Netzstrukturabbildern erzeugt werden, die der Anzahl von Verbindungen (C) entspricht, wobei zu jedem der zweiten Netzstrukturabbilder eine andere Verbindung (C) als nicht vorhanden angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzwert (F) jeweils einem definierten Netzelement (1..10) zugeordnet ist, wobei der Referenzwert (F) rechnerisch aus den Gewichtswerten (G) ermittelt wird, die denjenigen Verbindungen (C) zugewiesen sind, die unmittelbar an das definierte Netzelement (1..10) angeschlossen sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert (F) eines Netzelements (1..10) anhand der Gewichtswerte (G) von angrenzenden Verbindungen (C) ermittelt wird, insbesondere durch eine Summe der Gewichtswerte (G) aller an dieses Netzelement (1..10) angrenzenden Verbindungen (C).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichswerte durch Differenzbildung oder Division aus zweiten Referenzwerten (F') mit den ersten Referenzwerten (F) gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Netzstrukturabbilder in jeweils ein lineares Gleichungssystem überführt werden, und dass aus dem linearen Gleichungssystem die Referenzwerte (F) der Netzelemente (1..10) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bewertung einzelner Netzelemente (1..10) diejenigen Vergleichswerte (V) herangezogen werden, die bei einer definierten Änderung des Gewichtswertes (G) einer solchen Verbindung (C) erzeugt wurden, welches unmittelbar an das zu bewertende Netzelement (1..10) anschließt.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bewertung einzelner Netzelemente (1..10) diejenigen Vergleichswerte (V) explizit ausgeschlossen werden, die bei einer definierten Änderung des Gewichtswertes (G) einer solchen Verbindung (C) erzeugt wurden, welches unmittelbar an das zu bewertende Netzelement (1..10) anschließt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bewertung einzelner Netzelemente (1..10) solche Vergleichswerte (V) herangezogen werden, die während einer definierten Änderung des Gewichtswertes (G) einer solchen Verbindung (C) erzeugt wurden, welches nicht unmittelbar an das Netzelement (1..10) anschließt und zugleich die jeweils größten Vergleichswerte (V) sind, die in Zusammenhang mit der jeweiligen definierten Gewichtungsänderung (G) erzeugt wurden.
Leitungsnetz (L), dessen Leistungsfähigkeit durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche verbessert wurde.