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Für
den schnellen Zugang zum Internet werden in zunehmendem Maße DSL-Verfahren
(DSL = Digital Subscriber Line, digitale Teilnehmeranschlussleitung)
und insbesondere asymmetrische DSL-Verfahren (ADSL = Asymmetric
Digital Subscriber Line) eingesetzt. ADSL unterscheidet sich dabei von
symmetrischen DSL-Verfahren
(SDSL = Symmetrie Digital Subscriber Line) im wesentlichen dadurch, daß bei ADSL
verschiedene Übertragungsgeschwindigkeiten
für Uplink
(Übertragung
vom Teilnehmer zum Internet) und Downlink (Übertragung vom Internet zum
Teilnehmer) vorgesehen sind. Dabei ist regelmäßig die Downlink-Übertragungsgeschwindigkeit
wesentlich (z.B. Faktor 4 oder 6) höher als die Uplink-Übertragungsgeschwindigkeit,
da über
den Downlink typischerweise mehr Daten pro Zeiteinheit übertragen
werden als über
den Uplink. Bei SDSL hingegen sind die Übertragungsgeschwindigkeiten für Downlink
und Uplink gleich.
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Im folgenden wird der Begriff "DSL" als Oberbegriff
sowohl für "ADSL" als auch für "SDSL" verwendet, da die
tatsächlichen Übertragungsgeschwindigkeiten
und das Verhältnis
der Übertragungsgeschwindigkeiten
zwischen Uplink und Downlink für die
vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung sind.
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Ein Datenendgerät des Teilnehmers, beispielsweise
ein PC (PC = Personalcomputer) oder eine Settop-Box, wird mittels
eines integrierten oder externen Modems über eine herkömmliche
Kupferdoppelader mit einem DSLAM (DSLAM = DSL Access Multiplexer,
DSL Zugangsmultiplexer) verbunden. Der DSLAM ist in einem Zugangsknoten
des Netzbetreibers, der den Anschluss für den Teilnehmer bereitstellt,
angeordnet. An einen DSLAM sind über
entsprechende Schnittstellenbaugruppen des DSLAM typischerweise
mehrere Teilnehmer angeschlossen.
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Aus Kostengründen soll die Anbindung des DSLAM
an nachgeordnete Netzelemente mittels eines Ethernet-Netzwerkes
anstelle der dafür
bisher üblicherweise
eingesetzten ATM-Netzwerke (ATM = Asynchronous Transfer Mode, asynchroner
Transfermodus) erfolgen.
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Dabei können aufgrund der verschiedenen Übertragungsgeschwindigkeiten
der teilnehmerseitigen Schnittstellen und der netzseitigen Ethernet-Schnittstelle
im Downlink Überlastsituationen auftreten.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zur Überlastabwehr
anzugeben, durch welches derartige Überlastsituationen vermieden
werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
zur Überlastabwehr
gemäß des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren zur Überlastabwehr
in einem Netzelement 10 vorgesehen, wobei das Netzelement 10 Nachrichten über eine
erste Verbindung 20 in einem Empfangspuffer 11 empfängt und
mittels einer Vermittlungslogik 13 an Sendepuffer 14 zumindest
zweier weiterer Verbindungen 30 vermittelt, demgemäss durch
eine Logik 12 Adressinformationen der Nachrichten im Empfangspuffer 11 ausgewertet
werden und abhängig
vom Lastzustand des der Adresse zugeordneten Sendepuffers 14 fallweise
Nachrichten im Empfangspuffer 11 verworfen werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird außerdem
ein Netzelement 10 mit einem Empfangspuffer 11 zum
Empfang von Nachrichten über
eine erste Verbindung 20 und einer Vermittlungslogik 13 zum Vermitteln
der Nachrichten an Sendepuffer 14 zumindest zweier weiterer
Verbindungen 30 vorgesehen, welches eine Lo gik 12,
welche Mittel zum Auswerten von Adressinformationen der Nachrichten
im Empfangspuffer 11 aufweist, und Mittel zum fallweisen Verwurf
von Nachrichten abhängig
vom Lastzustand des der Adresse zugeordneten Sendepuffers 14 umfasst.
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Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
und des erfindungsgemäßen Netzelementes
besteht darin, dass bei eintretender Überlastsituation Nachrichten
bereits aus dem Empfangspuffer verworfen werden und somit nicht
erst in die Vermittlungslogik eintreten müssen. Da über die Verbindung zwischen
Logik 12 und Empfangspuffer lediglich Steuerinformationen
ausgetauscht werden müssen,
ist diese für
diese Verbindung lediglich eine geringe Übertragungsgeschwindigkeit
vorzusehen.
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Durch die Erfindung wird vorteilhaft
verhindert, dass starke Impulse bzw. Bursts von Datenverkehr auf
der hochbitratigen Verbindung 20, die an nur eine der – im Vergleich
zu der Verbindung 20 niederbitratigen – Verbindungen 30 weiterzuleiten
sind, dort bzw. im zugehörigen
Sendepuffer 14 nicht zu einer Überlastsituation führen, da
erforderlichenfalls Nachrichten bereits aus dem Empfangspuffer 11 der
Verbindung 20 verworfen werden. Vorteilhaft werden Nachrichten,
die der Verbindungssteuerung dienen, von der Verwurfsstrategie ausgenommen.
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Lastsituationen, bei denen trotz
voller Auslastung der Verbindung 30 die Übermittlung von Nutzdaten an
einen an die Verbindung 30 angeschlossenen Teilnehmer aufgrund verschiedener Segmentierung
von Nutzdaten für
die Übertragung über die
Verbindungen 20 und 30 völlig zum Erliegen kommt, werden
durch die Erfindung vorteilhaft vermieden.
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Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
im Zusammenhang mit einer Zeichnung als Ausführungsbeispiel näher erläutert. In
diesem Ausführungsbeispiel
wird lediglich die Datenübertragungsrichtung
von einer schnellen Verbindung auf mehrere langsamere Verbindungen
betrachtet. In der einzigen Fi gur 1 sind nur die für diese
Datenübertragungsrichtung
erforderlichen Komponenten dargestellt.
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1 zeigt
ein Netzelement 10, z.B. einen DSL Zugangsmultiplexer DSLAM,
der über
eine schnelle Verbindung 20, z.B. über eine Fast-Ethernet-Verbindung
(100 MBit/s) oder eine Gigabit-Ethernet-Verbindung (1 GBit/s), mit
einem Datennetz (nicht dargestellt) verbunden ist.
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Das Netzelement 10 umfasst
einen Empfangspuffer 11, der der schnellen Verbindung 20
zugeordnet ist, eine Logik 12, die mit Mitteln zur Beeinflussung
des Empfangspuffers 11 ausgerüstet ist und außerdem mit
der Vermittlungslogik 13 verbunden ist. Obwohl die Logik 12 und
die Vermittlungslogik 13 als voneinander getrennt dargestellt
sind, können
die jeweiligen Aufgaben durch eine entsprechend entworfene einzige
Logik oder einen programmierbaren Baustein ausgeführt werden.
In einer funktional äquivalenten
Ausgestaltung kann die Logik 12 gemeinsam mit dem Empfangspuffer 11 eine
Einheit bilden, zu der auch ein der schnellen Verbindung 20 zugeordneter
Sendepuffer gehören
kann – nicht
dargestellt.
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Anstelle einer Verbindung 20 können auch mehrere
Verbindungen 20 mit jeweils eigenem oder einem gemeinsamen
Empfangspuffer 11 an das Netzelement 11 angeschlossen
sein.
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Die Vermittlungslogik 13 ist
angeschlossen an Sendepuffer 14, die langsameren Verbindungen 30 zugeordnet
sind. Bei den langsameren Verbindungen 30 kann es sich
beispielsweise um digitale Teilnehmeranschlussleitungen DSL handeln,
die in dieser Datenübertragungsrichtung
(vom Datennetz zum Teilnehmer) üblicherweise
mit Datenübertragungsraten
zwischen 128 kBit/s und 8 MBit/s betrieben werden.
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Die Vermittlungslogik 13 vermittelt über die schnelle
Verbindung 20 eingehende Daten entsprechend der Adressierungsinformationen
an eine der langsameren Verbindungen 30 und ist dazu über eine interne
Verbindung mit dem Eingangspuffer 11 verbunden, deren Übertragungsgeschwindigkeit
vorzugsweise mit der der schnellen Verbindung 20 übereinstimmt
oder größer als
diese ist.
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Falls das Netzelement 10 ein
DSL Zugangsmultiplexer DSLAM ist, werden durch die Vermittlungslogik 13 Telefonie-
und Datendienste getrennt, und Telefoniedienste werden in das öffentliche
Telefonnetz geleitet. Datendienste werden beispielsweise in das
Internet weitergeleitet.
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Zum Datenaustausch zwischen einem
dem DSL Zugangsmultiplexer nachgeordneten Zugriffsserver und einem
Datenendgerät
eines Teilnehmers wird das Protokoll PPPoE (PPPoE = Point-to-Point Protocol
over Ethernet, Punkt-zu-Punkt-Protokoll über Ethernet) verwendet, welches
PPP-Daten (PPP = Point-to-Point Protocol, Punkt-zu-Punkt-Protokoll) transportiert,
welches wiederum IP-Daten (IP = Internetprotokoll) befördert – nicht
dargestellt. Zum Vermitteln der PPPoE Rahmen umfasst die Vermittlungslogik
eine Ethernet-Bridge – nicht
dargestellt.
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Die PPPoE-Daten werden zwischen dem Datenendgerät des Teilnehmers
und einem Modem des Teilnehmers in den meisten Fällen mittels Ethernet übertragen.
Andere Übertragungsverfahren
zwischen Datenendgerät
und Modem sind beispielsweise ATM oder USB-Protokoll (USB = Universal
Serial Bus). Die Übertragung
zwischen Modem und DSL Zugangsmultiplexer erfolgt mittels ATM.
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Aufgrund der verschiedenen Übertragungsgeschwindigkeiten
der teilnehmerseitigen Schnittstellen 30 (derzeit maximal
8 MBit/s, üblich
z.B. 1,5 MBit/s oder 768 kBit/s oder 512 kBit/s) und der netzseitigen
Ethernet-Schnittstelle 20 bzw. Ethernet-Schnittstellen
(derzeit maximal 1 GBit/s, üblich z.B.
100 MBit/s) des Netzelementes 10 können in Übertragungsrichtung zum Datenendgerät eines
Teilnehmers Situationen eintreten, in denen Daten über die
Ethernet-Schnittelle(n) 20 mit maximaler Übertragungsgeschwindigkeit
(z.B. 100 MBit/s) für
eine einzige digitale Teilnehmeranschlussleitung 30 geliefert werden, über die
ein Weitertransport der Daten nur mit wesentlich geringerer Übertragungsgeschwindigkeit
(z.B. 768 kBit/s) möglich
ist. Dies kann aufgrund des auf ATM basierenden Übertragungsverfahrens auf der
digitalen Teilnehmeranschlussleitung 30 dazu führen, dass
trotz voll ausgelasteter Übertragungsstrecke 30 zwischen
DSL Zugangsmultiplexer 10 und Modem des Teilnehmers der
Nutzdatenverkehr zwischen DSL Zugangsmultiplexer und Datenendgerät des Teilnehmers
völlig
zum Erliegen kommt.
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Dies wird dadurch hervorgerufen,
dass aus einem Empfangspuffer 12 der Ethernet-Schnittstelle(n)
20 des DSL Zugangsmultiplexers 10 mit hoher Datenrate bzw. Übertragungsgeschwindigkeit
Daten in Form von Ethernet-Rahmen oder PPPoE-Rahmen an einen Sendepuffer 14 der
ATM-Schnittstelle der digitalen Teilnehmeranschlussleitung 30 geliefert werden.
Da Ethernet-Rahmen
bzw. PPPoE-Rahmen typischerweise wesentlich größer sind als ATM-Zellen, ist
eine Aufteilung der Rahmen auf mehrere ATM-Zellen, die je 48 Byte
Nutzdaten befördern
können,
erforderlich. Dieser Vorgang ist bekannt als Segmentation. Durch
Verwurfsstrategien im Sendepuffer der ATM-Schnittstelle kann nun
der Fall eintreten, daß aus
jedem zu übertragenden
Rahmen eine oder mehrere dieser ATM-Zellen verworfen werden, was dazu
führt,
dass die Rahmen unvollständig übertragen,
im Ziel verworfen und neu angefordert werden.
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Eine derartige Blockierung wird durch
die vorliegende Erfindung vermieden. In einer Ausgestaltung wird
ein Mechanismus vorgesehen, der durch eine Random Early Discard
Strategie (RED = Random Early Discard, frühzeitiger zufälliger Verwurf), die
bereits im Empfangspuffer der Ethernet-Schnittstelle angewendet
wird, Überlastsituationen
bereits vor deren Entstehen zuverlässig vermeidet. Andere Verwurfsstrategien
als RED sind ebenfalls anwendbar, beispielsweise Verwurf basierend
auf Rahmengröße oder
Prioritätsinformationen.
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Um den Verwurf von Rahmen im Empfangspuffer
der Verbindung 20 zu steuern, wird durch eine Logik 12 der
Zustand der Sendepuffer 14 der Verbindungen 30 überwacht.
Sobald festgestellt wird, dass die Anzahl der pro Zeiteinheit über den
Empfangspuffer 11 eingehenden Nachrichten für einen
der Sendepuffer 14 der Verbindungen 30 die Anzahl
der dort pro Zeiteinheit abgehenden Nachrichten um einen gemäß der Puffergrößen festzulegenden
Wert übersteigt,
werden Nachrichten, die zu jenem Sendepuffer 14 zu übermitteln
sind, aus dem Empfangspuffer 11 der Verbindung 20 verworfen.
Dazu ist es erforderlich, dass im Empfangspuffer 11 der
Verbindung 20 bereits festgestellt wird, wohin eingehende Nachrichten übermittelt
werden sollen, d.h. eine erste Auswertung der Zieladresse ist bereits
vor dem eigentlichen Routing einer Nachricht durchzuführen.
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Liegt die Zahl der pro Zeiteinheit
aus einem Sendepuffer 14 abgehenden Nachrichten, beispielsweise
aufgrund starker Übertragungsstörungen auf der
zugeordneten Verbindung 30, unterhalb eines festzulegenden ersten
Schwellwertes, werden alle für
diesen Sendepuffer 14 eingehenden Nachrichten verworfen.
Liegt die Zahl die Zahl der pro Zeiteinheit aus dem Sendepuffer 14 abgehenden
Nachrichten oberhalb des ersten, jedoch unterhalb eines festzulegenden
zweiten Schwellwertes, werden Nachrichten je nach gewählter Verwurfsstrategie
entweder zufällig
oder gemäß festzulegender
Kriterien verworfen. Als Kriterien kommen beispielsweise Prioritätsinformationen
der übermittelten
Nachrichten oder die Nachrichtenlänge in Betracht. Weitere Schwellwerte können definiert
werden, um eine hinreichend feine Justierung der Verwurfsstrategie
zu ermöglichen, beispielsweise
um eine größere Anzahl
von Prioritätswerten
zu unterstützen.
Im einfachsten Fall entspricht bereits der zweite Schwellwert der
maximalen Datenrate der Verbindung 30, d.h. falls die Zahl der pro
Zeiteinheit für
eine spezielle Verbindung 30 im Netzelement 10 eingehenden
Nachrichten größer als die
Zahl der mit der maximalen Datenrate der Verbindung 30 abgehenden
Nachrichten, werden Nachrichten entsprechend der gewählten Verwurfsstrategie verworfen.
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Handelt es sich bei den übertragenen
Nachrichten um Ethernet-Rahmen,
so ist deren Verwurf für die
Datenübertragung
insofern unkritisch, als dass höhere
Protokollschichten, beispielsweise das Transmission Control Protocol
TCP, die Übertragung überwachen
und die erneute Übertragung
verlorener Informationen veranlassen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden
Nachrichten, die der Verbindungssteuerung dienen, nicht verworfen.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf
DSL Zugangsmultiplexer DSLAM beschrieben wurde, ist die vorliegende
Erfindung auch auf andere Multiplexereinrichtungen oder ähnliche
Einrichtungen anwendbar. Bei dem Netzelement 10 kann es
sich beispielsweise auch um eine Verteilereinrichtung in einer Kopfstation
von (TV) Kabelnetzen oder eine entsprechende Einrichtung eines auch
zur Datenübertragung
verwendeten Energieversorgungsnetzwerkes (Powerline Communication, "Internet per Stromleitung") handeln.