DE10236108A1 - Determining load in communications network involves feeding path loads derived by exit nodes into equation system describing network with internal and access nodes - Google Patents

Determining load in communications network involves feeding path loads derived by exit nodes into equation system describing network with internal and access nodes Download PDF

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Abstract

The method involves internal nodes providing data packets with load-dependent markers. Exit nodes count data packets and markers from the communications network separately according to paths and derive values for the load along each path from them. The values derived by all exit nodes are fed into an equation system describing the communications network with internal and access nodes. The solution gives the relative load of the network elements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Last in einem Kommunikationsnetz mit Netzelementen, wie internen Knoten und Links, und mit Zugangsknten, wobei die Zugangsknoten aus jeweils einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten bestehen und von angeschlossenen Endgeräten und/oder anderen Netzen Datenpakete zu- und ableiten, wobei die internen Knoten und Links nach Routing-Algorithmen Pfade bilden, über welche die Datenpakete von einem Eingangsknoten zu einem Ausgangsknoten geleitet werden, wobei die internen Knoten Datenpakete mit einer lastabhängigen Markierung versehen, wobei die Ausgangsknoten die aus dem Kommunikationsnetz eintreffenden Datenpakete und die darin enthaltenen Markierungen nach Pfaden getrennt zählen und daraus jeweils einen Wert für die relative Last entlang des jeweiligen Pfades ableiten und wobei die von allen Ausgangsknoten abgeleiteten Werte als Parameter in ein Gleichungssystem eingebracht werden, welches das Kommunikationsnetz mit den internen Knoten und Zugangsknoten beschreibt und dessen Lösung die ermittelte relative Last der Netzelemente ergibt (nach DE 102 04 088 ).The invention relates to a method for determining the load in a communication network with network elements, such as internal nodes and links, and with access edges, the access nodes each consisting of an input node and an output node and sending and receiving data packets from connected terminals and / or other networks , whereby the internal nodes and links form paths via routing algorithms, via which the data packets are routed from an input node to an output node, the internal nodes providing data packets with a load-dependent marking, the output nodes the data packets arriving from the communication network and the data packets therein Count the markings contained in the path separately and derive a value for the relative load along the respective path, and the values derived from all the output nodes are introduced as parameters into an equation system that connects the communication network with the intern describes nodes and access nodes and their solution gives the determined relative load of the network elements (according to DE 102 04 088 ).

Zur Erfassung von Überlastungen bzw. Blockierungen im Internet ist es durch Kadangode K. Ramakrishnan, Sally Floyd and David Black, IETF RFC 3168: The Addition of Explicit Congestion Notification (ECN) to IP, September 2001 bekanntgeworden, denjenigen Datenpakete, welche mindestens einen internen Knoten durchlaufen haben, bei dem eine Überlastung festgestellt wurde, eine Markierung, bestehend aus einem entsprechend gesetzten Bit, hinzuzufügen. Beim Empfang des Datenpaketes im Ausgangsknoten kann somit festgestellt werden, ob mindestens einer der zur Übertragung dieses Datenpaketes benutzten Knoten und Links hoch belastet oder überlastet ist. Das obengenannte Dokument ist unter der Adresse http://www.ietf.org/rfc.html verfügbar.For the detection of overloads or blockages in the Internet is by Kadangode K. Ramakrishnan, Sally Floyd and David Black, IETF RFC 3168: The Addition of Explicit Congestion Notification (ECN) to IP, September 2001 Data packets that pass through at least one internal node have an overload was found a mark consisting of a corresponding added bit. When the data packet is received in the output node, it can thus be determined be whether at least one of the to transmit this data packet used nodes and links is heavily loaded or overloaded. The above Document is available at http://www.ietf.org/rfc.html.

Mit den bekannten Verfahren ist eine näherungsweise Bestimmung der Last jeweils eines Pfades möglich. Eine Bestimmung der Last innerhalb des Kommunikationsnetzes, insbesondere in den einzelnen Netzelementen, kann damit jedoch nicht erfolgen.With the known methods is one approximately It is possible to determine the load of one path at a time. A determination of Load within the communication network, especially in the individual Network elements, however, can not be done with it.

Dazu wurde in DE 102 04 088 ein Verfahren nach dem Oberbegriff vorgeschlagen. Damit kann zwar die relative Last der einzelnen Netzelemente ermittelt – besser gesagt geschätzt – werden, es ergeben sich jedoch durch unumgehbare Messgenauigkeiten und Übertragungsverzögerungen Fehler. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren besteht das Gleichungssystem aus einer multiplikativen Verknüpfung von Koeffizienten. Diese Verknüpfung wird durch eine Transformation mit der Logarithmusfunktion in eine additive Verknüpfung umgewandelt, so dass sich zwar ein lineares Gleichungssystem ergibt. Durch die ursprünglich multiplikative Verknüpfung der Koeffizienten können jedoch die genannten Fehler recht groß werden.This was done in DE 102 04 088 proposed a method according to the preamble. The relative load of the individual network elements can be determined - or rather estimated - with this, but there are errors due to unavoidable measurement accuracy and transmission delays. In the proposed method, the system of equations consists of a multiplicative combination of coefficients. This link is converted into an additive link by a transformation with the logarithm function, so that a linear system of equations results. However, due to the originally multiplicative combination of the coefficients, the errors mentioned can become quite large.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Genauigkeit der mit dem vorgeschlagenen Verfahren erfolgten Schätzung der relativen Last zu erhöhen.Object of the present invention is to ensure the accuracy of those made with the proposed method estimate to increase the relative load.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

  • – dass in den Ausgangsknoten ferner die eingehende Datenrate nach Pfaden getrennt ermittelt wird,
  • – dass für die einzelnen Netzelemente die ermittelten Datenraten, die für diejenigen Pfade ermittelt wurden, auf denen das jeweilige Netzelement liegt, zu einer Gesamtdatenrate des Netzelements aufaddiert werden,
  • – dass die Gesamtdatenrate und die relative Last wiederholt ermittelt werden und
  • – dass die jeweils ermittelte relative Last unter Berücksichtigung der zuvor ermittelten relativen Last und einer Änderung der Gesamtdatenrate korrigiert wird.
According to the invention, this object is achieved by
  • That the incoming data rate is also determined separately according to paths in the output nodes,
  • That for the individual network elements the determined data rates, which were determined for those paths on which the respective network element lies, are added up to a total data rate of the network element,
  • - that the total data rate and the relative load are determined repeatedly and
  • - That the respectively determined relative load is corrected taking into account the previously determined relative load and a change in the overall data rate.

Bei der Berechnung der Gesamtdatenrate je Knoten bzw. Link werden die Datenraten aller den Knoten bzw. Link durchlaufenden Pfade addiert. Diese Addition hat den Vorteil, dass sich Fehler nicht fortpflanzen und vergrößern wie im obengenannten Gleichungssystem.When calculating the total data rate for each node or link, the data rates of all the nodes or Link continuous paths added. This addition has the advantage that errors do not propagate and increase as in the equation system mentioned above.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die korrigierte relative Last aus Mittelung der jeweils ermittelten relativen Last und der zuvor ermittelten relativen Last, die mit der Änderung der Gesamtdatenrate bewertet wird, berechnet wird.An advantageous embodiment of the Invention is that the corrected relative load is made up of Averaging the relative load determined and the previously determined relative load associated with the change the total data rate is evaluated, is calculated.

Diese Ausgestaltung kann insbesondere derart ausgeführt sein, dass die Berechnung der korrigierten relativen Last mit der Gleichung Lk = (α•La•Un/Ua + Ln)/(?+1) erfolgt, wobei Lk die korrigierte relative Last, ? ein Gewichtsfaktor, der bestimmt, wie stark die Änderung der Gesamtdatenrate berücksichtigt wird, La der zuvor ermittelte Wert für die relative Datenrate, Un die jeweils ermittelte Gesamtdatenrate, Ua die zuvor ermittelte Gesamtdatenrate und Ln die jeweils aktuell ermittelte relative Last ist.This configuration can in particular be such accomplished be that the calculation of the corrected relative load with the Equation Lk = (α • La • Un / Ua + Ln) / (? + 1), where Lk is the corrected relative load,? on Weight factor that determines how much the change in the overall data rate takes into account , La is the previously determined value for the relative data rate, Un the respectively determined total data rate, among others the previously determined Total data rate and Ln is the currently determined relative load.

Der Gewichtungsfaktor ? ist je nach Voraussetzungen im Einzelnen vom Fachmann festzulegen.The weighting factor? depends on Specify the requirements in detail by a specialist.

Bei dem bereits vorgeschlagenen Verfahren lautet vorzugsweise das Gleichungssystem wie folgt: Σ ln (1-m(Ln)) = ln(1-M(pi,j)) für alle i und j, wobei Ln die relevante Last eines Netzelementes, m(x) eine Funktion zur Berechnung einer Markierungswahrscheinlichkeit zwischen 0 und 1 für eine relative Last L und M(pi,j) die abgeleitete relative Last eines Pfades p zwischen einem Eingangsknoten i und einem Ausgangsknoten j ist und wobei die Summe über alle Netzelemente des jeweiligen Pfades pi,j gebildet wird.In the method already proposed, the system of equations is preferably as follows: Σ ln (1-m (L n )) = ln (1-M (p i, j )) for all i and j, where L n is the relevant load of a network element , m (x) a function for calculating a marking probability between 0 and 1 for a relative load L and M (p i, j ) is the derived relative load of a path p between an input node i and an output node j and the sum is formed over all network elements of the respective path p i, j ,

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is with reference to the drawing in the description below explained in more detail.

Die Zeichnung stellt schematisch das Kommunikationsnetz 1 mit Zugangsknoten 2, 3, 4 (Gateways) und internen Knoten 5, 6, 7, 8, 9 dar. Die Zugangsknoten 2, 3, 4 verbinden das Kommunikationsnetz 1 mit anderen Netzen und Endgeräten und bestehen jeweils aus einem Eingangsknoten 21, 31, 41 (ingress node) und einen Ausgangsknoten 22, 32, 42 (egress node). Die internen Knoten 5 bis 9 dienen zum Weiterleiten der jeweiligen Datenpakete von einem Eingangsknoten 21, 31, 41 zu einem Ausgangsknoten 22, 32, 42. Welchen Weg dabei jeweils ein Datenpaket nimmt, wird von Routing-Algorithmen bestimmt, die je nach Belastung der einzelnen Knoten veränderbar sind. Die Routing-Algorithmen im einzelnen sind an sich bekannt, und brauchen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert zu werden.The drawing shows the communication network schematically 1 with access node 2 . 3 . 4 (Gateways) and internal nodes 5 . 6 . 7 . 8th . 9 The access nodes 2 . 3 . 4 connect the communication network 1 with other networks and end devices and each consist of an input node 21 . 31 . 41 (ingress node) and an output node 22 . 32 . 42 (egress node). The internal nodes 5 to 9 are used to forward the respective data packets from an input node 21 . 31 . 41 to an exit node 22 . 32 . 42 , Routing algorithms determine which path a data packet takes, which can be changed depending on the load on the individual nodes. The routing algorithms in detail are known per se and do not need to be explained in connection with the present invention.

Ergibt sich beispielsweise für die internen Knoten 5, 6 ein erhöhtes Verkehrsaufkommen, so werden die von ihnen weitergeleiteten Datenpakete mit einer Markierung M versehen. Solche Markierungen enthalten beispielsweise die Datenpakete, die vom Eingangsknoten 21 über die internen Knoten 5, 6 zum Ausgangsknoten 32 geleitet werden. Sind die internen Knoten 8, 9 sowie deren Verbindungen untereinander und zu den Knoten 21 und 32 überlastet, werden von den vom Eingangsknoten 21 zum Ausgangsknoten 32 zu sendenden Datenpaketen mehr über die internen Knoten 8, 9 geleitet.This results, for example, for the internal nodes 5 . 6 an increased traffic volume, the data packets forwarded by them are provided with a marker M. Such markings contain, for example, the data packets from the input node 21 over the internal nodes 5 . 6 to the output node 32 be directed. Are the internal nodes 8th . 9 as well as their connections to each other and to the nodes 21 and 32 are overloaded by those from the input node 21 to the output node 32 data packets to be sent more via the internal nodes 8th . 9 directed.

Im Ausgangsknoten 32 werden in einem vorgegebenen Zeitabschnitt die in den vom Eingangsknoten 21 erhaltenen Datenpaketen enthaltenen Markierungen M gezählt. Zusätzlich werden die Bytes und die Datenpakete gezählt, die in der vorgegebenen Zeit vom Eingangsknoten 21 zum Ausgangsknoten 32 übertragen werden. Die Anzahl der Markierungen geteilt durch die Anzahl der Datenpakete ergibt ein gutes Maß für die Belastung des Kommunikationsnetzes hinsichtlich der Übertragung zwischen dem Eingangsknoten 21 und dem Ausgangsknoten 32. Durch Lösung des oben erwähnten Gleichungssystems wird die relative Last L für die einzelnen Netzelemente (interne Knoten und Links) ermittelt.In the exit node 32 are in a predetermined time period in the from the input node 21 received data packets contained markings M counted. In addition, the bytes and the data packets are counted in the specified time from the input node 21 to the output node 32 be transmitted. The number of markers divided by the number of data packets gives a good measure of the load on the communication network with regard to the transmission between the input node 21 and the output node 32 , By solving the system of equations mentioned above, the relative load L for the individual network elements (internal nodes and links) is determined.

Ferner werden aus den an den Ausgangsknoten 22, 32, 42 nach den einzelnen Pfaden getrennt ermittelten Datenraten die Gesamtdatenraten für die einzelnen Netzelemente berechnet. Dies erfolgt durch eine Addition der Datenraten derjenigen Pfade, an denen das jeweilige Netzelement beteiligt ist. Dabei werden jeweils alle Pfade berücksichtigt, die aufgrund der Netzstruktur und der Routing-Algorithmen möglich sind. Als Beispiel ist im folgenden für den internen Knoten 8 folgende Gleichung zu nennen: U(8) = U(21, 8, 7, 6, 32) + U(21, 8, 7, 9, 32) + U(31,6,7,8,22) + U(31,9,7,8,22) + U(21,8,42) + U(21,8,7,9,42) + U(41,8,22) + U(41,9,7,8,22) ...Furthermore, from the at the output node 22 . 32 . 42 the data rates determined separately for the individual paths are used to calculate the total data rates for the individual network elements. This is done by adding the data rates of those paths in which the respective network element is involved. All paths that are possible due to the network structure and the routing algorithms are taken into account. The following is an example for the internal node 8th to name the following equation: U (8) = U (21, 8, 7, 6, 32) + U (21, 8, 7, 9, 32) + U (31,6,7,8,22) + U (31,9,7,8,22) + U (21,8,42) + U (21,8,7,9,42) + U (41,8,22) + U (41,9,7 , 8.22) ...

Dabei bedeutet beispielsweise U(21,8,7,6,32) die Datenrate des Pfades zwischen dem Eingangsknoten 21 über die internen Knoten 8, 7, und 6 zum Ausgangsknoten 32.For example, U (21,8,7,6,32) means the data rate of the path between the input node 21 over the internal nodes 8th . 7 , and 6 to the output node 32 ,

Sowohl die relative Last L als auch die Gesamtdatenrate werden regelmäßig gemessen – beispielsweise in Zeitabständen von wenigen Sekunden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden je Netzelement die jeweils neu ermittelten Werte Ln und Un sowie die vorangegangenen Werte La und Ua zur Bildung der korrigierten Last Lk nach folgender Gleichung verwendet:
Lk = (α•La•Un/Ua + Ln)/(?+1). Der Gewichtsfaktor kann vom Fachmann nach folgenden Gesichtspunkten ermittelt werden:
Ist α klein gegenüber 1, ist die Wirkung der erfindungsgemäßen Korrektur sehr gering. Allerdings erfolgt auch eine schnelle Anpassung an Änderungen der verfügbaren Kapazität, bei denen sich auch die relative Last schnell ändert, nicht jedoch die Gesamtdatenrate. Je größer ? ist, desto stärker wirkt die Fortschreibung der früher ermittelten relativen Last anhand der Änderung der Gesamtdatenrate. Eine Anpassung an Kapazitätsänderungen erfolgt dann langsamer. Im Extremfall, in dem α viel größer als 1 ist, erfolgt praktisch nur, eine Fortschreibung auf der Basis von Änderungen der Gesamtdatenrate.Both the relative load L and the total data rate are measured regularly - for example at intervals of a few seconds. In the preferred exemplary embodiment, the newly determined values Ln and Un as well as the previous values La and Ua are used for each network element to form the corrected load Lk according to the following equation:
Lk = (α • La • Un / Ua + Ln) / (? + 1). The weight factor can be determined by a specialist according to the following criteria:
If α is small compared to 1, the effect of the correction according to the invention is very small. However, there is also a rapid adaptation to changes in the available capacity, in which the relative load also changes quickly, but not the overall data rate. The bigger ? the stronger the update of the previously determined relative load is based on the change in the overall data rate. Adaptation to changes in capacity is then slower. In the extreme case, in which α is much larger than 1, the update is practically only based on changes in the overall data rate.

Claims (3)

Verfahren zur Bestimmung der Last in einem Kommunikationsnetz mit Netzelementen, wie internen Knoten und Links, und mit Zugangsknoten, wobei die Zugangsknoten aus jeweils einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten bestehen und von angeschlossenen Endgeräten und/oder anderen Netzen Datenpakete zu- und ableiten, wobei die internen Knoten und Links nach Routing-Algorithmen Pfade bilden, über welche die Datenpakete von einem Eingangsknoten zu einem Ausgangsknoten geleitet werden, wobei die internen Knoten Datenpakete mit einer lastabhängigen Markierung versehen, wobei die Ausgangsknoten die aus dem Kommunikationsnetz eintreffenden Datenpakete und die darin enthaltenen Markierungen nach Pfaden getrennt zählen und daraus jeweils einen Wert für die relative Last entlang des jeweiligen Pfades ableiten und wobei die von allen Ausgangsknoten abgeleiteten Werte als Parameter in ein Gleichungssystem eingebracht werden, welches das Kommunikationsnetz mit den internen Knoten und Zugangsknoten beschreibt und dessen Lösung die ermittelte relative Last der Netzelemente ergibt, dadurch gekennzeichnet, – dass in den Ausgangsknoten ferner die eingehende Datenrate nach Pfaden getrennt ermittelt wird, – dass für die einzelnen Netzelemente die ermittelten Datenraten, die für diejenigen Pfade ermittelt wurden, auf denen das jeweilige Netzelement liegt, zu einer Gesamtdatenrate des Netzelements aufaddiert werden, – dass die Gesamtdatenrate und die relative Last wiederholt ermittelt werden und – dass die jeweils ermittelte relative Last unter Berücksichtigung der zuvor ermittelten relativen Last und einer Änderung der Gesamtdatenrate korrigiert wird.Method for determining the load in a communication network with network elements, such as internal nodes and links, and with access nodes, the access nodes each consisting of an input node and an output node and sending and receiving data packets from connected terminals and / or other networks, the internal ones Nodes and links form routing algorithms via which the data packets are routed from an input node to an output node, the internal nodes providing data packets with a load-dependent marking, the output nodes providing the data packets arriving from the communication network and the markings contained therein by paths count separately and derive a value for the relative load along the respective path, and the values derived from all the output nodes are introduced as parameters into a system of equations, which is the communication network with the internal nodes and access node n describes and the solution of which determines the determined relative load of the network elements, characterized in that - the incoming data rate is also determined separately according to paths in the output nodes, - that for the individual network elements the determined data rates, which were determined for those paths on which the respective network element is added to a total data rate of the network element, - that the total data rate and the relative load are determined repeatedly and - that the respectively determined relative load is corrected taking into account the previously determined relative load and a change in the total data rate. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die korrigierte relative Last aus Mittelung der jeweils ermittelten relativen Last und der zuvor ermittelten relativen Last, die mit der Änderung der Gesamtdatenrate bewertet wird, berechnet wird.A method according to claim 1, characterized in that the corrected relative load from averaging the respectively determined relative load and the previously determined relative load using the change of Total data rate is evaluated, is calculated. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der korrigierten relativen Last mit der Gleichung Lk = (α•La•Un/Ua + Ln)/(?+1) erfolgt, wobei Lk die korrigierte relative Last, ? ein Gewichtsfaktor, der bestimmt, wie stark die Änderung der Gesamtdatenrate berücksichtigt wird, La der zuvor ermittelte Wert für die relative Datenrate, Un die jeweils ermittelte Gesamtdatenrate; Ua die zuvor ermittelte Gesamtdatenrate und Ln die jeweils aktuell ermittelte relative Last ist.A method according to claim 2, characterized in that the Calculate the corrected relative load using the equation Lk = (α • La • Un / Ua + Ln) / (? + 1) where Lk is the corrected relative load,? a weight factor, which determines how much the change the total data rate is taken into account La is the previously determined value for the relative data rate, Un the total data rate determined in each case; Ua the previously determined total data rate and Ln the current determined relative load is.
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