DE4308512A1 - Verfahren zum Routing von Verbindungen in einem Kommunikationsnetz - Google Patents

Description

Zukünftige Telekommunikationsnetzwerke werden neue Dienste mit jeweils unterschiedlichen Charakteristiken umfassen. Dies bedeutet, daß neue Transferkonzepte geschaffen werden müssen.

Der asynchrone Transfermodus (ATM), der ein spezielles Transfer-Konzept darstellt, befriedigt sowohl die Bedürfnisse des Benutzers als auch die des Betreibers.

Mehrere verschiedene Routing-Verfahren werden in bisher existierenden Computernetzen benutzt. Diese können je­ doch nicht auf ATM-Netze angewendet werden, da die Differenz zwischen ATM-Netzen und klassischen Computer­ netzen (bei ATM-Netzen keine virtuelle Speicherung von Zellen in Kommunikationsknoten, sehr unterschiedliche Dienste-Chrakteristiken) zu groß ist.

Für Breitband-ISDN ist bisher nur ein einziges Routing- Verfahren bekannt, nämlich der sogenannte Bandbreitenkon­ trollalgorithmus aus dem Artikel "Routing and Flow Con­ trol in ISDN′s" von Gerla, M. in Proc. of 8th Conferen­ ce ICCC 1986, Munich, September 1986, pp. 643-647 (Do­ kument 1).

Die zentrale Idee des Bandbreitenkontrollalgorithmus aus Dokument 1, der die Grundlage des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens bildet, ist es, die Diensteigenschaften mit in Betracht zu ziehen, um die Routing-Entscheidung zu tref­ fen. Um die genannte Routing-Entscheidung zu treffen, wird in Dokument 1 eine zweidimensionale Kostenfunktion benützt, deren Variablen die verfügbare Bandbreite und die Hopdistanz sind. Die Werte der beiden genannten Variablen sind jeweils spezifisch für jeden genannten Verkehrsweg, der durch einen Ursprungsknoten, einen Zielknoten und die am Verkehrsweg beteiligten Links festgelegt ist. Die Einträge in dieser Routing-Tabelle sind in erster Präfe­ renz nach wachsender Hopdistanz und in zweiter Präferenz nach wachsender Bandbreite geordnet. Wenn ein Verbindungs­ weg nicht in dieses Muster paßt, wird er nicht als poten­ tieller Verkehrsweg ausgewählt.

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Netztopologie und einen Teil der zugehörigen Routenliste des Knotens 2 bezüglich des Zielknotens 7 gemäß dem Bandbreitenkontrollalgorith­ mus. Während des Aktualisierungsvorgangs tauscht jeder Netzknoten den kompletten Inhalt seiner in der ersten Routing-Tabelle enthaltenen Routenlisten mit seinen benachbarten Knoten aus. Die in einer Routing-Tabelle gespeicherte Information bezieht sich dabei immer auf einen Verbindungsweg als Ganzen und umfaßt Informationen über einen Nachbarknoten N, eine verfügbare Bandbreite B und eine Hopdistanz H zum Zielknoten.

Die von einem Nachbarknoten empfangenen Informationen über potentielle Routen werden einer Aktualisierungsprozedur unterworfen und dabei ggf. verändert, bevor sie in die Routing-Tabelle eingetragen werden. Diese Prozedur wird im folgenden kurz erläutert.

Die neue verfügbare Bandweite B_new wird berechnet, indem die empfangene verfügbare Bandweite B_NK und die lokal verfügbare Bandweite auf dem relevanten Teilweg B_TW ver­ glichen wird. Die alte Hopdistanz H_NK wird zur Bildung der neuen Hopdistanz H_new um den Wert 1 erhöht. Daraus ergeben sich folgende Berechnungsgleichungen

B_new = Min (B_NK, B_TW)
H_new = H_NK + 1.

Durch die Berechnung der neuen Routing-Tabellen und ihre Verbreitung auf benachbarte Knoten, werden die aktuellen Routing-Informationen kontinuierlich über das gesamte Netz verbreitet.

Die obengenannte Prozedur zum Aufdatieren der Routing- Tabellen hat den Vorteil, daß die benötigte Datenrate zur Verbreitung der aktuellen Routing-Informationen sehr klein ist. Des weiteren ist der genannte Algorithmus für die Berechnung der neuen Routing-Tabellen sehr schnell.

Ein Nachteil des genannten Verfahrens zur Aufdatierung der Routing-Tabellen ist es, daß die Aufdatierungsinforma­ tionen sehr langsam im Netzwerk verbreitet werden, weil die für einen nicht benachbarten Netzknoten relevante Routing-Information für deren Übertragung so viele Aufda­ tierungsperioden benötigt, wie sie dazwischenliegende Teilwege durchlaufen muß. Daraus ergibt sich, daß Routing-Daten, die sich auf einen langen Verbindungsweg beziehen, immer relativ alt sind. Dies wiederum erhöht in starkem Maße die Gefahr des Auftretens von Schleifen. Ein ernst zu nehmender Nachteil des Bandbreitenkontrollalgo­ rithmus ist es also, daß in Netzwerken, wo er angewandt wird, mit hoher Wahrscheinlichkeit Schleifen entstehen.

Ein weiterer Nachteil des genannten Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Anzahl von potentiellen Routen für ein Verbindungspaar von der aktuellen Routing-Information abhängig ist, und so das Vorhandensein von potentiellen Routen nicht immer garantiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Routing- Verfahren anzugeben, das die genannten Nachteile überwindet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Einbindung einer schleifenfreien zweiten Routing- Tabelle in die Aktualisierung der ersten Routing-Tabelle wird die Effizienz des Bandbreitenkontrollalgorithmus entscheidend erhöht.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist durch Anspruch 2 angegeben. Durch diese Ausführungsform wird ein geeigne­ tes Verfahren zur Ermittlung der zweiten Routing-Tabelle angegeben.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist durch An­ spruch 3 angegeben. Durch diese Ausführungsform wird die Anzahl der ermittelten potentiellen Teilwege noch erhöht und dadurch die zweite Routing-Tabelle entsprechend erweitert.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist durch An­ spruch 4 angegeben. Bei dieser Ausführungsform wird der Berechnungsaufwand zur Ermittlung der potentiellen Teilwe­ ge durch das eingeschränkte Betrachten von nur horizon­ talen Teilwegen als potentielle Teilwege verringert.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist durch An­ spruch 5 angegeben. Bei dieser Ausführungsform wird eine für alle Knoten bereits erfolgte Erweiterung der Bestim­ mung von Teilwegen als potentielle Teilwege (Erweiterung sämtlicher Routing-Tabellen) zu Gunsten eines unterver­ sorgten Knotens geändert. Als Folge davon müssen bereits als potentielle Teilwege bestimmte Teilwege, die nun zu Schleifen führen, nachträglich wieder aus den zweiten Routing-Tabellen gestrichen werden. Danach wird das Ver­ fahren zur Erweiterung der zweiten Routing-Tabelle für sämtliche Knoten wiederholt. Durch diese Ausführungsform wird eine gleichmäßigere Versorgung der Knoten des Netzes mit alternativen potentiellen Teilwegen erreicht.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist durch Anspruch 6 angegeben. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung enthält die erste Routing-Tabelle außer der Angabe des nächsten Teilweges einer Route auch Angaben über spezielle Verkehrseigenschaften der Route, die hop distance und die momentan verfügbare Bandbreite. Anhand dieser bekannten Verkehrseigenschaften der Routen ist es möglich, die unterschiedlichen Dienste auf die jeweils am besten geeigneten Routen zu verteilen und somit die Effizienz des Routing-Verfahrens zu erhöhen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist durch An­ spruch 7 angegeben. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die benötigte Datenrate zur Verbreitung der aktuellen Routing-Informationen sehr klein ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist durch Anspruch 8 angegeben. Bei dieser Ausführungsform wird die Anzahl der potentiellen Routen zum einen auf die­ jenigen Routen mit der geringsten hop distance beschränkt, und zum anderen diejenigen Routen, die zum Ausgleich für eine größere hop distance eine größere verfügbare Band­ breite aufweisen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Netztopologie und einen Teil einer zugehörigen Routing-Tabelle gemäß dem Band­ breitenkontrollalgorithmus,

Fig. 2 zeigt eine spezielle Abbildung einer beispielhaften Netztopologie auf eine Hierarchiestruktur bezüglich eines bestimmten Zielknotens,

Fig. 3 zeigt die Knoten einer Hierarchieebene und deren Verbindungen durch Teilwege,

Fig. 4 zeigt den Ablauf eines iterativen Verfahrens zur Be­ stimmung von zweiten Routing-Tabellen,

Fig. 5 zeigt eine mit Hilfe des iterativen Verfahrens gemäß Fig. 4 ermittelte zweite Routing-Tabelle für eine spezielle Netztopologie,

Fig. 6 zeigt eine spezielle Netztopologie, die der Ermittlung der Routing-Tabelle gemäß Fig. 5 zugrunde liegt.

Fig. 7 zeigt eine beispielhafte Netztopologie und einen Teil einer zugehörigen ersten Routing-Tabelle gemäß ei­ ner Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 8 zeigt eine beispielhafte Netztopologie und einen Teil einer zugehörigen ersten Routing-Tabelle gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die prinzipielle Idee der Erfindung besteht darin, die Aufnahme von potentiellen Routen bei der Aktualisierung der ersten Routen-Tabellen von deren Vorhandensein in festen zweiten Routen-Tabellen abhängig zu machen, die jeweils möglichst viele potentielle Teilwege enthalten und eine Schleifenfreiheit der darauf begrenzten poten­ tiellen Routen garantieren. Diese zweiten Routing- Tabellen bleiben solange unverändert, solange sich die Topologie des Kommunikationsnetzes nicht ändert.

Im folgenden wird näher beschrieben, wie die zweiten Routing-Tabellen ermittelt werden.

Die Initialisierungsprozedur für die Bestimmung schleifen­ loser zweiten Routing-Tabellen mit alternativen Wegen läßt sich in zwei Schritten zusammenfassen, nämlich einem er­ sten Verfahrensschritt, bei dem die vorgegebene Netzto­ pologie mit Hilfe eines geeigneten Algorithmus in eine Hierarchiestruktur abgebildet wird, und einem zweiten Verfahrensschritt, bei dem alle in der Hierarchiestruktur tendenziell absteigenden Teilwege als potentielle Teil­ wege (Verkehrswege) bestimmt werden. Die genannten zwei Verfahrensschritte müssen dabei für jeden Zielknoten des Kommunikationsnetzes durchgeführt werden. Für jeden Ziel­ knoten ergibt sich also eine eigene Hierarchiestruktur.

Fig. 2 zeigt eine spezielle Abbildung der Topologie eines Kommunikationsnetzes auf eine Hierarchiestruktur bezüglich eines bestimmten Zielknotens. Dabei wurde als Hierarchie­ kriterium die hop distance (Entfernung zum Zielknoten, gemessen in durchlaufenen Kanälen) verwendet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, muß die durch die Hierarchiestruktur erzeugte Rangfolge der Knoten nicht eindeutig sein, so daß es durchaus mehrere Knoten mit gleichem Rang (Knoten in derselben Hierarchieebene) geben kann. Diese Tatsache muß bei der Konstruktion der zweiten Routing-Tabelle berücksichtigt werden.

Eine der hop distance entsprechende Hierarchiestruktur kann z. B. sehr effektiv durch den sogenannten inversen Etikettierungs-Algorithmus erzeugt werden, wenn man als Kanallänge (Teillänge) die Länge 1 vorgibt. Der inverse Etikettierungs-Algorithmus ist z. B. aus Dokument 2 bekannt. Es handelt sich dabei um einen iterativen Algo­ rithmus, mit dessen Hilfe jeweils für einen bestimmten Zielknoten die hop distance in den jeweils restlichen Knoten des Rechnernetzes bestimmt werden kann. Wesent­ liches Merkmal des Algorithmus ist das Etikett. Es wird jedem Knoten zugeordnet und beschreibt die kleinste Ent­ fernung zum Zielknoten, die bisher ermittelt werden konnte.

Außerdem ist dort eingetragen, über welchen Nachbarknoten dies möglich war. In einem interativen Verfahren werden diese Werte für alle Knoten des Netzes optimiert.

Der Etikettierungs-Algorithmus kann also als eine geeigne­ te und anpassungsfähige Abbildungsfunktion zur Erzeugung von Hierarchiestrukturen auf Rechnernetzen angesehen wer­ den. Es sind darüber hinaus auch andere sinnvolle Ab­ bildungsfunktionen zur Erzeugung von Hierarchiestrukturen vorstellbar. Es ist z. B. möglich, die geographische Ent­ fernung der Rechnerknoten zum Zielknoten als Hierarchie­ kriterium zu verwenden. In diesem Fall kommt man ohne den Etikettierungsalgorithmus aus. Auch bei Verwendung des Etikettierungsalgorithmus gibt es noch eine Vielzahl weiterer möglichen Hierarchiekriterien, z. B. die gesamte Verzögerungszeit bis zum Zielknoten oder die gesamte physikalische Leitungslänge bis zum Zielknoten (ent­ sprechend den Leitungskosten).

Die Abbildung einer Topologie auf eine Hierarchie ist nur der erste Schritt zur Konstruktion schleifenloser zweiter Routing-Tabellen. In einem zweiten Verfahrensschritt müssen die potentiellen Teilwege bezüglich der jeweils betrachteten Hierarchie, d. h. bezüglich des jeweils betrachteten Zielknotens bestimmt werden, was dem Eintra­ gen dieser potentiellen Teilwege in die Routing-Tabellen der Knoten entspricht.

Dieser zweite Verfahrensschritt kann durch eine erweiterte Anwendung der Verfahren der kürzesten Wege, wie z. B. des angegebenen Etikettierungs-Algorithmus, auf alternative Wege erreicht werden. Zur Verdeutlichung dieser Anwendung wird nochmals die Hierarchiestruktur in Fig. 2 betrachtet, die durch die Abbildung der Topologie des Kommunikations­ netzes in Fig. 2 erzeugt wurde. Durch die Verfahren der kürzesten Wege ist neben der Abbildung der Topologie gleichzeitig pro Knoten genau einer der absteigenden Wege als potentieller Teilweg bekannt. Bestimmt man nun erfindungsgemäß alle absteigenden Wege als potentielle Wege, so wird die Hierarchiebedingung dennoch gewahrt und man gewinnt gleichzeitig einen Zuwachs an alternativen Wegen.

Darüber hinaus können sogar horizontale Wege, d. h. Wege, die innerhalb einer Hierarchieebene liegen, genutzt wer­ den, wenn diese Wege auf Schleifen überprüft werden. Dies kann in einem dritten Verfahrensschritt z. B. gemäß der in Dokument 4 beschriebenen Algorithmen erfolgen.

Dieser Algorithmus ist ein Verfahren zur Schleifenerkennung und benutzt als solcher ebenfalls das Hierarchiekriterium. Wesentliches Merkmal dieses Algorithmus ist es, daß ver­ sucht wird, die Netzknoten in Ebenen zu unterteilen, zwi­ schen denen nur absteigende Wege existieren. Gelingt dies, so ist die gegebene Routing-Tabelle schleifenfrei. Bleiben nicht zuteilbare Netzknoten übrig, so enthält diese Rest­ menge mindestens eine Schleife.

Zusammenfassend läßt sich das Verfahren für die Bestimmung schleifenloser Routing-Tabellen mit alternativen Wegen, unter denen auch horizontale Wege zugelassen werden, in drei Schritten darstellen, nämlich einem ersten Verfahrens­ schritt, bei dem eine Hierarchiestruktur mit einem geeigne­ ten Algorithmus erzeugt wird, einem zweiten Verfahrens­ schritt, durch den alle in der Hierarchiestruktur abstei­ genden Wege als potentielle Verkehrswege bestimmt werden und einen dritten Verfahrensschritt, durch den horizontale Wege unter Überprüfung auf Schleifen als potentielle Verkehrswege bestimmt werden.

Die genannten drei Verfahrensschritte müssen für jeden Zielknoten des Kommunikationsnetzes durchgeführt werden. Für jeden Zielknoten ergibt sich also eine eigene Hierarchiestruktur.

Bei zwei Knoten, die durch zwei horizontale Teilwege entgegengesetzter Richtung miteinander verbunden sind, kann durch die Auswahl dieser horizontalen Teilwege als potentielle Verkehrswege der Fall eintreten, daß die Da­ tenblöcke zwischen den zwei benachbarten Knoten hin- und her pendeln. Diese spezielle Schleife wird auch als Ping- Pong-Schleife bezeichnet.

Bei einem Routing-Verfahren, bei dem sogenannte lokale Zusatzinformationen ausgewertet werden, die beim Empfang eines Datenblocks entstehen (z. B. Informationen über den benutzten Empfangskanal), kann das Auftreten einer Ping- Pong-Schleife durch eine entsprechende Routing-Entschei­ dung, die die genannte Zusatzinformation berücksichtigt, verhindert werden. Daher braucht bei einem solchen Rou­ ting-Verfahren auf die Vermeidung von Ping-Pong-Schlei­ fen bei der Bestimmung von horizontalen Teilwegen als potentiellen Verkehrswegen nicht geachtet zu werden und es können somit horizontale Teilwege in beiden Richtungen als potentielle Verkehrswege in Betracht gezogen werden.

Der dritte Verfahrensschritt kann zum einen dadurch ge­ schehen, daß die horizontalen Teilwege einzeln in Betracht gezogen werden (vorläufige Bestimmung eines horizontalen Teilweges als potentieller Verkehrsweg) und jeweils sofort überprüft wird, ob durch den vorläufig bestimmten potentiellen Verkehrsweg eine Schleife erzeugt wird, oder zum anderen dadurch, daß die horizontalen Teilwege gemein­ sam in Betracht gezogen werden (alle horizontalen Teil­ wege einer Hierarchieebene werden gemeinsam als vorläufige potentielle Verkehrswege bestimmt) und aufgrund einer nachher erfolgten Überprüfung auf Schleifen einzelne, vor­ läufig als potentielle Verkehrswege bestimmte Teilwege nachträglich wieder ausgeschlossen werden.

Wenn bei der gemeinsamen Betrachtung der Teilwege einer bestimmten Hierarchieebene anhand des Schleifenerkennungs­ algorithmus eine größere Schleife (beteiligte Knotenanzahl größer 2) festgestellt wird, muß eine Auswahl aus den in Betracht gezogenen Teilwegen erfolgen, die sicherstellt, daß durch die ausgewählten Teilwege, d. h. die endgültig bestimmten potentiellen Verkehrswege, keine Schleife ent­ stehen kann.

Im folgenden wird ein mögliches Verfahren zur Auflösung einer festgestellten Schleife näher erläutert.

Fig. 3 zeigt die Knoten einer Hierarchieebene und deren Verbindungen durch Teilwege. Werden in Fig. 3 alle Teil­ wege der dargestellten Hierarchieebene in Betracht gezo­ gen, so ergibt sich eine Schleife mit einer beteiligten Knotenzahl größer 2. Um die dargestellte Schleife aufzulösen, bleibt nur die Möglichkeit, die bidirektionale Verbindung an einer Stelle aufzutrennen. Bei der Auswahl der aufzutrennenden Verbindung kann in folgenden Schritten vorgegangen werden:

In einem ersten Schritt wird derjenige Knoten der betreffen­ den Hierarchieebene bestimmt, der die meisten alternati­ ven Sendekanäle (Ausgangskanäle) in der Schleife besitzt.

In einem zweiten Schritt wird derjenige Nachbarknoten des gemäß dem ersten Schritt gefundenen Knotens bestimmt, der ebenfalls die größte Anzahl von alternativen Sendekanälen besitzt.

In einem dritten Schritt wird schließlich die Verbindung zwischen dem gemäß dem ersten und zweiten Schritt gefun­ denen Knotenpaar herausgelöst, d. h. die zu dieser Ver­ bindung gehörenden Teilwege werden nicht als potentielle Verkehrswege bestimmt bzw. ausgewählt.

Durch das Fehlen der nicht als potentielle Verkehrswege ausgewählten Teilwege der herausgelösten Verbindung ge­ mäß dem vorhergenannten Verfahren wird die Wahlmöglichkeit an potentiellen Verkehrswegen in den Knoten der Hierarchie­ ebene am wenigsten beeinträchtigt.

In dem Beispiel aus Fig. 3 besitzt der Knoten 3 die meisten alternativen Sendekanäle (Summe der abgehenden Teile = 4). Der Knoten 1 ist derjenige Knoten des Knotens 3, der die meisten alternativen Sendekanäle besitzt (Summe der abgehenden Teile = 3). In diesem Fall wird also die Verbindung (1, 3) von der Schleife entfernt (siehe das Kreuz in Fig. 2).

Obwohl das oben beschriebene Verfahren bereits sehr viele alternative Wege ermittelt, kann es dennoch vor­ kommen, daß sich für manche Knoten keine alternativen potentiellen Verkehrswege ergeben. Eine Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zielt deshalb darauf ab, sich teilweise von der vorgegebenen Hierarchie zu lösen, um auch für diese Knoten Alternativwege, d. h. mehr als einen einzigen potentiellen Verkehrsweg zu schaffen. Die Einbeziehung hierarchieverletzender Wege zur Optimierung der Routing-Tabellen wird im folgenden näher erläutert.

Alternativwege für unterversorgte Knoten mit höchstens einem potentiellen Verkehrsweg können auch in der darüber­ liegenden Hierarchieebene gefunden werden.

Das Auffinden neuer Wege als potentielle Verkehrswege hängt auch von den bisherigen Bestimmungen der Teilwege als potentielle Verkehrswege (d. h. bisherigen Einträgen in Routing-Tabellen) ab. Deshalb kann es sein, daß sich neue Alternativwege erst dadurch ergeben, daß an anderer Stelle, d. h. in einer Routing-Tabelle für einen anderen Knoten, ein Routing-Eintrag erfolgt ist. Um diese Möglich­ keiten optimal nutzen zu können, ist ein iteratives Vorgehen nötig, welches im folgenden näher beschrieben wird.

Das genannte iterative Verfahren zum Ausfüllen der Rou­ ting-Tabellen vollzieht sich in zwei Iterationsschleifen. In der inneren Schleife wird für alle diejenigen Knoten, deren Auswahl bisher auf weniger als zwei potentielle Ver­ kehrswege beschränkt war, nach einem nicht absteigenden Alternativweg gesucht. Als Alternativweg wird jedoch ein Nachbarknoten nur dann zugelassen, d. h. in die Routing- Tabelle eingetragen, wenn dieser Nachbarknoten bereits selber einen Alternativweg besitzt und dieser nicht zu Schleifen führt. Falls mehrere solcher Nachbarknoten existieren, wird derjenige Nachbarknoten mit der gering­ sten hop distance ausgewählt. Falls wiederum mehr als ein solcher Nachbarknoten mit der geringsten hop distance existiert, wird derjenige mit den meisten Alternativwegen ausgewählt.

Ist die Liste der Knoten komplett durchlaufen, wird erneut mit der Suche begonnen. Erst wenn sich keine Veränderungen der Routing-Tabellen mehr ergeben, wird die innere Itera­ tionsschleife verlassen.

In der äußeren Iterationsschleife werden nun die besteh­ enden Routing-Tabellen in zwei Schritten verändert. Zu­ nächst wird in einem ersten Schritt demjenigen Knoten mit der geringsten hop distance zu einem betrachteten Ziel­ knoten und maximal einem Eintrag in seiner Routing-Tabelle (maximal ein potentieller Verkehrsweg) derjenige Nachbar­ knoten mit der ebenfalls geringsten hop distance zugeord­ net, der noch nicht in der Routing-Tabelle des genannten Knotens eingetragen ist. Da dieser potentielle Verkehrsweg bei vorherigen Schleifenüberprüfungen nicht berücksichtigt werden konnte, ist mit Sicherheit eine Schleife entstan­ den. Deshalb müssen in einem zweiten Schritt diejenigen Einträge, die zur Schleifenbildung führen, entfernt wer­ den.

Beginnend mit dem ausgewählten Nachbarknoten werden alle Wege verfolgt, die von diesen Nachbarknoten zum Zielknoten führen. Immer, wenn sich auf diesen Wegen eine Schleife ergibt, wird in demjenigen Knoten, in dem auf einen be­ züglich des Zielknotens nicht absteigenden Alternativweg umgelenkt wurde, dieser Alternativweg entfernt. Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch abstei­ gende Wege keine Schleifen entstehen können. Danach wird erneut die innere Iterationsschleife durchlaufen.

Die äußere Iterationsschleife kann erst dann wieder ver­ lassen werden, wenn nur noch Knoten mit mindestens einem Alternativweg vorhanden sind.

Die Konvergenz der inneren Iterationsschleife ist dadurch gesichert, daß die Zahl der möglichen Routing-Einträge be­ grenzt ist. Die Konvergenz der äußeren Iterationsschleife ist jedoch schon deshalb nicht gewährleistet, da nicht mit Sicherheit gesagt werden kann, ob überhaupt für alle Topo­ logien Routing-Tabellen gemäß dem genannten Verfahren er­ mittelt werden können, bei denen kein Knoten weniger als einen Alternativweg besitzt. Deshalb muß für diese äußere Iterationsschleife ein zusätzliches Abbruchkriterium vorge­ sehen werden.

Nach Ausschöpfung dieser Möglichkeiten kann das genannte iterative Verfahren für die Suche nach zweiten und dritten Alternativwegen ausgedehnt werden. Um eine mög­ lichst gleichmäßige Verteilung der Alternativwege zu er­ reichen, kann eine Obergrenze eingeführt werden, die ga­ rantiert, daß in denjenigen Knoten mit besonders vielen Nachbarknoten nur ein bestimmter Anteil der Alternativwege ausgeschöpft wird. Um das Berechnungsverfahren abzukürzen, kann noch ein zusätzlicher Berechnungsschritt an den An­ fang des iterativen Verfahrens gestellt werden, bei dem allen denjenigen Knoten, die nur zwei Sendekanäle (Ausgangs­ kanäle) besitzen, definitiv die beiden Sendekanäle als potentielle Verkehrswege zugeordnet werden.

Um das Berechnungsverfahren abzukürzen, kann außerdem die Suche von Alternativwegen in der inneren Iterationsschlei­ fe auf horizontale Teilwege beschränkt werden.

Fig. 4 zeigt den Ablauf des genannten Verfahrens zur Be­ stimmung der Routing-Tabellen mit seinen Iterationsschleifen.

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine mit Hilfe des beschriebenen iterativen Verfahrens gewonnene zweite Routing-Tabelle für eine bestimmte vorgegebene Netztopologie.

Fig. 6 zeigt eine spezielle Netztopologie, die der Ermittlung der Routing-Tabelle gemäß Fig. 4 zugrundeliegt.

Unter den genannten Verfahren zur Bestimmung der zweiten Routing-Tabelle ist das iterative Optimierungsverfahren, das sich bei der Ermittlung der potentiellen Verkehrswege teilweise von der vorgegebenen Hierarchiestruktur löst, in der Lage, an jedem Knoten eine ausreichende Anzahl von Alternativwegen zu ermitteln. Bei der Untersuchung ver­ schiedener Netze unter Zuhilfenahme des genannten itera­ tiven Optimierungsverfahrens wurde festgestellt, daß bei den meisten Netzen wenigstens zwei Alternativwege bei jedem Netzknoten ermittelt wurden, und daß dabei für die Mehrheit der Netzknoten mehr als 50% der abgehenden Links als Alternativwege ermittelt wurden.

Dies ist hinreichend für beinahe alle Lastsituationen und verhindert gleichzeitig die Auswahl sehr langer potentieller Verkehrswege aus den potentiellen Verbin­ dungswegen.

Nach der genannten Initialisierungsprozedur folgt in periodischen Abständen eine Aktualisierungsprozedur, die eine Messungsprozedur, eine Verbreitungsprozedur und eine Berechnungsprozedur umfaßt.

Die Meßprozedur umfaßt die Messung der verfügbaren Band­ breite auf den benachbarten Links. Auf der anderen Seite hängt die Berechnung eines Wertes als Indikator der Last auf einem Link von den Charakteristiken der ausgeführten Dienste ab. Es gibt bisher noch keine exakte Definition von Breitbanddiensten, da die Arbeit auf diesem Gebiet noch immer voranschreitet.

Die bereits beschriebene Verbreitungsprozedur der Routing- Informationen zwischen den Netzknoten nach Dokument 1 reduziert die Anzahl der hierzu benötigten Dienstnachrich­ ten auf ein Minimum. Die genannte Verbreitungsprozedur kann dabei in synchroner und asynchroner Weise sowie mit einem zeitabhängigen oder zeitunabhängigen Aufdatierungs­ intervall durchgeführt werden. Durch die schleifenfreien Ursprungstabellen ist dabei immer gewährt, daß veraltete Routing-Informationen keine Schleifen verursachen können.

Nachdem mit Hilfe der Verbreitungsprozedur die Routing- Informationen von benachbarten Netzknoten empfangen wurden, muß jeder Knoten mit Hilfe der Berechnungsprozedur seine eigenen Routing-Tabellen aufdatieren.

Die Berechnungsprozedur benutzt in einem ersten Berech­ nungsschritt die genannten Gleichungen (1) und (2). Die genannten Gleichungen werden aber nur für solche Teil­ wege bzw. Nachbarknoten benutzt, die in der durch die Initialisierungsprozedur ermittelten zweiten Ursprungs- Tabelle aufgelistet sind. Durch den Ausschluß der anderen Teilwege werden Schleifen aus den bereits genannten Gründe vermieden.

In einem zweiten Berechnungsschritt wird die Reihenfolge der potentiellen Routen gemäß ansteigender Hopdistanz und absteigender Bandbreite neu geordnet. Dabei werden zunächst alle Einträge mit gleicher Hopdistanz in dieselbe Reihe aufgenommen. Danach werden die genannten Reihen gemäß ansteigender Hopdistanz geordnet. Schließlich werden die Einträge in jeder Reihe gemäß absteigender Bandweite geordnet. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß ein reihenweises Scannen der Routing-Tabelle auf der Suche nach einer geeigneten potentiellen Route zu einem kürzesten Pfad-Routing führt, welches den größten Vorteil aufweist.

Die beiden genannten Berechnungsschritte entsprechen der in Dokument 1 vorgeschlagenen Berechnungsprozedur. Im Unterschied zu dieser Berechnungsprozedur werden bei dem erfindungsgemäßen Berechnungsverfahren potentielle Routen mit unzureichender Bandbreite nicht hinausgeworfen, so daß Alternativwege verfügbar bleiben, wenn sie gebraucht werden.

Fig. 7 zeigt eine vorgegebene Netztopologie sowie eine dafür anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Routenliste der ersten Routing-Tabelle. Bei der Routen­ liste handelt es sich um eine Routenliste des Knotens 2 bezüglich des Zielknotens 7.

Die Routenliste ist in Zeilen und Spalten (Gruppen G1 bis G4) unterteilt. Routen in einer Zeile haben jeweils die gleiche Hopdistanz H. Die Routen in der ersten Gruppe G1 haben gemeinsam, daß sie in einer Zeile jeweils die höchste Bandbreite B zur Verfügung stellen. Die Routen in der zweiten Gruppe G2 haben gemeinsam, daß sie in einer Zeile jeweils die zweithöchste Bandsbreite B zur Verfügung stellen. Das Gesagte gilt schließlich in analoger Weise für die Routen der dritten und vierten Gruppe.

Die Routenliste in Fig. 7 enthält Routen, die grund­ sätzlich ungeeignet sind (z. B. die Route 2-5-4-6-7, siehe zweite Reihe und dritte Spalte der Routenliste). Diese Route ist unbrauchbar, da es eine geeignetere Route gibt, die ebenfalls über den Netzknoten 5 verläuft, (z. B. die Route 2-5-8-7, siehe erste Reihe und zweite Spalte der Routenliste der Fig. 7).

In großen Netzwerken gibt es mit Hilfe des bisher geschil­ derten Verfahrens viele solche unbrauchbaren Routen in den Routing-Tabellen. Um diese unbrauchbaren Routen zu elemi­ nieren, wird eine Route, die einen bestimmten Nachbarkno­ ten benutzt und eine größere Hopdistanz zum Zielknoten aufweist als eine andere Route, die denselben Nachbar­ knoten benutzt, nur dann in die Routing-Tabelle mit auf­ genommen, wenn sie eine größere Bandbreite zur Verfügung stellt und so den Nachteil der größeren Hopdistanz aus­ gleicht. Die Anwendung dieses weiteren Verfahrensschrittes führt zu einer neuen Routing-Tabelle, von der eine Routen­ liste in Fig. 8 dargestellt ist.

Bei der Bearbeitung eines Verbindungswunsches ist neben der gewünschten Bandbreite auch die Verkehrscharaktkeri­ stik des gewünschten Dienstes zu berücksichtigen. Die unterschiedlichen Dienste können dabei in Realzeitverkehr (Sprache, Video, TV), interaktiven Verkehr und Massenver­ kehr eingeteilt werden.

Der Realzeitverkehr ist ein Dienst mit strengen Zeitgren­ zen und definierter Bandbreite. Daraus ergibt sich, daß nur eine Route mit der kürzesten Hopdistanz und ausreichen­ der Bandbreite ausgewählt werden darf. Da der Realzeitver­ kehr gegenüber relativen Verzögerungen (jitter) empfindli­ cher ist als gegenüber absoluten Verzögerungen, ist bei der Auswahl einer geeigneten Route das Vorhandensein einer gewissen Bandbreitenreserve enorm wichtig, um einen soge­ nannten Burstverkehr zu absorbieren.

Bei interaktivem Verkehr ist es wichtig, eine relativ kleine Datenmenge sehr schnell über das Netz zu transpor­ tieren. Deshalb ist der Datenverkehr für diese Art von Diensten relativ unempfindlich gegenüber relativen Ver­ zögerungen. Bei der Auswahl einer geeigneten Route kann deshalb die gesamte verfügbare Bandbreite benützt werden.

Der Massenverkehr hat die geringsten Anforderungen von allen Diensten, weshalb er die anderen Dienste nicht behindern sollte. Es sollten deshalb für diesen Dienst nur solche Routen ausgewählt werden, die eine ausrei­ chende Bandbreite aufweisen.

Zur Durchführung der Routenauswahl aufgrund einer Be­ nutzeranforderung findet in Abhängigkeit von den genannten Kriterien im Ursprungsknoten eine erste Wegeauswahl statt. Da die Routen der ersten Gruppe (siehe oben) das günstigste Verhältnis von Bandbreite und in Kauf zu nehmender Hopdi­ stanz bieten, werden sie bevorzugt zur Auswahl einer geeig­ neten Route genutzt.

Der ausgewählte Weg zum ersten Zwischenknoten wird reser­ viert und die genannte Benutzeranforderung an diesen Zwi­ schenknoten weitergeleitet. Die Routenauswahl wird dann durch die zweite Wegeentscheidung im genannten Zwischen­ knoten fortgesetzt und die Benutzeranforderung in ent­ sprechender Weise an den nächsten Knoten weitergeleitet. Dieses Spuren der bezüglich des angeforderten Dienstes optimalen Route wird bis zum Zielknoten fortgesetzt.

Falls während des Spurens in einer Routen-Liste kein Weg gefunden werden kann, der der Benutzeranforderung genügt, wird der angeforderte Dienst entweder zurückgewiesen, oder im Ursprungsknoten beginnend, ein erneutes Spuren mit einer alternativen Route durchgeführt.

Wurde der Verbindungswunsch akzeptiert, so wird die in der Tabelle für die ausgewählte Route ausgewiesene Bandbreite um die belegte Bandbreite reduziert. Schließlich werden sämtliche Routen in derselben Zeile erneut nach absteigen­ der Bandbreite sortiert, so daß in einer Zeile immer die Route mit der höchsten Bandbreite in der ersten Gruppe enthalten ist.

Das erfindungsgemäße Routing-Verfahren, das auf dem Ver­ fahren nach Dokument 1 basiert, weist mehrere Verbes­ serungen auf. Schleifen werden ausgeschlossen, lange und ineffektive potentielle Verkehrswege werden vermieden, und die Existenz von Alternativwegen ist nicht abhängig von der aktuellen Lastsituation des Netzwerkes.

Wie bereits erwähnt, kann der Verkehr über existierende Alternativwege geleitet werden, wenn ein Teilweg oder ein Netzknoten ausgefallen ist. Zunächst werden diejenigen Alternativwege mit der geringsten Hopdistanz gewählt, um auf diese Weise die Übertragungskosten so gering wie möglich zu halten. Wenn jedoch die verfügbaren Bandbreiten der Alternativwege die Anforderungen des vorliegenden Dienstes nicht erfüllen, wird ein Übergang auf längere Alternativwege mit einer höheren Bandbreite durchgeführt. Da die erforderlichen Alternativwege bereits bestehen, kann der Verkehr ohne Zeitverlust umgeleitet werden, d. h. ohne Verlust von Zellen. Dies ist ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Routing-Verfahrens.

Nachdem der Verkehr umgeleitet worden ist, müssen die er­ sten und zweiten Routing-Tabellen erneut berechnet werden, weil die Existenz von Alternativwegen im Falle eines weiteren Ausfalls eines Teilweges nicht als selbstver­ ständlich angenommen werden kann. Die genannten Tabellen müssen dabei für alle Netzknoten berechnet werden, da die Nichtexistenz von Schleifen in den genannten Tabellen untereinander abhängig ist.

Weiterhin ist es notwendig, daß die neuen Routing-Tabellen den Netzknoten möglichst gleichzeitig übergeben werden müssen. Der Überflutungsalgorithmus nach "Mc Quillan, T., Richer, I. and Rosen, E: The New Routing Algorithm for the ARPANET, IEEE Trans, on Commun., Vol. COM-28, no 5, May 1980, pp. 711-719" stellt einen vorteilhaften Weg dar, um dieses Ziel zu erreichen.

Dasselbe Verfahren wie bei einem Ausfall eines Teilweges kann auch benutzt werden, um neue Resourcen, z. B. Teilwege oder Netzknoten in das Netz aufzunehmen. Dabei ist jedoch eine stand-by Periode notwendig, so daß die Informationen über den neuen Netzknoten oder den neuen Teilweg verteilt werden können.

Claims (9)

1. Verfahren zum Routing von Verbindungen in einem Kommunikationsnetz, demgemäß

• a) jeder Netzknoten eine erste Routing-Tabelle führt, die bezüglich jedes Zielknotens eine Routenliste mit poten­ tiellen Routen enthält und periodisch aktualisiert wird,
• b) jeder Netzknoten beim Verbindungsaufbau anhand der Routenliste den für eine Verbindung geeigneten Teilweg in Richtung Zielknoten auswählt,
• c) jeder Eintrag in der Routenliste außer der Angabe des Teilweges in Richtung Zielknoten auch Angaben über die Verkehrseigenschaften der gesamten Route enthält,
• d) die Auswahl einer geeigneten Route in Abhängigkeit vom Diensttyp, dem die aufzubauende Verbindung angehört, und den Verkehrseigenschaften der in der Routenliste zur Verfügung stehenden Routen durchgeführt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme einer Route bei der Aktualisierung der ersten Routing-Tabelle davon abhängig gemacht wird, ob der zu dieser Route gehörige Teilweg in einer entsprechenden, ausschließlich von der Konfiguration des Kommunikations­ netzes abhängigen zweiten Routing-Tabelle enthalten ist, die schleifenfreie Gesamtwege sicherstellt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwege der zweiten Routing-Tabelle ermittelt wer­ den, indem

• a) die Topologie des Kommunikationsnetzes in jeweils eine Hierarchiestruktur bezüglich jedes Zielknotens abgebil­ det wird,
• b) als Teilwege von potentiellen Routen alle in der Hierarchiestruktur bezüglich eines Zielknotens absteigenden Teilwege bestimmt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Routing-Tabelle sodann erweitert wird, indem als Teilwege von potentiellen Routen auch nicht absteigende Teilwege jeweils einzeln in Betracht gezogen werden, jedoch nur dann als potentielle Teilwege bestimmt werden, wenn sich dadurch bei der Zusammenfassung der ermittelten Teilwege zu potentiellen Routen keine Schlei­ fen mehr ergeben können.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter den nicht absteigenden Teilwegen nur horizon­ tale Teilwege als potentielle Teilwege in Betracht gezo­ gen werden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) nach der Erweiterung sämtlicher zweiter Routing-Tabellen derjenige Knoten ermittelt wird, dem bezüglich eines bestimmten Zielknotens noch immer weniger als eine vor­ gegebene Mindestanzahl von potentiellen Teilwegen zugeordnet ist und der zugleich, im Falle mehrerer solcher Knoten, unter diesen die geringste Hopdistanz aufweist,
• b) daraufhin für diesen Knoten ein Nachbarknoten ermittelt wird, der unter den Nachbarknoten die geringste Hop­ distanz aufweist,
• c) der von dem Knoten zu dem ermittelten Nachbarknoten führende Teilweg als potentieller Teilweg bestimmt wird,
• d) die von dem ermittelten Nachbarknoten zum Zielknoten führenden potentiellen Teilwege verfolgt werden, und jedes Mal, wenn dabei eine Schleife erkannt wird, ein an der Schleife beteiligter potentieller Verkehrs­ weg, der nicht absteigend ist, nachträglich wieder ge­ strichen wird,
• e) sodann eine erneute Erweiterung sämtlicher zweiter Routing-Tabellen durchgeführt wird und
• f) die Verfahrensschritte a) und e) für eine vorgegebene Anzahl von Durchläufen wiederholt werden.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als Verkehrseigenschaften einer potentiellen Route die Hopdistanz und die momentan verfügbare Bandbreite abgespeichert wird und
die potentiellen Routen einer Routenliste in der ersten Routing-Tabelle gemäß ansteigender Hopdistanz aufgelistet werden, wobei bei gleicher Hopdistanz die größere Bandbreite die Reihenfolge bestimmt.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Routing-Tabelle eines Knotens periodisch aufdatiert wird, indem

• a) dem Knoten zunächst von jedem Nachbarknoten die Einträ­ ge der Routenliste bezüglich eines jeweiligen Ziel­ knotens übersandt werden,
• b) die Routing-Tabelle des Knotens unter Berücksichtigung der übersandten Einträge für die aufgrund der Einträge in der betreffenden zweiten Routing-Tabelle in Frage kommenden potentiellen Routen entsprechend aufdatiert wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß unter den übersandten Einträgen, die über einen be­ stimmten Nachbarknoten verlaufende Routen betreffen, nur diejenigen Einträge zur Aufdatierung der ersten Routing-Tabelle in Betracht gezogen werden, die als Aus­ gleich für eine größere Hopdistanz auch eine größere Bandbreite zur Verfügung stellen.