DE60016977T2

DE60016977T2 - Verfahren und system zur datenübertragung über einen optimierten datenpfad in einem netzwerk

Info

Publication number: DE60016977T2
Application number: DE60016977T
Authority: DE
Inventors: Stefan Köhler; Dirk Staehle; Ute Kohlhaas; Phuoc Tran-Gia
Original assignee: Nauru Ventures LLC
Current assignee: Xylon LLC
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: AU2000242890B2; EP1264443A1; KR20030017477A; EP1264443B1; DE60138459D1; ATE285645T1; EP1264451A1; CN1171420C; WO2001069865A1; EP1264451B1; KR100788762B1; DE60016977D1; US20030185153A1; JP4768192B2; IL151636A0; US7633873B1; CA2403437A1; CN1435033A; JP2003527038A; JP2003527039A

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zur Datenübertragung in einem Netzwerk. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und System zur Datenübertragung über einen optimierten Datenpfad von einem Sendeknoten zu einem Empfangsknoten in einem Netzwerk mit einer Mehrzahl von über Datenverbindungen verbundenen Knoten, wobei die optimierten Datenpfade, die zur Datenübertragung im Netzwerk benutzt werden, als diejenigen Datenpfade definiert sind, die zur kleinsten durchschnittlichen Verbindungsbenutzung und/oder der geringsten maximalen Verbindungsbenutzung für die Datenverbindungen in dem Netzwerk führen.
Technischer Hintergrund der Erfindung
Für die Datenübertragung in einem Netzwerk werden die zu übertragenden Daten durch das Netzwerk geleitet, das heißt, die Daten oder Datenpakete davon werden über Datenverbindungen des Netzwerks von einem Datensendeknoten zu einem Datenempfangsknoten geleitet. Um Daten korrekt über Datenverbindungen eines Netzwerks und über durch die Datenverbindungen verbundene Knoten des Netzwerks zu leiten, werden Leitwegstrategien oder so genannte Leitwegprotokolle, die die Leitwegstrategien darstellen, benutzt. Die meist verwendeten Leitwegprotokolle sind das Leitweginformationsprotokoll (Routing Information Protocol, RIP), das verbesserte Internet Leitwegkopplungsprotokoll (Enhanced Internet Gateway Routing Protocol, EIGRP) und das Offene-Kürzester-Pfad-Zuerst-Protokoll (Open Shortest Path First Protocol, OSPF). Diese Protokolle werden als so genannte innere Kopplungsprotokolle zum Leiten von Daten in Netzwerken, die unter einer gemeinsamen Netzwerkverwaltung stehen, benutzt. Datennetzwerke (z. B. das Internet) haben keine vorgegebenen Datenpfade/Datenverbindungen zwischen einem Sendeknoten und einem Empfangsknoten, im Gegensatz zu Netzwerken mit festgelegten Übetragungsverbindungen (z. B. Telefonnetzwerke). Innere Kopplungsprotokolle beruhen im Allgemeinen auf einem Ansatz, bei dem die Datenübertragung von einem Sendeknoten zu einem Empfangsknoten nicht über vorgegebene Datenverbindungen und Knoten im Netzwerk erfolgt. Stattdessen werden Daten oder Datenpakete davon von einem Knoten zu einem anderen übertragen, indem jede Leitwegentscheidung, welche Datenverbindung zum nächsten Knoten auszuwählen ist, von jedem Knoten unabhängig getroffen wird. Daher kennt ein Knoten, der auch als Leitwegbestimmungseinrichtung (Router), der Daten an andere Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) überträgt, bezeichnet wird, nicht den vollständigen Datenpfad oder die Datenverbindungen, die den Datenpfad bilden, für die Datenübertragung von dem Sendeknoten zum Empfangsknoten. Jeder Knoten/jede Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) trifft seine/ihre eigene Leitwegentscheidung in Abhängigkeit von seinen/ihren Leitweginformationen zu welchen nächsten Knoten/jede Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) die Daten oder Datenpakete davon übertragen werden können. Folglich wird die Leitwegentscheidung, das heißt, die Festlegung des nächsten Knotender Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) zu dem/der die Daten übertragen werden, lokal durch den Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) getroffen, der/die die jeweiligen Daten überträgt.
Wenn die Betriebsbedingungen eines jeden Knotens/jeder Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) innerhalb des Netzwerks bekannt sind, ist es möglich, einen Datenpfad und die Datenverbindungen, die den Datenpfad bilden, über den Daten oder Datenpakete davon durch das Netzwerk übertragen werden, festzulegen. Die Betriebsbedingungen eines jeden Knotens/jeder Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) und, insbesondere die Leitwegentscheidung eines jeden Knotens/jeder Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) werden über eine Kostenfunktion bestimmt, die die Kosten der Verbindungen ermittelt. Die Kostenfunktion ist für das jeweilige Protokoll spezifisch und kann von der Kapazität der Verbindung, dem Typ und/oder der zu übertragenen Datenmenge, der Benutzung von Datenverbindungen zu Knoten, zu denen Daten übertragen werden sollen, der (physischen) Verzögerung und der Datenübertragungssituation des gesamten Netzwerkes abhängen. In der Praxis hängen die Kostenfunktionen nur von statischen und/oder vorgegebenen Variablen, wie die Verbindungskapazität und einem Verzögerungswert für die Verbindungen, die einmal in der Datenbasis des Leitwegs im voraus festgelegt sind, ab. Falls daher keine Fehler im Netzwerk auftreten, ändern sich die Betriebsbedingungen der Knotender Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) eines Netzwerks während der Datenübertragung nicht, wodurch es möglich ist, den Datenpfad, über den die Daten vom Sendeknoten zum Empfangsknoten übertragen werden, zu bestimmen.
Ein weiteres fundamentales Prinzip der vorerwähnten inneren Leitwegprotokolle beruht darauf, stets den kürzesten Datenpfad zwischen einem Sendeknoten und einem Empfangsknoten auszuwählen. Die Leitwegprotokolle legen eine Metrik fest, wonach die Länge eines Datenpfades bestimmt wird, und die Information über die Bestimmung des kürzesten Datenpfades wird über das Netzwerk verteilt. Beispielsweise benutzt das Open-Shortest-Path-First (OSPF) Proktokoll üblicherweise eine additive Metrik, die auf zeitunabhängigen Parametern, wie die Datenübertragungskapazität von Datenverbindungen (z. B. CISCO Leitwegbestimmungseinrichtungen) und/oder der Verzögerung von Datenübertragungen über Datenverbindungen beruht. Bei der OSPE-Metrik werden die Kosten für jede Datenverbindung von einem Knoten/einer Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) zu anderen damit verbundenen Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) eingegeben. Die Datenübertragungsparameter einer Datenverbindung zwischen einem Knoten/einer Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) zum nächsten Knoten/zur nächsten Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) können von der Richtung der Datenübertragung über die Datenverbindung abhängen. Daher können die Kosten für Datenverbindungen in Abhängigkeit von der Datenübertragungsrichtung unterschiedlich sein. Die Gesamtkosten eines Datenpfades werden durch Summierung aller Kosten der in den Datenpfad eingeschlossenen Datenverbindungen gewonnen.
Die Metrik des Enhanced Internet Gateway Routing Protocol (EIGRP) ist komplizierter als die Metrik des OSPF-Protokolls, wird jedoch meistens in einer auf eine additive Metrik reduzierten Form benutzt.
Der Ansatz, immer den kürzesten Datenpfad auszuwählen, beinhaltet einen Leitweg über einen einzigen Datenpfad, das heißt der Leitweg zwischen zwei Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) ist für alle Datenflüsse identisch. Es ist möglich, Leitwege für mehrere Datenpfade zu definieren, aber aus Stabilitäts- (z. B. Schleifenschutz) und Protokoll-abhängigen Gründen (z. B. TCP Leistungsabbau im Fall von erneut arrangierten Paketen) wird dies selten benutzt. Als Ergebnis der Fixkostenmetrik und dem einzigen Datenpfad/Leitweg können Staus der Datenpfade oder der einzelnen in einen Datenpfad eingeschlossenen Datenverbindungen auftreten. Dies tritt beispielsweise auf, wenn die Datenmenge größer als die Datenübertragungskapazität einer einzigen Datenverbindung ist. Ähnliche Probleme können auftreten, wenn die Datenübertragungskapazität eines Knotens/einer Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) für die Übertragung der gewünschten Datenmenge nicht ausreicht, das heißt, wenn der Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) in Datenpfaden von verschiedenen Sendeknoten und/oder verschiedenen Empfangsknoten eingeschlossen ist.
Des Weiteren kommt es vor, dass spezifische Datenpfade und/oder Datenverbindungen sehr oft benutzt werden, während andere nur hin und wieder benutzt werden. Diese ungleiche Verteilung der Datenübertragung über Datenverbindungen führt zu einer ungleichen Benutzung der Verbindungen der Netzwerkdatenverbindungen. Diese ungleiche Verbindungsbenutzung kann auch zum Stau für verschiedene Datenverbindungen führen. Selbst im Falle von stark benutzten Verbindungen ist das Netzwerk für Echtzeitanwendungen wie IP Telefonieren wegen der nicht linearen Abhängigkeit zwischen der Belastung und der Wartezeit nicht anwendbar. Des Weiteren führt dieses Leiten von Daten in einem Netzwerk zu einem unökonomischen Betrieb des Netzwerks, da Datenverbindungen, die innerhalb des Netzwerks vorgesehen sind und kostspielige Gerätetechnik und Programmeinrichtungen erfordern, nicht benutzt werden.
Der konventionelle Ansatz, die Datenleitung in einem Netzwerk zu optimieren, war, vorhandene Leitwegprotokolle zu verbessern oder neue Leitwegprotokolle zu entwickeln. Da geänderte oder neue Leitwegprotokolle im gesamten Netzwerk eingerichtet werden müssen, sind üblicherweise geänderte oder neue Gerätetechniken und Programmeinrichtungen erforderlich. Die Anwendung dieser Optimierung ist daher im Wesentlichen auf Grund von Organisationsproblemen beschränkt.
In der Druckschrift EP-A- 0 465 090 ist ein Datenverkehr in einem Netzwerk offenbart, der in der Weise gesteuert wird, dass ein Teil des für einen staubehafteten primären Pfad bestimmten Datenverkehrs auf einen vorbestimmten, alternativen Pfad umgeleitet wird. Dementsprechend wird der Datenverkehr über den alternativen Pfad umgeleitet, wenn der primäre Pfad staubehaftet ist.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, die vorbeschriebenen Probleme des Standes der Technik zu lösen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf die Optimierung der Datenleitung in einem Netzwerk gerichtet, die vorhandene Leitwegprotokolle benutzt, ohne bereits im Netzwerk benutzte Leitwegprotokolle und die entsprechenden Geräte- und Programmeinrichtungen des Netzwerks zu ändern oder zu ersetzen. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System zur Datenleitung in einem Netzwerk zur Verfügung, um eine gleichartige Verteilung von übertragenen/geleiteten Daten oder Datenverkehr durch das Netzwerk zu erreichen. Das Verfahren ist auch zum Hervorrufen von Verkehr in MPLS und zum Umleiten in weitere, optische Netzwerke (z. B. mit optischer/digitaler Umhüllung) anwendbar.
Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung des vorgenannten Problems stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Datenpfades zur Datenübertragung in einem Netzwerk entsprechend der Definition in Anspruch 1 zur Verfügung.
Das Verfahren entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung beruht auf dem Ansatz, die Datenleitung in einem Netzwerk auf der Basis eines linearen Optimierungsproblems zu optimieren. Das erfindungsgemäße lineare Optimierungsproblem ist so zu definieren, dass in einem Netzwerk geleitete/übertragene Daten, auch als Datenverkehr bezeichnet, gleichmäßig/gleichartig über das Netzwerk verteilt werden. Mit Bezug auf die für die Erfindung gewählten Begriffe soll der Ausdruck „gleichmäßige/gleichartige Verteilung" von Datenverkehr nicht als „gleiche Verteilung" von Datenverkehr verstanden werden. Eine gleiche Verteilung von Datenverkehr innerhalb eines Netzwerks würde einen identischen/gleichen Datenverkehr für jeden, die Datenverbindungen verbindenden Knoten des Netzwerks ergeben.
Obwohl eine „gleiche Verteilung" von Datenverkehr eine optimale Lösung der erfindungsgemäßen linearen Optimierungsproblems darstellen kann, wird das erfindungsgemäße Verfahren nicht spezifisch dafür angewendet, eine „gleiche Verteilung" von Datenverkehr zu erhalten, sondern ist auf eine Optimierung der Datenleitung in einem Netzwerk gerichtet, bei der die Verbindungsbenutzung von Datenverbindungen im Netzwerk unterschiedlich sein kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird benutzt, um Daten über einen optimierten Datenpfad von einem Sendeknoten zu einem Empfangsknoten in einem Netzwerk mit einer Mehrzahl von durch Datenverbindungen verbundenen Knoten zu senden. Nachstehend wird der Begriff „Datenpfad" für Datenpfade zwischen den Sendeknoten und den Empfangsknoten verwendet, in denen Datenpfade durch jeweilige Datenverbindungen gebildet werden.
Zum Bestimmen eines optimierten Datenpfades von einem Sendeknoten zu einem Empfangsknoten werden alle schleifenfreien Datenpfade vom Sendeknoten zum Empfangsknoten über jeweilige Datenverbindungen und Knoten bestimmt, und es werden Datenpfade in der Weise ausgewählt, dass alle zwischen zwei Knoten übertragenen Daten über denselben Datenpfad übertragen werden. Danach werden maximale Verbindungsbenutzungen oder durchschnittliche Verbindungsbenutzungen oder die Kombination der maximalen Verbindungsbenutzung und der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung der ausgewählten Datenpfade charakterisierende Werte bestimmt und der Datenpfad mit der geringsten maximalen Verbindungsbenutzung oder der geringsten durchschnittlichen Verbindungsbenutzung oder mit dem geringsten Wert, der Kombination der maximalen Verbindungsbenutzung und der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung wird als der optimierte Datenpfad definiert. Dann werden die Daten vom Sendeknoten zum Empfangsknoten über den optimierten Datenpfad übertragen.
Des Weiteren kann die Auswahl von Datenpfaden das Bestimmen der Datenübertragungskapazitäten der Datenpfade und das Auswählen der Datenpfade, die eine ausreichende Datenübertragungskapazität zum Übertragen der Daten vom Sendeknoten zum Empfangsknoten und/oder das Bestimmen von physischen Verzögerungen der Datenpfade und das Auswählen von Datenpfaden, die physische Verzögerungen gleich oder kleiner als eine vorgegebene maximale physische Verzögerung aufweisen, umfassen.
Die Bestimmung des optimierten Datenpfades vom Sendeknoten zum Empfangsknoten kann auf der Definition eines Gleichungssystems für ein lineares Optimierungsproblem und der Lösung des Gleichungssystems zum Festlegen des optimierten Datenpfades beruhen.
In diesem Fall lasst sich die Zielfunktion in der Weise definieren, dass sie maximale Verbindungsbenutzungen oder durchschnittliche Verbindungsbenutzungen oder Werte, die Kombinationen der maximalen Verbindungsbenutzungen und der durchschnittlichen Verbindungsbenutzungen von ausgewählten Datenpfaden charakterisieren, bestimmt.
Neben dem Festlegen der Zielfunktion erfordert ein lineares Optimierungsproblem die Definition von Randbedingungen. Erfindungsgemäß lassen sich Transportgrenzwertbedingungen für die Bestimmung von schleifenfreien Datenpfaden definieren.
Des Weiteren lassen sich Leitweggrenzwertbedingungen in der Weise definieren, dass alle Daten, die von dem Sendeknoten zum Empfangsknoten zu übertragen sind, über denselben Datenpfad übertragen werden. Eine derartige Definition der Leitweggrenzwertbedingungen erlaubt es, vorhandene Leitwegprotokolle zu benutzen, die den kürzesten Datenpfad zwischen Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) auswählen und einen Ein-Pfad-Leitweg benutzen.
Zusätzlich lassen sich Kapazitätsgrenzwertbedingungen definieren, um Datenpfade zu bestimmen, die ausreichende Datenübertragungskapazitäten besitzen, vorzugsweise maximale Datenübertragungskapazitäten, die gleich oder größer als die Menge der zu übertragenen Daten und/oder Datenübertragungskapazitäten, die gleich oder kleiner als eine vorgegebene maximale Verbindungsbenutzung sind.
Eine weitere Definition der physischen Verzögerungsgrenzwertbedingungen erlaubt es, Datenpfade zu bestimmen, die physische Verzögerungen gleich oder kleiner als eine vorgegebene maximale physische Verzögerung aufweisen. Mit Bezug auf die Terminologie der Erfindung stellt die physische Verzögerung die erforderliche Zeit dar, um Daten zwischen Knoten des Netzwerks, die über jeweilige Datenverbindungen verbunden sind, zu leiten. Um einen optimierten Datenpfad zu erhalten, wird das Gleichungssystem für das lineare Optimierungsproblem durch eine Minimierung der Zielfunktion unter Berücksichtigung der Grenzwertbedingungen gelöst. Um das Gleichungssystem zu lösen, werden alle möglichen Datenpfade vom Sendeknoten zum Empfangsknoten bestimmt und der Datenpfad, der die geringste maximale Verbindungsbenutzung oder die geringste durchschnittliche Verbindungsbenutzung oder den geringsten Wert, der die Kombination von maximaler Verbindungsbenutzung und durchschnittlicher Verbindungsbenutzung kennzeichnet, aufweist, wird als optimierter Datenpfad definiert. Insbesondere bei komplexen Netzwerken mit vielen Knoten und sie verbindenen Datenverbindungen, kann es vorteilhaft sein, die Minimierung der Zielfunktion iterativ durchzuführen.
Mit Bezug auf den Wert, der die Kombination der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung und der maximalen Verbindungsbenutzung kennzeichnet, lasst sich eine Funktion benutzen, die die gegeneinander gewichtete durchschnittliche Verbindungsbenutzung und die maximale Verbindungsbenutzung darstellt.
Im einzelnen wird die Komponente der Zielfunktion, die einen größeren Einfluss/eine größere Bedeutung für die Bestimmung des optimierten Datenpfades hat, mit einem höheren Faktor gewichtet als der Gewichtungsfaktor für die andere Komponente der Zielfunktion.
Mit Bezug auf die Komplexität der Lösung des Gleichungssystems, die sehr zeitaufwendig sein kann, ist es möglich, die letzte Lösung des Gleichungssystems zu benutzen, die innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls erreicht wurde. Beispielsweise wird dieser Ansatz bevorzugt, wenn die Zielfunktion innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nicht ausführbar ist, sich kein Minimum für die Zielfunktion bestimmen lässt oder die Zielfunktion nicht konvergiert.
Abhängig von dem Netzwerk, für das das erfindungsgemäße Verfahren benutzt wird, kann die Anzahl der Variablen für die Definition des Gleichungssystems äußerst hoch sein. Insbesondere ist die Variablenanzahl für die Zielfunktion in der Größenordnung von N²M², worin N die Anzahl der Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) und M die Anzahl der Datenverbindungen darstellen. Die Anzahl der Variablen für die erfindungsgemäßen Grenzwertbedingungen, die durch die Leitweggrenzwertbedingungen bestimmt werden, liegt in der Größenordnung von N³M². Um die Anzahl der Variablen und/oder die Anzahl der für die Lösung des Gleichungssystems in Betracht zu ziehenden Datenverbindungen herab zu setzen, was im Falle von großen Netzwerken vorzuziehen ist, umfasst das Verfahren das Bestimmen der Zeit für die Datenübertragung vom Sendeknoten zum Empfangsknoten für alle schleifenfreien Datenpfade. Des Weiteren werden Datenpfade als für die Lösung des Gleichungssystems in Betracht zu ziehende Datenpfade identifiziert, für die die kürzeste Datenübertragungszeit und/oder eine Datenübertragungszeit, die kleiner als eine vorgegebene maximale Datenübertragungszeit ist, bestimmt wurden. Vorzugsweise wird die maximale Datenübertragungszeit im voraus mit Bezug auf die kürzeste festgestellte Datenübertragungszeit definiert.
Mit Bezug auf die Identifizierung von Datenpfaden, die für die Lösung des Gleichungssystems in Betracht zu ziehen sind, werden nur Datenverbindungen berücksichtigt, die in möglichen Datenpfaden eingeschlossen sind. Darüber hinaus ist es möglich, Datenverbindungen für die Lösung des Gleichungssystems nicht in Betracht zu ziehen, die nicht in allen möglichen Datenpfaden eingeschlossen sind.
Für einige Netzwerke werden im voraus definierte Übertragungszeitgrenzen, die der maximalen Datenübertragungszeit zwischen Knoten entsprechen, benutzt. Um derartige, im voraus definierte Übertragungszeitgrenzen zu berücksichtigen, ist es möglich, die physischen Verzögerungsgrenzwertbedingungen auf der Basis von im voraus definierten Kommunikationszeitgrenzen zu definieren. Im diesen Fall werden die physischen Verzögerungsgrenzwertbedingungen nicht durch die tatsächliche Zeit, die für die Datenübertragung zwischen Knoten benötigt wird, sondern durch im voraus definierte Übertragungszeitgrenzen bezüglich jeweiliger Datenverbindungen, bestimmt.
In ähnlicher Weise werden Charakteristika eines Netzwerks, die sich aus den Bandbreiten der Datenverbindungen ergeben, in der Weise in Betracht gezogen, dass physische Verzögerungsgrenzwertbedingungen auf der Basis der Bandbreite der Datenverbindungen definiert werden. Statt die tatsächliche Zeit für die Datenübertragung über eine spezifische Datenverbindung zu benutzten, werden die Bandbreiten der Datenverbindungen in entsprechende physische Verzögerungen transformiert.
Auf Grund der Tatsache, dass sich die zwischen einem Sendeknoten und einem Empfangsknoten zu übertragende Datenmenge in Abhängigkeit von der Zeit ändern kann und auf Grund der Tatsache, dass eine ganze Reihe von Sende- und/oder Empfangsknoten über das Netzwerk kommunizieren, ist es bevorzugt, die Bestimmung des optimierten Datenpfades entsprechend der Erfindung kontinuierlich, zu vorgegebenen Zeitpunkten oder in vorgegebenen Zeitintervallen vorzunehmen. Hierbei ist es möglich, die zu übertragene Datenmenge kontinuierlich, zu vorgegebenen Zeitpunkten oder in vorgegebenen Zeitintervallen zu bestimmen, wobei unterschiedliche vorgegebene Zeitpunkte und/oder unterschiedliche vorgegebene Zeitintervalle benutzt werden können, um den optimieren Datenpfad und die Menge der zu übertragenen Daten zu bestimmen.
Alternativ ist es möglich, den optimierten Datenpfad für eine vorgegebene Menge von zu übertragenen Daten (z. B. maximale Menge) zu bestimmen. Vorzugsweise wird die Menge der zu übertragenen Daten erfasst oder angenähert.
Wie vorsehend beschrieben, basieren bekannte Leitwegprotokolle auf der Auswahl des kürzesten Datenpfades für die Datenübertragung von einem Sendeknoten zu einem Empfangsknoten. Um nachzuweisen, ob der erfindungsgemäß festgestellte optimierte Datenpfad der kürzeste Datenpfad ist, werden die Datenübertragungskosten für alle möglichen Datenpfade über Datenverbindungen, die die jeweiligen Datenpfade bilden, bestimmt. Falls der optimierte Datenpfad die geringsten Datenübertragungskosten aufweist, wird der optimierte Datenpfad als der kürzeste Datenpfad identifiziert.
Insbesondere im Fall von sehr großen/komplexen Netzwerken besteht häufig die Möglichkeit, das Netzwerk in wenigstens zwei Teile oder Teilnetzwerke aufzuteilen und dann für jedes Teil die Bestimmung der optimalen Datenpfade getrennt durchzuführen. Auf Grund des Prinzips des kürzesten Pfades ist die verkettete Lösung der kleineren Netzwerke gleich der durch die Optimierung eines großen Netzwerks erhaltenen Lösung.
Darüber hinaus ist es möglich, wenigstens einen Teil eines Netzwerks zu einem virtuellen Knoten zu gruppieren. In diesem Fall werden die Bestimmung des optimalen Datenpfades im verbleibenden Teil des Netzwerks einschließlich des virtuellen Knotens und die Bestimmung des optimierten Datenpfads in dem gruppierten Teil des Netzwerks, das den virtuellen Knoten darstellt, getrennt durchgeführt.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein System zur Datenübertragung in einem Netzwerk über einen optimierten Datenpfad zur Verfügung. Das System umfasst ein Netzwerk mit Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router), die durch Datenverbindungen verbunden sind, worin wenigstens einer der Knoten ein Sendeknoten und wenigstens einer der Knoten ein Empfangsknoten ist und wobei Steuereinrichtungen mit dem Netzwerk verbunden sind, um die Datenübertragung in dem Netzwerk zu steuern. Insbesondere sind die Steuereinrichtungen dazu geeignet, eines der Verfahren gemäß einem der Verfahrensansprüche 1 bis 18 durchzuführen.
Die Steuereinrichtungen können ein zentrales Steuersystem bilden oder eine Komponente eines zentralen Steuersystems (z. B. ein Internet-Server) bilden, um die Datenübertragung wenigstens eines Knotens/einer Leitwegbestimmungseinrichtung (Router), vorzugsweise aller Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) zu steuern.
Des Weiteren können die Steuereinrichtungen wenigstens eine einem oder mehreren Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) zugeordneten Steuereinheit umfassen, um die Datenübertragung zu steuern. Um die Datenübertragung in optimaler Weise zu steuern und/oder um die Datenübertragung weiterer Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) zu steuern, sollte eine derartige Steuereinheit mit den weiteren Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router), vorzugsweise mit allen Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) in Verbindung stehen, um Informationen über die Datenübertragung innerhalb des Netzwerks zu erhalten.
Insbesondere in großen Netzwerken und/oder Netzwerken mit einer großen Menge an Datenüberragungen, kann die Kombination eines zentralen Steuersystems mit wenigstens einer Steuereinheit die Identifizierung von optimierten Datenpfaden verbessern, da es auf diese Weise möglich ist, Datenübertragungssteuerfunktionen für einzelne Knoten und Datenübertragungssteuerfunktionen, die sich auf das gesamte Netzwerk beziehen, entsprechend auf verschiedene Komponenten der Steuereinrichtung zu verteilen.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 stellt die Wirkungen eine Ein-Weg-Leitung auf Datenpfäde in einem Netzwerk dar.
2 stellt die Wirkungen von Transportgrenzwertbedingungen auf Datenpfade in einem Netzwerk dar.
3 stellt die Wirkungen von erfindungsgemäßen Leitweggrenzwertbedingungen auf Datenpfade in einem Netzwerk dar.
4 zeigt Beispiele von Netzwerken mit 6, 8 und 14 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router).
5 zeigt die erfindungsgemäße Datenleitung für das Netzwerk mit 6 Knoten mit minimierter durchschnittlicher Verbindungsbenutzung.
6 stellt die erfindungsgemäße Datenleitung für das Netzwerk mit 6 Knoten für minimierte maximale Verbindungsbenutzung dar.
7 zeigt die Verbindungskosten für das Netzwerk mit 6 Knoten mit erfindungsgemäß minimierter durchschnittlicher Verbindungsbenutzung.
8 stellt die Verbindungskosten für ein Netzwerk mit 6 Knoten mit erfindungsgemäß minimierter maximaler Verbindungsbenutzung dar.
9 zeigt ein Diagramm für die erfindungsgemäße Änderung der Verbindungsbenutzungen für das Netzwerk mit 8 Knoten.
10 zeigt ein Diagramm für die erfindungsgemäßen Änderungen der Verbindungsbenutzung für das Netzwerk mit 14 Knoten.
11 zeigt ein Diagramm für die erfindungsgemäße Verbindungsbenutzung für ausgewählte Datenverbindungen des Netzwerks mit 14 Knoten.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Im Allgemeinen sind Knoten eines Netzwerks rechnerbasierte Systeme/Einheiten (Server), die Daten über Datenverbindungen, die mit jeweiligen Knoten verbunden sind, empfangen und weiterleiten können. Die Knoten lassen sich als Sendeknoten betreiben, von denen Daten, die in ein Netzwerk ausgesandt werden, ausgehen. Des Weiteren können die Knoten als Empfangsknoten betrieben werden, die als Empfangsstationen zum Empfangen von Daten, die von entsprechenden Sendeknoten übertragen werden, dienen. Darüber hinaus lassen sich die Knoten als so genannte Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) betreiben, die Daten von dem Sendeknoten oder von einem anderen Knoten/einer Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) empfangen und die empfangenen Daten zu einem weiteren Knoten/einer Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) oder dem Empfangsknoten weiterleiten.
Datenverbindungen zwischen den Knoten eines Netzwerkes werden oft als Schnittstellen bezeichnet, da die Datenverbindungen nicht nur Leitungen für die physikalische Übertragung von elektrischen/optischen Signalen, die die zu übertragenen Daten darstellen, sondern auch Gerätetechnik und Programmeinrichtungen, die für die Übertragung von Daten in einem Datennetzwerk erforderlich sind, umfassen. Derartige Gerätetechnik und Programmeinrichtungen umfassen übliche elektrische Leitungen, Datenbusse, Puffer/Speichereinheiten, Verarbeitungseinheiten, Rechnerprogramme für Datenkonversionen und für die Umsetzung von Datenübertragungsprotokollen (d. h. Leitwegprotokolle) und dergleichen.
Um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, nämlich alle Verbindungsbenutzungen zu minimieren (durchschnittliche Verbindungsbenutzung), die maximale Verbindungsbenutzung zu minimieren und die physischen Verzögerungen der Datenverbindungen zwischen Knoten eines Netzwerks in einem gewissen Bereich zu halten, ist es notwendig, das Netzwerk und den Datenverkehr darin, das heißt die Menge und den Fluss der in dem Netzwerk übertragenen Daten, formal zu beschreiben. Für diese formale Beschreibung werden drei Matrizes benutzt:
Erstens, ein Netzwerk mit N-Knoten wird definiert durch eine Kapazitätsmatrix C mit der Größe N × N, worin jeder Eingang der Kapazitätsmatrix C die Verbindungskapazität c_ij für jedes Knotenpaar i und j darstellt. Falls keine Datenverbindung zwischen zwei Knoten besteht, ist der entsprechende Eingang in die Kapazitätsmatrix C auf 0 gesetzt.
Die zweite Matrix ist eine Verkehrsmatrix F, die einen Eingang f_ij für jedes Knotenpaar i und j umfasst. Jeder Eingang f_ij entspricht dem Datenverkehr/Datenfluss zwischen zwei Knoten i und j. Wenn keine Daten zwischen zwei Knoten ausgetauscht werden, ist der entsprechende Eingang in die Verkehrsmatrix F auf 0 gesetzt. Abhängig von der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Eingänge f_ij der Verkehrsmatrix F statische Datenflüsse oder können die Eingänge f_ij können die tatsächlichen Datenflüsse zwischen den Knoten des Netzwerks darstellen, z. B. wenn das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich während des Betriebes des Netzwerks ausgeführt wird.
Drittens wird eine Matrix D eingeführt, die die physischen Verzögerungen der Datenverbindungen beschreibt. Die physische Verzögerung einer Datenverbindung identifiziert die Zeit, die notwendig ist, Daten zwischen zwei Knoten über die jeweilige Datenverbindung zu übertragen. Die Eingänge d_ij der Matrix D stellen die physischen oder angenäherten Verzögerungen einer Datenverbindung, die zwei Knoten i und j verbindet, dar.
Auf der Grundlage dieser Matrizes lässt sich die erfindungsgemäße Leitwegoptimierung als ein lineares Optimierungsproblem definieren. Es ist bekannt, dass sich ein lineares Optimierungsproblem durch ein Gleichungssystem beschreiben lasst, das aus zwei Teilen besteht, der Zielfunktion und den Grenzwertbedingungen. Die Grenzwertbedingungen definieren einen multi-dimensionalen Lösungsraum, in dem eine optimierte Lösung der Zielfunktion aufgefunden werden muss. Die optimierte Lösung der Zielfunktion ist diejenige Lösung innerhalb des Lösungsraums, die im Fall der Erfindung den Minimalwert der Zielfunktion ergibt. Um eine Optimierung der Datenleitung in einem Netzwerk zu erzielen, müssen verschiedene Grenzwertbedingungen, die die möglichen Lösungen der Zielfunktion beschränken, erfüllt werden.
Erstens müssen Datenpfade für von einem Sendeknoten zu einem Empfangsknoten übertragene Daten festgestellt werden, über die sich Daten übertragen/leiten lassen. Falls die Sendeknoten und die Empfangsknoten nicht direkt durch eine Datenverbindung verbunden sind, schließen mögliche Datenpfade nicht nur die Sende- und Empfangsknoten sondern auch weitere Knoten und jeweilige Datenverbindungen, die diese verbinden, ein. Um zu vermeiden, dass verschiedene Daten, die von einem Sendeknoten zu einem Empfangsknoten übertragen werden, über jeweils unterschiedliche Datenpfade oder Datenverbindungen geleitet/übertragen werden, wurden mögliche Leitwege/Datenpfade auf so genannte Ein-Pfad-Leitwege beschränkt. Die Ein-Pfad-Leitweggrenzwertbedingungen gewährleisten, dass genau ein Datenpfad zwischen zwei Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) für eine mögliche Lösung der Zielfunktion definiert ist.
Die Wirkung einer solchen Ein-Pfad-Leitwegbestimmung ist in 1 dargestellt. Der kürzeste Datenpfad zwischen den Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) C und F, unabhängig von der benutzten Leitwegprotokollmetrik, verläuft entweder über den Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) D oder über den Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) E. Als Folge der Ein-Pfad-Leitwegbestimmung werden beide Datenflüsse A–F und E–F zunächst über den Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) C und dann entweder über den Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) D oder über den Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) E geleitet, jedoch wird kein ein Datenfluss über den Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) D geleitet, während der andere Datenfluss über den Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) E geleitet wird.
Zweitens müssen Kapazitätsgrenzwertbedingungen erfüllt sein, wonach die über eine spezifische Datenverbindung geleitete Datenmenge nicht die Kapazität der jeweiligen Datenverbindung, das heißt die maximale Datenmenge, die sich über die jeweilige Datenverbindung übertragen lässt, überschreitet. Die Kapazität einer Datenverbindung in einem Netzwerk ist nicht auf die physische Übertragungskapazität der verschiedenen Übertragungskomponenten der Datenverbindung beschränkt, (d. h. elektrische Leitungen, Busse, Prozessoren), da sich zu übertragende Daten oder Datenpakete davon beispielsweise in Zwischenspeichern von Datenverbindungen und/oder von Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) vor der Übertragung speichern lassen. Zwei Ansätze lassen sich benutzen, um die Kapazitätsgrenzwertbedingungen mit Bezug auf ein lineares Optimierungsproblem zu definieren. Einer der Ansätze ist Pfad-orientiert, während der andere mit Bezug auf die Datenverbindungen Fluss-orientiert ist. Im vorliegenden Fall wurde der Fluss-orientierte Ansatz gewählt und im Einzelnen vorgestellt, da er eine kleinere Anzahl von Variablen im Vergleich zum Pfad-orientierten Ansatz einschließt. Nach Beschreibung des Fluss-orientierten Ansatzes werden die Änderungen bei der Notierung des Verfahrens für den Pfad-orientierten Ansatz beschrieben.
Um das erfindungsgemäße Verfahren zur Leitwegoptimierung in Kombination mit vorhandenen Leitwegprotokollen anzuwenden, sind die Leitwegbestimmungsalgorithmen des benutzten Leitwegprotokolls in Betracht zu ziehen. Wie vorstehend erwähnt, beruhen die derzeit gebräuchlichen Leitwegprotokolle, das heißt das OSPF-Protokoll und das EIGRP-Protokoll auf Leitwegbestimmungsalgorithmen zur Bestimmung des kürzesten Datenpfades für von einem Sendeknoten zu einem Empfangsknoten zu leitende Daten. Diese Algorithmen für den kürzesten Datenpfadleitweg setzen voraus, dass alle zwischen zwei Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) übertragenen Daten über dieselben Datenverbindungen geleitet werden.
Die Zielfunktion
Ziel ist es, eine Verteilung der übertragenen Daten oder eine Datenverkehrsverteilung so gleichartig und gleichförmig wie möglich im gesamten Netzwerk zu erreichen. Mit anderen Worten sollen alle Datenverbindungen des Netzwerks so gleich wie möglich bei einem Datenübertragungsniveau so niedrig wie möglich benutzt werden. Da der Fluss-orientierte Ansatz benutzt wird, wird für jeden Datenfluss zwischen Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) i und j mit einem Datenverkehrseingang f_ij ≥ 0 in der Datenverkehrsmatrix F und für jede Datenverbindung mit einem Kapazitätseingang C_ij > 0 in der Kapazitätsmatrix C eine Bool'sche Variable x uv / ij eingeführt. Dies Variable wird auf 1 gesetzt, wenn der Datenfluss uv von einem ij Sendeknoten u zu einem Empfangsknoten v über die Datenverbindung ij zwischen den Knoten i und j geleitet wird, andernfalls wird diese Variable auf 0 gesetzt. Des Weiteren wird eine Variable t eingeführt, die eine obere Schwelle für die Verbindungsbenutzung aller Datenverbindungen definiert.
Sowohl die maximale Verbindungsbenutzung als auch die durchschnittliche Verbindungsbenutzung sollen minimiert werden. Daher umfasst die Zielfunktion zwei additive Teile, die beide minimiert werden sollen:
Der linke additive Teil der Zielfunktion (1) stellt die maximale Verbindungsbenutzung dar, während der rechte additive Teile der Zielfunktion (1) die durchschnittliche Verbindungsbenutzung darstellt. Der Parameter a_t des die maximale Verbindungsbenutzung betreffenden Teils der Zielfunktion (1) wird als Gewichtungsfaktor benutzt, um den die maximale Verbindungsbenutzung betreffenden Teil mit Bezug auf den die durchschnittliche Verbindungsbenutzung betreffenden Teil der Zielfunktion (1) zu gewichten. Der Parameter a_t wird mit Bezug auf den Einfluss/die Bedeutung einer kleinen/minimierten maximalen Verbindungsbenutzung für die Auswahl eines optimalen Wertes gegenüber dem Einfluss/der Wichtigkeit einer kleinen/minimierten durchschnittlichen Verbindungsbenutzung gewählt. Hat beispielsweise die Minimierung der maximalen Verbindungsbenutzung eine höhere Priorität gegenüber der Minimierung der durchschnittlichen Verbindungsnutzung, sollte der Parameter a_t mit einem großen Wert gewählt werden, wodurch eine Verminderung der maximalen Verbindungsbenutzung durch Umleiten von Datenverkehr auf weniger benutzte Datenverbindungen erreicht wird. Ähnlich sollte der Parameter a_t mit einem kleinen Wert gewählt werden, wenn der Einfluss der Minimierung der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung auf die Auswahl eines optimierten Datenpfades größer als der Einfluss der Minimierung der maximalen Verbindungsbenutzung sein sollte.
Transportgrenzwertbedingungen
Die Transportgrenzwertbedingungen gewährleisten, dass für jeden Datenfluss, beispielsweise für einen Datenfluss von einem Sendeknoten u zu einem Empfangsknoten v, genau ein schleifenfreier Datenpfad von dem Sendeknoten u zum Empfangsknoten v durch die Werte der Variablen x uv / ij die sich aus der Lösung der Zielfunktion (1) ergeben, bestimmt wird. In diesem Fall umfassen die Transportgrenzwertbedingungen vier Untergrenzwertbedingungen für jeden Datenfluss.

1. Der Datenfluss uv vom Sendeknoten u zum Empfangsknoten v, der über den Knoten die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) i übertragen wird, wird über nur eine Datenverbindung, die aus dem Knotender Leitwegbestimmungseinrichtung (Router)i herausgeführt wird, geleitet:
2. Der Datenfluss uv von dem Sendeknoten u zum Empfangsknoten v wird über genau eine Verbindung ui vom Sendeknoten u zu einem anderen Knoten/einer Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) i geleitet:
2. Für alle Datenflüsse uv vom Sendeknoten u zum Empfangsknoten v und für jede Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) i außer den Sende- und Empfangsknoten u und v sind die Anzahl der Datenverbindungen, die zur Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) i und die Anzahl der Datenverbindungen, die aus der Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) i herausführen, die durch die Datenflüsse uv benutzt werden, gleich:
4. Der Datenfluss uv vom Sendeknoten u zum Empfangsknoten v wird genau durch eine einzige Datenverbindung, die in den Knoten v führt, geleitet:

Die Wirkung der Transportgrenzwertbedingungen, die genau durch einen schleifenfreien Datenpfad von dem Sendeknoten zum Empfangsknoten v definiert ist, ist in 2 dargestellt. Gemäß Gleichung (3) überträgt nur die Datenverbindung ua, die den Knoten u und den Knoten a verbindet, den Datenfluss uv. Eine Datenverbindung führt in jeden der Knoten/in jede Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) a, b und c. Entsprechend Gleichung (4) führt eine Datenverbindung aus jedem der Knoten/aus jeder Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) a, b und c für den Datenfluss uv heraus. Bedingt durch die Gleichung (5) wird der Datenpfad für den Datenfluss uv über die Datenverbindung cv zwischen dem Knotender Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) c und dem Empfangsknoten v geleitet und endet im Empfangsknoten v.
Nichtsdestoweniger ist es immer möglich, dass noch eine Datenpfadschleife neben dem gewählten Datenpfad für den Datenfluss uv vorhanden ist, da sich derartige Schleifen durch die Transportgrenzwertbedingungen nicht vermeiden lassen. Indessen werden derartige Schleifen durch die Minimierung der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung in der Zielfunktion (1) vermieden.
Kapazitätsgrenzwertbedingungen
Die Kapazitätsgrenzwertbedingungen gewährleisten, dass die Datenmenge oder die Menge des Datenverkehrs über Datenverbindungen nicht die Kapazität der jeweiligen Datenverbindungen überschreitet. Die Kapazitätsgrenzwertbedingungen umfassen zwei Untergrenzwertbedingungen für jede Datenverbindung ij zwischen den Knoten i und j.
Die ersten Untergrenzbedingungen zwingen die Verbindungsbenutzung unter ein festgelegtes Niveau, das durch einen Parameter a_c definiert ist: Σ uvxijfuv ≤ accij, für alle Datenverbindungen ij mit cij > 0 (6)
Wie oben dargelegt, sind Datenverbindungen innerhalb eines Datennetzwerks in der Lage, während eines kurzen Zeitintervalls größeren Datenverkehr als die physische Datenübertragungskapazität der jeweilig en Datenverbindung zu bewältigen. Daher ist der Parameter a_c nicht auf Werte zwischen 0 und 1 beschränkt. Den Parameter größer als 1 festzulegen, ist auch nützlich, um Verbindungen zu identifizieren, die die ersten Engpässe im Fall von Stau bilden. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird der Parameter a_c auf 1 als Standardwert gesetzt.
Die zweiten Untergrenzwertbedingungen aus Gleichung (7) definieren eine obere Schwelle für die Verbindungsbenutzungen. Die in der Zielfunktion (1) benutzte Variable t definiert eine Obergrenze für die Benutzung aller Verbindungen. Während der Parameter a_c ein fester Wert ist, muss die Variable t minimiert werden. Die zweiten Untergrenzwertbedingungen zwingen alle Verbindungsbenutzungen dazu, einen Wert anzunehmen, der niedriger ist als der Wert des Parameters t ist:
Leitweggrenzwertbedingungen
Die Leitweggrenzwertbedingungen sind die wichtigsten Grenzwertbedingungen, da die Leitweggrenzwertbedingungen nur solche Kombinationen von Datenverbindungen oder Datenpfaden definieren, die ausreichen, die Kosten für Datenübertragungen/Leitwege zu berechnen, die durch die Lösung des Gleichungssystems für das lineare Optimierungsproblem gewonnen wurden. Wenn die vorerwähnten Leitwegprotokolle verwendet werden, werden Daten stets über den kürzesten Datenpfad übertragen/geleitet, der durch eine gegebene Leitwegprotokollmetrik für jede Datenverbindung definiert ist. Folglich müssen alle Datenflüsse von Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) i zu Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) j über dieselben Datenverbindungen zwischen den Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) i und j übertragen/geleitet werden.
Diese Grenzwertbedingungen werden durch ein rekursives System von Untergrenzwertbedingungen erreicht:
Wenn eine iterative oder rekursive Anwendung der Gleichung (8) und (9) durchgeführt wird, ist der Leitweg zwischen den Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) i und j für alle Datenflüsse zwischen diesen Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtunen (Router) identisch. Daher besteht Übereinstimmung zwischen den auf Grund der Leitwertgenzwertbedingungen aufgefundenen Lösungen mit der Durchführung der Leitwegprotokolle.
3 stellt die Wirkung des Leitwertgrenzwertbedingungen dar. Wenn angenommen wird, dass der Datenfluss ub über die Knoten u, a und b geleitet wird, der Datenfluss ac über die Knoten a, b und c geleitet wird und der Datenfluss cv über die Knoten c, d und v geleitet wird, dann muss der Datenfluss uv wegen der Gleichungen (8) und (9) von dem Sendeknoten u zum Empfangsknoten v über die Knoten u, a, b, c, d und v geleitet werden.
Für den Datenfluss uc sind zwei weitere Datenpfade entweder über den Knoten a' oder den Knoten b' vorhanden. Der Datenpfad über den Knoten a' kann nicht für den Datenfluss uc benutzt werden, da dieser Datenpfad nicht den Knoten a einschließt, was im Widerspruch zur Gleichung (9) steht. Ferner kann der Datenpfad über den Knoten b' nicht für den Datenfluss uc benutzt werden, da dieser Datenpfad den Knoten b nicht einschließt, was im Widerspruch zur Gleichung (8) stehen würde. Mit anderen Worten kann der Datenpfad über den Knoten a' und der Datenpfad über den Knoten b' nicht für den Datenfluss uc benutzt werden, da diese Datenpfade nicht die Leitweggrenzwertbedingen erfüllen, alle Datenflüsse, das heißt die Datenflüsse uc, ac und bv über dieselben Datenverbindungen zu leiten.
Physische Verzögerungsgrenzwertbedingungen
Auf der Grundlage der Zielfunktion (1) in Verbindung mit den Transportgrenzwertbedingungen, den Kapazitätsgrenzwertbedingungen und den Leitweggrenzwertbedingungen lässt sich ein Datenleitweg gewinnen, der die kürzeste Pfadleitung in Verbindung mit einem gleichartig und, gleichförmig verteilten Datenverkehr ergibt. Um das Ziel zu erreichen, die physischen Verzögerungen bei der Datenübertragung in einem Netzwerk innerhalb eines gewissen Bereichs zu halten, müssen die nachstehend beschriebenen physischen Verzögerungsgrenzwertbedingungen angewendet werden.
Der Bereich der möglichen physischen Verzögerungen wird über einen Parameter a_r definiert, während die niedrigste physische Verzögerung für einen Datenfluss durch eine Variable d min / uv dargestellt wird. Wenn P die Gesamtheit aller schleifenfreien Datenpfade vom Knoten u zum Knoten v ist und wenn d_p die Summe aller physischen Verzögerungen der Datenverbindungen des Pfades p ist, dann ist die minimale physische Verzögerung d min / uv die Verzögerung des Pfades p vom Knoten u zum Knoten v mit der kleinsten physischen Verzögerung d_p.
Der Wert der minimalen physischen Verzögerung lässt sich dadurch gewinnen, dass alle physischen Verzögerungen aller möglichen schleifenfreien Datenpfade vom Knoten u zum Knoten v berechnet werden. Durch Einführen eines Parameters a_r lässt sich eine obere Schwelle a_rd min / uv definieren, die die maximale physische Verzögerung für jeden Datenfluss darstellt:
Herabsetzung der Komplexität des Gleichungssystems für das lineare Optimierungsproblem
Für die Lösung der Zielfunktion (1) liegt die Anzahl der zu betrachtenden Variablen in der Größenordung von N²M², worin N die Anzahl der Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) und M die Anzahl der Datenverbindungen darstellt. Abhängig von den Leitweggenzwertbedingungen liegt die Anzahl der Grenzwertbedingungen in der Größenordnung von N³M². Insbesondere bei großen Netzwerken mit vielen Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) und Datenverbindungen kann die Lösung des Gleichungssystems für das lineare Optimierungsproblem entsprechend der Erfindung sehr zeitaufwendig, komplex oder sogar unmöglich sein. Aus diesem Grund wird ein so genannter vorgeschalteter Lösungsansatz benutzt, der die Anzahl der Variablen und Grenzwertbedingungen vermindert, indem nur relevante Datenpfade für die Lösung des Gleichungssystems in Betracht gezogen werden.
Relevante Datenpfade werden auf der Basis der jeweiligen physischen Verzögerung identifiziert. Für jeden Datenfluss zwischen zwei Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) werden alle schleifenfreien Datenpfade bestimmt. Für jeden dieser schleifenfreien Datenpfade wird die physische Verzögerung berechnet, d. h. die Summe der physischen Verzögerung der Datenverbindungen, die den jeweiligen Datenpfad bilden. Datenpfade mit der geringsten physischen Verzögerung und mit einer Verzögerung, die niedriger als eine obere physische Verzögerungsschwelle a_rd min / uv ist, werden als relevante Datenpfade identifiziert. Des Weiteren werden alle Datenverbindungen der relevanten Datenpfade überprüft um in alle relevanten Datenpfade oder in keinen der relevanten Datenpfade aufgenommen zu werden. Datenverbindungen, die in allen relevanten Datenpfaden aufgenommen sind, werden für die Leitung des jeweiligen Datenflusses über diese Datenverbindungen benutzt. Datenverbindungen, die in keinen der, relevanten Datenpfade aufgenommen sind, werden nicht für die Lösung des Gleichungssystems des linearen Optimierungsproblems in Betracht gezogen, so dass der jeweilige Datenfluss nicht über derartige Datenverbindungen geleitet wird. Datenverbindungen, die nur in einige der relevanten Datenpfade aufgenommen sind, werden für die Lösung des Gleichungssystems in Betracht gezogen und die Benutzung dieser Datenverbindungen wird durch die Lösung des Gleichungssystems bestimmt.
Leitwege unter dem Optimum
In einigen Fällen, beispielsweise bei sehr komplexen Netzwerken, kann es vorteilhaft sein, nicht einen Leitweg zu berechnen und dafür das gesamte Gleichungssystem zu benutzen, sondern einen Ansatz zu benutzen, der nachstehend beschrieben ist und der zu einem Leitweg unterhalb des Optimums führt (unterhalb des Optimums: eine Lösung finden, die in die Nähe des Optimums in einer praktikablen Zeit führt). Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Ablauf, wird die maximale Verbindungsbenutzung nicht direkt minimiert. In diesem Fall wird die Minimierung der maximalen Verbindungsbenutzung durch eine iterative Lösung des linearen Optimierungsproblems gefunden, die mit einer anderen, eingeschränkten Zielfunktion und anderen, eingeschränkten Kapazitätsgrenzwertbedingungen arbeitet.
Die Komponente a_t·t der Zielfunktion (1) für die Minimierung der maximalen Verbindungsbenutzung wird weggelassen. Folglich ist die Untergrenzwertbedingung für die Kapazitätsgrenzwertbedingen in Gleichung (7), die die Benutzung der unterschiedlichen Datenverbindungen unterhalb der oberen Schwelle für Verbindungsbenutzungen erzwingt, nicht mehr notwendig. Andererseits wird die andere Untergrenzwertbedingung für die Kapazitätsgrenzwertbedingung entsprechend Gleichung (6) strenger definiert. Statt den Standardwert 1 für den Parameter a_c zu verwenden, wird der Parameter a_c iterativ minimiert.
Ausgehend vom Wert 1 für den Parameter a_c wird das Gleichungssystem mit der eingeschränkten Zielfunktion gelöst. Die Verbindungsbenutzung von einzelnen Datenverbindungen wird auf der Basis der aufgefundenen Lösung des eingeschränkten Gleichungssystems bestimmt. Im nächsten Schritt wird der Parameter a_c auf einen etwas kleineren Wert als die kleinste festgestellte Verbindungsbenutzung eingestellt. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis die Lösung des eingeschränkten Gleichungssystems konvergiert. Falls das Gleichungssystem nicht innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls konvergiert oder keine Lösung des Gleichungssystems existiert, wird der durch die letzte Lösung des Gleichungssystems bestimmte Leitweg als die nicht optimale Lösung des linearen Optimierungsproblems angesehen.
Bestimmung der Verbindungskosten
Um die Datenverbindungskosten für den Leitweg, der durch das Gleichungssystem oder das eingeschränkte Gleichungssystem bestimmt wurde, festzustellen, müssen die Datenverbindungskosten in der Weise bestimmt werden, dass der gefundene Leitweg und der optimierte Datenpfad jeweils mit der kürzesten Pfadleitung übereinstimmen. Dies lässt sich durch ein Gleichungssystem für ein lineares Optimierungsproblem erreichen. In diesem Fall ist die objektive Zielfunktion ziemlich unwichtig, da die gewünschte Lösung für die Datenverbindungskosten durch Berechnen eines Ungleichungssystems gewonnen wird. Ein lineares Optimierungsproblem wird durch ein Ungleichungssystem in Verbindung mit einer Zielfunktion dargestellt. Daher lässt sich die Bestimmung der Schnittstellenkosten unter Benutzung eines Gleichungssystems für ein lineares Optimierungsproblem berechnen. Folglich lässt sich eine Standardlösung für lineare Optimierungsprobleme für die Bestimmung der Datenverbindungskosten benutzen.
Unter Benutzung des vorerwähnten, vorgeschalteten Lösungsansatzes sind alle relevanten/möglichen schleifenfreien Datenpfade für Datenflüsse bestimmt worden. Für jeden Datenpfad, ausgenommen für den gewünschten optimalen Datenpfad, muss die Summe der Datenverbindungskosten für Datenverbindungen, die die jeweiligen Datenpfade bilden, größer sein als die Summe der Datenverbindungskosten für den gewünschten optimalen Datenpfad. Ein Ungleichungssystem, das diese Grenzwertbedingungen definiert, kann sehr komplex sein. Daher ist eine Verminderung der Anzahl von Ungleichungen wünschenswert. Dies lässt sich erreichen, da alle Datenflüsse von einem Sendeknoten zu einem Empfangsknoten über denselben Datenpfad geleitet werden müssen. In Anbetracht aller Datenpfade für einen Datenfluss muss ein Ungleichungssystem nur für diejenigen Datenpfade definiert werden, die nur Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen umfassen (Router), die nicht zum gewünschten optimalen Datenpfad gehören.
Wenn die Lösung eines solchen Ungleichungssystems zeigt, dass für alle Datenpfade, ausgenommen dem gewünschten, optimalen Datenpfad, die Summe der Datenverbindungskosten der Datenpfade größer ist als die Summe der Verbindungskosten des gewünschten optimalen Datenpfades, dann entspricht der gewünschte, optimale Datenpfad dem kürzesten Datenpfad.
Pfad-orientierter Ansatz
Wie vorher erwähnt, ist es möglich, das Problem als Pfad-orientierten Ansatz zu formulieren. Dieses Verfahren entspricht dem Fluss-orientierten Ansatz mit folgenden Änderungen:
Variable
Die Bool'sche Variable x k / uv wird eingeführt. Diese Variable wird auf 1 festgesetzt, wenn der Datenfluss uv von dem Sendeknoten u zu einem Empfangsknoten v über den Datenpfad k geleitet wird, andernfalls wird die Variable auf 0 gesetzt. k ist ein Index, der u, b, ..., v gleichzusetzen ist, wobei u, b ..., v Zeichen sind, die den Pfad errichten.
Zielfunktion
Ähnlich dem Fluss-orientieren Ansatz umfasst die Zielfunktion bei dem Pfad-orientierten Ansatz zwei additive Teile, die beide minimiert werden müssen:
Transportgrenzwertbedingungen
Die Transportgrenzwertbedingungen stellen sicher, dass ein schleifenfreier Datenpfad von dem Sendeknoten u zu dem Empfangsknoten v vorhanden ist. Σ kxuv = 1,für alle Pfade uv
Kapazitätsgrenzwertbedingungen
Die Summe über die Flüsse über jede Verbindung muss kleiner sein als die Kapazität der Verbindung
Leitweggrenzwertbedingungen
Wenn x_uv einen Pfad von u nach v defeniert und x_kv einen Pfad von k nach v defniert und beide Pfade über i geleitet werden, sind beide Pfade identisch für den Pfad von i nach v, so dass Puv – Piv < 1
Diese Leitweggrenzwertbedingungen lassen sich als rekursive Iteration über dem Indexparameter k schreiben. Zum Beispiel ein Pfad von u nach v ist über a, b und c geleitet. Folglich ist k definiert als k = u, a, b, c, v und somit muss der Fluss von a nach v den Pfad a, b, c, v benutzen, und des Weiteren muss auch der Fluss von b nach v den Pfad b, c, v benutzen usw. Diese rekursive Iteration ist auch in der entgegengesetzten Richtung des Indexparameters k richtig.
Beispiele
Um die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu demonstrieren, werden die Ergebnisse eines optimierten Leitwegs für beispielhafte Netzwerke nachstehend beschrieben.
Die benutzten Netzwerke sind in 4 dargestellt. Das Netzwerk auf der rechten Seite von 4 mit nur 6 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) wurde ausgewählt, weil es seine Größe erlaubt, die sich ergebenden Pfade darzustellen. Die Netzwerke mit 8 und 14 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) wurden wegen ihrer komplexen Struktur ausgewählt, wodurch viele verschiedene Datenpfade möglich sind. Beispielsweise sind die Verbindungskapazitätsmatrix C und die Datenflussmatrix F für das Netzwerk mit 6 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Tabelle 1: Kapazitätsmatrix C für das Netzwerk mit 6 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router).
Tabelle 2: Flussmatrix F für das Netzwerk mit 6 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router).
Die physischen Verzögerungen der verschiedenen Datenverbindungen wurden auf 1 gesetzt, während der Parameter a_r bei jeder Optimierung mit 3 eingesetzt wurde. Auf Grund der Benutzung des oben beschriebenen vorgeschalteten Lösungsansatzes ließ sich beispielsweise die Anzahl der Variablen für das Netzwerk mit 14 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) von einem Wert von 8800 auf einen Wert von 4714 herabsetzen. Darüber hinaus ließ sich die Anzahl der Grenzwertbedingungen auf weniger als die Hälfte herabsetzen.
Für alle Netzwerke wurde die Optimierung mit einer größeren Anzahl von Parametereinstellungen durchgeführt. Zunächst wurde die Optimierung ohne eine effektive obere Schwelle für die maximale Verbindungsbenutzung durchgeführt. Dies wurde durch Auslassen der Grenzwertbedingungen, die die maximale Verbindungsbenutzung unterhalb des Wertes des Parameters (t) halten (wie in Abschnitt „Optimierung unterhalb des Optimums beschrieben) und durch Einstellen des Parameters a_c auf einen Wert von 10 erreicht. Der sich daraus ergebende Leitweg für das Netzwerk mit 6 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) ist in 5 dargestellt. Für Datenverbindungen mit der höchsten Benutzungsrate von 42,9% ist die Datenverbindung 4-3. Der Wert für die minimierte durchschnittliche Verbindungsbenutzung wurde mit 22,4% berechnet.
Dann wurde der Parameter a_c auf den Wert 0,4 (= 40%) eingestellt, das heißt etwas kleiner als die berechnet maximale Verbindungsbenutzung von 42,9%. Durch iteratives Herabsetzen des Parameters a_c, nämlich auf die Werte von 0,375 (= 37,5%) und 0,36 (= 36%) wurde der optimale Leitweg für den Parameter a_c mit dem Wert 0,36 gefunden, der mit dem Ergebnis der Standardoptimierung übereinstimmt.
Bei der Standardoptimierung, bei der die Zielfunktion (1) benutzt wird, wurde der Parameter a_c auf den Wert 1000 eingestellt. Das Ergebnis dieser Optimierung für das Netzwerk mit 6 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) ist in 6 dargestellt. Auch hier ist die am stärksten benutzte Datenverbindung die Datenverbindung 4-3, jedoch verminderte sich ihre Benutzung auf den Wert von 35,7%. Zum Ausgleich erhöhte sich die durchschnittliche Verbindungsbenutzung auf den Wert von 22,7%.
Wie in 5 und 6 dargestellt, wurde der Datenfluss 5-0 von der Datenverbindung 4-3 entfernt und über die Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) 2 und 1 geleitet. Aus diesem Grund wurde der Datenpfad für den Datenfluss 2-0 ebenfalls über den Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) 1 geleitet. Ferner wurde der Datenfluss 2-4 über den Koten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) 5 statt über den Knoten/die Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) 3 geleitet, um die Verbindungsbenutzung der Datenverbindung 3, 4 von einem Wert von 40% auf einen Wert von 35,7% herabzusetzen.
Auf der Basis der vorstehend beschriebenen Bestimmungen der Datenverbindungskosten wurden so klein wie mögliche Datenverbindungskosten vorgegeben, derart, dass diekürzeste Pfadleitung dem durch die vorstehende Optimierung definierten Leitweg äquivalent ist. 7 und 8 stellen die berechneten Datenverbindungskosten dar, worin die jeweiligen Datenverbindungskosten und die jeweiligen physischen Verzögerungen in grauen Kästen gezeichnet sind. Wie aus 7 ersichtlich, ergeben die gesamten Datenverbindungskosten für den Datenfluss 5-0 den Betrag 3. Andere mögliche Datenpfade für den Datenfluss 5-0 schließen die Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) 2 und 1 oder die Knoten/Leitwegbestimmungseinheiten (Router) 2 und 3 ein. Die gesamte physische Verzögerung für diese Pfade beträgt jeweils 5 und 4. Der kürzeste Pfad ist derselbe wie der gewünschte Pfad mit einer minimierten durchschnittlichen Verbindungsbenutzung.
In 8 ist die physische Verzögerung für den Datenpfad des Datenflusses 5-0 ebenfalls gleich 3 und beruht auf einer Optimierung mit Bezug auf eine minimierte maximale Verbindungsbenutzung. Die physische Verzögerung über die anderen möglichen Datenpfade über die Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) 4 und 3 oder über die Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) 2 und 3 betragen jeweils 4 und 6. Auch hier entspricht der kürzeste Datenpfad wieder dem gewünschten optimalen Datenpfad.
Die Optimierungen für Datenleitwege für Netzwerke mit 8 und 14 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) wurden ähnlich durchgeführt. Zunächst wurde die durchschnittliche Verbindungsbenutzung ohne Einschränkung für die maximale Verbindungsbenutzung minimiert. Dann wurde die maximale Verbindungsbenutzung iterativ vermindert. Am Ende wurde die Optimierung durchgeführt, um die minimal mögliche maximale Verbindungsbenutzung zu gewinnen. Es hat sich indessen gezeigt, dass das Netzwerk mit 14 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) zum Erreichen einer optimierten Lösung komplex ist. Die maximale Verbindungsbenutzung wurde auf 38,8% vermindert, während der minimale Wert für die maximale Verbindungsbenutzung nicht bekannt ist. Indessen muss die minimale Verbindungsbenutzung größer als der Wert 32% sein, da sich das Gleichungssystem für das lineare Optimierungsproblem für diesen Wert als unlösbar erwies.
In 9 und 10 sind die Ergebnisse für die Leitwegoptimierungen mit ausgewählten oberen Schwellen für die maximale Verbindungsbenutzung der Netzwerke mit 8 und 14 Knoten/Leitwegbestimmungseinrichtungen (Router) gezeigt. Die maximale Verbindungsbenutzung konnte vermindert werden, während die durchschnittliche Verbindungsbenutzung fast unverändert bleibt. Wie durch die Säulen dargestellt, die den Unterschied zwischen der Verbindungsbenutzung zwischen der am meisten und am wenigsten benutzen Datenverbindungen identifizieren, wird die Datenverkehrsverteilung mit einer strengeren, oberen Schwelle der maximalen Verbindungsbenutzung gleichartiger. Insbesondere ließ sich der Unterschied fast auf ein Viertel des Netzwerks mit 8 Knoten/Leitwerkbestimmungseinrichtungen (Router) herabsetzen (siehe 9). Für das Netzwerk mit 14 Knoten/Leitwerkbestimmungseinrichtungen (Router) ist der Optimierungseffekt weniger klar, da in diesem Netzwerk Verbindungen vorhanden sind, die eine Benutzung von nur etwa 1%, unabhängig von der gewählten oberen Schwelle für die maximale Verbindungsbenutzung (siehe 10), aufweisen.
Da die Optimierung zu einer Verminderung der höchsten Werte für die maximale Verbindungsbenutzung führt, muss die Verbindungsbenutzung von spezifischen Verbindungen zur Kompensation angehoben werden. Wie in 11 dargestellt, ist die Verbindungsbenutzung für ausgewählte Datenverbindungen für verschiedene obere Schwellen für die maximale Verbindungsbenutzung gezeigt. Die Verbindungsbenutzung von Datenverbindungen, die ursprünglich stark benutzt waren, wurde durch eine Herabsetzung der oberen Schwelle der maximalen Verbindungsbenutzung vermindert. Dies gilt beispielsweise für die Datenverbindungen 9-4, 4-9 und 4-2. Folglich ist die Verbindungsbenutzung der Datenverbindungen 8-5, 5-8 und 3-1 angehoben.
Bei kleineren Netzwerken ist es möglich, die benötigten Informationen zum Aufbau der Matrizes mit dem Leitwegprotokoll zu sammeln (z. B. Ändern des Leitwegprotokolls oder Benutzen eines zusätzlichen Protokolls) und die optimalen Leitwegparameter in jeder Leitwegbestimmungseinrichtung (Router) zu berechnen. In diesem Fall wird keine Zentraleinheit benötigt.

Claims

durch eine Funktion, die die gegeneinander gewichtete, Verfahren zur Datenübertragung über einen optimierten Datenpfad in einem Netzwerk mit einer Mehrzahl von über Datenverbindungen verbundenen Knoten (u, v, a, b, c, d) mit den Schritten: – Feststellen eines optimierten Datenpfades von einem Sendeknoten (u) zu inem Empfangsknoten (v) durch – Festellen aller schleifenfreien Datenpfade von dem Sendeknoten (u) zum Empfangsknoten (v) über entsprechende Datenverbindungen und Knoten (u, v, a, b, c, d), – Auswählen der Datenpfade in einer solchen Weise, dass alle zwischen zwei Knoten zu übertragenen Daten über denselben Datenpfad übertragen werden, Bestimmen der maximalen Verbindungsbenutzung und der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung oder von Kombinationen der maximalen Verbindungsbenutzung und der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung der ausgewählten Datenpfade charakterisierenden Werten, – Festlegen des optimalen Datenpfades als denjenigen der ausgewählten Datenpfade mit der geringsten maximalen Verbindungsbenutzung und der geringsten durchschnittlichen Verbindungsbenutzung oder mit den geringsten Kombinationen der maximalen Verbindungsbenutzung und der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung charakterisierenden Wert, worin – die Kombinationen der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung und der aximalen Verbindungsbenutzung durchschnittliche Verbindungsbenutzung und die maximale Verbindungsbenutzung einschließt, dargestellt werden und – Übertragen der Daten von dem Sendeknoten (u) zum Empfangsknoten (v) über den optimalen Datenpfad.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Auswählens von Datenpfaden die Schritte umfasst: – Bestimmen der Datenübertragungskapazitäten der Datenpfade und Auswählen der Datenpfade, die eine ausreichende Datenübertragungskapazität zum Überträgen der Daten vom Sendeknoten (u) zum Empfangsknoten (v) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Auswählens von Datenpfaden die Schritte umfasst: – Bestimmen von physischen Verzögerungen der Datenpfade und Auswählen von Datenpfaden, die physische Verzögerungen gleich oder kleiner als eine vorgegebene maximale physische Verzögerung aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt des Festlegens des optimalen Datenpfades die Schritte umfasst: – Definieren eines Gleichungssystems für ein lineares Optimierungsproblem zum Identifizieren des optimalen Datenpfades und – Lösen des Gleichungssystems zum Bestimmen des optimalen Datenpfades.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt der Definition des Gleichungssystems den Schritt umfasst: – Definieren einer objektiven Funktion zum Bestimmen einer maximalen Verbindungsbenutzung und einer durchschnittlichen Verbindungsbenutzung oder von die Kombinationen der maximalen Verbindungsbenutzung und der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung charakterisierenden Werten.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Schritt der Definition des Gleichungssystems den Schritt umfasst: – Festlegen von Transportgrenzwertbedingungen zum Bestimmen der schleifenfreien Datenpfade.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem der Schritt der Definition des Gleichungssystems den Schritt umfasst: – Festlegen von Umleitungsgrenzwertbedingungen, durch die sichergestellt ist, dass alle zwischen zwei Knoten zu übertragenden Daten über denselben Datenpfad übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem der Schritt der Definition des Gleichungssystems den Schritt umfasst: – Festlegen von Kapazitätsgrenzwertbedingungen, um sicherzustellen, dass die Datenpfade ausreichende Datenübertragungskapazitäten aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem der Schritt der Definition des Gleichungssystems die Schritte umfasst: – Festlegen von physischen Verzögerungsgrenzwertbedingen, um sicherzustellen, dass die Datenpfade für bestimmte Datenverbindungen physische Verzögerungen aufweisen, die gleich oder kleiner als eine vorgegebene maximale physische Verzögerung sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem der Schritt des Lösens des Gleichungssystems den Schritt umfasst: – Minimieren der objektiven Funktion mit Bezug auf die Grenzwertbedingungen zum Bestimmen aller möglichen Datenpfade und zum Festlegen des Datenpfades als den optimalen Datenpfad, der die geringste maximale Verbindungsbenutzung und die geringste durchschnittliche Verbindungsbenutzung oder den für Kombinationen der maximalen Verbindungsbenutzung und der durchschnittlichen Verbindungsbenutzung kennzeichnenden, maximalen Wert aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, beidem – die letzte Lösung des Gleichungssystems, die innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls aufgefunden wird, den optimalen Datenpfad identifiziert, – wenn das benutzte Gleichungssystem unlösbar ist oder – sich kein Minimum für die objektive Funktion bestimmen lasst oder – die objektive Funktion nicht konvergiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, bei dem – die Anzahl der Variablen im Gleichungssystem herabgesetzt wird und/oder Datenverbindungen für die Lösung des Gleichungssystems in Betracht gezogen werden, indem – die Zeit für die Datenübertragung bezüglich aller schleifenfreien Datenpfade von dem Sendeknoten zum Empfangsknoten festgestellt wird und – die nicht für die Lösung des Gleichungssystems in Betracht zu ziehenden Datenpfade in der Weise identifiziert werden, dass für diese eine minimale Datenübertragungszeit und/oder eine Datenübertragungszeit kleiner ist als eine vorgegebene maximale Datenübertragungszeit, festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem – durch alle möglichen Datenpfade einbezogene Datenverbindungen für die Lösung des Gleichungssystems in Betracht gezogen werden und/oder – nicht in alle möglichen Datenpfade einbezogenen Datenverbindungen nicht für die Lösung des Gleichungssystems in Betracht gezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 13, bei dem – die physischen Verzögerungsgrenzwertbedingungen durch vorgegebene Datenübertragungszeiten für die Datenverbindung zwischen den Knoten des Netzwerkes festgelegt werden und/oder – die physischen Verzögerungsgrenzwertbedingungen durch Transformieren von Datenbandbreiten in entsprechende physische Verzögerungen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Schritt: – Bestimmen des optimalen Datenpfades kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeitpunkten oder während vorgegebener Zeitintervalle durchgeführt wird, während die zu übertragende Datenmenge kontinuierlich oder zu vorbestimmten Zeitpunkten oder während vorbestimmter Zeitintervalle bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem der Schritt: – Bestimmen des optimalen Datenpfades für eine vorgegebene oder maximale, zu übertragende Datenmenge durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem – der als der kürzeste Datenpfad festgestellte optimale Datenpfad bestimmt wird, indem – die Kosten für die Datenübertragung durch die Datenpfade festgestellt wird und der optimale Datenpfad als der kürzeste Datenpfad gewählt wird, wenn der optimale Datenpfad die geringsten Kosten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem – die Datenübertragungskosten nur für Datenverbindungen festgestellt werden, die verschiedene Knoten des Netzwerkes umfassen und/oder – die Bestimmung des optimalen Datenpfades getrennt für wenigstens zwei Teile des Netzwerkes durchgeführt wird und/oder – wenigstens ein Teil des Netzwerks in einem virtuellen Knoten gruppiert wird und der optimale Datenpfad im verbleibenden Teil des Netzwerks einschießlich des virtuellen Knotens und der optimale Datenpfad im gruppierten Teil des Netzwerks getrennt voneinander identifiziert werden.
System zur Datenübertragung über einen optimierten Datenpfad in einem Netzwerk mit – einem durch Datenverbindungen verbundene Knoten aufweisenden Netzwerk, von dem wenigstens ein Knoten ein Sendeknoten (u) und wenigstens einer der Knoten ein Empfangsknoten (v) ist und – mit dem Netzwerk verbundene Steuereinrichtungen zum Steuern der Datenübertragung im Netzwerk, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinrichtungen dazu angepasst sind, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.