DE60022406T2

DE60022406T2 - Auf Messungen basierendes Verwaltungsverfahren für paketorientierte Kommunikationsnetzwerke

Info

Publication number: DE60022406T2
Application number: DE60022406T
Authority: DE
Inventors: Eric 2L Bouillet; Debasis Summit Mitra; Kajamalai Gopalaswamy Ramakrishnan
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: US20030101263A1; EP1458134B1; DE60022406D1; EP1102432B1; EP1102432A3; EP1458134A1; JP2001189760A; US6954739B1; CA2323396C; JP2005341540A; JP4464304B2; DE60022151T2; US7165115B2; EP1102432A2; DE60022151D1; CA2323396A1; JP3694231B2

Description

Erfindungsgebiet
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Zulassungssteuerung, Leitweglenkung und Gebührenberechnung in Paketnetzen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verendung dieser Verfahren beim Betreiben von Netzen, die mehrere Verbindungsketten unterstützen.
Stand der Technik
Eine Vereinbarung über die Verbindungsgüte (SLA – Service-Level Agreement) ist ein Vertrag zwischen dem Anbieter von Paketnetzdiensten und einem seiner Kunden (d.h. Teilnehmer), der irgendeine Mindest-Dienstgüte angibt, die bei der Bearbeitung von mit einer Anwendung oder einem Dienst identifizierten Verbindungen erfüllt oder überschritten werden muß. Ein Maß der Leistung, die eine SLA angeben kann, ist der Betrag an Bandbreite, der bei Bedarf zur Verfügung stehen muß. Ein virtuelles Privatnetz (VPN – Virtual Private Network) ist definiert, wenn die SLA den bei Bedarf in jedem einer Menge von mit dem Kunden identifizierten Strömen zur Verfügung zu stellen den Betrag an Bandbreite angibt. In diesem Zusammenhang ist ein „Strom" ein Knotenpaar σ des Netzes, das bezüglich Verbindungen aus einem Ursprungknoten und einem Zielknoten besteht im Zusammenhang mit einer bestimmten Dienstklasse s. Die verschiedenen möglichen Dienstklassen können z.B. Sprache, Daten, E-mail, Dateiübertragung, Web-Browsing und Video einschließen. Ein Paketnetz ist beispielsweise ein das ATM-, IP- oder Frame-Relay-Protokoll unterstützendes Netz.
Der Begriff „Verbindung" wird zur Bezeichnung jeder kommuikationstechnischen Transaktion oder ausgeprägten Unterteilung einer kommunikationstechnischen Transaktion nutzt, die gewöhnlich als Ruf, Verbindung oder Fluß bezeichnet wird.
Beim Betrieb eines Paketnetzes müssen mit verschiedenen Kunden identifizierte ankommende Verbindungen für die gleichen Netzressourcen wie beispielsweise Verbindungsbandbreitenkapazität konkurrieren. Zusätzlich gibt es Wettbewerb um die gleichen Ressourcen durch Verbindungen unterschiedlicher Dienstklassen, ganz gleich ob diese zum gleichen Kunden oder zu unterschiedlichen Kunden gehören. In einem derartigen Umfeld ist es schwierig, jeden Kunden beständig mit der von ihm in jeder Dienstklasse verlangten Dienstgüte zu versorgen und dabei auch das Netz rentabel zu betreiben.
Ein Ansatz zu diesem Problem besteht darin, die Bandbreitenlast X_sr des Netzes für eine optimale Aufnahme des erwarteten Verkehrsverhaltens auszulegen. Hier ist die Auslegungslast X_sr die auf einem Dienstweg (s, r), d.h. auf einem Weg r zwischen einem gegebenem Ursprung-Ziel-Paar in einer gegebenen Dienstklasse s zu führende Regelbandbreite. Ein Auslegungsverfahren, das die statistischen Eigenschaften von Kommunikationsverkehr explizit anerkennt, ist z.B. in dem D. Mitra et al. am 29. Dez. 1998 erteilten US-Patent Nr. 5,854,903 mit dem Titel „Optimization Method for Routing and Logical Network Design in Multi-Service Networks" (Optimierungsverfahren zur Leitweglenkung und logischen Netzauslegung in Mehrdienstenetzen) beschrieben, das hiermit gemeinsam zugewiesen wird. Eine Erweiterung dieses beispielhaften Auslegungsverfahrens auf virtuelle private Netze ist in EP-A-0952741 beschrieben.
In EP-A-1076472 ist ein auf Konzepten bezüglich des Verkehrsflusses mit mehreren Leistungsmerkmalen beruhendes Auslegungsverfahren beschrieben.
EP-A-0790726 beschreibt das Teilen von Netzressourcen unter verschiedenen Dienstklassen. Die Leitweglenkung von Verbindungen hängt von einer Bestimmung ab, daß genügend Ressourcen zur Verfügung stehen. Wenn eine im Netz betriebene Dienstklasse Ressourcen erfordert, die die dieser Klasse zugeteilten überschreiten, können anderen Dienstklassen zugeteilte Ressourcen aufgerufen werden. Unterbelastete Klassen werden durch einen vom Zustand des Netzes abhängigen Reservierungsparameter gegen übermäßiges Borgen durch überlastete Klassen geschützt.
Obwohl solche Off-Line-Verfahren der Netzauslegung nützlich sind, bieten diese für sich nicht die Fähigkeit, auf Verkehrsverhalten in Echtzeit zu reagieren. Aufgrund der zufallsmäßig schwankenden Beschaffenheit des Verkehrs gibt es jedoch oft mögliche Gewinne an Gesamtverkehrswert oder Gesamtertrag, die realisiert werden könnten, wenn Leitwegentscheidungen durch Echtzeitmessungen informiert werden könnten.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Es sind Verfahren zur Netzverwaltung ermittelt worden, die Messungen von Verkehrsumfang (d.h. von Verkehrsbandbreite) anwenden, um nach Anspruch 1 einen größeren Wirkungsgrad beim Betrieb des Netzes zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Berechnen von Gebührenerträgen, wobei Ertragsinkremente für einen gegebenen Strom davon abhängig sind, ob der Netzdiensteanbieter in bezug auf den gegebenen Strom als zu einer SLA konform erachtet wird. Gemäß einer Ausführungsform muß der Diensteanbieter, um als konform erachtet zu werden, mindestens einen vertraglich vereinbarten Bruchteil angebotener Last (d.h. angebotener Strombandbreite) übertragen, wenn die angebotene Last innerhalb einer vertraglich vereinbarten Grenze liegt, muß aber nur eine angegebene Last übertragen, wenn die angebotene Last die vertraglich vereinbarte Grenze überschreitet. Für die angebotene Strombandbreite, die verloren geht, während der Diensteanbieter nicht konform ist, wird ein Ertragsabzug erhoben.
Bei einer Ausführungsform umfaßt die vorliegende Erfindung die Durchführung aller folgenden Schritte am Eingangsknoten für eine für einen gegebenen Strom bestimmte ankommende Verbindung: Bestimmen, ob jeder von mindestens einigen möglichen Dienstwegen für die ankommende Verbindung übersubskribiert oder untersubskribiert ist; aus Messungen angebotener und übertragener Last bestimmen, ob das Netz zu einer Bedingung konform ist, z.B. der oben beschriebenen SLA-Bedingung; Leiten der ankommenden Verbindung gemäß einem Verfahren, das vorzugsweise untersubskribierte Dienstwege auswählt; und Ansammeln eines positiven Ertragsinkrements in mindestens einem Zeitfenster für übertragene Last aufgrund der geleiteten Verbindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Flußdiagramm mit Anmerkungen, das Konformitätsentscheidungen gemäß einer beispielhaften Art von SLA darstellt. Nach der Darstellung sind vier Ergebnisse möglich, in Abhängigkeit davon: (i) ob der Kunde die vertraglich vereinbarten Grenzen der angebotenen Last in einem gegebenen Strom einhält oder nicht, und (ii), ob der Diensteanbieter (der in der Figur angezeigte SP – service provider) einen vertraglich vereinbarten Betrag der angebotenen Last überträgt oder nicht.
2 ist ein Flußdiagramm, das schrittweise Stromertragsberechnungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einem Aspekt darstellt. Am Endsummierungspunkt in der Nähe des unteren Endes der Figur wird ein positives Ertragsinkrement für übertragene Last und ein negatives Zuschlagsinkrement für verlorene Last kombiniert, um ein Netto-Stromertragsinkrement zu bilden.
3 ist ein Flußdiagramm zur Bestimmung des Belastungszustandes eines Dienstweges durch Vergleichen gemessener Lasten mit Regellast gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einem Aspekt.
4 ist ein Flußdiagramm für Bandbreiteschutz bei Leitwegentscheidungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einem Aspekt.
5 ist ein Flußdiagramm der Bearbeitung einer Anforderung für eine neue Verbindung für einen gegebenen Strom gemäß der Erfindung gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren der 5 enthält das Bandbreitenschutzverfahren der 4.
6 ist eine Tabelle einer beispielhaften Form von Bandbreitenschutz, die angebracht sein könnte, wenn vom Netz VPN unterstützt werden.
7 ist ein schematisches Diagramm eines fiktiven Kommunikationsnetzes, das als Grundlage für im Beispiel-Abschnitt unten beschriebene numerische Untersuchungen benutzt wird.
Ausführliche Beschreibung
Eine für die Ausübung der Erfindung relevante beispielhafte SLA gibt für jeden Strom (s, σ) eine summierte angebotene Bandbreite U_sσ (die „vertraglich vereinbarte angebotene Bandbreite") und eine summierte übertragene Bandbreite V_sσ (die „vertraglich vereinbarte übertragene Bandbreite") V_sσ < U_sσ an. Darin ist implizit, daß das Verhältnis V_sσ/U_sσ das vertraglich vereinbarte Flußannahmeverhältnis für den Strom ist. Es ist zu beachten, daß dieses Verhältnis nicht genau Eins sein kann, da aufgrund der statistischen Beschaffenheit des ankommenden Verkehrs nur ein Netz mit unendlicher Kapazität garantieren könnte, daß 100% der ankommenden Verbindungen angenommen werden.
Zur Bestimmung, ob Konformität mit den Angaben der SLA besteht, werden Schätzungen der tatsächlich angebotenen und übertragenen Bandbreiten aufgrund von Messungen durchgeführt. Bandbreite kann direkt durch Untersuchen der angebotenen und übertragenen Pakete gemessen werden. Als Alternative können Verbindungen gezählt werden, und die Gesamtbandbreite kann aus jeder der Verbindungen zugeordneten effektiven Bandbreiten geschlossen werden. (Effektive Bandbreite wird ausführlicher unten beschrieben). In beiden Fällen ist es vorteilhaft, daß die Bandbreitenmessungen am Eingangsknoten, d.h. am Ursprungsknoten durchgeführt werden.
Anfänglich wird ein SLA-Überwachungsverfahren auf Grundlage von Berechnung auf Verbindungsebene beschrieben. Später wird ein Beispiel von SLA-Überwachung auf Grundlage von Berechnung auf Paketebene (d.h. auf Datenebene) besprochen. In den unten beschriebenen numerischen Untersuchungen wird Berechnung auf Verbindungsebene benutzt.
Ein beispielhaftes Meßverfahren benutzt hier als „SLA-Fenster" bezeichnete Zeitfenster und benutzt auch exponentielle Glättung. Die SLA-Fensterlänge τ und der Glättungsparameter α_SLA werden ebenfalls vorteilhafterweise in der SLA angegeben.
sei ein Meßwert übertragener Strombandbreite im Zeitfenster n und
sei ein Meßwert angebotener Strombandbreite im gleichen Zeitfenster. Da jede Messung ein gewisses Maß an Schätzung umfaßt, werden diese Werte in der nachfolgenden Besprechung als „geschätzte" Bandbreitenwerte bezeichnet.
In der nachfolgenden Besprechung wird es wahlfrei sein, ob geglättete oder ungeglättete Werte von
und
benutzt werden (geglättete Werte wurden in den unten beschriebenen numerischen Untersuchungen benutzt). Um jedoch eine Form von Glättung darzustellen, die in diesem Zusammenhang nützlich ist, sollen
und
hier geglättete Werte darstellen und
und
sollen entsprechende rohe, d.h. ungeglättete Werte darstellen. Dann ist gemäß einem beispielhaften Glättungsverfahren
Gemäß einer beispielhaften SLA ist ein konformer Kunde einer, dessen angebotene Strombandbreite den vertraglich vereinbarten Betrag nicht überschreitet. Der Diensteanbieter verspricht, den gleichen Bruchteil geschätzter angebotener Bandbreite wie den Anteil an vertraglich vereinbarter übertragener zu vertraglich vereinbarter angebotener Bandbreite zu übertragen. Wenn der Diensteanbieter einen kleineren Bruchteil als versprochen überträgt, wird er als nichtkonform erklärt und zahlt einen Zuschlag für jede Verbindung, die verloren geht (d.h. nicht übertragen wird), während sich der Diensteanbieter im nichtkonformen Zustand befindet.
Andererseits ist der Kunde nicht konform, wenn er mehr Strombandbreite als den vertraglich vereinbarten Betrag anbietet. In diesem Fall verspricht der Dienstanbieter, nur den vertraglich vereinbarten Betrag an übertragener Bandbreite zu übertragen. Der Diensteanbieter wird als nichtkonform erklärt, wenn er den vertraglich vereinbarten Betrag nicht überträgt. In diesem Fall zahlt er eine Strafe für verlorene Verbindungen, d.h. für verlorene Bandbreite bis zum vertraglich vereinbarten Betrag.
Vorteilhafterweise findet die Überwachung von Kunden- und Diensteanbieterkonformität und die Erklärung entsprechender konformer und nichtkonformer Zustände am Eingangsknoten statt.
1 zeigt einen beispielhaften Entscheidungsvorgang für SLA-Konformität. Im Block 5 wird der Schätzwert
der angebotenen Strombandbreite mit dem vertraglich vereinbarten Wert U_sσ verglichen. Der Schätzwert der angebotenen Bandbreite (und wie unten ersichtlich auch der Schätzwert der übertragenen Bandbreite) wird am Ende des n-ten SLA-Fensters bestimmt. Die Variable „SLA_state", die den Wert „konform" annimmt, wenn der Diensteanbieter SLA-konform ist und sonst den Wert „nichtkonform", wird jedoch über das gesamte Fenster. hinweg als gleichförmig behandelt (allgemeiner gesagt wird das Paar von Variablen, die die jeweiligen Zustände SLA-Konformität des Kundens und des Diensteanbieters beschreiben, über das gesamte Fenster als gleichförmig behandelt.) Es wurde festgestellt, daß diese Annäherung zur Steuerung des Verarbeitungsaufwandes behilflich ist und daß es Durchschnittsbildung erlaubt und allgemein die Genauigkeit erhöht.
Die Ausgabe des Blocks 5 ist „Ja", wenn der Schätzwert der angebotenen Bandbreite nicht größer als der vertraglich vereinbarte Wert ist. In diesem Fall ist der Kunde SLA-konform, wie durch die linke Seite des Gitters unten in der Figur dargestellt, d.h. Quadranten A und B. Wenn die Ausgabe des Blocks 5 „Nein" ist, ist der Kunde nicht SLA-konform wie durch Quadranten C und D dargestellt.
Die Prüfung, ob der Dienstenabieter SLA-konform ist (was wiederum den Wert der Variablen SLA_state bestimmt) nimmt je nach dem Ergebnis des Blocks 5 unterschiedliche Formen an. Im Fall eines konformen Kundens gilt die Prüfung des Blocks 10. Im Block 10 werden Verhältnisse von übertragener Bandbreite zu angebotener Bandbreite verglichen. Wenn das Verhältnis V_sσ/U_sσ vertraglich vereinbarter Werte nicht größer als das Verhältnis
von Schätzwerten ist, wird der Diensteanbieter als SLA-konform für das Fenster n erklärt, wie im Quadrant A der Figur angezeigt. Ansonsten wird der Diensteanbieter als nicht SLA-konform erklärt wie im Quadrant B angezeigt.
Im Falle eines nichtkonformen Kundens gilt die Prüfung des Blocks 15. Entsprechend der Prüfung des Blocks 15 wird der Diensteanbieter als SLA-konform für das Fenster n erklärt, wenn der vertraglich vereinbarte Betrag V_sσ von übertragener Bandbreite nicht größer als der geschätzte Betrag
ist wie im Quadrant C der Figur angezeigt. Ansonsten wird der Diensteanbieter wie im Quadrant D angezeigt als nichtkonform erklärt.
Mit jeder übertragenen Verbindung werden Erträge für den Diensteanbieter erzeugt und ein Flußertragsmaß W_sσ(n) erhöht. Beispielsweise wird wie in 2 dargestellt ein vorheriges Summen-Ertragsmaß W_sσ(n – 1) (gezeigt im Block 20 der Figur) am Summierungspunkt 30 um den gegenwärtig im Block 25 gezeigten Betrag erhöht, um das gegenwärtige Summen-Ertragsmaß W_sσ(n) für das SLA-Fenster n zu bilden (Block 35). Das gegenwärtige Inkrement des Blocks 25 ist das Produkt der Anzahl M_sσ(n) von Verbindungen des im Fenster n übertragenen Stroms (s, σ) und eines Stromertragsparameters w_sσ. Beispielsweise aber nicht als Begrenzung wird bemerkt, daß in numerischen Untersuchungen w_sσ gleich dem Produkt der effektiven Bandbreite d_s der mittleren Haltezeit h_s von Verbindungen der Dienstklasse s gesetzt wird. Die effektive Bandbreite kann eingestellt werden, um in einem einzigen Parameter verschiedene Faktoren auf Paketebene zu berücksichtigen wie beispielsweise Bursthaftigkeit, Laufzeit, Jitter und Verlust von Netzelementen.
Wenn der Diensteanbieter Verbindungen verliert, während er sich in einem Zustand von SLA-Nichtkonformität befindet, muß er möglicherweise eine Strafe zahlen. Im beispielhaften Verfahren der 2 wird ein vorheriger Wert penalty_sσ(n – 1) eines Summen-Fluß-Penalty-Maßes (Block 55) am Summierungspunkt 60 um das gegenwärtige Penalty-Inkrement erhöht, um einen gegenwärtigen Wert penalty_sσ(n) des Summenmaßes für das Fenster n (Block 65) zu bilden. Das gegenwärtige Penalty-Inkrement ist der im Block 40 der Figur gezeigte Wert. Am Multiplizierer 50 wird jedoch dem gegenwärtigen Penalty-Inkrement ein multiplikatives Gewicht von 0 erteilt (in welchem Fall es nicht zu dem Summenwert im Block 65 zuaddiert wird), wenn der Diensteanbieter SLA-konform im Fenster n ist. Ansonsten empfängt das Penalty-Inkrement ein multiplikatives Gewicht von 1.
Wie im Block 40 dargestellt, ist das Penalty-Inkrement beispielhafterweise das Produkt von drei Faktoren: dem Stromertragsparameter w_sσ, der Anzahl N_sσ(n) und Verbindungen des Stroms (s, σ), die im SLA-Fenster n verloren gehen, und ein einstellbarer Penalty-Multiplikator m_sσ, der typischerweise größer als 1 ist.
Auch sind verschiedene alternative Penalty-Strukturen leicht implementiert. Beispielsweise wird durch die Penalty-Struktur der 2 der Diensteanbieter für alle Verbindungen bestraft, die verloren gehen, während der SLA-Zustand des Netzes im Quadrant D der 1 liegt, selbst wenn der Betrag angebotener Bandbreite die in der SLA angegebene der Norm überschreitet. Um grobe Überschreitungen angebotenen Verkehrs zu unterbinden, wird es in manchen Fällen vorteilhaft sein, den Faktor N_sσ(n) im Block 40 der 2 zu begrenzen, so daß er nur die Differenz zwischen den gemessenen (d.h. geschätzten) und vertraglich vereinbarten Werten der übertragenen Bandbreite einschließt.
Am Summierungspunkt 70 wird der Summen-Stromertragswert von Block 35 unter Summen-Penaltywert des Blocks 65 als positive bzw. negative Beiträge zum Netto-Stromertrag W_net_sσ(n) nach der Darstellung im Block 75 kombiniert. Das Summieren von W_net_sσ(n) über alle Ströme ergibt ein netzweites Maß W_net(n) von Summen-Nettoertrag wie in Block 80 dargestellt.
In der obigen Besprechung ist als wahlfrei behandelt worden, ob geglättete oder ungeglättete Werte für
und
benutzt werden. Es wird jedoch gegenwärtig angenommen, daß es besonders vorteilhaft ist, die Bestimmung des SLA-Zustandes auf geglätteten Werten zu basieren, aber den Ertrag und die Penaltywerte aus Grundlage der ungeglätteten Messungen in jedem Zeitfenster angebotener und übertragener Bandbreite zu berechnen.
Wie oben erwähnt, besteht eine Alternative zur Überwachung auf Verbindungsebene darin, die angebotene und übertragene Bandbreite auf Paket-(oder Daten-)Ebene zu messen. Zur Durchführung solcher Messungen lassen sich beispielsweise leicht Leaky-Bucket-Verfahren benutzen. (Leaky-Bucket-Messungen werden besagen, wieviel Bandbreite übertragen wurde und wieviel fallengelassen oder als nichtkonform markiert wurde. So läßt sich leicht auf den angebotenen Betrag schließen). Im Zusammenhang mit Messungen auf Paketebene soll ω_sσ den vom Diensteanbieter erzeugten Ertrag zum Übertragen einer Einheitsmenge von Daten auf dem Strom (s, σ) darstellen. So ist ein in diesem Zusammenhang für den inkrementellen Gewinn an Ertrag für das Fenster n zutreffender Ausdruck
Eine Penalty-Struktur, von der angenommen wird, daß sie im Zusammenhang mit Messungen auf Paketebene besonders vorteilhaft ist, wird durch die Regelungen (i)–(iii) unten für den Wert der inkrementellen Penalty für Zeitfenster n, d.h. für penalty_sσ(n) – penalty_sσ(n – 1) definiert. Die Regelungen werden unter Bezugnahme auf Quadranten A–D der 1 getroffen.

(i) Wenn der SLA-Zustand für Strom (s, σ) des Netzes im Quadrant A oder C liegt, ist die inkrementelle Penalty Null.
(ii) Wenn der SLA-Zustand im Quadrant B liegt, ist die inkrementelle Penalty
(iii) Wenn der SLA-Zustand im Quadrant D liegt, ist die inkrementelle Penalty

Die Schreibweise [...]⁺ bedeutet, daß wenn die eingeklammerte Menge weniger als Null ist, sie auf Null gesetzt werden sollte.
Wie bemerkt wird vorteilhafterweise ein Off-Line-Auslegungsverfahren zur Zuteilung (im statistischen Sinn) des angebotenen Verkehrs für jeden Strom unter den zulässigen Leitwegen für diesen Strom eingesetzt. Von der Auslegungsphase zum SLA-Verwaltungsverfahren weitergegebene Informationen werden allgemein U_sσ und V_sσ wie auch die bemessenen Dienstwegbelastungen X_sr enthalten. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Lasten X_sr aus dem Rohergebnis der Auslegung abzuleiten, das auf Mittelwerten von Verkehrsbandbreite basiert auf eine Weise, die zusätzliche Kapazität in Erwartung von Verkehrsveränderlichkeit reserviert. Wenn daher das Auslegungsverfahren einen Mittelwert M_sr von auf einem Dienstweg übertragener Summenbandbreite ergibt, wird der entsprechende Lastparameter X_sr gleich M_sr zuzüglich eines auf Verkehrsveränderlichkeit bezogenen Zusatzinkrements gesetzt. Obwohl als ein solches Maß von Veränderlichkeit beispielsweise die Standardabweichung benutzt werden könnte, hat sich herausgestellt, daß ein ausreichendes Maß durch die Quadratwurzel des Mittelwertes geboten wird. Dementsprechend hat sich als vorteilhaft herausgestellt,
zu setzen, wobei γ eine kleine nichtnegative Zahl typischerweise um 0,5 ist. Auf ähnliche Weise hat sich als vorteilhaft herausgestellt,
zu setzen, wobei β eine weitere kleine nichtnegative Zahl ebenfalls typischerweise um 0,5 ist. Im obigen Ausdruck ist M_sσ die mittlere übertragene Summenbandbreite auf dem Strom (s, σ), die aus dem Auslegungsverfahren erhalten wird. Mit zunehmendem β nimmt der vertraglich vereinbarte Betrag V_sσ übertragener Bandbreite mit steigender Verkehrsveränderlichkeit steil ab. So ist Erhöhen von β angemessen zum Widerspiegeln steigender Abneigung des Diensteanbieters, Strafen für verlorene Verbindungen auf sich zu nehmen. Andererseits wird durch Erhöhen von β auch allgemein das vertraglich in der SLA vereinbarte Flußannahmeverhältnis V_sσ/U_sσ verringert.
Eine Penalty-Struktur für verlorene Verbindungen, so wie sie oben beschrieben ist, kann wahlweise im Auslegungsverfahren aufgenommen werden, obwohl sich etwas zusätzliche Komplexität ergibt. In den numerischen Untersuchungen, deren Ergebnisse unten berichtet werden, wurde die Penalty-Struktur nicht im Auslegungsverfahren eingeschlossen.
Auch lassen sich alternative Ertragsstrukturen leicht implementieren. Beispielsweise könnte der Dienste anbieter wünschen, eine Gebühr zum Übertragen von Verbindungen mit dem vertraglich vereinbarten Bandbreitenwert zu erheben, wenn der Betrag angebotener Bandbreite den vertraglich vereinbarten Wert überschreitet, d.h. wenn der Netzzustand im Quadrant C der 1 liegt. In einem solchen Fall kann ein zweitrangiger Ertragsparameter größer als der Grundstromertragsparameter w_sσ angewandt werden, wenn der Netzzustand im Quadrant C liegt. Ein solcher zweitrangiger Parameter kann z.B. auf alle übertragene Bandbreite angewandt werden, oder es kann veranlaßt werden, daß er nur auf den vertraglich vereinbarten Betrag überschreitende übertragene Bandbreite angewandt wird.
In der Phase der Netzverwaltung, die als „Leitwegklassifizierung" bezeichnet wird, wertet jeder Eingangsknoten für jedes Zeitfenster n eine Variable status_sr(n) aus, die auf der über Verbindungen angesammelten Bandbreitenlast jedes Dienstweges (s, r) vom Eingangsknoten basiert, und unterhält eine Datenbank dieser Variablen. Jede Variable status_sr(n) wird zu Beginn des Zeitfensters n berechnet und bleibt während des Fensters fest. Diese Zustandsvariable wird für jeden zulässigen Weg r für jeden Strom mit dem gegebenen Knoten als Eingangsknoten, für jeden entsprechenden Ausgangsknoten und für jede Dienstklasse s berechnet.
Die 3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Auswerten von status_sr(n). Im Block 85 wird die gemessene Bandbreitenlast Z_sr(n) auf dem Dienstweg (s, r) zu Beginn des Fensters n mit der Auslegungslast X_sr(n) verglichen. Wie im Block 90 angezeigt wird der Belastungszustand des Dienstweges als „untersubskribiert" erklärt (d.h. status_sr(n) wird gleich US gesetzt), wenn die gemessene Last nicht größer als die Auslegungslast ist. Wie im Block 95 angezeigt, wird der Belastungszustand als „übersubskribiert" erklärt (status_sr(n) wird gleich OS gesetzt), wenn die gemessene Last größer als die Auslegungslast ist. Der Belastungszustand von Dienstwegen ist bei der Implementierung der hier als „Leitweglenkung und Zulassungssteuerung" bezeichneten Phase von Wichtigkeit, die unten beschrieben wird.
Nunmehr wird ein beispielhaftes Verfahren zum Messen der Bandbreitenlast Z_sr(n) auf dem Dienstweg unter Verwendung von aus örtlichen Messungen am Eigangsknoten berechneten Mengen beschrieben. Dieses Messungsverfahren auf einem Fenster mit Länge τ und auf exponentieller Glättung mit einem Glättungsparameter α. Ein ähnliches Verfahren, möglicherweise unter Verwendung anderer Werte der Fensterlänge und des Glättungsparameters, läßt sich leicht zum Berechnen der angebotenen und übertragenen Stromlasten
und
anwenden.
t sei ein Zeitwert im n-ten Fenster, d.h. (n – 1)τ ≤ t < nτ. Y_sr(t) sei die Summen-Bandbreitennutzung auf Dienstweg (s, r) zur Zeit t. Es ist zu beachten, daß sich Y_sr(t) mit jeder neuen Verbindung um eine Einheit der effektiven Bandbreite d_s erhöht und sich mit jedem Verbindungsabgang um den gleichen Betrag erniedrigt.
sei die mittlere Bandbreitennutzung auf dem Dienstweg über das n-te Fenster, d.h.
Z_sr(n + 1) sei die exponentiell geglättete Schätzung von Bandbreitennutzung angesammelt über Verbindungen auf dem Dienstweg zu Beginn des (n + 1)-ten Fensters.
Dann ist gemäß dem vorliegenden Verfahren
Es ist in dieser Hinsicht zu bemerken, daß, dann nur der Eingangsknoten Verbindungen auf dem Dienstweg (s, r) aufgebaut haben wird, ohne Störung von anderen Knoten (die natürlich bezüglich Verbindungen für ihre eigenen Ströme Eingangsknoten sein können), stehen ihm alle notwenigen Lastinformationen zur Verfügung.
Es folgt eine Beschreibung von Steuerungsalgorithmen zur Leitweglenkung und Zulassungssteuerung. Es ist als erstes zu beachten, daß diese Algorithmen eine als virtuelle Partitionierung (VP – Virtual Partitioning) bekannte Methode anwenden. Bei der VP-Methodik wird die Bandbreitenkapazität jeder Verbindungsstrecke l als eine Ressource angesehen, die ein Wettbewerbsgegenstand für alle Dienstwege ist, in denen die Verbindungsstrecke l enthalten ist. Bei der gegenwärtigen Anwendung von VP wird den (zu einer gegebenen Zeit) untersubskribierten konkurrierenden Dienstwegen Vorzug gegenüber übersubskribierten Dienstwegen erteilt. Wie unten erläutert wird diese Bevorzugung durch ein hier als Bandbreitenschutz (BP – Bandwidth Protection) bezeichnetes Verfahren implementiert, wenn neue, einem gegebenen Strom zugeordnete Verbindungen aufgebaut werden. Es ist zu beachten, daß bei Verbindungsaufbau in einer beispielhaften Implementierung der Eingangsknoten an jede Verbindungsstrecke auf einem interessierenden Dienstweg eine Anforderung und eine Anzeige des Wertes von status_sr(n) für den interessierenden Dienstweg und das gegenwärtige Zeitfenster n sendet.
Es wird nunmehr das Bandbreitenschutzverfahren unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Dieses Verfahren wird vorteilhafterweise am Eingangsknoten durchgeführt. l sei eine von der möglichen Dienstweg durchlaufende Verbindungsstrecke darstellen, C_l soll die Bandbreitenkapazität der Verbindungsstrecke l darstellen und l y_l(t) soll die Gesamt-Bandbreitennutzung auf der Verbindungsstrecke zur Zeit t des Verbindungsaufbaus darstellen. (Selbstverständlich kann y_l(t) C_l nicht überschreiten). (s, r) soll einen möglichen Dienstweg darstellen, der zum Leiten einer ankommenden Verbindung ausgewählt worden ist.
Im Block 100 der Figur wurde eine Bestimmung getroffen, ob der Zustand des möglichen Dienstweges im gegenwärtigen Fenster n untersubskribiert ist (d.h. ob status_sr(n) gleich US ist). Wenn der Dienstweg als untersubskribiert identifiziert wird, wird im Block 105 eine weitere Bestimmung getroffen, ob es genügend verfügbare Bandbreite auf dem Dienstweg zur Annahme der Verbindung gibt. Im Block 105 wird die Bandbreite nur dann als genügend erachtet, wenn es zur Verbindungsaufbauzeit für jede, vom möglichen Dienstweg durchlaufene Verbindungsstrecke l genügend übrige Kapazität gibt, um die effektive Bandbreite d_s der ankommenden Verbindung aufzunehmen, d.h. nur wenn für alle
Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird wie im Block 115 angezeigt die Verbindung angenommen. Ansonsten wird die Verbindung wie in Block 120 angezeigt abgewiesen.
Wiederum bezugnehmend auf Block 100 ist, wenn der Dienstweg als nicht untersubskribiert bestimmt wird, er übersubskribiert (d.h. status_sr(n) ist gleich US). In diesem Fall wird die Bestimmung, ob es genügend verfügbare Bandbreite auf dem Dienstweg zur Annahme der Verbindung gibt, im Block 110 getroffen. Die im Block 110 angewandte Prüfung ist aufwendiger als die im Block 105 angewandte. Im Block 110 muß jede vom Dienstweg durchlaufene Verbindungsstrecke l übrige Kapazität nicht nur für die effektive Bandbreite d_s sondern auch für eine hier als Bandbreitenreservierung bezeichnete Menge an Bandbreite Rd ^ besitzen. Das heißt die Verbindung wird nur dann angenommen (im Block 125), wenn für alle
Ansonsten wird die Verbindung abgewiesen (im Block 130).
Durch die Bandbreitenreservierung Rd ^ wird das Leitweglenkungsverfahren gezwungen, untersubskribierten Dienstwegen in zweierlei Hinsicht den Vorzug zu geben. Als erstes muß ein Versuch, eine Verbindung auf einem übersubskribierten Dienstweg zu leiten, eine aufwendigere Prüfung bestehen als ein Leitwegversuch auf einem untersubskribierten Dienstweg. Zweitens wird durch Erzwingung der Bandbreitenreservierung sichergestellt, daß nach erfolgreichem Leiten einer Verbindung auf einem übersubskribierten Dienstweg jede Verbindungsstrecke entlang diesem Weg, immer noch die Kapazität aufweist, eine Verbindung auf mindestens einem untersubskribierten Dienstweg zu übertragen, in dem diese Verbindungsstrecke enthalten ist. (In Abhängigkeit des Wertes von R kann es übrige Kapazität geben, Verbindungen auf mehreren untersubskribierten Dienstwegen zu übertragen).
Die hier beschriebene Bandbreitenreservierung ist das Produkt von zwei Faktoren: dem Bandbreitenschutzparameter R und einer Menge d ^. Der Bandbreitenschutzparameter ist eine einstellbare kleine positive Zahl typischerweise im Bereich 1,0–2,0 und beispielhafterweise rund 1. Die Menge d ^ ist z.B. die größte effektive Bandbreite über alle Dienstklassen; d.h. d ^ = max d_s.
Es ist zu bemerken, daß ein Versuch, eine Verbindung auf einem ausgewählten Dienstweg aufzubauen, nur dann erfolgreich sein wird, wenn alle Verbindungsstrecken auf dem Dienstweg die Verbindung annehmen, nachdem das Bandbreitenschutzverfahren der 4 implementiert worden ist.
Wie bemerkt stellt die Menge y_l(t) die Gesamtbandbreitennutzung auf einer Verbindungsstrecke l zur Zeit t des Verbindungsaufbaus dar. Es gibt verschiedene Weisen, auf die der Eingangsknoten diese Informationen betreffs der Bandbreitennutzung auf dem zu relevanten Leitwegen gehörenden Verbindungsstrecken erfassen kann. Ein Ansatz besteht darin, daß der Eingangsknoten nach Bedarf Erkundungsanfragen aussendet, beispielhafterweise durch Aussenden von spezialisierten Erkundungspaketen, die Nutzungsinformationen von relevanten Routern erfragen. Ein solcher Ansatz ist zwar wirkungsvoll, trägt aber eine relativ große Menge an Zeichengabeverkehrsaufwand zum Netz bei, was in mindestens einigen Fällen als nachteilig beurteilt wird. Ein manchmal als „periodische Überflutung" bezeichneter alternativer Ansatz besteht darin, daß der Eingangsknoten periodische Anforderungen an das Netz von Nutzungsinformationen rundsendet. Durch diesen Ansatz wird weniger Verkersoverhead als durch die Verwendung von Erkundungspaketen zugefügt, aber spät im Rundsensezyklus vor der nächsten Anforderung muß der Eingangsknoten im allgemeinen vereinzelte Informationen benutzen.
Bei einem weiteren dritten Ansatz, von dem angenommen wird, daß er in mindestens einigen Fällen vorteilhaft sein wird, werden Nutzungsinformationen angewandt, die der Eingangsknoten durch vorhergehende Verbindungsaufbauinformationen erfaßt hat. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, daß er nur wenig oder gar kein Zeichengabeverkehrs-Overhead hinzufügt und für mindestens einige Leitwege so aktuell wie der jüngste Leitwegversuch ist. Die Verwendung vorheriger Verbindungsaufbauversuche zur Auffassung von Verbindungsnutzungsinformationen wird beispielsweise in EP-A-0 777 362 besprochen.
Uns nunmehr der 5 zuwendend ist dort im Block 15 eine Anforderung zum Leiten einer neuen Verbindung für den Strom (s, σ) dargestellt. Blöcke 140 und 145 stellen einen Versuch zum Leiten der Verbindung gemäß einem als sticky routing (dauerhafte Leitweglenkung) bekannten Verfahren dar. Sticky routing wird beispielsweise bei R.J. Gibbens et al., „Dynamic alternative routing-modeling and behavior" (dynamische alternative Leitweglenkung – Modellierung und Verhalten) Proc. 12th Int. Teletraffic Congress, Torino, 3.4A.3.1–3.4A3.7 (1988) beschrieben.
Der Eingangsknoten besitzt die Wahlmöglichkeit, die neue Verbindung auf jedem zulässigen Leitweg für den relevanten Strom zu leiten. Gemäß dem Sticky-Routing-Verfahren wird bevorzugt, den letzten Dienstweg zu benutzen, auf dem eine Verbindung für den gleichen Strom erfolgreich geleitet wurde. Bei dem beispielhaften Verfahren der 5 kann jedoch ein solcher letzter Dienstweg (im Block 140 als „current(s, r)" bezeichnet) nur dann ausgewählt werden, wenn er im gegenwärtigen Zeitfenster n untersubskribiert ist. wenn daher die Prüfung für untersubskribierten Zustand des Blocks 140 bestanden ist, wird wie im Block 145 angezeigt der Dienstweg current(s, r) für den Leitwegversuch ausgewählt.
Wenn die Prüfung des Blocks 140 nicht bestanden wird, dann wird wie im Block 150 angezeigt eine Bestimmung getroffen, ob es im gegenwärtigen Zeitfenster irgendeinen Dienstweg in der Menge zusätzlicher Leitwege R(s, σ) gibt, der untersubskribiert ist. wenn mindestens ein solcher Dienstweg besteht, wird eine Menge R_US(s, σ, n) der zulässigen Dienstwege im Zeitfenster n definiert und wie im Block 155 angezeigt wird ein Mitglied dieser Menge, beispielsweise ein zufallsmäßig gewähltes Mitglied für den Wegeleitungsversuch ausgewählt.
Wenn im Block 150 keine zulässigen untersubskribierten Dienstwege gefunden werden, dann wird wie im Block 160 angezeigt ein bevorzugter der verfügbaren übersubskribierten Dienstwege ausgewählt. Der bevorzugte übersubskribierte Dienstweg ist derjenige, der als maximal unterlastet bestimmt wird. In diesem Zusammenhang ist die Höhe der Unterbelastung die Höhe, um die die Regellast X_sr die Summen-Bandbreitennutzung Y_sr(t) auf einem Dienstweg zur Zeit t überschreitet. So ist der maximal unterbelastete Weg der Weg der Menge zulässiger Wege, der die Größe Y_sr(t) – X_sr minimiert. Es ist zu beachten, daß die Bestimmung eines maximal unterbelasteten Weges leicht am Eingangsknoten bestimmt werden kann, da der Eingangsknoten im Besitz der Werte von Y_sr(t) und X_sr ist.
Sobald ein Dienstweg ausgewählt worden ist, wird im Block 165 der Versuch, die Verbindung auf dem ausgewählten Weg aufzubauen, durchgeführt, wo das Bandbreitenschutzverfahren der 5 implementiert wird. Im Block 170 wird eine Bestimmung getroffen, ob der Wegeleitungsversuch erfolgreich war. Wenn Ja, dann wird entsprechend Sticky-Routing, sofern benutzt, das den letzten erfolgreichen Dienstweg current(s, r) enthaltende Register aktualisiert, wie im Block 175 angezeigt. Wenn die Prüfung im Block 170 einen erfolglosen Versuch anzeigt, dann könnte die Verbindung verloren gehen oder als Alternative könnte ein neuer Versuch gemacht werden, die Verbindung gemäß einem unten beschriebenen, als crankback (Zurückverweisung) bezeichneten Verfahren zu leiten.
Wenn Sticky Routing angewandt wird, dann wird, wenn die Prüfung am Block 170 einen erfolglosen Wegeleitungsversuch anzeigt, current(s, r) wie in Block 180 angezeigt auf einen Wert Null gesetzt.
Wenn ein Versuch, eine Verbindung auf einem ausgewählten Dienstweg aufzubauen, fehlgeschlagen ist, wird die Wahrscheinlichkeit, daß der Dienstweg eine weitere Verbindungsaufbauanforderung annehmen kann, anfangs gering sein, aber mit der Zeit zunehmen. Dementsprechend wird es allgemein vorteilhaft sein, den ausgewählten Dienstweg für eine Zeitdauer T_rec, die als recovery time (Erholungszeit) bezeichnet wird, außer Betracht zu lassen. Die Entfernung eines solchen Weges aus dem Wegeauswahlverfahren für eine Zeitdauer T_rec ist in der 5 am Block 180 angezeigt.
Wie am Block 185 angezeigt werden Überwachungsdaten mit den Ergebnissen des Verbindungsaufbauversuchs der Blöcke 135–180 aktualisiert. Mit „Überwachungsdaten" sind Informationen gemeint, die in Zustandsentscheidungen, Ertrags- und Strafenberechnungen und dergleichen zu nutzen sind. Diese Informationen umfassen z.B. Einträge in Datenbanken am Eingangsknoten, die die Anzahl von übertragenen und blockierten Verbindungen, die übertragene und blockierte Bandbreite und dergleichen verfolgen.
Wie bemerkt kann ein neuer Aufbauversuch durch Anwenden eines Zurückverweisungsverfahrens gemacht werden, wenn der Verbindungsaufbauversuch fehlgeschlagen ist. Gemäß einem beispielhaften Zurückverweisungsverfahren wird nach dem Block 185 das Verfahren der Blocke 140–185 so lange wiederholt, bis die neue Verbindung geleitet worden ist, oder bis die Aufbauanforderung eine angegebene Anzahl von Malen fehlgeschlagen ist. In mindestens einigen Fällen könnte es vorteilhaft sein, Zurückverweisung nur dann anzuwenden, wenn gewisse Bedingungen erfüllt sind. Beispielsweise wird in einer Form selektiver Zurückverweisung ein neuer Aufbauversuch nur dann getätigt, wenn Verlust dem Diensteanbieter eine Strafe einbringen würde, d.h. nur wenn der Diensteanbieter bezüglich des entsprechenden Stroms gegenwärtig nicht-SLA-konform ist.
Es ist oben bemerkt worden, daß die aus der Off-Line-Auslesungsphase zum SLA-Verwaltungsverfahren weitergegebenen Informationen im allgemeinen den Auslegungswert U_sσ angebotener Strombandbreite, den Auslegungswert V_sσ übertragener Strombandbreite und die Mittelwerte M_sr von auf den jedem Strom entsprechenden jeweiligen Dienstknoten übertragener Summenbandbreite einschließen. Wie bemerkt werden aus den Werten M_sr bemessene Dienstweglasten X_sr erhalten.
Auch ist oben bemerkt worden, daß ein VPN definiert wird, wenn die SLA den Betrag an bei Bedarf jedem einer Menge durch den Kunden identifizierten Strömen zur Verfügung zu stellende Bandbreite angibt. Das oben beschriebene Konzept von SLA-Konformität bezüglich angebotener und übertragener Strom-Bandbreite läßt sich leicht erweitern, um Konformitätsfragen zu behandeln, wo ein VPN angegeben worden ist. Das heißt, wo vorher die Prüfungen der Blöcke 10 und 15 der 15 auf für einen gegebenen Strom (s, σ) spezifische Größen V_sσ, U_sσ,
angewandt wurden, werden die gleichen Prüfungen nunmehr auf analoge Größen
die für einen gegebenen Teilstrom (s, σ, ν) spezifisch sind, der zu einem bestimmten VPN mit dem Index ν gehört. Ein solcher Teilstrom wird als ein „VPN-Strom" bezeichnet.
So läßt sich leicht eine Ertrags- und Strafenstruktur wie oben in Verbindung mit 2 besprochen ausarbeiten, um den Nettoertrag abzudecken, den der Diensteanbieter von einem Kunden erhalten kann, indem er ein VPN für den Kunden betreibt.
Ein oder mehrere VPN können als Eingabe in die Off-Line-Auslegungsphase angegeben werden. In einem solchen Fall sind Dienstweglasten
, die analog zu den oben erwähnten Lasten X_sr für den Verkehr bestimmter VPN spezifisch sind, direkt oder nach Abänderung aus der Ausgabe der Auslegungsphase erhältlich. Die Lasten
werden als „VPN-Dienstwegregellasten" bezeichnet.
Es ist oben bemerkt worden, daß verschiedene Dienstwege (sowohl für den gleichen Strom als auch für unterschiedliche Ströme) um begrenzte Bandbreitenkapazität auf denjenigen Verbindungsstrecken konkurrieren, die unter den Dienstwegen geteilt werden.
Wenn zu viel Verkehr durch eine gegebene Verbindungsstrecke geleitet wird, kann das einen Netzstau ergeben. Das vorliegende Bandbreitenschutzverfahren trägt dazu bei, solche Staus zu verhindern, indem es Verbindungsbandbreite auf übersubskribierten Dienstwegen reserviert, die untersubskribierten Dienstwegen zur Verfügung gestellt werden kann, die die gleichen Verbindungsstrecken schneiden.
Wenn VPS eingeführt werden, erscheinen zusätzliche Formen des Wettbewerbs. Beispielsweise können verschiedene VPN nunmehr um die gleiche Verbindungsbandbreite konkurrieren und innerhalb eines einzelnen VPN können verschiedene Ströme wie auch zum gleichen Strom gehörende unterschiedliche Wege um die gleiche Verbindungbandbreite konkurrieren. Diese Wettbewerbsformen werden leicht durch eine einfache Erweiterung des Bandbreitenschutzverfahrens der 4 gehandhabt. Das frühere Konzept wird durch Definieren einer neuen Variablen status (ν) / sr(n) erweitert, die zu der oben definierten Variablen status_sr(n) analog ist, aber für einen zum VPN ν gehörende Dienstweg spezifisch ist. Ein VPN-Dienstweg (s, r; ν) wird. als untersubskribiert erklärt und status (ν) / sr(n) wird gleich US gesetzt, wenn die gemessene Last
auf dem VPN-Dienstweg (s, r; ν) im Zeitfenster n nicht größer als die Regellast
ist. Ansonsten wird der VPN-Dienstweg als übersubskribiert erklärt und status (ν) / sr(n) wird gleich OS gesetzt.
Wie im Verfahren der 4 wird eine Bandbreitenreservierung
auferlegt, wenn eine Verbindung auf einem übersubskribierten VPN-Dienstweg geleitet wird.
Innerhalb eines gegebenen VPN kann auch Wettbewerb zwischen den verschiedenen, diesen VPN zugeordneten Dienstklassen stattfinden. Das heißt, es wird oft der Fall sein, daß der Eigentümer eines VPN weniger an der Verbindungsannahmerate für eine bestimmte Dienstklasse als an der Summen-Annahmenrate von Verbindungen aller Klassen interessiert ist. Ein solcher VPN-Eigentümer wird zu verhindern wünschen, daß Verbindungen einer bestimmten Dienstklasse die Netzressourcen dominieren und Verbindungen anderer Klassen verdrängen. In einem solchen Umfeld ist es nützlich, ein gegebenes VPN-Ursprung-Ziel-Paar als übersubskribiert zu kennzeichnen, wenn es mehr als für einen Sollanteil von Verkehr erhält. Eine neue Verbindung einer beliebigen Dienstklasse wird nur dann zwischen einem übersubskribierten Paar geleitet, wenn dem sich ergebenden VPN-Dienstweg einen Bandbreitenreservierung
auferlegt wird.
Als allgemeine Regel wird der Bandbreitenreservierungsparameter R₁ allen VPN im Netz gemein sein, während der Bandbreitenreservierungsparameter
für jedes VPN getrennt ausgehandelt wird. Im allgemeinen wird
mindestens so groß wie R₁ sein.
Die vorhergehenden Konzepte werden ausführlicher unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Im Kasten 190 nimmt die Variable
wie oben erläutert den Wert US oder OS an. Im Kasten 195 wird eine weitere Variable
eingeführt. Diese weitere Variable wird unter Bezugnahme auf eine VPN-Regellast
definiert, die durch Summieren der Lastvariablen
über alle Dienstklassen und alle zulässigen Wege erhalten wird.
Das heißt
wobei R^(ν)(s,σ) die Menge zulässiger Wege für den VPN-Strom (s, σ, ν) ist. Die Regellast
wird mit einer gemessenen Last
gleich der übertragenen Bandbreite im Zeitfenster n für VPN-Ströme (s, σ, ν) summiert über alle Dienstklassen verglichen. Wenn
nicht größer als
ist, wird die Variable status (ν) / σ(n) gleich US gesetzt. Ansonsten wird sie gleich OS gesetzt.

Quadrant A der Figur stellt den Zustand dar, in dem sowohl status (ν) / sr(n) als auch status (ν) / σ(n) gleich US sind. In diesem Fall wird eine ankommende Verbindung zur Wegeleitung auf dem vorgeschlagenen Dienstweg angenommen, ohne eine Bandbreitenreservierung aufzuerlegen.
Quadrant B der Figur stellt den Zustand dar, indem status (ν) / sr(n) OS ist, aber status (ν) / σ(n) US ist. In diesem Fall wird die Verbindung nur dann angenommen, wenn eine Bandbreitenreservierung
zur Verfügung steht.
Quadrant C der Figur stellt den Zustand dar, in dem status (ν) / sr(n) US ist, aber status (ν) / σ(n) OS ist. In diesem Fall wird die Verbindung nur dann angenommen, wenn eine Bandbreitenreservierung
zur Verfügung steht.
Quadrant D der Figur stellt den Zustand dar, in dem status (ν) / sr(n) und status (ν) / σ(n) beide OS sind. In diesem Fall wird die Verbindung nur dann angenommen, wenn beide der oben beschriebenen Bandbreitenreservierungen zur Verfügung stehen, d.h. nur dann, wenn eine gesamte Bandbreitenreservierung
zur Verfügung steht.

Der Fachmann wird aus der obigen Besprechung erkennen, daß VPN-Verkehr auf verschiedenen Ansammlungsebenen untersucht werden kann. Auf einer niedrigen Ansammlungsebene kann Verkehr auf der Ebene von VPN-Dienstwegen untersucht werden, die durch das Triplett von Indizes (s, r; ν) identifiziert werden. (Es versteht sich, daß alle Wege r, auf die Bezug genommen wird, irgendeinem gegebenen Ursprung-Ziel-Paar σ entsprechen, das aus einem Ursprung, d.h. Eingangsknoten σ₁ und einem Ziel, d.h. Ausgangsknoten σ₂ besteht). Auf höherer Ebene wird Verkehr über alle Wege entsprechend einem gegebenen Strom angesammelt. Dadurch wird die VPN-Stromebene definiert, die durch das Triplett von Indizes (s, σ, ν) identifiziert wird.
Auf noch höherer Ebene wird VPN-Stromverkehr über alle Dienstklassen angesammelt. Dadurch wird die durch das Paar Indizes (σ, ν) identifizierte VPN-Pipe-Ebene definiert. Es versteht sich, daß die oben definierte Variable status (ν) / σ(n) auf Verkehrsbelastung auf der VPN-Pipe-Ebene bezogen ist.
Auf einer noch höheren Ebene wird VPN-Pipe-Verkehr über verschiedene Ursprung-Ziel-Paare σ angesammelt, die sich einen gemeinsamen Eingangsknoten σ₁ teilen. Anders gesagt wird der gesamte VPN-Pipe-Verkehr von einem gegebenen Eingangsknoten zusammengesammelt. Damit wird die durch das Paar Indizes (σ1; ν) identifizierte VPN-Hose-Ebene definiert.
Durch das oben unter Bezugnahme auf 6 beschriebene Verfahren soll das Teilen von Bandbreite durch VPN-Dienstwege und VPN-Pipes geregelt werden. In mindestens einigen Fällen wird es vorteilhaft sein, das Verfahren der 6 auf einer höheren oder niedrigeren Ansammlungsebene als der VPN-Pipe-Ebene anzuwenden. Das heißt eine Variable analog zu status (ν) / σ(n) läßt sich leicht auf der VPN-Strom-Ebene oder der VPN-Hose-Ebene ausarbeiten und als Ersatz für status (ν) / σ(n) im Verfahren der 6 anwenden.
Beispiel
Es ist eine numerische Fallstudie durchgeführt worden, die auf einem fiktiven Netz mit acht Knoten (N = 8) basiert, von denen 10 Paare wie in 7 gezeigt direkt verbunden sind. Das Netz besitzt 20 gerichtete Verbindungsstrecken (L = 20), eine in jeder Richtung für jedes angeschlossene Knotenpaar. Die typische Bandbreite einer gerichteten Verbindungsstrecke beträgt OC3 = 155 MBps, mit der Ausnahme der Strecken, der Argonne (3) und Princeton (4) und auch Houston (8) und Atlanta (7) verbinden, die Bandbreiten von 2 × OC3 = 310 MBps aufweisen. Ein Maß der Gesamtressourcen im Netz sind 24 OC3-Abschnitte.
Es gibt sechs Dienstklassen: Sprache, Daten 1, Daten 2, Daten 3, Daten 4 und Video, jeweils indiziert durch s = 1, 2, ..., 6. Die effektiven Bandbreiten einzelner Flüsse dieser Klassen sind d_s = 16, 48, 64, 96, 384 und 640 kBps. Sprache (s = 1) und Video (s = 6) sind laufzeitempfindliche Dienstklassen und ihre Mengen zulässiger Wege R(s, σ) bestehen nur aus Wegen mit der Mindestzahl an Abschnitten. Es gibt insgesamt 68 Wege für jede dieser zwei Dienstklassen. Die übrigen vier sind Datendienstklassen, die alle Laufzeit unempfindlich sind. Ihre Mengen zulässiger Wege R(s, σ), s = 2, 3, 4, 5 sind identisch und bestehen aus Wegen mit höchstens vier Abschnitten. Für jeden derartigen s gibt es insgesamt 160 Wege.
Die mittleren Dauern oder Haltezeiten h_s von Flüssen der Dienstklassen sind wie folgt: h_s = 1, 1, 1, 4, 4, 6, 67, wobei die Zeiteinheit 3 Minuten beträgt. So dauern Videoflüsse durchschnittlich 20 Minuten.
Als nächstes werden die den Strömen (s, σ) angebotenen Summenbandbreiten U_sσ beschrieben, die auch im SLA vorgesehen sind und in der Auslegung benutzt werden. Es werden die Matrizen U₁ = {U_sσ}, s = 1, 2 , ..., 6 definiert und weiterhin wird der Kompaktheit halber eine einzige Basismatrix U definiert, aus der U_s = k_sU erhalten wird, wobei k_s ein skalarer Multiplikator ist. Die Multiplikatoren sind k_s = 0,39, 0,14, 0,12, 0,14, 0,11, 0,10. Das gesamte Verkehrsangebot für die Echtzeitdienste (s = 1 und 6) wird annähernd durch das für Datendienste ausgewogen. Die Tabelle 1 gibt die Matrix U.
Die Umwandlung von übertragenen Flüssen in Ertrag wird auf der Basis berechnet, daß es für eine Zeiteinheit übertragener Bandbreite von 16 kBps eine Ertragseinheit erzeugt.
Die Auslegung für die Fallstudie wurde mit den in D. Mitra et al., „ATM network design and optimaztion: A multirate loss network framework" (ATM-Netzauslegung und -optimierung: ein Rahmen für ein Netz mit mehrratigem Verlust), IEEE/ACM Trans. Networking 4 531–543 (1996) beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die Auslegung ergibt die Flußannahmeverhältnisse für einzelne Ströme, die 0,99 überschreiten.
Es werden drei Szenarios in Betracht gezogen, jeweils mit einem ausgeprägten Verkehrsverhalten, das durch die Menge tatsächlich angebotenen Summenverkehrs aller Ströme (s, σ), d.h. für alle Dienstklassen und Eingangs-Ausgangs-Knotenpaare gekennzeichnet ist. Die Verkehrsverhalten sind folgende:

(i) NORMAL: Der Idealfall, in dem der angebotene Verkehr U_{(s, σ)} mit den vorgesehenen Größen in der SLA und Auslegung identisch ist.
(ii) SYMMETRISCH ABNORMAL: Die Hälfte der Knotenpaare, die willkürlich ausgewählt sind, weisen überhaupt kein Verkehrsangebot auf, während die andere Hälfte Verkehrsangebot für jede der Dienstklassen aufweisen, die das Doppelte der SLA-/Auslegungswerte betragen.
(iii) UNSYMMETRISCH ABNORMAL: 25% aller Knotenpaare, die willkürlich ausgewählt sind, weisen tatsächliches Verkehrsangebot für jede der Dienstklassen auf, die das Doppelte ihrer jeweiligen Werte in der SLA/Auslegung betragen, während für die übrigen 75% der das eigentliche Verkehrsangebot wie erwartet ist.

Es wird angenommen, daß die Überlebenszeiten oder Haltezeiten der Flüsse exponentiell verteilt sind.
Während oben Nettoertrag W_net(...) und penalty(...) als kumulativ definiert worden sind, sind die in diesem Abschnitt gebotenen Ergebnisse für Zeiteinheit, d.h. erhalten aus den Summengrößen durch Teilen durch die Länge der simulierten Zeit.
Der Musterweg (Zeit und Profil für jede Flußanforderung) wurde identisch für alle Versuche in einem gegebenen Szenario wiedergegeben. Für jeden Versuch werden 10 Millionen Flüsse simuliert. Die hier berichteten Statistiken basieren auf Ergebnissen, die über eine Übergangszeit gesammelt wurden, die als groß genug gewählt wurde, daß ein stationärer Zustand erreicht wird. Die Anzahl von Flüssen, die zu den Statistiken beitragen, ist groß genug, um die Vertrauensintervalle vernachlässigbar klein zu machen.
Die in dieser Untersuchung interessierenden Parameter sind β, der Kompensationsparameter in der Auslegungs-/SLA-Schnittstelle; α und τ, der exponentielle Glättungsparameter und die Fensterlänge im Meßverfahren, und, was wichtig ist, R, der Bandbreitenschutzparameter.
Die Messungsparameter sind empirisch gewählt worden. Ein größeres α bedeutet größere Glättung genau wie eine größere Fensterlänge. Durch Erhöhen von einem dieser Parameter wird die Güte der Messung verbessert, aber zu Kosten einer langsameren Reaktion auf bedeutsame Verkehrsschwankungen. In den Untersuchungen ist festgestellt worden, daß ein zufriedenstellender Kompromiß darin besteht, τ gleich 1 zu setzen, der Größenordnung der Durchschnittshaltezeit, und α als 0,8 zu haben. Auch ist für die hier berichteten Ergebnisse angenommen worden, daß der Glättungsparameter und die Fensterlänge im SLA-Überwachungsverfahren die gleichen wie oben sind.
Effekt des Bandbreitenschutzes. Der Effekt des Bandbreitenschutzes auf den Nettoertrag ist in Tabellen II, III und IV für normale, symmetrisch abnormale bzw. unsymmetrisch abnormale Szenarios angezeigt. Für diese Untersuchungen sind die Parameter γ und β als 0,5 festgelegt worden. Die selektiven Zurückverweisungen und Erholungszeitmechanismen werden hier nicht angewandt.
Für normale Verkehrsbedingungen wurde festgestellt, daß der Effekt des Bandbreitenschutzes und des Penalty-Multiplikators auf den Nettoertrag gering war. Dies ist zu erwarten, da der Leitwegalgorithmus besonders für diesen Verkehrszustand optimiert ist, um den Ertrag zu maximieren, und die SLA auch so ausgearbeitet worden ist, daß die tatsächlich übertragene Bandbreite sehr nahe bei der angebotenen Bandbreite liegt, was ein kleines Verlustverhältnis anzeigt. Infolge dessen ist die Strafe im Vergleich zum gesamten erzeugten Ertrag unbedeutend. Darüber hinaus verringert sich der erzeugte Gesamtertrag etwas mit zunehmendem Bandbreitenschutz. Dieses Verhältnis zeigt an, daß Bandbreitenschutz aufgrund der bursthaftigen Beschaffenheit des Verkehrsangebots selbst unter normalen Bedingungen angewandt wird.
Uns als nächstes dem symmetrischen abnormalen Verkehrsverhalten zuwendend, wird zum ersten Mal eine bemerkbare Lücke zwischen der angebotenen Bandbreite und der tatsächlich übertragenen Bandbreite beobachtet, obwohl die gesamte angebotene Bandbreite beinahe normal ist. Der Effekt des Bandbreitenschutzes ist nunmehr am wichtigsten; während der Schutz keinen drastischen Verlust hinsichtlich des gesamten erzeugten Ertrags bewirkt, wird die Strafe um eine Größenordnung verringert, wenn eine Einheit Bandbreitenschutz angewandt wird, und um eine weitere Hälfte, wenn zwei Einheiten Bandbreitenschutz angewandt werden. Im Fall des unsymmetrischen abnormalen Verkehrs ist dieses Verhalten noch betonter und in beiden Szenarios ist ersichtlich, daß ein geringer Schutz überraschend nutzbringend und ausreichend ist. In Abhängigkeit von dem benutzten Penalty-Multiplikator zeigen die Ergebnisse an, daß hier ein Optimalwert für den Bandbreitenschutzparameter entweder 1 oder 2 ist.
Effekt des Kompensationsparameters in der Auslegungs-SLA-Schnittstelle. Tabelle V zeigt den Effekt des Veränderns von β für die drei Szenarios, wenn der Bandbreitenschutzparameter R = 1 ist, wobei die anderen Parameter die gleichen wie oben sind.
TABELLE I Basis-Matrix U in MBps
TABELLE II NORMALES Verkehrsszenario
TABELLE III SYMMETRISCHES ABNORMALES Verkehrsszenario
TABELLE IV UNSYMMETRISCHES ABNORMALES Verkehrsszenario
TABELLE V Effekt von β für jedes Verkehrsszenario

Claims

Verfahren zur Gebührenberechnung für mindestens eine Dienstklasse, die durch Übertragen angebotener Bandbreite zwischen Ursprungsknoten und Zielknoten eines Kommunikationsnetzes bereitgestellt wird, wobei jedes Ursprungs-Ziel-Knotenpaar σ in Verbindung mit einer Dienstklasse s als ein Strom (s, σ) zu bezeichnen ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: (a) bezüglich mindestens eines Stroms (s, σ) Bestimmen für jedes von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Zeitfenstern, ob das Netz konform oder nicht konform ist; (b) für jedes dieser Zeitfenster Einsammeln eines positiven Ertragsinkrements für jede Einheit angebotener Bandbreite, die übertragen wird; und (c) für jedes dieser Zeitfenster Ansammeln eines negativen Ertragsinkrements für jede Einheit angebotener Bandbreite, die nicht übertragen wird, während das Netz nicht konform ist, wobei: (A) für gemessene werte der angebotenen Strombandbreite, die eine vertraglich vereinbarte Höchstgrenze nicht verletzen, das Netz konform ist, wenn ein gemessenes Verhältnis von übertragener zu angebotener Strombandbreite mindestens ein vertraglich vereinbarter Wert derselben ist, aber das Netz sonst nicht konform ist; und (B) für gemessene Werte der angebotenen Strombandbreite, die die vertraglich vereinbarte Höchstgrenze verletzt, das Netz konform ist, wenn ein gemessener Wert übertragener Strombandbreite mindestens ein vertraglich vereinbarter Wert desselben ist, aber das Netz sonst nicht konform ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch folgende Schritte für mindestens eine Dienstklasse s: (a) an mindestens einem als Eingangsknoten zu bezeichnenden Knoten Messen der Belastung durch mindestens einige Dienstwege, für die dieser Knoten der Ursprungsknoten ist; (b) am Eingangsknoten Vergleichen der Belastung mindestens einiger Dienstwege mit vorbestimmten Regelbelastungen, um dadurch zu bestimmen, ob der Belastungszustand dieser Dienstwege untersubskribiert oder übersubskribiert ist; und (c) am Eingangsknoten Auswählen in mindestens einem Zeitfenster eines Dienstweges zu einem Ziel, um darauf mindestens eine ankommende Verbindung zu leiten, wobei diese Auswahl so ausgeführt wird, daß zuerst untersubskribierte Dienstwege versucht werden, ehe irgendein übersubskribierter Dienstweg versucht wird; und (d) Leiten der Verbindung auf dem ausgewählten Weg.