DE60034120T2

DE60034120T2 - Routing-vorrichtung

Info

Publication number: DE60034120T2
Application number: DE60034120T
Authority: DE
Inventors: Neil James Davies; Judith Yvonne Holyer; Peter William Thompson; Jeremy Thomas Bradley; Pauline Patricia Francis-Cobley
Original assignee: U4EA TECHNOLOGIES Ltd
Current assignee: GOS Networks Ltd
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: BR0009994A; US7006435B1; CA2371194A1; CN1258900C; DE60034120D1; CA2371194C; WO2000065783A1; AU774660B2; EP1177659B1; ATE358374T1; EP1177659A1; BRPI0009994B1; AU4133700A; JP2002543669A; CN1358382A; GB9909436D0; JP4807539B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Routinganordnungen für Datenübertragungsnetzwerke und im Besonderen auf Routinganordnungen, die eine Fähigkeit dazu aufweisen, Entscheidungen zu treffen.
Nachrichtenübermittlungsnetzwerke, in denen Daten in Datenpaketen von einer Quelle auf einen Zielort übertragen werden, wobei jedes Datenpaket in einer Reihe von Schritten von einer Komponente in dem Netzwerk an die Nächsten geschickt wird, bis es seinen Zielort erreicht, sind gut bekannt. Einige solcher Netzwerke versuchen, Garantien der Bandbreite und bestimmte Grenzen der Verzögerung zur Verfügung zu stellen, die Datenpakete erfahren, und den Anteil von diesen, die während Zeiten der Stauung verworfen werden müssen.
Ein Problem in solchen Netzwerken ist, in der Lage zu sein, die Menge der in das Netzwerk zugelassenen Daten einzuschränken, um einen guten Grad des gesamten Diensts zur Verfügung zu stellen. Eine Lösung für dieses Problem ist es zu erlauben, dass eine Quelle eine Reihe von Paketen von Daten nur dann in das Netzwerk einbringt, nachdem eine Anforderung dieses zu tun, vom Netzwerk (in einem eine "Aufrufannahme" genannten Schritt) akzeptiert worden ist. In gegenwärtigen Netzwerken wird die Entscheidung, eine solche Anforderung zu akzeptieren oder nicht, durchgeführt, ohne die Fähigkeit des Netzwerks zu betrachten, tatsächlich durchgehende Anforderungen zur Verfügung zu stellen, oder schließt ein zentralisiertes Verfahren ein, das den gegenwärtigen Satz der vom Netzwerk akzeptierten Anfragen als Ganzes im Auge behält. Im ersten Fall können vom Netzwerk keine Garantien für den Dienst angeboten werden, nur Versprechungen, einige Datenpakete relativ besser als andere zu behandeln; während im zweiten Fall das zentralisierte Verfahren die Aufrufannahmeleistung des Netzwerks einschränkt. In jedem Fall können Garantien für den Dienst in gegenwärtigen Netzwerken nur unter der Bedingung wesentlicher Unterauslastung der Netzwerkressourcen gegeben werden, um die Kapazität zur Verwendung durch Dienste mit garantierter Qualität vor zur Verfügung zu stellen.
Wenn ein Switch in einem Netzwerk bei oder nahe bei seiner vollen Kapazität läuft, verschlechtert sich die Leistung für den gesamten Datenverkehr (das heißt der Fluss von Paketen von Daten, wie zuvor erwähnt), es sei denn, dass ein Teil des Datenverkehrs bevorzugt behandelt wird. Traditionell werden Stauungsteuerungsmechanismen eingebracht, um den Datenverkehr an dem Punkt zu verwalten, an dem eine Warteschlange an einem Switch beginnt, voll zu werden. Mehr Puffer hinzuzufügen, kann den Verlust offensichtlich steuern. Es ergibt sich ein Nachteil daraus, weil die zusätzlichen Puffer weitere Verzögerungen einbringen und zu Übertragungswiederholung von Datenverkehr führen können und dies die Stauung dann noch weiter erhöht.
Es wird gegenwärtig in der akademischen Literatur allgemein verstanden, dass, wie veranschaulicht von Kleinrock, L., "Queuing Systems Volume II: Computer Applications", Wiley, New York, 1976 oder Stallings, W., "High-Speed Networks: TCP/IP and ATM Design Principles", Prentice Hall, New Jersey, 1998, in dem Maße, wie die Nachfrage an jedem Switch an Eins herangeht, die durchschnittlichen Warteschlangengröße und die Verzögerung ohne Begrenzung wachsen, und dies ist der Fall unabhängig davon, wie auch immer die Switches verwaltet werden und was auch immer ihre Konfiguration ist. Traditionell werden Stauungsteuerungsmechanismen, wie in Jain, R., "Congestion Control and Traffic Management in ATM Networks: Recent Advances and A Survey", Computer Networks and ISDN Systems, vol. 28, Nr. 13, November 1996, Seiten 1723-1738 beschrieben, eingebracht, um den Datenverkehr an dem Punkt zu verwalten, an dem die Warteschlange an einem Switch beginnt, voll zu werden. Mehr Puffer hinzuzufügen, kann den Verlust offensichtlich steuern. Es ergibt sich ein Nachteil daraus, weil die zusätzlichen Puffer weitere Verzögerungen einbringen und zu Übertragungswiederholung von Datenverkehr führen können und dies die Stauung dann noch weiter erhöht.
Es gibt eine Notwendigkeit, diese Probleme anzugehen, um in der Lage zu sein, Übertragungen mit der Möglichkeit verbesserter Dienstqualität zu leiten.
Die Verwendung von Prioritäten oder dem gewichteten fairen Einreihen (weighted fair queuing) ist bekannt, wie auch die Verwendung von selektivem Verwerfen, um die Warteschlangenlänge einzugrenzen, wie zum Beispiel in McDysan, D. und Spohn, D. "ATM Theory and Application", McGraw Hill, New York 1998, Seiten 630-632 beschrieben. Es gibt jedoch kein gegenwärtig beschriebenes, einfaches Verfahren um zu entscheiden, ob man einen Aufruf zulässt und sowohl seine Anforderungen bezüglich Verlust wie auch seine Anforderungen bezüglich Verzögerung zu erwägen, um die Flexibilität auszunutzen, die von der Kombination von diesen Verfahren angeboten wird.
WO 98/28939 beschreibt ein deterministisches Verfahren, durch das der Datenverkehr dynamisch an einem Knoten klassifiziert und flussabwärts geliefert wird. Weitersendungen können abgebrochen werden auf Grund dessen, dass Toleranzen der Verzögerung überschritten werden. Mit diesem Mittel wird eine gewisse Anzahl von Datenflüssen mit einer minimalen Bandbreite garantiert. Jedoch wird nur die Leistung an einem einzelnen Knoten angesprochen, nicht die durchgehende Leistung. Weiterhin wird der Datenverkehr von der Anordnung in Klassen eingeordnet, nicht aufgrund der Entscheidung eines Benutzers.
US 5,408,465 beschreibt eine Anordnung, die weiche deterministische Garantien anbietet, dass die durchgehende QoS (Quality of Service – Dienstgüte) die meiste Zeit berücksichtigt wird, und die "Pseudoverkehr" verwendet, um zu entscheiden, ob sie wirklichen Datenverkehr zulässt.
US 5,357,507 beschreibt eine Anordnung, in der der Zellenverlust der hauptsächliche QoS Parameter ist und hängt von zweiten Ableitungen der Merkmale am eingehenden Datenverkehrsstrom ab. Die Anordnung weist 0 Puffer auf. WO 95/17061 beschreibt eine Anordnung, in der Zellenverlust der hauptsächliche QoS Parameter ist, und die Theorie der großen Abweichungen verwendet. EP 0 673 138 A beschreibt eine deterministische Anordnung, in der Zellenverlust der hauptsächliche QoS Parameter ist. EP 0 814 632 A beschreibt eine Anordnung, in der Zellenverlust der hauptsächliche QoS Parameter ist, und die Einreihen mit strenger Priorität unterstellt. US 5,881,049 und Äquivalente beschreiben eine Anordnung, in der Zellenverlust oder Verzögerung der QoS Parameter ist. Keine dieser Anordnungen erwägt sowohl Verlust als auch Verzögerung in ihrer QoS Entscheidungsfindung.
EP 0 828 362 A beschreibt eine Anordnung, die eine zentrale Netzwerksteuereinheit für CAC (Call Admission Control) verwendet und keine Garantien für die Dauer einer Verbindung liefert.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Routinganordnung für Routingaufrufe an einem Knoten in einem Datenpaketübertragungsnetzwerk zur Verfügung gestellt, wobei jeder Aufruf mit festgelegten Parametern für seinen Verlust und seine Verzögerung in dem Netzwerk übertragen wird, wobei die Routinganordnung umfasst:
Aufrufannahmesteuerungsschaltung für das Empfangen einer Aufrufanforderung und für das Lesen:

(i) der festgelegten Parameter und jeglicher Werte für Verlust und Verzögerung, die bereits an vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind, oder
(ii) der festgelegten Parametern wie modifiziert, um Verlust und Verzögerung zu berücksichtigen, die bereits an vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind,

(i) der Aufrufanforderung mit modifizierten Werten für Verlust und Verzögerung, oder
(ii) der Aufrufanforderung mit modifizierten Parametern, um Verlust und Verzögerung zu berücksichtigen, die an diesem und an vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind,

Entsprechend einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren dafür zur Verfügung, Datenströme an einem Knoten in einem Datenpaketübertragungsnetzwerk zu leiten, wobei jeder Datenstrom mit festgelegten Parametern für seinen Verlust und seine Verzögerung im Netzwerk übertragen wird, wobei das Verfahren umfasst:
das Empfangen einer Datenstromanforderung;
Lesen:

(i) der festgelegten Parameter und jeglicher Werte für Verlust und Verzögerung, die bereits an vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind, oder
(ii) der festgelegten Parameter wie modifiziert, um Verlust und Verzögerung zu berücksichtigen, die bereits an vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind,

(i) der Datenstromanforderung mit modifizierten Werten für Verlust und Verzögerung, oder
(ii) der Datenstromanforderung mit modifizierten Parametern, um Verlust und Verzögerung zu berücksichtigen, die an diesem und vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind,

Vorzugsweise umfasst die Routinganordnung Mittel für das Wahrnehmen eines Aufrufstörungssignals von einem anderen Knoten im Netzwerk und für das Freigeben der Puffer, die es für diesen Aufruf zugewiesen hatte.
In einem Beispiel, stellt die vorliegende Erfindung ein Knotengerät für den Betrieb an einem Knoten in einem Datenübertragungsnetzwerk zur Verfügung, wobei zwei oder mehr Aufrufe, die Dienstgüteerfordernisse angegeben haben, durch den Knoten weitergeleitet werden können, wobei der Knoten umfasst:
einen Eingang für den Empfang von Daten;
einen Ausgang für das Senden von Daten;
eine Datenflusseinheit für das Leiten von an dem Eingang empfangenen Daten an den Ausgang zur Übertragung; und
eine Datenflusssteuerung zur Steuerung des Betriebs der Datenflusseinheit, um das Leiten eines Teils der Daten zu verzögern und/oder zu versagen, um der festgelegten Dienstgüte zu entsprechen.
Vorzugsweise wird die Dienstgüte spezifiziert durch weniger als drei aus der Gruppe bestehend aus maximaler Verlustrate, minimaler Verzögerung und minimalem Durchsatz. Vorzugsweise ist die Datenflusssteuerung dazu in der Lage, den Betrieb des Knotens und/oder jegliche zugehörige Datenverbindungen zu modellieren, um ein Unspezifiziertes aus der Gruppe bestehend aus Verlustrate, Verzögerung und Durchsatz zu schätzen. Vorzugsweise ist die Datenflusssteuerung dazu in der Lage, die Wirkung eines zusätzlichen Aufrufs zu modellieren, der eine festgelegte Dienstgüte aufweist. Dieses Modellieren kann verwendet werden, um zu entscheiden, ob man den Aufruf, zum Beispiel durch den Knoten der bestimmt, ob die Wirkung wäre, zu versagen, der festgelegten Dienstgüte zu entsprechen, akzeptiert oder zurückweist. Vorzugsweise ist die Datenflusssteuerung dazu in der Lage, die Wirkung eines zusätzlichen Aufrufs zu modellieren und eine Nachricht zu erzeugen, die einen oder mehrere Parameter anzeigt, die die für diesen Aufruf verfügbare Dienstgüte anzeigen.
Vorzugsweise umfasst die Datenflusseinheit Mittel dafür, mindestens zwei Kategorien von Datenverkehr zu unterscheiden. Vorzugsweise umfasst sie auch einen Puffer für das Halten von Datenpaketen vor einer Übertragungswiederholung. Vorzugsweise umfasst sie auch ein Mittel dafür, Datenpakete zu verwerfen, die zu einer Kategorie gehören, wenn die Anzahl von Datenpaketen im Puffer eine Schwelle übersteigt. Vorzugsweise ist sie ansprechbar, um den Wert der Schwelle zu variieren. Vorzugsweise umfasst sie auch ein Mittel, um weiterhin mindestens zwei Klassen des Datenverkehrs zu unterscheiden, von denen jede den Datenverkehr von einer der oben genannten Kategorien enthalten kann. Vorzugsweise umfasst sie auch ein Mittel, um die Übertragungswiederholung von im Puffer gehaltenen Datenpaketen festzulegen, so dass der ersten Klasse zugeteilte Datenpakete bevorzugt werden gegenüber jenen, die der zweiten Klasse zugeteilt sind. Vorzugsweise ist sie ansprechbar, um die Zuordnung von empfangenen Datenpaketen zu den Kategorien und den Klassen zu variieren.
Vorzugsweise ist die Datenflusssteuerung in der Lage, die Schwelle der Datenflusseinheit einzustellen. Vorzugsweise ist sie auch in der Lage, die Zuordnung von empfangenen Datenpaketen zu den Kategorien und den Klassen zu variieren.
In einem weiteren Beispiel wird eine Routinganordnung für das Routing von Aufrufen an einem Knoten in einem Datenpaketübertragungsnetzwerk zur Verfügung gestellt, wobei jeder Aufruf mit festgelegten Parametern für seine akzeptable Verzögerung und die Wahrscheinlichkeit des Verlusts während der Übertragung in das Netzwerk übertragen wird, wobei die Routinganordnung umfasst:
Aufrufannahmesteuerungsschaltung für

(i) das Empfangen einer Aufrufanforderung, die Parameter für die Dienstgüte umfasst
(ii) das Modellieren der Dienstgüte für den Aufruf, wenn er durch diesen Knoten geführt würde,
(iii) das Erzeugen von angepassten Parametern für die Dienstgüte durch Einstellen der empfangenen Parameter für die Dienstgüte, um eine Reduktion der Dienstgüte zu berücksichtigen, wenn der Aufruf durch diesen Knoten weitergeleitet würde,
(iv) das Zurückweisen des Aufrufs, wenn die eingestellten Parameter für eine unzulässige Dienstgüte bezeichnend sind, und
(v) das Senden der eingestellten Parameter an einen anderen Knoten im Netzwerk, wenn die eingestellten Parameter für eine akzeptable Dienstgüte bezeichnend sind.

Die Parameter für die Dienstgüte umfassen vorzugsweise mindestens zwei aus: minimaler Verzögerung, maximaler Verlustrate und minimalem Durchsatz und/oder Graden der Variation der Verzögerung, der Verlustrate oder des Durchsatzes und Extremwerten von wahrscheinlichen Werten.
Entsprechend einem weiteren Beispiel wird eine Knoteneinheit für den Betrieb an einem Knoten in einem Datenübertragungsnetzwerk zur Verfügung gestellt, wobei zwei oder mehr Aufrufe, die bestimmte Dienstgüteerfordernisse aufweisen, durch den Knoten weitergeleitet werden können, wobei der Knoten umfasst:
einen Eingang für das Empfangen von Daten;
einen Ausgang für das Senden von Daten; und
eine Datenflusseinheit für das Leiten von an dem Eingang empfangenen Daten an den Ausgang zur Übertragung; wobei der Knoten ansprechbar ist durch:
eine Datenflusssteuerung zur Steuerung des Betriebs der Datenflusseinheit, um das Leiten eines Teils der Daten zu verzögern und/oder zu versagen, um der festgelegten Dienstgüte zu entsprechen.
Entsprechend einem weiteren Beispiel wird in einem Netzwerk, das einen oder mehrere Knoten für Datenverkehr aufweist, der eine Vielfalt von Erfordernissen aufweist, ein Mittel zur Verfügung gestellt, wodurch ein Netzwerkknoten, der begrenzte Ressourcen zugewiesen hat (im Besonderen die Kapazität von Netzwerkverbindungen, die er ansteuert, und seine interne Kapazität, um Datenpakete von Daten für eine spätere Übertragung zu halten) entscheiden kann, ob er dazu in der Lage ist, mit einer Anforderung einverstanden zu sein (ob implizit oder explizit), einen Datenstrom oder eine Ansammlung von Datenströmen von Daten durch ihn zu unterstützen, die bestimmte Merkmale von Datenverlust und Verzögerung aufweisen, unter der Voraussetzung, dass eine Anzahl von anderen Datenströmen oder eine Ansammlung von Datenströmen bereits unterstützt werden, ohne in irgendwelche Interaktionen mit anderen Netzwerkknoten einzugreifen oder Information über Datenströme zu erhalten, die von anderen Knoten im Netzwerk unterstützt werden, auf solch eine Weise, das die gesamten durchgehenden Anforderungen des Datenstroms erfüllt werden können, dies bedeutet, bestehend aus:

1. Innerhalb des Knotens Information über jeden Datenstrom von durch diesen hindurch gehenden Daten aufrecht zu erhalten, im Besonderen des aufgelaufenen Verlusts und der aufgelaufenen Verzögerung dieses Datenstroms zwischen seiner Quelle und der entsprechenden Ausgangsverbindung des Knotens, einschließend dem Verlust und der Verzögerung, die vom Knoten selbst auferlegt werden, die Netzwerkverbindungsbandbreite und die intern zugewiesene Pufferkapazität;
2. Das Identifizieren einer eingehenden Nachricht als eine Anforderung, einen neuen Datenstrom von Daten zu unterstützen;
3. Von der eingehenden Anforderung den angeforderten maximalen Verlust und die maximale Verzögerung und den Verlust und die Verzögerung zu bestimmen, die bis dahin aufgelaufen sind;
4. Einen Parameter anzuwenden, um zu bestimmen, welcher Anteil des Unterschieds zwischen dem angeforderten maximalen Verlust und der maximalen Verzögerung und dem Verlust und der Verzögerung, die bis dahin aufgelaufen sind, von diesem Knoten hinzugefügt werden kann, um so an einer Menge von Verlust und Verzögerung anzukommen, die hinzugefügt werden kann;
5. Eine Berechnung auszuführen, entweder durch Anwendung des beschriebenen Algorithmus oder durch Verweis auf ein vorab berechnetes Nachschlagen in einer Tabelle, um die zusätzlichen Kapazitäten einzurichten, die notwendig sind, um den zusätzlichen Verlust und die zusätzliche Verzögerung zu unterstützen, die dem Datenstrom auferlegt werden;
6. Überprüfen, ob diese zusätzlichen Kapazitäten verfügbar sind; und
7. Wenn sie es sind: a. die Nachricht zu aktualisieren, die dazu auffordert, dass der Datenstrom eingerichtet wird, so dass der aufgelaufene Verlust und die aufgelaufene Verzögerung um den Verlust und die Verzögerung erhöht werden, die vom Multiplexen von Datenströmen auf die Netzwerkverbindung durch den Knoten auferlegt werden, und senden der Nachricht an die nächste Stufe ihres Wegs; b. Hinzufügen dieser Information bezüglich dieses Datenstroms zu der bereits bezüglich anderer Datenströme gehalten, und c. Berechnen der optimalen Zuordnung des vollständigen Satzes von Datenströmen zu den verfügbaren Ressourcen; und
8. Wenn sie es nicht sind, die Nachricht an ihre Quelle zurückzugeben die den Datenstrom anfordert, mit einem Hinweis darauf, dass die Anforderung zurückgewiesen wird.

Der angeforderte maximalen Verlust und die angeforderte maximale Verzögerung und der Verlust und die Verzögerung, die bis dahin für die Anforderung aufgelaufen sind, können geeignet von der Anforderungsnachricht extrahiert werden. Der Parameter, um festzulegen, welcher Anteil des Unterschieds zwischen dem angeforderten maximalen Verlust und der angeforderten maximalen Verzögerung und dem Verlust und der Verzögerung, die so weit aufgelaufen sind, von diesem Knoten hinzugefügt werden können, um bei einer Menge von Verlust und Verzögerung anzukommen, die hinzugefügt werden können, kann geeignet programmiert werden. Der Parameter, um zu bestimmen, welcher Anteil des Unterschieds zwischen dem angeforderten maximalen Verlust und der angeforderten maximalen Verzögerung und dem Verlust und der Verzögerung, die so weit aufgelaufen sind, von diesem Knoten hinzugefügt werden kann, um bei einer Menge von Verlust und Verzögerung anzukommen, die hinzugefügt werden können, kann geeignet berechnet werden aus dem Weg, den die Anforderungsnachricht nimmt. Die Berechnung der optimalen Zuordnung des vollständigen Satzes von Datenströmen zu den verfügbaren Ressourcen kann geeignet ausgeführt werden, bevor die Anforderung zu dem nächsten Knoten gesandt wird. Die Berechnung der optimalen Zuordnung des vollständigen Satzes von Datenströmen zu den verfügbaren Ressourcen kann geeignet ausgeführt werden, nachdem die Anforderung an den nächsten Knoten weitergeleitet wird. Der Inhalt der Nachschlagetabelle kann geeignet durch Lösen eines bestimmten Systems von Gleichungen berechnet werden, dass das Betriebsverhalten des Knotens darstellt. Die Aufrufannahmenachricht enthält geeignet Information von dem überschüssigen Verlust- und Verzögerungsbudget des durchgehenden Aufrufs, das der Knoten reduziert, bevor er es weiterleitet und sein gespeichertes Überschussbudget erhöht zur Verwendung durch einen anschließenden Aufruf.
Es wird bevorzugt, dass in einer Anordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung die Größen von Warteschlangen gesteuert werden können, um den wirkungsvollen Durchsatz zu maximieren und die Verzögerung zu reduzieren. Datenpaketverluste können vorzugsweise gegen den Durchsatz und die Verzögerung abgewogen werden. Das Netzwerk kann dann vorzugsweise bei voller oder im Wesentlichen voller Auslastung laufen, was auch immer die Anforderung an dieses ist, bis zu einer durch die Kapazität des Netzwerks festgelegten Grenze.
Es wird bevorzugt, dass keine Schritte ergriffen werden, um einen Datenpaketverlust um jeden Preis zu vermeiden. Jedoch ist der Datenpaketverlust vorzugsweise ein QoS Parameter, am meisten bevorzugt durch die Spezifikation einer endlichen, nicht Null betragenden Datenpaketverlustrate. Wenn die Anordnung mit fast voller Kapazität läuft, wird es bevorzugt, dass erwartet wird, dass etwas von dem Datenverkehr verloren geht. Dieser Verlust kann geeignet auf alle Datenverkehrsströme gleich an gewandt werden, so dass jeglicher Datenverkehr äquivalent durch die Stauung verschlechtert wird. Es ist vorzugsweise möglich, dass einiger Datenverkehr mehr "bevorzugt" wird (das heißt nicht verloren geht), während anderer Datenverkehr (geeigneter Weise Datenverkehr wie Stimmendaten, die dringender sind und nur nützlich sein werden, wenn sie mit einer kurzen Verzögerung ankommen) nicht weiter verzögert wird. Dies ist so, weil, wenn Datenverkehr zu spät an seinem Zielort ankommt, um für eine Anwendung von Nutzen zu sein, er dann effektiv schon verloren ist und es ist unpassend, ein Netzwerk mit Datenverkehr zu verstopfen, der nicht pünktlich zugestellt werden kann. Im Allgemeinen wird es am meisten bevorzugt, dass sowohl Verzögerung als auch Verlust eingestellt und eingegrenzt werden können, um eine vernünftige Systemleistung zu bewahren.
Vorzugsweise stellt die Anordnung starke statistische Garantien dafür zur Verfügung, wie viel der Zeit ein bestimmter QoS respektiert wird. Die Anordnung kann ein operationelles Modell und/oder statistische Verfahren verwenden. Das von der Anordnung analysierte QoS gibt vorzugsweise eine durchgehende QoS Leistung für eine Nachricht an.
Vorzugsweise werden Mittel zur Verfügung gestellt, wodurch ein Netzwerkknoten, der begrenzte zugewiesene Ressourcen aufweist (besonders die Kapazität von Netzwerkverbindungen, die er ansteuert, und seine interne Kapazität, Datenpakete von Daten für eine spätere Übertragung zu halten) entscheiden kann, ob er dazu in der Lage ist, mit einer Anforderung einverstanden zu sein, einen Datenstrom von Daten durch ihn zu unterstützen, der bestimmte Merkmale von Datenverlust und Verzögerung aufweist, unter der Voraussetzung, dass eine Anzahl von anderen Datenströmen bereits unterstützt wird, ohne in irgendwelche Wechselwirkungen mit anderen Netzwerkknoten einzutreten oder Information über Datenströme zu halten, die von anderen Knoten im Netzwerk unterstützt werden, auf eine solche Weise, dass die gesamten durchgehenden Anforderungen des Datenstroms erfüllt werden können. Um dieses zu erreichen, werden vorzugsweise die folgenden Schritte ausgeführt:

1. Innerhalb des Knotens Information über jeden Datenstrom von Daten aufrecht zu erhalten, der durch diesen hindurch läuft, im Besonderen den aufgelaufenen Verlust und die aufgelaufene Verzögerung dieses Datenstroms zwischen seiner Quelle und der entsprechenden Ausgangsverbindung des Knotens, einschließlich des Verlusts und der Verzögerung, die vom Knoten selbst auferlegt werden, der Netzwerkverbindungsbandbreite und der internen Pufferkapazität, die zugewiesen wird,
2. Das Identifizieren einer eingehenden Nachricht als Anforderung dafür, einen neuen Datenstrom von Daten zu unterstützen;
3. Von der eingehenden Anforderung den angeforderten maximalen Verlust und die maximale Verzögerung und den Verlust und die Verzögerung zu extrahieren, die bis dahin aufgelaufen sind;
4. Einen vorprogrammierten Parameter anzuwenden, um festzulegen, welcher Anteil des Unterschieds zwischen dem angeforderten maximalen Verlust und der angeforderten maximalen Verzögerung und dem Verlust und der Verzögerung, die bis dahin aufgelaufen sind, von diesem Knoten hinzugefügt werden können, um bei einer Menge von Verlust und Verzögerung anzukommen, die hinzugefügt werden können;
5. Eine Suche in einer Tabelle auszuführen (die durch Lösen eines bestimmten Systems von Gleichungen berechnet werden kann, die das Betriebsverhalten des Knotens darstellen), um die zusätzlichen Kapazitäten einzurichten, die notwendig sind, um den zusätzlichen Verlust und die zusätzliche Verzögerung zu unterstützen, die dem Datenstrom auferlegt werden müssen;
6. Überprüfen, ob diese zusätzlichen Kapazitäten verfügbar sind; und
7. Wenn sie es sind: a. die Nachricht zu aktualisieren, die den einzurichtenden Datenstrom anfordert, so dass der aufgelaufene Verlust und die aufgelaufene Verzögerung um den Verlust und die Verzögerung erhöht werden, die auferlegt werden durch das Multiplexen von Datenströmen auf die Netzwerkverbindung durch den Knoten und diese an die nächste Stufe ihrer Strecke zu senden; b. Hinzufügen der Information bezüglich dieses Datenstroms zu der bereits bezüglich anderer Datenströme gehaltenen; und c. Berechnen der optimalen Zuordnung des vollständigen Satzes von Datenströmen zu den verfügbaren Ressourcen; oder
8. Wenn sie es nicht sind, die Nachricht die den Datenstrom anfordert, an ihre Quelle zurückzugeben mit einem Hinweis darauf, dass die Anforderung zurückgewiesen wird.

Die vorliegende Erfindung wird jetzt auf dem Weg von einem Beispiel mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines Datennachrichtenübermittlungsnetzwerks ist.
2 einen Datenpaketschalter zeigt, der einen mit seinem Hauptteil zusammenhängenden Entscheider aufweist.
3 ein Verfahren für den Umgang mit einer Anforderung dafür veranschaulicht, eine neue Verbindung einzurichten.
4 das Zustandswechseldiagramm für ein einfaches Betriebsmodell mit zwei Ebenen der Zellenverlustpriorität zeigt (Bevorzugung).
5 ein bestimmtes Beispiel für einen Switch mit bevorzugtem Datenverkehr zeigt.
6 zeigt, wie sich die durchschnittliche Verzögerung des gesamten Datenverkehrs erhöht, wenn sich die Anzahl von Puffern, die dem "best effort" Datenverkehr (nicht bevorzugt) zugeordnet werden, erhöht.
7 den gesamten Verlust des gesamten Datenverkehrs zeigt.
8 das Zustandswechseldiagramm für das zweite Modell zeigt.
9 die Grenze des Verlusts des bevorzugten Datenverkehrs zeigt.
10 zeigt, dass, sobald sich die Gesamtsumme des Datenverkehrs über Eins erhöht, sich die Menge des verloren gegangenen nicht bevorzugten Datenverkehrs linear erhöht.
11 die Verzögerung für den dringenden Datenverkehr/nicht bevorzugten Datenverkehr zeigt.
12 die Verzögerung für den Datenverkehr zeigt, der nicht dringend ist.
13 und 14 äquivalente Graphen für die Standardabweichung des dringenden und nicht dringenden Datenverkehrs zeigen.
15 Strecken für den Datenverkehr veranschaulicht.
16 und 17 anfänglichen und anschließenden Status von Netzwerkschaltern veranschaulichen.
Das Zulassen eines Aufrufs oder im Allgemeinen eines Datenstroms in ein Netzwerk erfordert Vertrauen, dass die Interaktion zwischen dem Datenverkehr des Aufrufs und vorhandenem Datenverkehr unkritisch ist. Beim Herstellen von Dienstgütevereinbarungen wird diesem Prinzip ein monetärer Wert zugewiesen. In diesem Papier beschreiben wir die Anwendung eines probabilistischen Ansatzes für das Aufrufmanagement. Dieses Modell kann verwendet werden, um, wo dies erforderlich ist, sehr konservative Leistungsgrenzen abzuleiten, oder die dynamischen Wahrscheinlichkeiten zu beurteilen, um bestimmten Servicestufen zu entsprechen.
Eine große Klasse von Netzwerkanwendungen, besonders Echtzeitanwendungen wie Fernsprechwesen, können nur zufrieden stellend ablaufen, wenn ein Netzwerk zuverlässig Dienstgüte zur Verfügung stellen kann. Dies erfordert die Fähigkeit, dass Anwendungen direkt oder indirekt mit dem Netzwerk verhandeln können, um sicherzustellen, dass sich Netzwerkverzögerungen nicht auf die Funktionalität der Anwendung auswirken.
Die Produkte dieser Verhandlungen sind Dienstgütevereinbarungen; sie definieren die akzeptable Dienstgüte in Konditionen, die sowohl messbar als auch zusicherbar sind; sie bilden eine vertragliche Vereinbarung zwischen dem Netzwerkbenutzer und dem Netzwerk. In der Tat definieren sie den schlechtesten akzeptablen Fall für die Datenübertragung über die Verbindung. Beim Zulassen eines Aufrufs gibt es eine explizite Anerkennung, dass die vereinbarte Ebene des Diensts für die Dauer des Aufrufs zur Verfügung gestellt werden kann. Ressourcen aufgrund des Spitzenbedarfs für jede Verbindung zuzuweisen, ist ein Ansatz, der dieses garantiert; jedoch berücksichtigt er die Ausnutzung des statistischen Multiplexens des Datenverkehrs in der Ansammlung des Flusses nicht. Um eine Aufrufzulassung zu beurteilen, und doch noch statistisches Multiplexen auszunutzen, gibt es eine Notwendigkeit, ein Modell dafür zu erzeugen, wie die einzelnen Datenströme von Daten interagieren, und das den für die einzelnen Zellen und Datenströme angebotenen wahrscheinlichen Dienst vorhersagt. Wenn ein Switch vor der Aufrufannahme dazu in der Lage ist, die typische Zellenverzögerung zu beurteilen, und die Wahrscheinlichkeit des Zellenverlusts oder dass Zellen unzulässige Verzögerung erfahren, und seine Bestätigung von Ressourcen zu manipulieren um sicherzustellen, dass diese Werte innerhalb Grenzen fallen, die von einem SLA als akzeptabel definiert sind, dann würde er in einer Position sein, sowohl sicherzustellen, dass er seine Verpflichtungen einhält, wie auch die Anzahl von SLAs zu maximieren, die er übernehmen kann.
Diese Wahrscheinlichkeiten werden im Wesentlichen durch die verfügbaren Pufferressourcen des Knotens und die Last auf dem Switch definiert.
Es ist im Allgemeinen eine einfache Sache, garantierte Dienstgüte über ein Netzwerk mit niedriger Auslastung zur Verfügung zu stellen; sobald sich das Netzwerk jedoch voller Auslastung nähert, wird das Problem der Ressourcenzuordnung schwerer. Da Dienstgütevereinbarungen eine vertragliche Verpflichtung für das Netzwerk ausformen, ist es unbedingt nötig, dass sie nur übernommen werden, wenn es geeignete Ressourcen gibt, die verfügbar sind, um ihnen zu entsprechen. Im Allgemeinen werden die Schwierigkeiten, die damit verbunden sind, ein überlastetes Netzwerk zu verwalten, vom Mangel an Kenntnis des Verhaltens der Anordnung in diesem Zustand kompliziert. Die hier beschriebenen Verfahren nutzen ein neues Betriebsmodell aus, das zwei Freiheitsgrade aufweist, die wir durch Fixieren von einem Parameter ausnutzen können – vorzugsweise dem Verlust – und wir sind daher in der Lage, die Folgen von verschiedenen Zuordnungen auf die gesamte Verzögerung und die gesamten Durchsatzerfordernisse für die Aufrufe durch den Switch zu beurteilen. Dieses Modell ist theoretisch ohne Vorbehalt stabil, sogar wenn unter Überlast, und kann verwendet werden, um einschränkende Werte für Dienstgüteparameter zur Verfügung zu stellen sein, die theoretisch immer gültig sind.
Dieses Modell basiert im Wesentlichen auf der Betrachtung von Datenpaketverlust und Verzögerung innerhalb eines Rahmens, der eng dem tatsächlichen Betrieb wirklicher Netzwerkausrüstung entspricht. In solch einer Ausrüstung werden Datenpakete kaum auf Grund von Übertragungsfehlern verloren; die Hauptquelle für den Verlust ist der Mangel an Puffern, um das Datenpaket/die Zelle für die weitere Übertragung zu speichern. Unser Ansatz ist gewesen, die Konfiguration der Anordnung zu modellieren, um einen vereinbarten (und ausgehandelten) Grad des Verlusts für einen bestimmten Datenstrom aufrechtzuerhalten. Dieser Verlust kann (innerhalb der Kenntnis von den Datenverkehrsmustern) für den zusammengefassten Satz von gegenwärtigen Aufrufen vorhergesagt werden. Das gleiche Warteschlangenverfahren legt auch die Änderung in der Verzögerung, wie auch ihre mittleren Werte fest. Diese Beobachtungen erlauben die Erzeugung einer Klasse von Modellen von begrenzten Pufferanordnungen. Das signifikanteste Merkmal dieser Modelle ist ihre Beschreibung der Beziehung zwischen Durchsatz, Verlust und Verzögerung (siehe Diagramm weiter oben), das ein quantitatives Verständnis ermöglicht, wie man Switchressourcen unter den aktiven Aufrufen verteilen kann.
Es ist offensichtlich, dass ein überlasteter Knoten Zellen verwerfen muss. Da der Knoten jedoch auch seinen SLA Verpflichtungen entsprechen muss, ist es notwendig, Zellen intelligent zu verwerfen. In diesen Modellen können zwei Attribute jedes Zellenstroms erwogen werden: der Wunsch, die Zelle nicht aus einem Datenstrom zu verwerten, welches wir 'Bevorzugung' nennen und der Wunsch, die Durchlaufverzögerung von Zellen von einem Datenstrom zu reduzieren, welches wir 'Dringlichkeit' nennen. Unser Modell nimmt an, dass ein Zellenstrom durch diese zwei Parameter klassifiziert wird. Durch Betrachten von zwei diskreten Ebenen von jedem dieser Parameter kommen wir zu den folgenden eindeutigen Qualitätsklassen.
Auf diese Weise kann der Switch bevorzugt Zellen aus Datenströmen verwerfen, deren SLAs eine höhere Verlustrate erlauben; dies, verbunden mit einem intelligenten CAC Modell, ermöglicht, dass für bevorzugten Datenverkehr äußerst enge Grenzen auf die Verlustrate eingestellt werden. Da dieses Modell skaliert, um eine unbestimmte Anzahl von Dringlichkeits- und Verlusttoleranzklassen abzudecken, können all die Unterteilungen der Verwerfung von Zellen zur Verfügung gestellt werden, die notwendig sind, um eine Anzahl von beliebigen Dienstgütevereinbarungen simultan auszuführen.
Obwohl nicht bevorzugter Datenverkehr in Folge dieser Ausschussrichtlinie schwer zu leiden scheint, erleidet er tatsächlich eine niedrigere durchschnittliche Verzögerung. Für viele der von zuverlässiger Dienstgütevorkehrung am meisten abhängigen Anwendungen (zum Beispiel Videostreaming) ist Verzögerung eine wichtigere Erwägung als Verlustraten, da Datenpaket, die von einer überfüllten Warteschlangenanordnung beträchtlich verzögert werden, bei ihrer letztendlichen Ankunft nicht verwendet werden können. Ebenso kann in jedem vorgegebenen Moment die von Zellen, die durch einen vorgegebenen Knoten hindurch treten, erfahrene gesamte Verzögerung auch auf Datenverkehrsströme von verschiedenen Dringlichkeitsklassen verteilt werden.
Dieses Betriebsmodell bildet Zellenströme effektiv in bestimmte, durch ihre Dringlichkeit und ihre Bevorzugungsgrade definierte Dienstklassen ab. Ist ein Satz dieser Abbildungen gegeben – zum Beispiel der Satz von Aufrufen, der einen großen Teil eines Zustands eines vermittelnden Knotens beschreibt – und der für jeden dieser Aufrufe angeforderte Durchsatz, ist es möglich, sowohl für jede Dienstklasse wie auch den Knoten als Ganzes die Verlustrate und den Mittelwert der Verzögerung und die Verteilung zu berechnen. Natürlich werden die Dienstgüteerfordernisse einer Verbindung nicht auf der Ebene von einzelnen Knoten angegeben, sondern durchgehend. Ein entscheidender Aspekt dieses Modells ist seine Zusammenstellbarkeit; das soll heißen, dass der Zustand der Switches entlang eines Pfads verwendet werden kann, um ähnliche Schlüsselparameter der Dienstgüte zu berechnen, umfassend die durchgehende mittlere Verlustrate und Verzögerung, und die Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion der Verzögerung. Dies stellt deshalb das Vorhersagemodell zur Verfügung, das notwendig ist, um die Ressourcenbestätigung zu beurteilen und zu optimieren, die notwendig ist, um sicher zu stellen, dass eine Dienstgütevereinbarung eines Zellenstroms honoriert wird; es ermöglicht, dass probabilistische Garantien gemacht werden bezüglich der Honorierung des SLA.
Da jeder reale Switch nur eine begrenzte Menge von Ressourcen aufweist, ist es offensichtlich, dass nicht alle angeforderten Aufrufe akzeptiert werden können. Ein Switch muss deshalb versuchen, die Anzahl von Aufrufen zu optimieren, die er akzeptieren kann, während er sicherstellt, dass er nur selten versäumt, die Dienstgüteanforderungen der Aufrufe zu erfüllen.
Dieses Betriebsmodell weist unmittelbare Anwendbarkeit für Verbindungsaufnahmesteuerungs- (Connection Admittance Control – CAC) und QoS Garantien auf. Ist einmal eine physische Strecke für die Verbindung gefunden worden, erlaubt es uns, schrittweise steigend sicherzustellen, dass es ausreichende Netzwerkressourcen entlang dieser Verbindung gibt, um die QoS Anforderungen der Verbindung zu erfüllen. Dies geschieht auf einer Basis je Switch, nur unter Verwendung von lokalen Kenntnissen (im Wesentlichen der vorhandene Verpflichtungen des Switch in der Form von SLAs und anderen QoS Vereinbarungen über gegenwärtige Verbindungen); dies ermöglicht, dass eine schnelle Entscheidung zur Annahme eines Aufrufs gemacht wird, ohne zusätzlichen Steuerdatenverkehr zwischen den Switches. Dies verheißt Gutes für die Skalierbarkeit des Entscheidungsalgorithmus.
1 zeigt ein Datenübermittlungsnetzwerk. Daten können zwischen jeden zwei der angeschlossenen Terminaleinheiten 1 über Datenverbindungen 2 zwischen Switches 3 übertragen werden. Die Switches 3 legen die Strecke fest, der die Daten folgen sollen. Eine Nachricht an einem sendenden Terminal kann zur Übertragung in Datagramme (Datenpakete) eingeteilt werden, die dann am empfangenden Terminal wieder zusammengesetzt werden. Die Datagramme einer einzelnen Nachricht sollten derselben Strecke folgen und bilden einen Aufruf. Die von jeder Nachricht genommene Strecke und der Status der Verbindungen und Switches, auf die es auf seiner Strecke stößt, legen die Verzögerung zwischen dem Senden und dem Empfangen von Datenpaketen der Nachricht fest und können bewirken, dass ein Teil oder alle der Datenpaketen verloren gehen. Wenn das Datenpaket Daten für einen zeitkritischen Dienst wie Sprachtelephonie enthält, dann muss die Verzögerung zwischen dem gesandten und empfangen Datenpaket klein sein, wenn es einen akzeptablen Dienststandard geben soll.
Für eine Netzwerkverbindung mit begrenzten Ressourcen sind Verzögerung, Durchsatz und Verlustrate in Wechselbeziehung zueinander stehend. Eine detaillierte Abwägung der Beziehung zwischen diesen drei Faktoren kann ein verbessertes Ausbalancieren von Ressourcen ermöglichen um sicherzustellen, dass so viele Verbindungen wie möglich in einem Nachrichtenübermittlungsnetzwerk akzeptiert werden. Zum Beispiel kann es unter einer verbesserten Verwaltung für einen Switch möglich sein, anderweitig unerreichbare Verzögerungsanforderungen zu erfüllen durch Zuweisen von beträchtlich mehr durchschnittlicher Bandbreite, als ursprünglich angefordert wurde. Die Einzelheiten der Beziehung zwischen Verzögerung, Durchsatz und Verlustrate sind durch das Betriebsverhalten der vermittelnden Elemente im Netzwerk definiert, die eine Funktion von Parametern sein können, die optimiert werden können.
2 zeigt die Anordnung einer verbesserten Datenpaketschaltereinheit, die als einer der Switches 3 gemäß 1 wirken könnte. Die Datenpaketschaltereinheit umfasst einen Datenpaketschalter 20, mit dessen Hauptteil ein Entscheider 21 verbunden ist. Der Entscheider umfasst ein Speichermittel 22, temporäre Register 23 und Logik 24 (zum Beispiel einen Prozessor), die den Inhalt der Register bearbeiten können, um Vergleiche und Manipulationen von ausgewählten Bitfeldern auszuführen. Die Logik 24 ist so verbunden, dass sie Werte vom und in den Datenspeicher 22 lesen und schreiben kann. Der Datenpaketschalter 20 ist in der Lage, Anforderungsdatenpakete von anderen Datenpaketen zu unterscheiden und sie zur Bearbeitung durch den Entscheider in den Datenspeicher zu schreiben. Er kann das (möglicherweise modifizierte) Datenpaket auch aus dem Datenspeicher lesen und es übertragen. Der Entscheider weist die Fähigkeit auf, dem Switch anzuzeigen, wenn das Datenpaket übertragen werden soll, und auch die Parameter des Switches zu setzen, die die Details des Verhaltens des Switches festlegen.
3 veranschaulicht die Funktionalität einer Schaltereinheit für den Umgang mit einer Aufforderung dazu, eine neue Verbindung einzurichten. Jeder Switch entlang der Verbindungsstrecke, die von einem Datenpaket genommen wird, verbraucht einen Teil vom akzeptablen Verzögerungs- und Verlust-'Budget' der Verbindung und bietet den Rest dieses Budgets Schaltern weiter flussabwärts dieser Strecke an. Bei Verwendung der Funktionalität, die in 3 veranschaulicht ist, wird das Verzögerungs- und Verlustbudget von Schaltelementen entlang der Strecke analysiert, um die Merkmale der Verbindung zu bestimmen. Die Analyse des Budgetverbrauchs wird mittels des Betriebsmodells des Schaltelements und der gegenwärtigen Konfigu ration durchgeführt (in den unten gezeigten Tabellen kodiert). Statt eine Verbindung herzustellen, die letztendlich zu unzulässigem Verlust oder unzulässiger Verzögerung führt, kann eine Verbindung unter Verwendung der Funktionalität gemäß 3 sofort zurückgewiesen werden, wenn es ein unzureichendes Budget gibt, das verbleibt, um die Verbindung einzurichten; andernfalls wird die Aufforderung (mit reduziertem Budget) zum nächsten Schaltelement weitergegeben. Schließlich wird eine Nachricht aus dem Zielort zurückgegeben. Dies wird entweder eine Aufrufannahme sein (in welchem Fall die aktuelle Schalterkonfiguration aktualisiert wird, um die neue Verbindung unterzubringen) oder eine Ablehnung von irgendeinem weiteren Element entlang der Strecke (in welchem Fall die an diese Verbindung zugewiesenen Ressourcen freigegeben werden). In jedem Fall wird die Nachricht zurück in Richtung des Erzeugers der Aufforderung gereicht, wie vom Pfeil links angezeigt.
Detaillierter ist das Verfahren, eine Verbindung für Daten entlang eines Pfads zwischen einem Anfangsknoten und einem Endknoten über eine Vielzahl von durch Schaltereinheiten der in 2 gezeigten Art zusammengeschlossenen Verbindungen einzurichten, wie folgt. Der Anfangsknoten, die Anordnung oder ein Benutzer des Anfangs- oder Endknotens richtet ein Budget für die gesamte akzeptable Verzögerung und für den gesamten akzeptablen Verlust für die Verbindung ein. Dieses wird an den ersten Switch auf dem Pfad gesendet (Pfeil 30 in 3). Der Switch wendet sein Betriebsmodell an (bei 31), um die Wirkung seiner zugehörigen Verbindung auf ein Datenpaket zu bestimmen, modifiziert die Budgetinformation dementsprechend, um die Menge des für nachfolgende Switches und Verbindungen des Pfads verfügbaren Budgets anzuzeigen, und sendet, wenn Budget verbleibt, die aktualisierte Budgetinformation (bei 32) an den nächsten nachfolgenden Switch. Der nächste nachfolgende Switch führt dieselbe Operation aus. Wenn das Budget überschritten wird, dann wird eine Nachricht (bei 33) an das Mittel 34 gesandt, um eine Verbindung zu akzeptieren oder zurückzuweisen, um zu bewirken, dass das Mittel 34 die Verbindung dadurch zurückweist, dass es (bei 35) eine Zurückweisungsnachricht an den nächsten vorhergehenden Switch sendet. Das Mittel 34 kann die Verbindung auch auf dieselbe Weise zurückweisen, wenn es eine Zurückweisungsnachricht (bei 36) vom nächsten nachfolgenden Switch erhält. Das Mittel 34 kann die Verbindung akzeptieren, wenn es (bei 37) ein Annehmennachricht vom nächsten nachfolgenden Switch empfängt. Annehmennachrichten werden vom Endknoten initiiert, der eine Nachricht vom letzten nachfolgenden Switch erhält, die anzeigt, dass das gesamte verfügbare Budget für die Verbindung nicht überschritten wird. Wenn die Verbindung akzeptiert wird, dann überträgt das Mittel 34 bei 38 eine Konfigurationsnachricht, um das Schaltelement 39 des Switches zu konfigurieren und um zu bewirken, dass die Daten der akzeptierten Strecke durch den Switch in Richtung das nächsten nachfolgenden Switches in dem akzeptierten Pfad folgen.
Das Betriebsmodell (veranschaulicht bei 31 in 3) für den Switch und seine Verwendung in der Aufrufannahme und Aufrufsteuerung ist von Wichtigkeit, um die Beziehung zwischen den Gesamterfordernissen des Satzes von Datenströmen zu definieren, die für eine bestimmte ausgehende Verbindung und die mit dieser Verbindung verbundenen erforderlichen Ressourcen bestimmt sind, und zwischen den Erfordernissen für Verlust und Verzögerung.
Betrachtet man die Kombination eines einzelnen Ausgangsports von einem Switch, kann dieser als ein Multiplexer betrachtet werden, der die gerouteten Inputdatenströme von Inputports kombiniert, oder als eine einzelne Anordnung, die arbeitet, wenn der potentielle maximale Input in den Multiplexer dessen Ausgabekapazität überschreitet.
Während des Betriebs des Schaltelements/Multiplexers kann es Zeiträume geben, zu denen die Geschwindigkeit der Ankunft von Datenpaketen die Ausgabekapazität übersteigt. Während dieser Zeiten gibt es die Notwendigkeit, den Überschuss an eingehenden Datenpakete in Puffern zu speichern; sonst gehen diese verloren. Es gibt Anlässe, deren Frequenz sich erhöht, wenn die gesamte Kapazität der Ausgangsverbindung zugewiesen wird, zu denen es keine für die Zuweisung zu den Datenpaketen der Inputdatenströme verfügbaren Puffer gibt. Unter diesen Umständen müssen Datenpakete verworfen werden. Das Verwerfen ist sowohl erforderlich durch die physische Anforderung, dass Datenspeicher begrenzt ist, wie auch durch das Sicherstellen, dass sich der Switch von Überlastungszuständen (durch Leeren seiner Puffer) innerhalb einer begrenzten Zeit erholt.
Die gesamte Menge einer solchen Pufferung kann unter den Inputdatenströmen auf viele Weisen zugewiesen werden. Jeder dieser Wege definiert implizit die Verlustmerkmale von jedem der Datenströme. Wir bezeichnen diese Operation solch eines Multiplexers für eine vorgegebene Konfiguration der Pufferkapazität für Datenströme als ein Verhalten des Multiplexers.
Das Verhalten solch eines Multiplexers ist eine Anordnung, die zwei Grade der Freiheit aufweist, weil jeweils zwei aus der Gruppe bestehend aus Verlustrate, Durchsatz und Verzögerung zu setzen, den Wert des dritten dieser Parameter festlegt. Wenn man zum Beispiel die Verlustrate entschieden hat, schränkt dies den Betrieb des Multiplexers auf eine bestimmte Beziehung zwischen Durchsatz und Verzögerung ein. Für einen vorgegebenen Satz von Inputdatenströmen ist die Beziehung voraussagbar.
Um das Verhalten zu optimieren, ist es im Allgemeinen notwendig, zuerst sicher zu stellen, dass der Betrieb die Dienstgüteerfordernisse von einem der Parameter erfüllt und dann in Bezug auf die übrigen Grade der Freiheit zu optimieren. Diese Anforderung muss erfüllt werden sowohl auf Basis jedes einzelnen Datenstroms wie auch insgesamt für die Zusammenfassung aller Datenströme.
Um diesen Ansatz zu veranschaulichen, betrachten wir einen Mechanismus, in dem der Verlustparameter zuerst betrachtet wird. Die physische Umschreibung ist die von einem gemeinsamen Pufferpool für alle Inputdatenströme, in dem es Zähler für die unmittelbare Belegung der Puffer gibt, die zur Ankunftszeit eines Datenpakets am Multiplexer abgefragt werden können. Im Besonderen ist zu betrachten, dass es zwei Klassen von Inputdatenströmen gibt, eine, die Datenverkehr enthält, der vorzugsweise bevorzugt werden sollte gegenüber anderen, nicht bevorzugten Datenströmen. Dieses Verfahren kann in den Fall verallgemeinert werden, in dem es mehr als zwei Klassen von Inputdatenströmen mit verschiedenen Graden des bevorzugten Bevorzugens gibt. Die untenstehende Gleichung B ermöglicht die Berechnung der Anzahl von Puffern, die zur alleinigen Verwendung von solchen bevorzugten Datenströmen reserviert werden sollten. Diese Anzahl wird unter der Annahme berechnet, dass der eingehende nicht bevorzugte Datenverkehr unbegrenzt ist und gegen Unendlich tendiert. Diese Anzahl von Puffern gibt eine uneingeschränkte Garantie, dass das Verlustrate des eingehenden bevorzugten Datenverkehrs unterhalb der erforderlichen Begrenzungen bleiben wird. Es ist dieser Ansatz, der das vorliegende Verfahren uneingeschränkt stabil macht.
Nehmen wir die Gesamtzahl von solchen reservierten Puffern als K_max – K_B an, wobei K_max die Gesamtsumme der verfügbaren Pufferung ist, und K_B die Menge ist, in der der gesamte Datenverkehr (ohne Rücksicht darauf ob bevorzugt oder nicht) zugelassen ist. Die Zuordnung eines Werts zu dieser Differenz stellt die Festlegung eines der Freiheitsgrade in der Anordnung dar. Dies vorausgesetzt, kann K_max jetzt gewählt werden, um die gesamte Verzögerung in dem System für alle die Datenströme (wie durch Gleichung A unten gegeben) so zu begrenzen, dass alle Verzögerungsanforderungen erfüllt werden können unter der Voraussetzung des eingerichteten Warteschlangenverhaltens, das die Verzögerung über alle Datenströme verteilt.
Ein spezielles Beispiel für ein Betriebsmodell folgt:
Der Verlust wird berechnet durch:
Bevorzugter Verlust = λ_pp_Kmax
Um in der Lage zu sein, Datenverkehr mit einer bestimmten Dienstgüte zu liefern, muss eine Voraussage darüber gemacht werden, um wie viel er durch die Warteschlangenverarbeitung verzögert wird. Dies wird aus den Wartezeitverteilungen für jede Art des Datenverkehrs gefunden, und diese können ziemlich leicht ermittelt werden. Der erwartete Wert der Wartezeitverteilung gibt die durchschnittliche Verzögerung des Datenverkehrs an und die Standardabweichung gibt ein Maß für die Variabilität der Verzögerung an (die als Verzögerungsschwankung betrachtet werden kann). Für nicht bevorzugten Datenverkehr ist die Wartezeitdichtefunktion gegeben durch:
(Gleichung A). Die q^bn sind die Wahrscheinlichkeiten, dass ein ankommendes Datenpaket, das tatsächlich in die Warteschlange eintritt, bereits n Datenpakete in der Anordnung vorfindet.
Für bevorzugten Datenverkehr ist die Wartezeitdichtefunktion gegeben durch: wobei
Für den gemeinsamen, nicht bevorzugten Datenverkehr und bevorzugten Datenverkehr ist die Wartezeitdichtefunktion gegeben durch
Die Wartezeit für eine vorgegebene Gesamtlast w_B(t) ist gegeben durch:
(Gleichung A) und die Wahrscheinlichkeit, p_n, dass n Datenpakete zur Abarbeitung in der Warteschlange eingereiht sind, ist gegeben durch:
wobei λ_p die Rate der Ankunft des bevorzugt zu bevorzugenden Datenverkehrs ist, λ_B die Rate der Ankunft von relativ nicht bevorzugtem Datenverkehr ist, μ die Rate ist, mit der Datenverkehr abgearbeitet wird.
p₀ wird gefunden durch die Lösung von:
Die Existenz einer quantitativen Beziehung zwischen diesen Parametern ermöglicht die Ausführung von Optimierungen des Betriebsmodells des Switches mit Hilfe von Standardverfahren.
Es ist wichtig anzumerken, dass das Betriebsmodell ermöglicht, dass Kompromisse zwischen Verlust/Verzögerung oder Durchsatz/Puffern gemacht werden, das heißt ein optimierbares CAC zur Verfügung gestellt wird, auf das Standardverfahren wie lineare Programmierung, neuronalen Netzwerke, Fuzzy Logik usw. angewendet werden können, um die Optimierung zu erreichen. Alle diese Optimierungen können über verschiedenen Zeitskalen und verschiedenen Stufen der Aufrufannahme/Aufrufablehnung auftreten. Dies könnte umfassen, wird aber nicht darauf eingegrenzt:
Die oben gegebene Beziehung für w_B(t) zeigt, dass die Gesamtsumme an Verzögerung, die nicht verworfene Zellen erfahren, vom der gesamten Ankunftsrate aller akzeptierten Verbindungen abhängig ist. Wo Einrichtungen im Switch existieren, kann diese Verzögerung in verschiedenen Bruchteilen zu Klassen von Datenströmen (zum Beispiel durch gewichtetes faires Einreihen, Prioritätseinreihung) zugeteilt werden. Solche Modelle sind nicht unbedingt notwendig, um diesen Ansatz zu verwenden, da Begrenzungen der Verzögerung berechnet werden können für Warteschlangenverhalten wie zum Beispiel first-in first-out.
Es gibt Flexibilität beim Beurteilen der Kriterien für die Aufrufannahme. Um zu einer Entscheidung zu kommen ist es im Allgemeinen zuerst notwendig, die Fähigkeit der Anordnung dafür zu beurteilen, einen einzelnen Parameter zu unterstützen (zum Beispiel die Verlustrate – gibt es ausreichende als Puffer dienende Ressourcen, um die erforderliche Verlustrate bei der erforderlichen Ankunftsrate für diese Verbindung sicher zu stellen). Dies kann durch die Anwendung der folgenden Gleichung erreicht werden:
(Gleichung B) wobei P die gewünschte Wahrscheinlichkeit des Verlusts ist, und p_p die Last des Datenverkehrs ist, der im Falle von Ressourcenkonkurrenz bevorzugte Behandlung gegeben werden soll. Ist diese Entscheidung durchgeführt worden und ein passender Wert für diesen Parameter gewählt worden, würde dies eine quantifizierbare Beziehung zwischen den übrigen zwei Parametern (zum Beispiel Verzögerung und Durchsatz) definieren. Diese Entscheidung kann durch Berechnen der gesamten Verzögerung hergestellt werden, die nach der Annahme des Aufrufs in der Anordnung vorliegend sein wird (ein Beispiel für solch eine Berechnung ist in der obigen Gleichung für w_B(t) gegeben) und Vergleichen von diesem mit der Summe von Zugeständnissen für die Verzögerung für alle gegenwärtigen Verbindungen. Dann kann die Entscheidung getroffen werden, ob eine ausreichende Kapazität existiert, um die Beschränkung zu erfüllen (zum Beispiel, gibt es ausreichenden nicht zugewiesenen Durchsatz, der an diese Verbindung zugewiesen ist, um die an diesem Knoten erfahrene Verzögerung auf einen akzeptablen Grad zu reduzieren). Diese Reihenfolge ist nur eine mögliche Reihenfolge, um die Parameter zu erwägen – dafür, den Verlust zuerst zu nehmen und die Verzögerung gegen den Durchsatz abzuwägen existieren ähnliche Ansätze, einen der anderen Parameter zu wählen, gegen den anfangs zu beurteilen ist.
In dem wir eine Begrenzung auf die Verlustrate für einen Aufruf in Erwägung ziehen, schließen wird die Berechnungen aus, die notwendig sind, um Aufrufe zuzulassen, in denen keine Begrenzung auf den Verlust vorhanden ist (in der Internet Gemeinschaft gewöhnlich als 'best-effort' Datenverkehr bezeichnet). Da es keine mit solchen Aufru fen verbundenen Garantien gibt, können solche Aufrufe immer zugelassen werden, sofern ihre Auswirkung auf andere Aufrufe ausreichend gering ist.
Das Verfahren, um einen Aufruf zuzulassen, ist wie folgt. Es ist anzumerken, dass in dieser Beschreibung der Begriff "Durchsatz" "mittlerer Durchsatz" bedeutet. Jeder akzeptierte Datenstrom weist einen damit verbundenen Satz von Parametern einschließlich Durchsatz, Verlustrate und Verzögerung auf, die in einer Tabelle gespeichert werden können, die im Datenspeicher gehalten wird, wie vom Satz von Optionen für p_n angezeigt, der in dem obigen Beispiel ausgeführt ist. Es gibt auch einen gegenwärtig zugewiesenen Durchsatz, eine auferlegte gesamte Verzögerung und eine Gesamtverlustrate für die Verbindung. Die Summe der Durchsätze der Datenströme sollte kleiner oder gleich sein dem zugewiesenen Durchsatz der Verbindung, die Summe der Verzögerungsbegrenzungen der Datenströme muss größer sein oder gleich der auf alle Datenströme angewandten gesamten Verzögerung (gleichbedeutend der Gesamtsumme der für die Warteschlangen zugewiesenen Pufferung), und die Summe der Verlustraten der Datenströme muss größer sein oder gleich dem auf alle Datenströme angewandten Gesamtverlust. Grundsätzlich sollten, an Stelle des zugewiesenen Durchsatzes der Verbindung die Summe des Ergebnisses von (1 – akzeptabler Verlustrate) und der erforderliche Durchsatz verwendet werden, aber es ist üblich, dass die akzeptable Verlustrate so niedrig ist, dass es praktisch ist, die Annäherung des zugewiesenen Durchsatzes der Verbindung zu verwenden.
Wie in 3 veranschaulicht, verbraucht jeder Switch entlang der Strecke einen Teil vom akzeptablen Verzögerungs- und Verlust-'Budget' der Verbindung und bietet den Rest dieses Budgets Switches weiter abwärts der Strecke an. Die Kenntnis von der Beziehung zwischen Durchsatz, Verzögerung und Verlust ermöglicht ein Abwägen von Ressourcen, um sicherzustellen, dass so viele Verbindungen wie möglich vom CAC akzeptiert werden; zum Beispiel kann ein Switch sonst unerreichbare Verzögerungsanforderungen durch Zuweisen von wesentlich mehr Bandbreite als ursprünglich angefordert erfüllen. In der Tat ermöglicht die Beziehung zwischen Durchsatz, Verlust und Verzögerung, die weiter oben beschrieben ist, dass diese Variablen gegen einander abgewogen werden, um die Kombinationen der von einem Benutzer angeforderten Anforderungen zu erzeugen. Die QoS Anforderungen aller gegenwärtigen lokalen Verbindungen diktieren deshalb das Verhalten vom Schaltelement des Knotens in Bezug auf sowohl die Aufrufannahme als auch die von Moment zu Moment betrieblichen Merkmale des Schaltelements.
Es existiert im Prinzip eine Wahlmöglichkeit, ob die Bandbreite oder die Verzögerung mit dem Betriebsmodell zu "horten" sind – wobei das Betriebsmodell die Möglichkeit gibt, ihre Interaktion mit der Ansammlung von Aufrufen vorherzusagen, die der Switch verarbeitet. Dies ermöglicht sowohl unmittelbare Kosten für die Ausführung dieses Aufrufs abzuleiten (abhängig von der gegenwärtigen Aufrufkonfiguration), wie auch ein Maß von generischen Kosten dafür, solche Aufrufe auszuführen. Es ermöglicht auch die Beurteilung von sich unterscheidenden Strategien der Schalterkonfiguration.
Was dieses CAC Modell sicherzustellen zum Ziel hat, ist deshalb die Fähigkeit, die Auswirkung der Aufrufannahme auf zuvor eingegangen Knotenverpflichtungen zu berechnen, und daher die Wahrscheinlichkeit, dass die Annahme bewirkt, dass der Switch entweder die neuen oder die zuvor akzeptierten Verpflichtungen gegenüber dem Datenverkehr verletzt.
Um zu erläutern, wie die Aufrufannahme in der Praxis ausgeführt werden kann, während die den Datenverkehrsströmen bereits zuteilte Dienstgüte aufrecht erhalten wird, betrachten wir das folgendes ausgearbeitete Beispiel.
15 stellt einen kleinen Teilbereich eines größeren Netzwerks mit Switches A, B und C und durch Pfeile dargestellte Zellenströme dar.
Das Ziel dieses Beispiels ist, die Wirkung zu veranschaulichen, einen neuen Datenstrom zwischen A₀ und C₀ hinzuzufügen, und zu zeigen, wie die relevanten Berechnungen ausgeführt würden, und wie die Annahme dieses Aufrufs durch das Netzwerk den vorhandenen Datenverkehr beeinflussen würde.
Die folgende Tabelle beschreibt den vorhandenen Satz von Aufrufen auf diesem Abschnitt des Netzwerks und ihre Qualitätserfordernisse (wie in ihren Aufrufanforderungsdatenpaketen ausgedrückt). Um die Berechnungen zu vereinfachen, haben wir den Durchsatz von einer Verbindung auf Eins normalisiert. Die Verzögerungswerte liegen dann in Bezug auf eine Übertragungszeit einer ATM Zelle über dieser Verbindung vor. Eine nominale Rate von 400.000 Zellen/sek ist verwendet worden, um die Dauern zu normalisieren.
Die gegenwärtige zur Verfügung gestellte Qualität kann über die Gleichung B berechnet werden:
Dies ermöglicht die Berechnung der Anzahl von Puffern (K_max – K_B), die an einem lokalen Switch reserviert werden muss, um sicherzustellen, dass die Verlustraten für bevorzugten Datenverkehr erreicht werden können. Diese Formel gilt für die Grenze des Verlusts, wenn der nicht bevorzugte Datenverkehr gegen Unendlich tendiert. Wenn man die Anzahl von Puffern für die erforderliche Verlustrate berechnet hat, reduziert dies das Betriebsmodell auf zwei Freiheitsgrade. Obwohl es jetzt möglich wäre, durch Fixieren der erforderlichen Verzögerung zuzuweisen und daher für den Durchsatz zu viele Ressourcen zuzuweisen, wird das Fixieren des Durchsatzes auf den für diesen angeforderten veranschaulicht. Dies ermöglicht unter Verwendung der oben angegebenen Formeln die Berechnung der tatsächlichen Verlustwahrscheinlichkeit für bevorzugten und nicht bevorzugten Verlust. Die Kenntnis von der Wahrscheinlichkeit, dass alle für den nicht bevorzugten Datenverkehr reservierten Puffer voll sind, ermöglicht die Berechnung der Verlustraten für solche Datenverkehrsströme.
Zu 15 zurückkehrend, enthält der Netzwerkschalter A in dieser Konfiguration keinen dringenden Datenverkehr. Die Verwendung der Gleichung B ermöglicht das Begrenzen der Anzahl von Puffern, die gebraucht werden, um unter allen Umständen einen akzeptablen Verlust sicherzustellen. Die Auswahl von 20 stellt um Eins mehr dar, als das asymptotische Minimum 19, das für eine Verlustrate von 10^–6 erforderlich ist. In Switch A gibt es 50 zugewiesene Puffer, von denen zwanzig für den bevorzugten Datenverkehr reserviert worden sind. In Switch B gibt es nur 30 zugewiesene Puffer, von denen 15 für bevorzugten Datenverkehr reserviert worden sind. Unter diesen besonderen Umstand werden die Verbindung zu Switch C und daher die Ausgangsverbindungen leicht belastet; dieser Switch weist eine Menge an Flexibilität in seiner Anordnung auf. Die Auswirkungen des Datenverkehrs dieses Switches werden hier nicht berechnet.
Diese Berechnungen führen zu den in der Tabelle gemäß 16 gezeigten Attributen. Die Pufferkonfiguration (N/M) sollte gelesen werden als N aus M Puffern für bevorzugten Datenverkehr. Das Budget und die mittleren Verzögerungswerte beziehen sich auf die Menge des zurückbehaltenen Budgets und den tatsächlichen Verbrauch an Verlust oder Verzögerung, die der Zelldatenstrom während des Betriebs erfahren wird.
Die Entscheidungen und die daraus folgenden Wirkungen, die Verbindung A₀ → C₀ hinzuzufügen, werden jetzt betrachtet. Um zu ermöglichen, dass die Verlustraten aufrechterhalten werden, muss die Entscheidung getroffen werden, mehr Puffer für die Bevorzugung von Daten zuzuweisen (durch Verwendung der Gleichung B). Mit dieser Konfiguration können zuvor vereinbarte Verlustraten für die vorhandenen Aufrufe aufrechterhalten werden, wie auch die Zulassung des gegenwärtigen Aufrufs ermöglicht werden. Die Konfigurationen des Switches, nachdem der Aufruf akzeptiert worden ist, sind in 17 dokumentiert.
Praktische Anwendungen dieses Verfahrens können eine Verfeinerung des Anteils an Verlust- und Verzögerungsbudget eines Aufrufs von dazwischen geschalteten Switches erfordern, sobald eine akzeptable Strecke durch das Netzwerk gefunden worden ist. Diese Umverteilung ermöglicht, dass Knoten dem Aufruf während der Einrichtungsphase ein großes Maß an Ressourcen anbieten (und daher ihren Verbrauch vom Verlust- und Verzögerungsbudget des Aufrufs reduzieren), ohne dass dem Aufruf mehr Netzwerkressourcen bestätigt werden als unbedingt notwendig ist. Dies kann ausgeführt werden, in dem vom Aufrufakzeptanzdatenpaket Gebrauch gemacht, während es durch die feststehende Strecke zurück gereicht wird.
Um QoS Erfordernisse sicher zu stellen, muss die Absicht für einen Aufruf vorhanden sein. Dies ist so bei ATM, für IP führt die Verwendung von einiger zusätzlicher Managementinformation, wie zum Beispiel RSVP, diese Funktion aus. Der vorliegende Ansatz ist gleichermaßen auf beide Netzwerktechnologien anwendbar. Das vorliegende Modell ist theoretisch bedingungslos stabil und stellt sogar unter äußerster Netzwerküberlastung (das heißt verlängerten Perioden, in denen die Netzwerkbandbreite und die Pufferressourcen nicht ausreichend sind, um der Nachfrage zu entsprechen) Garantien zur Verfügung. Verbunden mit ihren Anwendungen in der Aufrufannahme, können mit diesem Modell im Sinn gestaltete Switches sicherstellen, dass SLAs und darauf bezogene Vereinbarungen ohne Rücksicht auf den Zustand des Netzwerks honoriert werden. Die Fähigkeit, den Verlust für Datenströme über das Ganze ihrer durchgehenden Strecke zu berechnen, könnte verwendet werden, um eine Rückmeldung für bestimmte Klassen von Datenverkehr zur Verfügung zu stellen (zum Beispiel best effort IP Datenverkehr), um zu versuchen, die Verlustrate auf der Strecke einzugrenzen.
Das gezeigte Modell kann skaliert werden, um jede beliebige Anzahl von Servicestufen anzubieten, und unterscheidet eindeutig zwischen der Handhabung des Datenverkehrs von verschiedenen Klassen. An unterschiedliche Klassen des Datenverkehrs können verschiedene Mengen von Ressourcen während des Transits zugewiesen werden, dies bedeutet, dass Klassen des Datenverkehrs leicht unterschieden werden können, und es ermöglicht wird, die Kosten von QoS Klassen in Bezug auf Ressourcenverwendung genau zu beurteilen. Diese klare Trennung von Datenverkehrsklassen und exakter Kalkulation der Verbindungskosten erlaubt wiederum die Einführung von Gebührenmechanismen. Das Modell ist auch anpassbar, um eine Vielfalt von Managementalgorithmen auf unterster Ebene für die Switches zu beschreiben.
4 zeigt das Zustandswechseldiagramm für ein einfaches Betriebsmodell mit zwei Graden der Zellenverlustpriorität (Bevorzugung).
Als ein Beispiel zeigt 5 die Situation für einen Switch, in der bevorzugter Datenverkehr mit einer Rate von 0,7 der Servicerate eintrifft (das heißt p_p = λ_p/μ = 0,7), und von der wir verlangen, dass weniger als eines von einer Million von Datenpaketen verloren geht (das heißt P = 10^–6). In 5 stellt die oberste Linie 50 die Gesamtsumme des Datenverkehrs dar, der am Netzwerkknoten eintrifft. Die nächste Linie 51 darunter stellt die gegen die über die Forderung nach nicht bevorzugtem Datenverkehr aufgetragene Gesamtsumme des Datenverkehrs dar, die bedient wird. Die unterste Linie 52 zeigt die Menge des nicht bevorzugten Datenverkehrs, die bedient wird. Die dicke gestrichelte Linie 53 stellt die Menge des bevorzugten Datenverkehrs dar, die bedient wird, und es ist anzumerken, dass diese fast unbeeinflusst ist durch den Bedarf an nicht bevorzugtem Datenverkehr. Die 6 und 7 geben einen Hinweis auf das Verhältnis von Verlustrate/Durchsatz/Verzögerung unter denselben Bedingungen wie für 5. 6 zeigt, wie sich die durchschnittliche Verzögerung des gesamten Datenverkehrs in dem Maße erhöht, wie sich die Anzahl von Puffern, die dem „best effort" (nicht bevorzugten) Datenverkehr zugeordnet werden, verringert. Die Verzögerung wird in Einheiten der Zeit gemessen, wobei die Servicerate zu Eins gewählt ist. Wenn sich die gesamte Nachfrage über Eins erhöht, erhöht sich die Verzögerung linear mit der Anzahl von Puffern. 7 zeigt den gesamten Verlust des gesamten Datenverkehrs. Für eine konstante Verwendung nimmt der Verlust ab, wenn sich die Anzahl von Puffern erhöht. Wenn sich der Durchsatz erhöht, erhöht sich der gesamte Verlust.
8 zeigt das Zustandswechseldiagramm für ein Betriebsmodell, das erweitert worden ist, um sowohl Datenverkehr zu berücksichtigen, der dringend ist, als auch Datenverkehr, der nicht dringend ist.
9 zeigt, dass, wenn das Maß an vorhandenem nicht bevorzugtem Datenverkehr zunimmt, sich der Verlust des bevorzugten Datenverkehrs nie über 10^–6 erhöht.
10 zeigt, dass, sobald sich die Gesamtsumme des Datenverkehrs über Eins erhöht, sich die Menge des verloren gegangenen nicht bevorzugten Datenverkehrs linear erhöht.
11 zeigt die Verzögerung für den dringenden Datenverkehr, wobei die obere gestrichelte Linie die Verzögerung für den bevorzugten Datenverkehr ist, und die untere Linie die Verzögerung für den nicht bevorzugten Datenverkehr ist. 12 zeigt die Verzögerung für den Datenverkehr, der nicht dringend ist.
Die 13 und 14 zeigen die äquivalenten Graphen für die Standardabweichung des dringenden und des nicht dringenden Datenverkehrs.
Zusätzlich zu oder an Stelle von angeforderte minimale Verzögerung, maximale Verlustrate oder minimalen Durchsatz zur Verfügung zu stellen, könnte das Betriebsmodell maximal erlaubte Variationen für diese Parameter zur Verfügung stellen. Ein besonders bevorzugtes Beispiel für das Betriebsmodell ist, die maximal erlaubte Änderung in der Verzögerung zur Verfügung zu stellen, entsprechend einem geforderten maximalen Grad der Schwankung in der Ankunftszeit von Datenpaketen.
Die Vorrichtung, um das Betriebsmodell auszuführen, könnte sich an einem Netzwerkknoten oder an einer Einheit an anderer Stelle befinden, die in Verbindung mit dem Knoten steht. Der Knoten könnte ein Router, ein Multiplexer (oder eine Kombination von zwei oder mehr Multiplexeren), ein Switch oder jede andere Einheit sein, an der die Dienstgüte nutzbringend betrachtet werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Steuerungs- und Konfigurationsmechanismus nimmt die vorgegebenen Anforderungen entgegen, gruppiert sie und bildet sie auf die physisch verfügbaren Ressourcen (das heißt die endliche Anzahl von Bevorzugungs- und Dringlichkeitsgraden) ab. Diese gruppierte Version der Anforderungen wird dann verwendet, um die Machbarkeit der Bedienung des gesamten Satzes von Datenflüssen abzuleiten. Aus diesem Verfahren werden die Parameter für die physische Konfiguration abgeleitet.
Nachdem einigen anfänglichen Überprüfungen konfiguriert der bevorzugte Algorithmus zuerst die Bevorzugung des zusammengesetzten Satzes von Datenströmen und dann die Dringlichkeit. Es kann in geeigneter Weise angenommen werden, dass:

1. Der Planungsmechanismus strenges Aufteilen der Verzögerung nach Priorität ist.
2. Der Bevorzugungsmechanismus über einem einzelnen gemeinsamen Puffer abläuft.
3. Es eine Annäherung des restlichen Diensts für den Verzögerungsmechanismus gibt, nämlich: • höchste Dringlichkeit hat Zugang zur gesamter Bandbreite der Verbindung • nächst höhere Dringlichkeit hat Zugang zur gesamten Bandbreite der Verbindung abzüglich des gegenwärtigen Durchsatzes der höheren Dringlichkeitsgrade • dieses Verfahren wird wiederholt für jeden abnehmenden Dringlichkeitsgrad mit der Bandbreite, die für diesen Dringlichkeitsgrad verfügbar ist, die die gesamte Bandbreite abzüglich der Summe aller erforderlichen Bandbreiten der dringenderen Grade ist.
4. Alle Ankünfte, Dienste und verbleibenden Dienste weisen eine Poisson-Verteilung auf.

Die anfänglichen Überprüfungen und die Präambel des Algorithmus können mittels der folgenden Schritte ausgeführt werden:

1. Sicherstellen, dass die Summe aller Durchsatzgarantien die Kapazität der Verbindung nicht übersteigt.
2. Berechnen der maximalen Ankunftsraten aller Datenströme, selbst wenn sie nur von der Geschwindigkeit der Schnittstelle beschränkt werden.

Das Bevorzugen der Datenströme kann dann wie folgt gestaltet werden:

1. Einordnen der Datenströme in ansteigender Reihenfolge des zulässigen Verlusts (abnehmender Reihenfolge der Bevorzugung).
2. Auswählen einer Anfangsmenge der Pufferung (dies könnte im einfachsten Fall die physisch verfügbare Menge sein).
3. Gruppieren der Datenströme mit ähnlichen Zielverlustraten, wobei die Anzahl der Gruppen auf die Anzahl von physisch verfügbaren Bevorzugungsgraden beschränkt wird.
4. Zuordnen zu jeder Gruppe den gesamten Zieldurchsatz für diese Ansammlung von Datenströmen und die niedrigste Verlustrate für jeden Datenstroms in dieser Ansammlung.
5. Angefangen mit der am meisten bevorzugten Gruppe Berechnen der erforderlichen Pufferung, um Verlusterfordernisse sicher zu stellen. Dies erfolgt unter der Annahme, dass alle der weniger bevorzugten Datenströme mit ihren maximalen Raten eintreffen. Wenn dies nicht getan werden kann, wird die Konfiguration zurückgewiesen.
6. Wiederholen dieses Prozesses (Schritt 5) für die abnehmenden Bevorzugungsgrade unter der Annahme, dass der Datenverkehr mit höherem bevorzugten Grad bei seiner vereinbarten Rate liegt (oder diese leicht überschreitet). Dies stellt die Bevorzugungskonfiguration für den QoS Multiplexer für diese Ansammlung von Datenströmen dar.

Wenn die Konfiguration mehr Pufferung erfordert, als physisch verfügbar ist, wird die Konfiguration zurückgewiesen.
Die Verzögerungskonfiguration kann wie folgt ausgeführt werden:

1. Anordnen der Datenströme nach abnehmender Dringlichkeit, das heißt nach zunehmender Verzögerungstoleranz.
2. Gruppieren der Datenströme, um in die endliche Anzahl von Dringlichkeitsgraden zu passen.
3. Zuordnen zu jeder Gruppe den gesamten Durchsatz der Datenströme in dieser Gruppe und die Verzögerungserfordernisse des dringendsten Datenstroms.
4. Angefangen mit der dringendsten Gruppe Berechnung der nominalen Bandbreite, von der erforderlich ist, dass sie verfügbar ist, um die gegebenen Verzögerungserfordernisse zu erfüllen, unter der Voraussetzung der verfügbaren Gesamtsumme der Bandbreite – die nominale Bandbreite kann berechnet werden unter der Annahme, dass diese Anordnung eine M/M/1/nicht bevorrechtigte (HOL) Warteschlangenanordnung ist, wie in Tabelle 18 auf Seite 370 von Allen: Probability, Statistics and Queuing Theory (1978) beschrieben. Diese nominale Bandbreite wird mit der tatsächlichen verfügbaren Bandbreite verglichen. Wenn sie nicht verfügbar ist, dann wird diese Konfiguration zurückgewiesen.
5. Für abnehmende Dringlichkeitsgrade wird (4) wiederholt, berechnend die minimale Überschussbandbreite auf Basis derselben M/M/1/nicht bevorrechtigten Prioritäts(HOL) Warteschlangenanordnungsannahmen und Sicherstellen, dass ausreichend restlicher Dienst vorhanden ist unter der Voraussetzung, dass die Datenströme höherer Dringlichkeit die ihnen zugewiesene Bandbreite verbrauchen. Wenn eine unzureichende restliche Bandbreite vorliegt, um die Beschränkungen zu erfüllen, dann wird diese Konfiguration zurückgewiesen.

Wenn diese Stufe (5) für alle Dringlichkeitsgrade durchgeführt werden kann, dann ist die Konfiguration ausführbar. Sobald der oben stehende Prozess beendet worden ist, liegt ausreichende Information vor, um die Parameter in die Hardware einzusetzen und um den Datenströmen den erforderlichen Satz von Vereinbarungen zu liefern.
Ein Betriebsmodell der oben beschriebenen Arten könnte für eine Anzahl von Zwecken verwendet werden, zum Beispiel:

– Entscheiden, ob man einen Aufruf akzeptiert oder zurückweist auf der Basis ob der für den Aufruf erforderlichen Dienstgüte entsprochen werden kann;
– Entscheiden, ob ein Datenpaket an einem Knoten zu verwerfen oder zu verzögern ist oder Pufferplatz an einem Knoten zuzuweisen ist, um erforderliche Dienstgüten kollektiv zu erfüllen für Aufrufe, die durch diesen Knoten geleitet werden;
– als Antwort auf eine Aufforderung für das Platzieren eines Aufrufs einen Hinweis auf eine verfügbare Dienstgüte zur Verfügung zu stellen, mittels dessen ein Benutzer oder eine Einheit entscheiden kann, ob der Aufruf platziert wird oder nicht.

In einer Situation, in der ein Dienstgütebudget zwischen zwei oder mehr Knoten in einer Strecke geteilt werden soll, gibt es mehrere Arten, in denen das Teilen ausgeführt werden könnte.

1. Ein Hinweis auf das verfügbare Budget könnte an einen Knoten weitergereicht werden. Dieser könnte die Reduktion der Dienstgüte abschätzen, die er erwartet dem Aufruf aufzuerlegen, das Budget um die abgeschätzte Menge reduzieren und dann dieses reduzierte Budget an den nächsten Knoten weiterreichen, der denselben Prozess ausführt.
2. Ein Hinweis auf das verfügbare Budget und die Menge des Budgets, die bis dahin durch vorangehende Knoten verwendet worden sind, könnten an einen Knoten weitergereicht werden. Dieser könnte die Reduktion der Dienstgüte abschätzen, die er erwartet dem Aufruf aufzuerlegen, die abgeschätzte Menge der Menge des bis dahin verwendeten Budgets hinzufügen und dann das verfügbare Budget und die überarbeitete Menge des bis dahin verwendeten Budgets an den nächsten Knoten weiterreichen, der denselben Prozess ausführt.
3. Ein Hinweis auf das verfügbare Budget könnte an einen Knoten weitergereicht werden, der auch Kenntnis von einer maximalen Anzahl (m) von für einen Aufruf zu verwendenden Knoten hat. Er könnte sich selbst dann nur 1/m vom verfügbaren Budget erlauben. Nachdem er die Reduktion der Dienstgüte geschätzt hat, von der er erwartet, dass er sie dem Aufruf auferlegt, könnte der Knoten den Aufruf zurückweisen, wenn er nicht weniger als 1/m vom verfügbaren Budget verwenden könnte. Andernfalls könnte er das verfügbare Budget unverändert zum nächsten Knoten weitergeben.

Die Dienstgüteinformation kann außerhalb des Bereichs gesandt werden, das heißt von einem anderen Pfad als dem Datenstrom, auf den sich die QoS Information bezieht. Die QoS Information kann von der Quelle oder dem Zielort des Datenstroms abgeleitet werden, oder von anderer Stelle.
Standardoptimierungsverfahren können verwendet werden, um die Verwendung eines ausgewählten Betriebsmodells unter vorgegebenen Bedingungen zu optimieren.
Die vorliegende Erfindung kann jedes Merkmal oder jede Kombination von Merkmalen umfassen, die hierin entweder implizit oder explizit offenbart wurden oder jede Verallgemeinerung davon, unabhängig davon, ob es sich auf die Erfindung bezieht, auf die derzeit Anspruch erhoben wird. In Anbetracht der vorhergehenden Beschreibung wird es einer in der Technik ausgebildeten Person offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung gemacht werden können. Zum Beispiel könnte die Aufrufanforderungsnachricht eine Anforderung sein bezüglich welche Dienstgüte unterstützt würde, anstatt eine Aufforderung nach einer bestimmten Qualität, wie zum Beispiel in dem für das Internet entwickelten RSVP Protokoll verwendet, und eine Aufrufannahme- oder Aufrufablehnungsnachricht könnte eine Übertragung von akzeptierbaren Dienstgüteparametern sein.

Claims

Routinganordnung zum Routen von Datenströmen an einem Knoten in einem Datenpaketübertragungsnetzwerk, wobei jeder Datenstrom mit festgelegten Parametern für seinen Verlust und seine Verzögerung im Netzwerk gesendet wird, wobei die Routinganordnung folgendes umfasst: Datenstromdurchlasssteuerungsschaltung zum Empfangen einer Datenstromanforderung (30) und zum Lesen: (i) der festgelegten Parameter und jeglicher Werte für Verlust und Verzögerung, die bereits an vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind, oder (ii) der festgelegten Parameter, wie sie modifiziert sind, um den Verlust und die Verzögerung mit einzuberechnen, die bereits an vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind, um in Verbindung mit vorhandenen Datenströmen, die bereits von der Routinganordnung abgearbeitet werden zu bestimmen, ob der Datenstrom akzeptiert oder zurückgewiesen wird; Pufferschaltung einschließlich einer Vielzahl von Puffern, wobei einer oder mehrere von diesen Puffern diesem Datenstrom zugewiesen werden, wenn die Datenstromanforderung akzeptiert worden ist; und Mittel zur Übertragung: (i) der Datenstromanforderung (32) mit modifizierten Werten für Verlust und Verzögerung, oder (ii) der Datenstromanforderung (32) mit modifizierten Parametern, um Verlust und Verzögerung mit einzuberechnen, die an diesem und vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind, wenn die Datenstromanforderung akzeptiert worden ist, und zum Zurückgeben eines Störungssignals (35), wenn die Datenstromanforderung zurückgewiesen worden ist.
Routinganordnung gemäß Anspruch 1, die Mittel umfasst, um ein Datenstromstörungssignal von einem anderen Knoten im Netzwerk zu erkennen und die Puffer freizugeben, die sie für diesen Datenstrom zugewiesen hatte.
Routinganordnung gemäß Anspruch 1, die Entscheidungsfindungsmittel umfasst zur Bestimmung darüber, den Datenstrom entweder zu akzeptieren oder zurückzuweisen.
Routinganordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Pufferschaltung eingerichtet ist, um die Puffer entsprechend dem Modell zuzuweisen:
wobei K_max die Gesamtmenge der verfügbaren Pufferung ist, K_B die Menge an Pufferung ist, bis zu der Datenverkehr zugelassen ist, P eine erwünschte Wahrscheinlichkeit des Verlusts ist, und ρ_p eine Last an Datenverkehr ist, der im Falle von Ressourcenkonkurrenz bevorzugte Behandlung zu geben ist.
Routinganordnung gemäß Anspruch 1, wobei der Verlust ein Maß für den akzeptablen Verlust des entsprechenden Datenstroms ist und die Verzögerung ein Maß für die akzeptable Verzögerung des entsprechenden Datenstroms ist.
Routinganordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Pufferschaltung eingerichtet ist, um die Puffer durch Einordnen der Datenströme in der Reihenfolge des Verlusts zuzuweisen, ein Anfangsmaß an Pufferung zu wählen, Datenströme mit ähnlichem Verlust zusammen zu gruppieren, für jede Gruppe den gesamten Zieldurchsatz für diese Gruppe von Datenströmen und die niedrigste Verlustrate jedes Datenstroms in dieser Gruppe zu bestimmen, und für jede Gruppe die erforderliche Pufferung zu berechnen, um Verlusterfordernisse sicher zu stellen, und wenn die gesamte erforderliche Pufferung die verfügbare Pufferung übersteigt, die Konfiguration von gruppierten Datenströmen zurückzuweisen.
Routinganordnung nach Anspruch 1, wobei die Pufferschaltung eingerichtet ist, um die Puffer zuzuweisen durch Bildung einer Rangliste der Datenströme durch Erhöhen der Verzögerungstoleranz, die Datenströme mit ähnlicher Verzögerungstoleranz zusammen zu gruppieren, für jede Gruppe den gesamten Durchsatz für diese Gruppe von Datenströmen und die Verzögerungstoleranz für den dringendsten Datenstrom in dieser Gruppe zu bestimmen, und für jede Gruppe die nominale Bandbreite zu berechnen, deren Verfügbarkeit erforderlich ist, um die Verzögerungserfordernisse zu erfüllen, und wenn die gesamte erforderliche Bandbreite die verfügbare Bandbreite überschreitet, die Konfiguration von gruppierten Datenströmen zurückzuweisen.
Routinganordnung gemäß Anspruch 6, wobei die Anzahl von Gruppen auf eine vorherbestimmte Anzahl begrenzt ist.
Verfahren zum Routing von Datenströmen an einem Knoten in einem Datenpaketübertragungsnetzwerk. wobei jeder Datenstrom mit festgelegten Parametern für seinen Verlust und seine Verzögerung im Netzwerk übertragen wird, wobei das Verfahren folgendes umfasst: das Empfangen einer Datenstromanforderung (30); das Lesen: (i) der festgelegten Parameter und jeglicher Werte für Verlust und Verzögerung, die bereits an vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind, oder (ii) der festgelegten Parameter, wie sie modifiziert sind, um Verlust und Verzögerung mit einzuberechnen, die bereits an vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind, um in Verbindung mit vorhandenen Datenströmen, die bereits von der Routinganordnung abgearbeitet werden zu bestimmen, ob der Datenstrom akzeptiert oder zurückgewiesen wird; das Vergeben von Datenspeicherpufferressourcen an diesen Datenstrom, wenn die Datenstromanforderung akzeptiert wird; und das Übertragen: (i) der Datenstromanforderung (32) mit modifizierten Werten für Verlust und Verzögerung, oder (ii) der Datenstromanforderung (32) mit modifizierten Parametern, um Verlust und Verzögerung mit einzuberechnen, die an diesem und vorangegangenen Knoten im Netzwerk aufgetreten sind, wenn die Datenstromanforderung akzeptiert worden ist, und zum Zurückgeben eines Störungssignals (35), wenn die Datenstromanforderung zurückgewiesen worden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, umfassend die Erkennung eines Datenstromstörungssignals von einem anderen Knoten in dem Netzwerk und das Freigeben der Puffer, die es für diesen Datenstrom zugewiesen hatte.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt, Datenspeicherpufferressourcen zuzuweisen, Puffer entsprechend dem Modell zuweist:
wobei K_max die Gesamtmenge der verfügbaren Pufferung ist, K_B die Menge an Pufferung ist, bis zu der Datenverkehr zugelassen ist, P eine erwünschte Wahrscheinlichkeit des Verlusts ist, und ρ_p eine Last an Datenverkehr ist, der im Falle von Ressourcenkonkurrenz bevorzugte Behandlung zu geben ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Verlust ein Maß für den akzeptablen Verlust für den entsprechenden Datenstrom ist und die Verzögerung ein Maß für die akzeptable Verzögerung für den entsprechenden Datenstrom ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt, Datenspeicherpufferressourcen zuzuweisen, eingerichtet ist, um die Puffer durch Einordnen der Datenströme in der Reihenfolge des Verlusts zuzuweisen, ein Anfangsmaß an Pufferung zu wählen, Datenströme mit ähnlichem Verlust zusammen zu gruppieren, für jede Gruppe den gesamten Zieldurchsatz für diese Gruppe von Datenströmen und die niedrigste Verlustrate jedes Datenstroms in dieser Gruppe zu bestimmen, und für jede Gruppe die erforderliche Pufferung zu berechnen, um Verlusterfordernisse sicher zu stellen, und wenn die gesamte erforderliche Pufferung die verfügbare Pufferung übersteigt, die Konfiguration von gruppierten Datenströmen zurückzuweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt der Pufferung eingerichtet ist, um die Puffer zuzuweisen durch Bildung einer Rangliste der Datenströme durch Er höhen der Verzögerungstoleranz, die Datenströme mit ähnlicher Verzögerungstoleranz zusammen zu gruppieren, für jede Gruppe den gesamten Durchsatz für diese Gruppe von Datenströmen und die Verzögerungstoleranz für den dringendsten Datenstrom in dieser Gruppe zu bestimmen, und für jede Gruppe die nominale Bandbreite zu berechnen, deren Verfügbarkeit erforderlich ist, um die Verzögerungserfordernisse zu erfüllen, und wenn die gesamte erforderliche Bandbreite die verfügbare Bandbreite überschreitet, die Konfiguration von gruppierten Datenströmen zurückzuweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Anzahl von Gruppen auf eine vorherbestimmte Anzahl begrenzt ist.