DE60112089T2

DE60112089T2 - Verfahren und system zur verwaltung der dienstqualität durch einspeisen von informationen in das paketnetz

Info

Publication number: DE60112089T2
Application number: DE60112089T
Authority: DE
Inventors: Vilho Räisänen; Marko Suoknuuti; Pekka Pessi
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-05-03
Also published as: US7835283B2; EP1299975A1; US20030152028A1; WO2002007394A1; FI20001578A0; DE60112089D1; AU2001258453A1; ATE300137T1; EP1299975B1; ES2242746T3; FI20001578A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dienstqualität-Verwaltung in Paket vermittelten Kommunikations-Netzwerken, insbesondere in einem Kommunikations-Netzwerk, basierend auf dem Internet-Protokoll (IP).
In herkömmlichen Telefongesprächen wird Sprache in leitungsvermittelten Netzen, z.B. dem öffentlichen leitungsvermittelten Telefonnetz (PSTN), übertragen. Wenn Anrufe in einem digitalen leitungsvermittelten Netz gemacht werden, wird eine feste Verbindung von 64 kbps für jedes Gespräch gebildet. Die Standard-Bandbreite, 64 kbps wird durch die in der Abtastung von analoger Sprache benötigte Bitrate bestimmt, wenn eine 8-bit-Impuls-Code-Modulierung (PCM) bei der Abtastfrequenz von 8 kHz verwendet wird, welches es ermöglicht, dass die analoge Sprache ein Frequenzband von 300–3400 Hz hat, um in einer digitalen Form übertragen zu werden.
Das oben beschriebene, derzeit breit benutzte digitale Telefonnetz ist jedoch höchst ineffizient und verbraucht übermäßig Netzwerk-Ressourcen. Das für die Verbindung in dem Telefonnetz reservierte Band ist auch besetzt, wenn die Verbindung nicht aktiv benutzt wird, d.h. keine der in der Verbindung teilnehmenden Partein Information überträgt, z.B. Sprache oder Daten und zwar über die Verbindung. Diese Art von statischer Bandbenutzung braucht einen großen Teil der Kommunikations-Ressourcen und daher wird eine Investment in zusätzliche Kapazität benötigt, um die wachsende Anzahl der Benutzer aufzufangen. Die oben beschriebene Ineffizienz verursacht Probleme, insbesondere in Interkontinental-Anrufen, bei denen es nicht so leicht wie andern Orts ist, die Kommunikations-Kapazität zu erhöhen. Das Problem tritt auch bei den Anrufgebühren auf. Die starke Investition in die Kapazität muss durch hohe Benutzungsgebühren refinanziert werden.
Um Anrufe unter Verwendung statischer Bandreservierung in dem Telefonnetz zu ersetzen und zu ergänzen, müssen Marketing-Anstrengungen auf das gerichtet werden, was als VoIP-Anrufe (Sprache über Internet-Protokoll) bekannt ist. In VoIP-Anrufen wird die zu sendende Information, z.B. Sprache oder Ton, typischerweise zuerst von einer analogen in eine digitale Form gewandelt, dann komprimiert und dann in IP-Pakete gewandelt, die über ein Paket vermitteltes IP-basierendes Netzwerk übertragen werden, z.B. das Internet, und zwar auf einem Frequenz-Band das mit anderem IP-Verkehr geteilt ist. VoIP-Anrufe ermöglichen eine signifikant effektivere Verwendung des Frequenzbandes als Anrufe, die eine statische Bandreservierung einsetzen, was sich in den Anrufgebühren ebenfalls wiederspiegelt. Zusätzlich sind neue effizientere Kodierungsschemata verfügbar, z.B. G.723.1. Wenn die zu übertragende Information nicht nur Ton, sondern auch visuelle Informationen enthält, z.B. Video, wird der Anruf nicht als ein VoIP-Anruf bezeichnet, sondern als ein Multimediaanruf über IP. In diesem Kontext werden beide, ein VoIP-Anruf und ein Multimedia-Anruf über IP als IP-Anrufe bezeichnet.
Die in dem IP-Netzwerk übertragene Information kann grob eingeteilt werden in Realzeit-Informationen und Nicht-Realzeit-Informationen. Anwendungen, z.B. (VoIP und Multimedia über IP-Anwendungen), die zum Übertragen und Wiedergeben von Realzeitinformationen insbesondere verwendet werden, unterliegen einer strikten Realzeit-Anforderung (kurze End-an-End-Verzögerung beispielsweise), um saubere Operation zu gewährleisten. Daher wird eine Anordnung allgemein gefordert, um einen gewünschten Dienstqualitäts-Level für einen IP-Anruf zu garantieren, der Realzeit-Informationen sendet.
Nicht-Realzeit-Verkehrsfluss wird oft als "best-effort"-Verkehr bezeichnet. Da "best-effort"-Verkehr gewöhnlich nicht den strengen Realzeit-Anforderungen (z.B. kurze Verzögerungen, geringes Zittern bzw. Jitter in der Information) unterliegt, bietet das Netz dem Verkehr den Qualitätsdienst, der zur Zeit verfügbar ist. Beispielsweise wird gewöhnlich keine Standard-Bandbreite für "best-effort"-Verkehr garantiert. Das Datei-Übertragungsprotokoll (FTP) für den Datenverkehr beispielsweise ist ein Verkehrstyp, für den die Übertragung mit "best-effort" oft als ausreichend betrachtet werden kann.
Um die Dienstqualität zu beschreiben, sind verschiedene Dienstqualitäts-Parameter gewöhnlich erforderlich, z.B. Bandbreite, Ende-bis-Ende-Verzögerung, Ende-bis-Ende-Verzögerungszittern, Paketverlust und Paketverlust-Korrelation. Die Ende-bis-bis-Ende-Verzögerung ist die Zeit, die es benötigt für ein IP-Paket, durch das IP-Netz von dem Sender zu dem Empfänger zu laufen. Das Ende-bis-Ende(Durchgang)-Verzögerungszittern kann ausgedrückt werden beispielsweise in Form einer Standardabweichung oder Varianz. Der Paketverlust zeigt die Zahl der an dem Empfangsende nicht empfangenen Pakete an, d.h. die Anzahl der Pakete, die auf dem Weg verloren gegangen sind. Für die Systemleistung ist es sehr bedeutend, ob IP-Pakete ab und zu verloren gehen (keine Paketverlust-Korrelation) oder ob mehrere aufeinander folgende Pakete verloren gehen (hohe Paketverlust-Korrelation).
Eine garantierte Dienstqualität (QoS) bedeutet beispielsweise, dass es mathematisch gezeigt werden kann, dass das Netzwerk geeignet ist, Pakete so zu senden, dass die Verzögerung ebenso wie der Paketverlust immer unter einer vorbestimmten Maximalgrenze bleibt.
Das IP-Protokoll unterstützt nicht die Dienstqualität in dem Sinn, dass sie garantierte Dienstqualität anbieten würde. Es gibt jedoch verschiedene Verfahren, die eine garantierte Dienstqualität in dem IP-Netz liefern. Diese Verfahren schließen IntServ (integrated Services) und DiffServ (differenzierte Services) beispielsweise ein. IntServ liefert garantierte Dienstqualität, ist jedoch aufgrund seiner Komplexität nicht skalierbar für große Netze. Die folgenden Dokumente betreffen das IntServ-Verfahren:

– Viktória Elek et al: "Admission Control Based on End-to-End-Measurements", INFOCOM 2000, Nineteeth Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies; Proceedings, IEEE, Vol. 2, 26.–30. März 2000, Seiten 623–630, XP002901842 Kista, Schweden und
– Dapeng Wu et al: "On Implementation Architecture for Achieving QoS Provisioning in Integrated Services Networks", 1999 IEEE International Conference on Communications, ICC'99, Vol. 1, 6.–10. Juni 1999, Seiten 461–468, XP002901843, Brooklyn, NY, USA.

DiffServ wiederum priorisiert den Verkehr in Klassen, kann aber nicht garantiert Dienstqualität in allen Situationen anbieten.
Das Dokument EP 0 786 883 A1 enthält ein Verfahren zum Durchführen von Dienstqualität-Messungen an einer Verbindung über ein Netzwerk. In gleicher Weise betrifft Dokument Vilho Räisänen: "Application-level IP measurements for multimedia", Eighth International Workshop on Quality of Service, IWQOS 2000, 5.–7. Juni 2000, Seiten 170–172, XP002901841 Espoo, Finnland, wie auch das Dokument Jarmo Harju et al: "Measurements about the Quality of Controlled-Load Service", 1999 IEEE International Conference on Communications, ICC '99, Vol. 2, 6.–10. Juni 1999, Seiten 739–744, XP002901844, Tampere, Finnland, Messaspekte.
Die vorliegende Erfindung liefert eine neue Lösung für die Verwaltung von Dienstqualität in einem Paketnetz. Ein Verfahren zum Verwalten der Dienstqualität in einem Paketnetz wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung implementiert. Das Verfahren weist auf:
Einspeisen eines bestimmten Informationsflusses in das Paketnetzwerk zum Zweck einer Messung;
Messen der Eigenschaften des Informationsflusses in einer fortwährenden Messung, um QoS-Information zu erzeugen; wobei die Methode weiter umfasst:
Steuern von Kommunikationsverkehr in dem Paketnetzwerk auf der Basis der QoS- Information, um die Dienstgüte (QoS) in dem Paketnetzwerk zu verwalten,
wobei das Paketnetzwerk mindestens zwei Zugangsknoten umfasst, durch die Kommunikationsverkehr zu und von dem Paketnetzwerk weitergeleitet wird, und dass eine Vielzahl von Kommunikations-Verkehrsleitwegen zwischen den Zugangsknoten vorliegen;
wobei die fortwährende Messung auf einem Leitweg ausgeführt wird, der durch die Zugangsknoten verläuft; und
wobei das Steuern von Kommunikationsverkehr durch Steuern der Vielzahl von Kommunikations-Verkehrs-Leitwegen ausgeführt wird.
Ein System gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist angegeben, um die Dienstqualität in einem Paketnetzwerk zu verwalten, wobei das Paketnetzwerk eine Einrichtung zum Übertragen von Information in einem Paketformat aufweist.
Das System weist auf:
Mittel zum Einspeisen eines bestimmten Informationsflusses in das Paketnetzwerk zum Zweck einer Messung;
Messmittel zum Messen der Eigenschaften des Informationsflusses unter Verwendung einer fortwährenden Messung, um QoS-Information zu erzeugen; und
Mittel zum Steuern von Kommunikationsverkehr in dem Paketnetzwerk auf der Basis von QoS-Informationen, um die Dienstgüte bzw. Dienstqualität des Paketnetzwerks zu verwalten,
wobei das Paketnetzwerk mindestens zwei Zugangsknoten umfasst, durch welche Kommunikationsverkehr zu und von dem Paketnetzwerk weitergeleitet wird und dass eine Vielzahl von Kommunikationsverkehrsleitwegen zwischen den Zugangsknoten vorhanden ist; wobei das System umfasst:
Messmittel zum Ausführen einer fortwährenden Messung auf einem Leitweg, der durch die Zugangsknoten verläuft;
wobei die Mittel zum Steuern von Kommunikationsverkehr angepasst sind, um das Steuern von Kommunikationsverkehr durch Steuern der Vielzahl von Kommunikationsverkehrsleitwegen auszuführen.
In dieser Spezifikation wird der Ausdruck IP-Netzwerk nicht nur benutzt für Netzwerke, die auf dem IP-Protokoll basieren, z.B. Internet und Intranet-Netze, sondern auch für andere ähnliche Arten von Paketnetzwerken, z.B. das X.25 Netzwerk. Ein IP-Anruf bezieht sich auf einen Anruf bei dem Informationen, bevorzugt Sprache, Stimme (VoIP), Bild, Video und/oder Multimedia (Multimedia über IP) über diese Art von Netzwerk gewöhnlich übertragen wird, um einen Real zeit-Service bereit zu stellen. Die Information ist somit auch anwendbar bei der Video-Konferenzschaltung.
Die Erfindung zielt auf das Halten eines konstanten Dienstqualität- bzw. Dienstgüte-Pegels für Realzeit-Verkehr, der in dem Paketnetzwerk übertragen wird. Zusätzlich zielt die Erfindung darauf, eine vorbestimmte minimale Bandbreite für "best-effort"-Verkehr bereit zu stellen bzw. zu garantieren, die in dem Paketnetzwerk übertragen wird. In dem Folgendem wird die Erfindung in größerem Detail unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen
1 eine Architektur eines Dienstqualität-Verwaltungssystems gemäß der Erfindung erläutert,
2 eine Messarchitektur gemäß der Erfindung zum Sammeln von Realzeit QoS-Information erläutert,
3 die Messung von Computervorrichtungs-Paaren erläutert,
4 QoS-Messsystem gemäß der Erfindung erläutert,
5 einen Weg der Verbesserung der QoS-Situation des Netzwerks erläutert,
6 ein Flussdiagramm zeigt, das einen IP-Anruf-Aufbauprozess der Erfindung erläutert,
7 ein Flussdiagramm zeigt, das erläutert, wie ein IP-Anruf-Leitweg bestimmt wird,
8 ein Blockdiagramm ist, welches die Implementierung eines messenden Computervorrichtungs-Paars erläutert;
9 ein Blockdiagramm ist, das eine QoS-Verwaltereinheit QM gemäß der Erfindung erläutert.
1 zeigt die Architektur des QoS-Verwaltungssystems gemäß der Erfindung in einem IP-Netzwerk. Das System umfasst Zugangsknoten, die in 1 mit Bezugszeichen E, F, G und H bezeichnet sind. Durch diese Zugangsknoten können VoIP-Pakete, d.h. durch eine VoIP-Anwendung erzeugte Pakete auf das IP-Netz 10 zugreifen. Der Zugangsknoten kann beispielsweise ein Zugangs-Router eines VoIP-Gateways sein. Das Letztere wandelt gewöhnlich ein Stimmsignal in IP-Pakete oder umgekehrt um. Zusätzlich weist das System ein IP-Kern-Netz und Kern-Router auf, indem sie im Netz angeordnet sind, wobei die Router in 1 mit den Bezugsziffern J, K, L und M bezeichnet sind. Das System weist ferner einen Anruf bearbeitenden Server CPS und einen QoS Manager QM auf, die in dem IP-Netz 10 angeordnet sind.
Die Zugangsknoten E, F, G, H sind üblicher Weise an der Grenze bzw. am Rand der Betroffenen IP-Netzdomäne 10 angeordnet. Das Terminal, z.B. ein Telefon 11 oder ein Computer 12, 13 die Multimedia-Eigenschaften aufweisen, können das IP-Netzwerk durch einen der Zugangsknoten erreichen. Der Zugangsknoten weist einen Verkehrsformer auf, bekannt aus der US-Patentanmeldung 09/346,747 (eingereicht am 2. Juli 1999). Die Priorität der betroffenen US-Anmeldung wird für eine Internationale PCT-Anmeldung des selben Anmelders beansprucht, die hierin unter Bezugnahme auf die Implementierung des Verkehrsformers bezeichnet ist.
Der Verkehrsformer kann ein in dem Operationssystem integrierter Algorhythmus des Zugangsknoten sein. Wenn der Algorhythmus ausgeführt wird, formt der Verkehrsformer Realzeit-Verkehr auf der Basis der Verkehrsformer-Parameter, wobei er zur selben Zeit Nicht-Realzeit "best-effort"-Verkehr mit einer Aufrechterhaltungs-Bandbreite liefert, die gebraucht wird, um die Verkehrsverbindung am Leben zu halten.
Der Kern-Netzwerk-Router J, K, L, M, ist in dem IP-Kern-Netzwerk angeordnet. Er verbindet die IP-Pakete, die er erhält ferner mit dem folgenden Kern-Router mit den Zugangsknoten E, F, G, H.
Der Anruf bearbeitende Server CPS verwendet den QoS-Manager QM, um zentral die Anruf-Aufbauanforderung zu verarbeiten, beispielsweise einen IP-Anruf der von den Terminals 11–13 stammt. Das CPS ist geeignet, Signalmitteilungen mit dem Terminal auszutauschen unter Verwendung von H.323 oder SIP-Protokoll (Session Initiation Protocol), beispielsweise.
Eine der Funktionen des QM ist es, sich verändernde QoS-Umstände in dem IP-Netzwerk zu überwachen, beispielsweise durch Sammeln von Messdaten über die QoS-Werte des IP-Netzwerkes. Das QM hält aufrecht upgedatete Information über die QoS-Situation des IP-Netzwerkes in seiner QoS-Datenbank und führt Operationen aus, die mit dem QoS-Management des IP-Netzwerkes verbunden sind. Obwohl in 1 das CPS und das QM in einer und derselben Computervorrichtung angeordnet sind, können sie in unterschiedlichen Computern alternativ angeordnet sein.
Im Folgenden werden wir ein Verfahren gemäß der Erfindung beschreiben zum Sammeln von Realzeit oder wenigstens fast Realzeit QoS-Informationen, um das QM und das CPS in ihrer Entscheidungsfindung zu unterstützen. Das in Frage stehende Messsystem zum Erhalt von QoS-Informationen über das IP-Netzwerk ist in 2 gezeigt.
Im Vergleich mit 1 führt 2 ein neues zentrales Element ein, d.h. Messcomputer A, C, B, D. Diese können entweder integriert werden in die Zugangsknoten E, F, G, H, oder getrennte Elemente sein, die geeignet sind, die QoS zu messen, wie sie durch ein (Vo)IP Paketfluss erfahren werden, der auf einem spezifischen Weg läuft, verbunden durch ihren jeweiligen Zugriffsknoten. Wenn der Messcomputer als ein getrenntes Element implementiert ist, kann er in dem Kern-Netzwerk angeordnet sein, und zwar benachbart zu den Zugangsknoten, oder komplett außerhalb der in Frage befindlichen IP-Netzwerk-Domäne 10. Alternativ kann die Messfunktion beispielsweise in einem Zugriffsknoten (in dem Zugriffsrouter oder dem VoIP gateway) angeordnet sein.
Die finnische Patentanmeldung FI 20 000 316 offenbart ein Verfahren zum Emulieren des bidirektionalen Informationsflusses einer Realzeit-Anwendung und zur Herstellung diskreter QoS-Messungen. Obwohl das Messsystem der vorliegenden Erfindung auf kontinuierlichen Messungen beruht und nicht auf diskreten, können beispielsweise die Grundprinzipien, die in der finnischen Patentanmeldung offenbart sind, in dem System angewandt werden.
Das in 2 gezeigte Messsystem führt kontinuierliche VoIP-Anwendungspegel-Messungen gemäß den Computerpaaren (3) aus. In 3 wird das messende Computerpaar gebildet durch die Computer A und B, A und C, A und D, B und C, B und D sowie C und D. Die Messungen werden ausgeführt gemäß einem Messprofil, das vorausgehend durch das QM aufgesetzt wird. Bevor die Messung gestartet wird, konfiguriert QM die Mess-Hostcomputer bzw. Messcomputer, wodurch gewährleistet ist, dass die Hostcomputer gemäß dem Messprofil arbeiten. Das QM führt die Konfigurierung der Hostcomputer unter Verwendung eines geeigneten Protokolls durch, z.B. H248/Megaco.
Das Messprofil bestimmt beispielsweise die QoS-Parameter (z.B. Verzögerung, Zittern, Paketverlust, Paketverlustkorrelation, Bandbreite), deren Werte der Mess-Hostcomputer A, C, B, D zu berechnen hat und wie dieser die Ergebnisse an das QM abgibt. Der Mess-Hostcomputer kann die Messergebnisse an das QM periodisch schicken, in Intervallen von 30 Sekunden beispielsweise. Eine andere Alternative ist, dass das Messprofil Warnungs- und Alarmpegel aufweist, die für die QoS-Parameter gesetzt sind und dass nur Fälle, bei denen der Warnstrich und Alarmpegel überschritten ist/nicht erreicht ist, an den QM berichtet werden. Beispielsweise kann das QM eine Ende-an-Ende-Verzögerung mit Warnung und Alarmpegeln von 15 ms bzw. 25 ms liefern. Natürlich kann jede Kombination dieser obigen Messungen bezogen auf den Bericht der Messergebnisse auch verwendet werden.
Wir werden uns nun konzentrieren auf ein messendes Hostcomputer-Paar (4), das gebildet ist durch den messenden Hostcomputer A und den messenden Hostcomputer B. Die messenden Hostcomputer A und B tauschen IP-Testpakete gemäß dem Messplan aus, der durch das QM festgelegt ist. Die IP-Testpakete werden bevorzugt gesendet unter Verwendung eines UDP-Protokolls über das IP-Protokoll. Die gesendeten IP-Testpakete emulieren den bi-direktionalen Fluss von IP-Paketen in einem realen IP-Anruf von einem Netzwerkknoten zu einem anderen (in diesem Fall von Netzwerkknoten E an Netzwerkknoten G). Die Hostcomputer A und B sind bevorzugt integriert mit ihren jeweiligen Zugangsknoten E und G, wobei die zu übertragenden IP- Testpakete automatisch durch die Zugangsknoten E und G geleitet werden und somit QoS, die von dem IP-Paketfluss erfahren wird, der durch die Realzeit-Anmeldung erzeugt ist (und somit die QoS, die durch die Realzeit-Anmeldung selbst erfahren wird), z.B. die VoIP-Anmeldung auf der Verbindung zwischen den Zugangsknoten E und G in dem IP-Netzwerk bestimmt werden kann.
In dem Messsystem gemäß der Erfindung ist die Übertragung von IP-Testpaketen seiner Natur nach kontinuierlich. Die Übertragung, die stattfindet gemäß dem Messprofil, kann stückweise kontinuierlich sein, d.h. intermittierend, anstatt einer vollständig kontinuierlichen Übertragung. In diesem Fall können Pausen zwischen kontinuierlich-ähnlichen Messperioden auftreten. Das Intervall, in dem die IP-Testpakete zu übertragen sind und die Größe der Pakete entsprechen dem Übertragungsintervall und der durch einen realen Codec vorgegebenen Paketgröße, z.B. G.723.1. In diesem Kontext bezieht sich ein realer Codec auf einen Sprachcodec oder einen Videocodec beispielsweise. Das Messprofil zeigt den Codec an, dessen IP-Fluss zu emulieren ist. Die Emulation des IP-Paketflusses, erzeugt durch einen realen Codec, ist nützlich, da sie den Erhalt von realistischeren QoS-Messergebnissen ermöglicht.
Wenn das IP-Netzwerk, das der QoS-Messung unterliegt, ein Verfahren einsetzt, welches erlaubt, dass andere Leitwege bzw. Routen zwischen Mess-Hostcomputern A und B (zwischen Zugangsknoten E und G) definiert werden, können die Messungen zum Zwecke des Vergleichs auf einer Vielzahl von Leitwegen bzw. Routen zwischen den zwei messenden Hostcomputern gemacht werden. Das Multi Protocol Label Switching (MPLS) ist ein Beispiel eines solchen Verfahrens. In dem in 2 gezeigten Beispiel gibt es zwei alternative Leitwege zwischen Zugangsknoten E und G, von denen einer durch die IP-Kern-Netzwerk-Router J, K und L und der andere durch die IP-Kern-Netzwerk-Router J, M und L läuft.
Jedes IP-Testpaket 41, 42 (4) weist auf einen IP-Header und eine Nutzinformation 44. Es ist für eine in der Technik erfahrene Person ersichtlich, dass ein IP-Testpaket auch weitere nicht in 4 gezeigte Felder aufweisen kann. Man betrachte nun das durch den messenden Hostcomputer A an den messenden Hostcomputer B zu Beginn der QoS-Messung gesendete IP-Testpaket. Der messende Hostcomputer A speichert eine Sequenzzahl SA des IP-Testpaketes in dem Header 43 und kurz bevor er das IP-Testpaket sendet, speichert er einen Zeitstempel TA in dm Header des IP-Testpaketes und sendet das IP-Testpaket 41 an den Hostcomputer B. Der Hostcomputer A speichert die Werte der Parameter SA und TA ebenfalls in seinem Speicher für die spätere Analyse der QoS-Parameter.
Nachdem er das IP-Testpaket 41 vom Hostcomputer A erhalten hat, leitet Hostcomputer B es an den Hostcomputer A zurück. Empfangene IP-Testpakete werden jedoch nicht an den Hostcomputer A sofort zurückgeleitet, sondern die Daten, die sie enthalten, werden in einem Puffer 813 in dem Hostcomputer B gespeichert und dann von dem Puffer zum Hostcomputer A zurückgesendet, und zwar in der Ordnung ihrer Ankunft, und zwar in einem ähnlich gleichförmigen IP-Paketfluss wie er durch einen realen Codec gebildet ist, der in einem IP-Anruf verwendet wird. Dies ermöglicht die Entfernung der Asymmetrie während der QoS-Messung. Eine Asymmetrie würde andernfalls die QoS-Messung verzerren, da sie nicht typischerweise in einem realen IP-Anruf vorliegt. Wenn er das IP-Testpaket 41, das von Hostcomputer A gesendet wird, empfängt, speichert Hostcomputer B ein tuple in seinen Puffer 813, wobei das tuple aufweist die Ankunftszeit RB des IP-Testpakets 41 und die Sequenznummer SA und den Zeitstempel TA der in dem Header 43 des IP-Testpakets angegeben ist. Der Hostcomputer speichert die Werte der Parameter RB, SA, TA ebenfalls in seinen Speicher für die spätere Analyse der QoS-Parameter.
Rechtzeitig wird ein IP-Testpaket 42 von dem Puffer 813 des Hostcomputers B an den Hostcomputer A gesendet. Hostcomputer B speichert eine Sequenzzahl SB des IP-Testpaketes in den Header 43 des IP-Testpaketes und kurz bevor er das IP-Testpaket sendet, speichert er einen Zeitstempel TB der Sendezeit des IP-Testpakets 42 in den Header. Der Hostcomputer B speichert die Werte der Parameter SB und TB auch in seinen Speicher für die spätere Analyse der QoS-Parameter.
Bevor er das IP-Testpaket 42 sendet, entfernt der Hostcomputer B von dem Puffer 813 das tuple (RB, SA, TA), das als erstes in der Sendezeile ist und speichert es in die Nutzinformation 44 des IP-Testpaketes. Wenn es dort keine tuple in dem Puffer 813 gibt, die darauf warten gesendet zu werden, wird eine Dummy-Nutzinformation der Nutzinformation 44 hinzugefügt, um die Nutzinformation in der Länge gleich zu machen mit der durch einen realen Codec gesendeten Nutzinformation. Die Dummy-Nutzinformation kann beispielsweise mit einem marker bit markiert werden, um dem Empfänger des IP-Testpaketes anzuzeigen, dass die RB-, SA- und TA-Werte in der Nutzinformation 44 nicht real sind.
In gleicher Weise wie in der Beschreibung bezüglich Hostcomputer B, wenn Hostcomputer A das IP-Testpaket 42 empfängt, speichert er dieses in Puffer 803 in einem tuple, welches aufweist die Empfangszeit RA und die Sequenzzahl SB des IP-Testpaketes 42 und einen Zeitstempel TB. Der Hostcomputer A liest die Sequenzzahl SB und den Zeitstempel TB von dem Header 43 des IP-Testpaketes 42, das er erhalten hat. Der Hostcomputer speichert die Werte der Parameter RA, SB und TB auch in seinen Speicher zur späteren Analyse der QoS-Parameter. Zusätzlich speichert Hostcomputer A die RB, SA und TA-Information, die in der Nutzinformation 44 enthalten ist, in seinen Speicher zur späteren Analyse der QoS-Messergebnisse. Die Parameterwerte, die in der Nutzinformation 44 enthalten sind, werden nicht in den Sendepuffer 803 gespeichert. Demzufolge kann eine zweiwegige Ende-an-Ende-Verzögerung d nun im Hostcomputer A der folgenden Formel d = (RA – TA) – (TB – RB)berechnet werden, wie in der finnischen Patentanmeldung FI 20 000 316 gezeigt.
Rechtzeitig wird ein IP-Testpaket 41 wiederum vom Hostcomputer A in den Hostcomputer B gesendet. Der Hostcomputer A gibt die Sequenznummer SA des IP-Testpaketes ein und, wenn er beginnt, das IP-Testpaket 41 zu senden, den Zeitstempel TA der Übertragungszeit des Testpaketes, und zwar in den Header 43 des IP-Testpaketes. Der Hostcomputer A entfernt von dem Puffer 803 das tuple (RA, SB, TB), welches das erste in der Reihe zur Übertragung ist und fügt diesem die Nutzinformation 44 des IP-Testpaketes 41 zur Übertragung hinzu. Der Hostcomputer A speichert die fraglichen Parameter auch in seinem Speicher für die spätere Analyse der QoS-Messergebnisse.
Wenn der Hostcomputer B das IP-Testpaket empfängt, speichert er in seinem Puffer ein tuple 813, welches die Zeit des Empfangs RB des IP-Testpaketes 41 ebenso wie seine Sequenznummer SA und den Zeitstempel TA umfasst. Der Hostcomputer B liest die Sequenzzahl SA und den Zeitstempel TA von dem Header 43 des IP-Testpaketes, das er empfangen hat. Die RA-, SB- und TB-Information, die in der Nutzinformation 44 enthalten ist, wird durch den Hostcomputer B in seinem Speicher für Analyse der Qos-Messergebnisse gespeichert. Die in der Nutzinformation enthaltenen Parameterwerte werden nicht in dem Sendepuffer 813 gespeichert. Die kontinuierliche Messung wird dann gemäß dem Messprofil fortgesetzt, und zwar ähnlich wie oben beschrieben.
Die Sequenzzahl SA, SB kann eine ganze Zahl sein, beispielsweise, welche zwischen aufeinanderfolgenden Übertragungen beispielsweise um Eins erhöht werden kann. Die Zeitstempel TA, TB, RA, RB werden durch die Mess-Hostcomputer auf der Basis ihrer Uhren bestimmt. Wenn die Uhren der Hostcomputer A und B synchronisiert sind, können auch Einwege-Verzögerungen unter Verwendung der folgenden Formeln berechnet werden: d_A->B = RB – TA (Verzögerung von Hostcomputer A an Hostcomputer B) und d_B->A = RA – TB (Verzögerung von Hostcomputer B an Hostcomputer A). Die Uhren bzw. Takte der Hostcomputer können synchronisiert werden unter Verwendung beispielsweise des globalen Positionierungssystems (GPS).
Daten zum Berechnen der Ende-an-Ende-Verzögerung werden beispielsweise erhalten durch Berechnen der Differenzen zwischen den Zeitstempeln von aufeinander folgenden IP-Testpaketen, die von einem und demselben Hostcomputer empfangen werden. Auf der Basis dieser Differenzen ist es möglich, beispielsweise die Standardabweichung und/oder die Varianz der Ende-an-Ende-Verzögerung zu berechnen.
Paketverlust und Paketverlustkorrelation können studiert werden durch Prüfen der Sequenznummern SA, SB der durch den Hostcomputer empfangenen IP-Testpakete, um zu sehen, welche Sequenzzahlen fehlen.
Die messenden Hostcomputer müssen beide mit einem Puffer versehen werden, da die IP-Testpakete, die von einem Hostcomputer an einen anderen gesendet werden, an dem Empfangsende in einer burstartigen Weise eintreffen können. Die Burstartigkeit bedeutet, dass der IP-Testpaketefluss, empfangen durch den Hostcomputer, nicht gleichförmig ist, sondern Zeitperioden aufweist, wo Pakete eng zusammenhängen (Cluster der IP-Testpakete) und Zeitperioden, wo diese verteilt sind (wo es eine außergewöhnlich lange Verzögerung zwischen den Paketen gibt). In solch einem Fall ermöglicht die Pufferung, dass die IP-Testpakete zurückgeleitet werden, um das Sendeintervall zurück zu geben, wie es beispielsweise durch einen realen Kodex angewandt wird.
Die messenden Hostcomputer A und B berechnen die QoS-Parameterwerte auf der Basis der Werte der Parameter (SA, SB, TA, TB, RA, RB), die sie in ihren Speichern gespeichert haben. Wie oben angegeben, zeigt das Messprofil die QoS-Parameterwerte an, die der messende Hostcomputer berechnen muss und wie die Ergebnisse an die QM abgegeben werden müssen. Die Übertragung kann ausgeführt werden unter Verwendung des H.248-Protokolls oder eines geeigneten ähnlichen Signalisierungsprotokolls. Das QM speichert die QoS-Parameterwerte, berechnet durch die Hostcomputer-Paare, in der QoS-Datenbank, die sie unterhält.
Wenn bestimmte Bedingungen in dem Netz erfüllt sind, kann das QM oder der messende Hostcomputer selbst zusätzliche Messungen einleiten oder die Messungen für eine vorbestimmte Zeitdauer gemäß dem Messprofil stoppen. Auf diese Weise müssen Messungen nicht die ganze Zeit über auf allen Leitwegen bzw. Routen des IP-Netzwerkes durchgeführt werden, sondern das QM kann die Messung auf einer bestimmten oder mehreren bestimmten Routen zwischen den Hostcomputern gemäß dem Messprofil unterbrechen.
Wir werden im Folgenden die Messungen der Erfindung, welche das QM und das CPS bezüglich des QoS-Managements in dem IP-Netzwerk auszuführen haben, beschreiben, nachdem die Allzeit-QoS-Information, die sich auf das IP-Netzwerk bezieht, in der oben beschriebenen Weise gesammelt wurde, um die Entscheidungsfindung des QM und des CPS zu unterstützen.
Da das QM kontinuierlich Realzeit Anwendungslevel-Information von den messenden Hostcomputern A, C, B, D auf den QoS-Parametern der Routen zwischen den Zugangsknoten E, F, G, H des IP-Netzwerkes 10 empfängt, ist das QM geeignet, die sich ändernden QoS-Bedingungen des IP-Netzwerks zu überwachen. Die Zugangsknoten weisen einen Verkehrsformer auf, dessen Parameter die QM in einer zentralisierten Weise verändern kann. Die Verkehrsformer-Parameter umfassen garantierte Bandbreite für Realzeit-Verkehr, Realzeit-Verkehrsverzögerung und garantierte Bandbreite für "best-effort"-Verkehr. Dies bedeutet, dass gewünschtenfalls "best-effort"-Verkehr mit einer garantierten minimalen Bandbreite, beispielsweise in einer Situation bereit gestellt werden kann, bei der sowohl Realzeit- als auch "best-effort"-Verkehr durch einen und den selben Zugangsknoten verbunden wird. Der Zugangsknoten steuert den in dem IP-Netzwerk auf der Basis der Verkehrsformer-Parameter akzeptierten Verkehr. Die Parameterwerte des Verkehrsformers können beispielsweise die folgenden sein: garantierte Bandbreite von 1 Mbit/s für Realzeit-Verkehr, eine maximale Realzeit-Verkehrsverzögerung von 50 ms und eine garantierte Bandbreite von 256 kbit/s für "best-effort"-Verkehr. Hinsichtlich des Realzeit-Verkehrs kann die Bandbreite von 1 Mbit/s, die in dem Verkehrsformer garantiert ist, beispielsweise unter einer Anzahl von IP-Anrufen aufgeteilt werden.
Wenn die Messungen beispielsweise zeigen, dass die QoS-Situation in dem IP-Netz sich plötzlich verschlechtert (die Verzögerung wächst beispielsweise), kann das QM die Menge (Bandbreite) des Datenverkehrs, der das IP-Netz erreicht, begrenzen. Das QM kann dies ausführen durch Verändern der Parameterwerte des Verkehrsformers des Zugangsknotens beispielsweise durch Vermindern der garantierten Bandbreite von "best-effort"-Verkehr auf 128 kbit/s. Die garantierte Bandbreite des Realzeit-Verkehrs sollte jedoch während eines IP-Anrufes nicht verändert werden, da dies radikale Wirkungen auf den IP-Anruf selbst haben könnte. Die 5 erläutert Realzeit-Verkehr und "best-effort"-Verkehr, der durch den Zugangsknoten zu dem IP-Netz stattfindet, bevor und nachdem die Verkehrsformer-Parameter geändert sind. Der Knoten auf der linken Seite in der Fig. ist der Zugangsknoten E (1) und der Knoten auf der rechten Seite ist der Router J des IP-Kern-Netzes. Der Zugangsknoten E verbindet sowohl Realzeit-Verkehr und "best-effort"-Verkehr von außerhalb des IP-Netzes 10 in das IP-Netz hinein. Ein Vergleich des oberen Falls (Situation BEVOR die Parameter geändert sind) gezeigt in 5, mit dem unteren (Situation NACH der Änderung) zeigt, dass die vorbestimmte Bandbreite des "best-effort"-Verkehrs, der ursprünglich durch den Zugangsknoten (Situation ZUVOR) begrenzt wurde aufgrund eines verschlechterten QoS-Pegels (Situation DANACH). Wenn auf diese Weise der QoS-Pegel fällt, ist es möglich, die Dienstqualität, die durch das Netzwerk dem Realzeit-Verkehr angeboten wird, zu verbessern, und zwar durch Vermindern der Bandbreite des "best-effort"-Verkehrs.
Die Erfindung umfasst auch die Möglichkeit für den messenden Hostcomputer, einen der Verkehrsformer-Parameter (z.B. die garantierte Bandbreite des "best-effort"-Verkehrs) eines Rand-Routers gemäß dem Messprofil ohne Eingriff des QMs direkt zu ändern.
Wir werden nun unter Bezugnahme auf das in 6 dargestellte Flussdiagramm ein Beispiel beschreiben, wie eine Aufbauanforderung für eine neue Realzeit-Verbindung gemäß der Erfindung in dem CPS bearbeitet wird. Das Beispiel betrifft auch die 1.
In dem ursprünglichen Zustand sendet das Terminal 12 der CPS eine Anforderung unter Verwendung des H.323 oder SIP-Protokolls, beispielsweise, zum Aufbauen (Block 61) des IP-Anrufes (Realzeit-Verbindung). Die Anforderung muss den Empfänger des IP-Anrufes und die QoS identifizieren, die für den IP-Anruf gewünscht wird. Das in 6 gezeigte Beispiel nimmt an, dass der Empfänger ein Telefon 11 des öffentlichen Telefonnetzes (1) ist, welches mit dem IP-Netz durch ein VoIP Gateway G verbunden ist. Wenn demzufolge eine Entscheidung getroffen wurde, um den angeforderten IP-Anruf aufzubauen, würde der Anruf durch die Zugangsknoten E und G geschaltet werden.
Das Terminal 12 (1) kann das gewünschte QoS für den IP-Anruf in seiner Anforderung beispielsweise durch Listen von maximalen/minimalen Werten für die verschiedenen QoS-Parameter informieren. Das Terminal 12 kann beispielsweise den maximalen Wert der für den IP-Anruf akzeptablen Verzögerung und die durch den Anruf benötigte Bandbreite listen. Nachdem die Anforderung empfangen wurde, fragt das CPS das QM, ob das IP-Netz genügend QoS-Ressourcen hat, um die maximalen/minimalen QoS-Parameterwerte auf dem Leitweg (Block 62) zwischen Zugriffsknoten E und G bereit zu stellen. Um dieses herauszufinden, führt das QM eine Berechnung unter Verwendung der QoS-Daten aus, die in der QoS-Datenbank enthalten sind. Wenn das Ergebnis der Berechnung zeigt, dass die maximalen/minimalen QoS-Parameterwerte bereitgestellt werden können, weist das QM das CPS an, die IP-Anruf-Aufbau-Anforderung zu akzeptieren, die durch das Terminal 12 gesendet wurde (Block 63). Auf der anderen Seite, wenn die durch den IP-Anruf benötigte QoS nicht bereit gestellt werden kann, weist das QM das CPS an, die Anforderung (Block 64) zurückzuweisen.
Wenn das CPS die Anforderung für den IP-Verbindungsaufbau akzeptiert, sendet es eine Bestätigung an das Terminal 12, welches die Anforderung sendet. Die IP-Verbindung wird zwischen den Verbindungsparteien 12, 11 aufgebaut und das Terminal 12 kann beginnen, IP-Pakete (z.B. VoIP-Pakete) an das Telefon 11 durch das IP-Netz und die Zugriffsknoten E und G sowie umgekehrt zu senden.
Wenn das CPS die IP-Verbindungsaufbau-Anforderung zurückweist, kann das QM die Bandbreite des "best-effort"-Verkehrs auf der betroffenen Route reduzieren, um zu ermöglichen, dass die spätere Realzeit-Verbindungsaufbau-Anforderungen akzeptiert werden. Das QM kann die Bandbreite des "best-effort"-Verkehrs durch Vermindern des Wertes reduzieren, der für die garantierte "best-effort"-Verkehrsbandbreite in den Verkehrsformer-Parametern der betroffenen Zugangsknoten E, G zugewiesen ist.
Das MPLS ist ein Verfahren, welches es ermöglicht, dass Routen zwischen IP-Kern-Netzwerk-Routern gebildet werden. Wenn das IP-Netzwerk das MPLS-Verfahren einsetzt oder wenn es ein anderes Verfahren einsetzt, das ein stabiles Anruf-Routing ermöglicht, kann das QM permanente Wege zwischen den Kern-Netzwerk-Routern formen, modifizieren und freigeben. Das CPS kann dann das QM bitten, eine Route für einen IP-Anruf bereit zu stellen, den es akzeptiert hat, wodurch ermöglicht wird, dass alle IP-Pakete, die in demselben IP-Anruf enthalten sind, von dem Sender an den Empfänger auf demselben Weg in dem IP-Netz gesendet werden.
7 ist ein Flussdiagramm, das erläutert, wie das QM den Weg bzw. die Route in der Architektur gemäß der Erfindung bestimmt. Wenn das CPS von dem QM anfordert, einen Weg für einen EP-Anruf bereit zu stellen, der durch das CPS akzeptiert wurde, prüft das QM die Information in seiner Realzeit-QoS-Datenbank, um herauszufinden, ob es bereits einen Weg zwischen den Zugangsknoten in dem IP-Kern-Netz gibt, der die QoS-Anforderungen des IP-Anrufs (Block 71) erfüllt. Wenn beispielsweise die Parteien, die in dem IP-Anruf teilnehmen, der durch das CPS akzeptiert wurde, das Terminal 12 und das Telefon 11 sind, muss ein bestehender Weg zwischen Zugangsknoten E und G gesucht werden. Wenn ein geeigneter Weg bereits besteht (d.h. ein Weg mit geeigneten QoS-Parametern) wählt das QM den Weg als einen aus, der verwendet werden muss zum Übertragen der IP-Pakete zwischen den Parteien des IP-Anrufs (Block 72). Es ist zu beachten, dass ein und derselbe Weg somit verwendet werden kann zum Übertragen von IP-Paketen, die zu einer oder mehreren Verbindungen gehören.
Wenn ein geeigneter Weg nicht besteht, bildet das QM einen neuen Weg mit geeigneten QoS-Parametern durch das IP-Kern-Netz (Block 73). Das IP-Netzwerk enthält typischer Weise einige Wege, die bereits vorausgehend bestimmt wurden, wobei ein geeigneter dieser Wege dann ausgewählt wird. In Bezug auf die Symbole, die in 1 benutzt werden, wenn es dort schon zu viele Verbindungen auf dem Weg gibt, der durch die Router J, K und L führt, wird ein alternativer Weg durch die Route J, M und L beispielsweise ausgewählt. Nachdem ein bestehender Weg oder ein neuer Weg ausgewählt wurde, verwendet das QM das MPLS-Verfahren, um die Zugangsknoten E und G des fraglichen Weges ebenso wie die IP-Kern-Netzwerk-Router J, K und L oder J, M und L (Block 74) zu konfigurieren.
Nachdem ein bestehender Weg ausgewählt oder ein neuer gebildet wurde, informiert das QM das CPS dementsprechend. Das CPS sendet eine Bestätigung an das Terminal 12, welches die IP-Verbindungsaufbau-Anforderung gesendet hat. Das Terminal 12 kann nun starten, IP-Pakete (beispielsweise IP-Pakete, erzeugt durch die VoIP-Anwendung) an den Empfänger 11 des IP-Anrufs auf der für den Anruf ausgewählten Route oder umgekehrt zu senden.
Wenn die QoS-Situation auf dem Weg zwischen zwei Zugangsknoten so ist, dass die QoS-Kapazität des Netzwerks die für den Realzeit-Verkehr auf dem fraglichen Weg bereit gestellt ist, ihre extremen Grenzen erreicht bzw. sich denen nähert, kann das QM die QoS-Situation zwischen den fraglichen Zugangsknoten ausgleichen. Um dies durchzuführen, leitet das QM einige oder alle der "best-effort"-Verkehre, die zwischen den fraglichen Zugangsknoten stattfinden, auf einen alternativen Weg durch das Kern-Netz um, wodurch die von dem Realzeit-Verkehr auf der ursprünglichen Route erfahrene QoS-Situation sich verbessert.
Wenn das QM den Zugangsknoten konfiguriert, kann eine (maximale) Bandbreite für den IP-Paketfluss einer besonderen Realzeit-Verbindung reserviert werden, wobei die Bandbreite der bit-Rate einem vorbestimmten Kodex entspricht. Dies ermöglicht eine Veränderung der bit-Rate, die durch die burst-Artigkeit in dem IP-Paketfluss, der von einem anderen IP-Netz kommt, verwsacht wird, beispielsweise durch Puffern entfernt zu werden, und dadurch den originalen bit-Ratenwert zurückzustellen. Wenn, mit anderen Worten, dem IP-Paketfluss einer einzelnen Realzeit-Verbindung eine Bandbreite zugewiesen ist, die exakt gleich ist der (maximalen) bit-Rate des Kodex, der in dem betroffenen IP-Anruf verwendet wird, formt der Verkehrsformer des Zugangsknoten die Veränderung der bit-Rate, die durch die burst-Artigkeit des Paketflusses verwsacht wurde.
Das Blockdiagramm in 8 erläutert eine Implementierung der messenden Hostcomputer-Paare. Die Hostcomputerpaare weisen auf zwei messende Hostcomputer: Hostcomputer A und Hostcomputer B. Die Hostcomputer können beispielsweise Computer sein, die mit dem IP-Netz beispielsweise über eine Netzwerk-Interface-Karte (nicht gezeigt in den Figuren) verbunden sind. Die Hostcomputer können beispielsweise Personalcomputer (PC), Arbeitsstations-Computer oder Netzwerk-Servercomputer sein. Die Hostcomputer A und B weisen auf eine Haupt-Steuereinheit (MCU), welche den Hostcomputer und einen Speicher MEM steuert. Die MCU können beispielsweise ein Mikroprozessor sein. Die Hostcomputer A und B weisen auch ein externes Interface 808, 818 auf, durch welches sie die QoS-Messergebnisse an das QM senden und welches das QM verwendet, um die Hostcomputer zu konfigurieren, um gemäß dem Mess profil zu arbeiten. Die Blöcke 801–805 und 811–815 sind Operationsblöcke, in denen das MCU angeordnet ist, um spezifische Operationen auf der Basis der in dem Speicher MEM des Hostcomputer gespeicherten Software durchzuführen. Im Block 801 speichert der Hostcomputer A in dem Header des zu sendenden IP-Testpaketes die Sequenzzahl SA und kurz vor der Übertragung den Zeitstempel TA basierend auf dem Takt CLK des Hostcomputers A. Der Hostcomputer A speichert auch in Block 801 das tuple (RA, SB, TB), welches das erste in der Reihe zur Übertragung in dem (Sende-)Puffer 803 ist, und zwar in der Nutzinformation des zu sendenden IP-Testpaketes. Ebenfalls speichert in Block 801 der Hostcomputer A in seinem Speicher MEM die Werte der Parameter SA und TA für die QoS-Analyse. In Block 802 sendet Hostcomputer A das IP-Testpaket an Hostcomputer B.
In Block 814 empfängt Hostcomputer B das IP-Testpaket, das von Hostcomputer A gesendet wurde, zu einem Zeitpunkt RB, der gezeigt wird durch den Takt CLK von Hostcomputer B. Im Block 815 speichert Hostcomputer B die Werte der Parameter SA und TA, die in dem Header des IP-Testpaketes enthalten sind, das es empfangen hat, die Werte der Parameter RA, SB und TB, die in der Nutzinformation enthalten sind und den Wert des Parameters RB für die QoS-Analyse. Die Parameter RB, SA und TA speichert der Hostcomputer B in seinem (Sende-)Puffer 813. In Block 811 speichert Hostcomputer B eine neue Sequenzzahl SB in den Header des IP-Testpaketes, das gesendet werden soll und kurz vor der Übertragung speichert es in den Header einen neuen Zeitstempel TB gemäß dem Takt CLK von Hostcomputer B. Ebenfalls in Block 811 speichert Hostcomputer B das tuple (RB, SA, TA), welches das erste in der Reihe zur Übertragung in den (Sende-)Puffer ist und zwar in die Nutzinformation des IP-Testpaketes, welches zu übertragen ist. Ebenfalls in Block 811 speichert Hostcomputer B die neuen Werte der Parameter SB und TB für die QoS-Analyse in seinen Speicher MEM. In Block 812 sendet Hostcomputer B das IP-Testpaket an Hostcomputer A.
In Block 804 empfängt Hostcomputer A das IP-Testpaket, welches von Hostcomputer B gesendet wurde und zwar zu einem Zeitpunkt RA, der durch den Takt CLK von Hostcomputer A gezeigt ist. In Block 805 speichert Hostcomputer A die Werte der Parameter SB und TB, die in dem Header des IP-Testpaketes enthalten sind, das es empfangen hat, die Werte der Parameter RB, SA und TA, die in der Nutzinformation enthalten sind und den Wert des Parameters RA für die QoS-Analyse. Die RA, SB und TB werden durch den Hostcomputer A in dem (Sende-)Puffer 803 gespeichert.
In der Praxis weist der Speicher MEM der Hostcomputer einen Speicherbereich auf, in dem die MCU typischer Weise den Inhalt jedes zu sendenden IP-Testpaketes speichert. Wenn demzufolge das IP-Testpaket gesendet wird, wird der Inhalt dieses speziellen Speicherbereichs an das Empfängerende gesendet. Dieser Speicherbereich wird dargestellt beispielsweise durch die oben genannten Puffer 803, 813.
In den Hostcomputern A und B berechnet das MCU die QoS-Parameter-Werte gemäß dem in dem Speicher MEM der Hostcomputer gespeicherten Messprofil und übergibt die Ergebnisse an das QM über das externe Interface 808, 818.
Das Blockdiagramm in 9 erläutert das QoS-Manager QM gemäß der Erfindung. Das QM kann beispielsweise eine Computersoftware sein, die mit dem IP-Netzwerk 10 durch eine Netzwerk-Interface-Karte (nicht gezeigt in den Figuren) beispielsweise verbunden werden kann. Der betreffende Computer kann beispielsweise ein PC, ein Arbeitsstations-Computer oder ein Netzwerkserver-Computer sein. Der Betrieb des QM wird durch eine Steuereinheit 91 gesteuert, die beispielsweise ein Mikroprozessor in einem PC sein kann. Das QM weist auf ein CPS-Interface 92, ein Mess-Hostcomputer-Interface 93, einen Zugangsknoten-Konfigurierungsblock 94, einen Weg-Konfigurierungsblock 95, eine QoS-Datenbank 96 und QoS-Messergebnisse-Analyseblocks 97. Das QM verwendet das CPS-Interface 92 dazu, mit der CPS zu kommunizieren, und das Mess-Hostcomputer-Interface 93, mit den Mess-Hostcomputern A, C, B und D zu kommunizieren. In der QoS-Datenbank 96 hält das QM die Anwendungslevel-QoS-Messergebnisse aufrecht, die sie von den messenden Hostcomputern erhält. In dem QoS-Messergebnis-Analyseblock 97 analysiert das QM die QoS-Ressourcen des Netzwerks, beispielsweise in einer Situation, wenn das CPS eine Anforderung erhalten hat zum Aufbau einer neuen Realzeit-Verbindung. Der Zugangsknoten-Konfigurierungsblock 94 führt die Aufgaben zum Verändern der Verkehrsformer-Parameter des Zugangsknotens durch. Der Weg-Konfigurierungsblock 95 wiederum definiert einen Weg für eine Realzeit-Verbindung, z.B. einen IP-Anruf (oder einen Multimedia über IP-Anruf) und konfiguriert die IP-Kern-Netz-Router.
Die wesentlichen Elemente der Erfindung können somit durch Software implementiert werden. Die Computersoftware-Produkte, die in den Speichern MEM der Hostcomputer und in der QM gespeichert sind, können unter Verwendung einer geeigneten Programmiersprache programmiert werden, z.B. einer Programmiersprache C.
Die Erfindung ermöglicht ein effizientes Management und den Ausgleich der QoS-Ressourcen des IP-Netzwerkes beim VoIP-Gebrauch, wenn das Netzwerk sowohl "best-effort"-Verkehr als auch Realzeit-Verkehr zur selben Zeit fördert. Gemäß der Erfindung ist es möglich, das QoS des Netzwerks in solch einer Weise einzustellen, dass ein QoS nahe dem gewünschten QoS für den Realzeit-Verkehr und die Realzeit-Anwendung erhalten wird und dass zur selben Zeit eine minimale Bandbreite für den "best-effort"-Verkehr an den Grenzen des Netzwerks garantiert wird, um den Verkehr am Leben zu erhalten.
Die Erfindung ist nicht abhängig von einem in dem IP-Netz (wie z.B. DiffServ) eingesetzten QoS-Verfahren, obwohl die Verwendung von MPLS beispielsweise effizientere Managementwerkzeuge bereit stellt. In einem gewissen Maße ist die Erfindung anwendbar auf die Verwaltung des "best-effort"-Verkehrs allein, beispielsweise zum Leiten von IP-Paketen des "best-effort"-Verkehrs.
Die Erfindung kann verwendet werden in einer einzelnen IP-Netzwerkdomäne unabhängig von den umgebenden Netzwerken. Die Erfindung bietet somit eine effiziente QoS-Verwaltung in einer einzelnen IP-Netzwerkdomäne, unabhängig von anderen Netzwerken. Wenn der Weg von einem Terminal zu einem anderen durch mehrere Netzwerk-Domänen führt, wird die Ende-bis-Ende-QoS durch den QoS-Pegel bestimmt, den die anderen Netzwerk-Domänen längs des Weges anbieten können. Natürlich kann das QoS-Management-Verfahren gemäß der Erfindung auch in diesen Netzwerk-Domänen angewandt werden.
Die Implementierung der Erfindung und ihrer Ausführungsformen wurde beschrieben unter Bezugnahme auf Beispiele. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird es offensichtlich finden, dass die Erfindung nicht auf die Details der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass die Erfindung in einer unterschiedlichen Anzahl von Wegen implementiert werden kann, ohne von den Eigenschaften der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsformen sollen die vorliegende Erfindung erläutern, jedoch nicht beschränken. Somit sind die Implementierungen und Anwendungen der Erfindung nur beschränkt durch die angehängten Ansprüche. Dem zu Folge werden unterschiedliche alternativer Implementierungen der Erfindung, die in den Ansprüchen definiert ist, ebenso wie äquivalente Implementierungen vom Schutzbereich der Erfindung umfasst.

Claims

Verfahren zum Verwalten von Dienstgüte, QoS, in einem Paketnetzwerk (10), wobei das Verfahren die Schritte umfasst – Einspeisen eines bestimmten Informationsflusses in das Paketnetzwerk (10) zum Zweck einer Messung; – Messen der Eigenschaften der Införmationsflusses in einer fortwährenden Messung, um QoS-Information zu erzeugen; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter umfasst – Steuern von Kommunikationsverkehr in dem Paketnetzwerk (10) auf der Basis der QoS-Information, um die Dienstgüte (QoS) in dem Paketnetzwerk zu verwalten; – wobei das Paketnetzwerk mindestens zwei Zugangsknoten (E, F, G, H) umfasst, durch die Kommunikationsverkehr zu und von dem Paketnetzwerk (10) weitergeleitet wird, und dass eine Vielzahl von Kommunikations-Verkehrs-Leitwegen zwischen den Zugangsknoten vorliegen; – wobei die fortwährende Messung auf einem Leitweg ausgeführt wird, der durch die Zugangsknoten verläuft; und – wobei das Steuern von Kommunikationsverkehr durch Steuern der Vielzahl von Kommunikations-Verkehrs-Leitwegen ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsfluss den Informationsfluss emuliert, der von einem realen Codec erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Paketnetzwerk sowohl Echtzeit-Verkehr als auch Best-Effort-Verkehr transportiert, und dass das Verfahren weiter den Schritt umfasst – Aufrechterhalten der Dienstgüte, QoS, die der Echtzeit-Verkehr erfährt, auf einem vorbestimmten Niveau.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter den Schritt umfasst – Sicherstellen einer minimalen Bandbreite für Best-Effort-Verkehr.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kommunikationsverkehr in dem Paketnetzwerk durch Steuern des Maßes an Kommunikationsverkehr, der in das Netzwerk eintritt, auf der Basis der QoS-Information gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Echtzeitverkehr als auch Best-Effort-Verkehr in das Paketnetzwerk eintritt, und dass das Maß an Kommunikationsverkehr, der in das Paketnetzwerk eintritt, durch Steuern des Maßes des Best-Effort-Verkehrs auf der Basis der QoS-Information gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – in dem Verfahren die Verschlechterung der QoS-Situation in dem Paketnetzwerk auf der Basis der Messung erfasst wird; und dass – in Reaktion auf die Verschlechterung der QoS-Situation Maßnahmen ergriffen werden, um die Dienstgüte, QoS, zu verbessern, die der Echtzeitverkehr erfährt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen das Beschränken der Bandbreite des Best-Effort-Verkehrs beinhaltet, um die Dienstgüte, QoS, die der Echtzeitverkehr erfährt, auf einem vorbestimmten Niveau aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Netzwerk eine QoS-Verwaltungseinrichtung umfasst; und dass – die Ergebnisse der fortwährenden Messung an die QoS-Verwaltungseinrichtung übermittelt werden; und dass – die QoS-Verwaltungseinrichtung die Ergebnisse in dem Speicher als QoS-Information speichert; und dass – die QoS-Verwaltungseinrichtung das Maß an Best-Effort-Verkehr steuert, das zu dem Paketnetzwerk gelangt, indem in einer zentralen Weise mindestens einer der Zugangsknoten auf der Basis der QoS-Information gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Verbindungsaufbau-Anforderung in dem Paketnetzwerk empfangen wird; und dass – die Verbindungsaufbau-Anforderung auf der Basis der QoS-Information akzeptiert oder zurückgewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Verbindungsaufbau-Anforderung auf der Basis der QoS-Information akzeptiert wird; und dass – ein Leitweg für die Verbindung auf der Basis der QoS-Information zugewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Verkehrsleitwegen unter Verwendung der MPLS Technik, Multi Protocol Label Switching, gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem vorbestimmten ersten Zugangsknoten und dem zweiten Zugangsknoten ein bestimmter erster und ein bestimmter zweiter Leitweg bestehen, und dass – der erste Leitweg sowohl Echtzeitverkehr als auch Best-Effort-Verkehr transportiert; und dass – auf der Basis der QoS-Information mindestens ein Teil des Best-Effort-Verkehrs zu dem zweiten Leitweg zwischen dem ersten Zugangsknoten und dem zweiten Zugangsknoten umgeleitet wird, um die QoS-Situation in dem Paketnetzwerk auszugleichen, und die Dienstgüte, QoS, die der Echtzeitverkehr erfährt, auf dem vorbestimmten Niveau aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Paketnetzwerk ein IP-basiertes, Internet Protocol, Paketnetzwerk ist.
System zum Verwalten der Dienstgüte, QoS, in einem Paketnetzwerk (10), wobei das Paketnetzwerk Mittel aufweist, um Information in einem Paketformat zu übermitteln, wobei das System umfasst – Mittel (A, B, C, D, MCU, 801–803, 811–813) zum Einspeisen eines bestimmten Informationsflusses in das Paketnetzwerk zum Zweck einer Messung; – Messmittel (A, B, C, D, MCU, 801, 804–805, 811, 814–815) zum Messen der Eigenschaften des Informationsflusses unter Verwendung einer fortwährenden Messung, um QoS-Information zu erzeugen; dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst – Mittel (QM) zum Steuern von Kommunikationsverkehr in dem Paketnetzwerk auf der Basis von QoS-Information, um die Dienstgüte (QoS) des Paketnetzwerks zu verwalten; wobei – das Paketnetzwerk mindestens zwei Zugangsknoten (E, F, G, H) umfasst, durch welche Kommunikationsverkehr zu und von dem Paketnetzwerk (10) weitergeleitet wird, und dass eine Vielzahl von Kommunikationsverkehrsleitwegen zwischen den Zugangsknoten vorhanden ist; wobei das System umfasst – die Messmittel zum Ausführen einer fortwährenden Messung auf einem Leitweg, der durch die Zugangsknoten verläuft; wobei – die Mittel (QM) zum Steuern von Kommunikationsverkehr angepasst sind, um das Steuern von Kommunikationsverkehr durch Steuern der Vielzahl von Kommunikationsverkehrsleitwegen auszuführen.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Informationsfluss, den das System angepasst ist, in das Paketnetzwerk einzuspeisen, ein Informationsfluss ist, der den Informationsfluss emuliert, der durch einen realen Codec erzeugt wird.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiter umfasst – Mittel (808, 818) zum Übermitteln der QoS-Information von den Messmitteln zu einer QoS-Verwaltungseinrichtung (QM).