DE602004012412T2

DE602004012412T2 - Verfahren und System zur Verwaltung eines Datenburst-Durchsatzes von einem optischen Netzwerk mit Burstschaltung

Info

Publication number: DE602004012412T2
Application number: DE602004012412T
Authority: DE
Inventors: Miguel De Vega Rodrigo
Original assignee: Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: EP1643795A1; DE602004012412D1; EP1643795B1; ATE389308T1; US20060067689A1

Description

Die Erfindung betrifft optische Netzwerke, die eine Anzahl miteinander verbundener Knoten aufweisen, wobei Informationen in Bursts von Datenpaketen zwischen den Knoten entlang Pfaden übertragen werden.
Eine Hauptleistungsmessgröße in optischen Netzwerken, insbesondere dynamischen wellenlängengelenkten optischen Netzwerken, ist die Blockierwahrscheinlichkeit, oder die Wahrscheinlichkeit, dass eine ankommende Verbindungsanforderung abgelehnt wird. Eine Quelle von Verbindungsblockierungen sind unzureichende Netzwerkressourcen. Wenn keine Route mit genügend Kapazität zwischen dem Quellenknoten und dem Zielknoten gefunden werden kann, dann muss die Verbindungsanforderung blockiert werden. Des Weiteren muss, wenn es keine Wellenlängenumwandler in dem Netzwerk gibt, der Lichtpfad für die Verbindung die gleiche Wellenlänge auf jedem Streckenabschnitt in dem Pfad zwischen dem Quellenknoten und dem Zielknoten verwenden. Wenn keine solche Wellenlänge zur Verfügung steht, so wird die Verbindung blockiert, selbst wenn Kapazität zur Verfügung steht.
Es wird erwartet, dass in dem Maße, wie der Netzwerkverkehr weiter zunimmt und burstartiger wird, ein höherer Grad an Multiplexierung und Flexibilität auf der optischen Schicht benötigt wird. Darum wird der Lichtpfadaufbau dynamischer, wobei Verbindungsanforderungen mit höheren Raten ankommen und Lichtpfade für kürzere Zeitspannen aufgebaut werden. In solchen Situationen kann ein Blockieren infolge sich gegenseitig behindernder Verbindungsanforderungen zu einer zunehmend bedeutungsvollen Komponente der Gesamtverbindungsblockierwahrscheinlichkeit werden.
Die Blockierwahrscheinlichkeit ist darum vermutlich der wichtigste Leistungsparameter für OBS(Optical Burst Switching)-Netzwerke, da sie den Netzwerkdurchsatz bestimmt. Es ist daher sehr wichtig, dass das Design und die Verwaltung von OBS-Netzwerken über ein Verfahren zum Berechnen der Blockierwahrscheinlichkeit an jeder optischen Faser des OBS-Netzwerks verfügt.
Die Blockierwahrscheinlichkeit in wellenlängengelenkten optischen Netzwerken ist in einer Reihe früherer Arbeiten analytisch untersucht worden. Siehe zum Beispiel A. Birman, "Computing Approximate Blocking Probabilities for a Class of All-Optical Networks", IEEE Journal an Selected Areas in Communications, Band 14, Nr. 5, Seiten 852–857, Juni 1996; R. A. Barry und P. A. Humblet, "Models of Blocking Probability in All-Optical Networks with and Without Wavelength Changers", IEEE Journal an Selected Areas in Communications, Band 14, Nr. 5, Seiten 858–867, Juni 1996; oder A. Mokhtar und M. Azizoglu, "Adaptive Wavelength Routing in All-Optical Networks", IEEE/ACM Transactions an Networking, Band 6, Nr. 2, Seiten 197–206, April 1998.
Eine weitere bestens bekannte Formel zum Berechnen der Blockierwahrscheinlichkeit ist als die Erlang-B-Formel bekannt. Insbesondere ist die Erlang-B-Formel auf Netzwerke anwendbar, die anhand eines Poisson-Ankunftsprozesses beschrieben werden, wobei die Zeit zwischen den Ankunftsereignissen, d. h. zwischen dem Eintreffen aufeinanderfolgender Datenpakete, exponentiell verteilt ist. Die Erlang-B-Formel ist weithin aus der Literatur bekannt und wird hier nicht ausführlich behandelt.
Es ist ein Problem, dass alle der oben angesprochenen Verfahren annehmen, dass die gesamte Bandbreite der optischen Faser für Burstübertragungen zur Verfügung steht. Andererseits ist hinlänglich bekannt, dass aufgrund technischer Beschränkungen die optischen Schalter entlang des Burst-Pfades konfiguriert werden müssen und einige Zeichengabeinformationen im elektrischen Bereich verarbeitet werden müssen, um einen Burst zu senden. Das nimmt eine Zeitdauer in Anspruch, die in den meisten Fällen nicht vernachlässigt werden kann. Während dieser Zeitdauer, die wir als die "Einrichtdauer" bezeichnen wollen, können keine Informationen durch die Wellenlänge gesendet werden. Das heißt, es ist eine Totzeit. Folglich steht nicht die gesamte Bandbreite einer Wellenlänge für Burstübertragungen zur Verfügung. Intuitiv betrachtet, wächst diese Zeitdauer mit der Häufigkeit von Burstübertragungen und mit der Größe der Einrichtdauer (durch technische Faktoren beeinflusst).
Die Verringerung der verfügbaren Bandbreite infolge der Einrichtdauer erhöht unvermeidlich die Blockierwahrscheinlichkeit. Bei nicht-vernachlässigbaren Einrichtdauern besteht die Wahrscheinlichkeit eines großen Unterschiedes zwischen den Ergebnissen, die durch die herkömmlichen Verfahren erbracht werden, und den Blockierwahrscheinlichkeiten, die in einem realen OBS-Netzwerk gemessen werden. Was auf diesem technischen Gebiet fehlt, sind ein Verfahren, ein System und eine Vorrichtung zum Berechnen der Blockierwahrscheinlichkeit, welche die Einrichtdauern beinhalten.
Aufgaben und Kurzdarstellung der Erfindung
Der Hauptgedanke der Erfindung ist das Berechnen der Blockierwahrscheinlichkeit auf der Grundlage der Einrichtdauern, die auf die Randknoten zurückzuführen sind. Um dies auszuführen, wird durch die Erfindung ein neues Konzept mit der Bezeichnung der "effektiven Bandbreite" vorgestellt und berechnet. Die effektive Bandbreite ist hier als die Streckenkapazität definiert, die übrig bleibt, nachdem die Einrichtdauern für die Übertragung jedes Bursts abgezogen wurden. Demnach ist die effektive Bandbreite ein Maß der Streckenkapazität, die tatsächlich genutzt werden kann, um Informationen zu übertragen. Auf dieser Grundlage berechnet die Erfindung dann die effektive Wellenlängenausnutzung, die im vorliegenden Text als der Prozentsatz der Wellenlängenbandbreite, die benutzt wird, um Bursts zu übertragen, im Vergleich zu der gesamten Wellenlängenbandbreite, die für Burstübertragungen verwendet werden kann (d. h. unter Abzug der Einrichtdauern), definiert ist. Auf der Grundlage der durchschnittlichen effektiven Wellenlängenausnutzung wird ein allgemeines Verfahren bereitgestellt, das die Blockierwahrscheinlichkeit an jedem Streckenabschnitt eines OBS-Netzwerks berechnet.
Gemäß der Erfindung wird in einer Ausführungsform ein Verfahren zum Verwalten eines Datenburst-Durchsatzes eines Optical Burst Switching-Netzwerks (100) bereitgestellt. Es wird eine Einrichtdauer auf der Grundlage einer Wahrscheinlichkeit (Pi) bestimmt, dass ein Burst an einem Kernknoten (102) des OSB-Netzwerks (100) durch einen mit dem Kernknoten (102) gekoppelten Randknoten (104a, 104b) gesendet wurde. Es wird eine effektive Wellenlängenausnutzung (ρ_λ) auf der Grundlage der Einrichtdauer bestimmt. Die Blockierwahrscheinlichkeit (P) für den Kernknoten (102) wird auf der Grundlage der effektiven Wellenlängenausnutzung (ρ_λ) bestimmt, und der Datenburst wird unter Verwendung der Blockierwahrscheinlichkeit gelenkt.
Die effektive Wellenlängenausnutzung (ρ_λ) kann gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden:
wobei C_λ die Wellenkapazität des Kernknotens 102 ist, N_λ die Anzahl der Wellenlängen des Kernknotens 102 ist, b der durchschnittliche Gesamtdurchsatz an einem Eintrittspunkt des Kernknotens 102 ist, t_setup die durchschnittliche Einrichtdauer ist, die dem Kernknoten 104a, 104b usw. entspricht, und B die durchschnittliche Burst-Größe des Kernknotens 102 ist.
Es werden des Weiteren ein System und eine Vorrichtung zum Verwalten eines Datenburst-Durchsatzes eines Optical Burst Switching(OBS)-Netzwerks (100) bereitgestellt, die einen Kernknoten (102) des OBS-Netzwerks und einen oder mehrere Randknoten (104a, 104b) enthalten, die mit dem Kernknoten (102) verbunden sind. Dem Kernknoten 102 wird eine Wellenlänge auf der Grundlage einer Blockierwahrscheinlichkeit zugewiesen, die unter Verwendung mindestens der Einrichtdauer des einen oder der mehreren Randknoten (104a, 104b) bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Zum Beispiel könnte die Erfindung in einem Planungs-Tool verwendet werden, um OBS-Netzwerke zu konstruieren, die eine bestimmte Maximalvorgabe einer zulässigen Blockierwahrscheinlichkeit erfüllen. Sie könnte auch in OBS-Randknoten 104a, 104b usw. als der Kern eines Zulassungskontrollmechanismus verwendet werden, der Bursts je nachdem zulässt oder zurückweist, ob die zusätzliche Last bewirkt, dass die durchschnittliche Blockierwahrscheinlichkeit (oder der durchschnittliche Netzwerkdurchsatz) eine bestimmte Grenze überschreitet (oder herabsetzt). Sie könnte dafür verwendet werden, einem Routing-Algorithmus bei der Vornahme eines Lastausgleichs zu helfen, so dass alle End-to-End-Pfade ungefähr die gleiche durchschnittliche Blockierwahrscheinlichkeit oder den gleichen durchschnittlichen Durchsatz haben. Sie könnte dafür verwendet werden, einem QoS-Routing-Algorithmus zu helfen, Bursts von hoher Priorität durch Pfade mit niedrigerer Blockierwahrscheinlichkeit zu lenken.
Die Erfindung hat eine breite Vielfalt verschiedener Anwendungsmöglichkeiten, einschließlich beispielsweise Telefonnetze, Computernetzwerke, optische Netzwerke (zum Beispiel ein Optical Burst Switching-Netzwerk), Drahtlosnetz-Produktionsstrecken und -Fertigungssysteme und Verkehrsklassen. Der Begriff "Netzwerk", wie er im Folgenden beschrieben wird, ist in diesem Sinne zu interpretieren. Generell weist das Netzwerk eine Anzahl von miteinander verbundenen Knoten (diese können zum Beispiel Prozessoren in einem Telekommunikationssystem sein) auf, wobei Informationen zwischen den Knoten über Verbindungsstrecken fließen, zum Beispiel in Paketen entlang Drähten. Der Begriff "Pfad" beinhaltet mehrere Netzwerkknoten, die über Verbindungsstrecken miteinander verbunden sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die verschiedenen Figuren veranschaulichen mindestens ein Beispiel der Erfindung, wobei:
1 ein Modell eines optischen Netzwerks der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
2 eine durchschnittliche Pfaddauer der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 veranschaulicht das analytische Modell 100 eines OBS-Netzwerks mit nicht-vernachlässigbaren Einrichtdauern, das für die Besprechung der Erfindung verwendet wird. In der Figur sind ein Kernknoten 102, ein oder mehrere Randknoten 104a, 104b usw. (N_s Quellen) und Zielknoten 106a, 106b usw. gezeigt. Diese Elemente sind über Verbindungsstrecken und eventuell dazwischenliegende Netzwerke 108 verbunden. Ungünstigerweise verursachen eine Anzahl von Randknoten, die Verkehr senden, einen Engpass 110 am Kernknoten 102. Um diesen Engpass 110 zu handhaben, wird als ein erster Schritt die durchschnittliche Anzahl der neuen Einrichtanforderungen (Kopffeld-Pakete) bestimmt, die je Sekunde je Wellenlänge λ_λ in OBS-Netzwerken gesendet werden.
Eine Gesamtzahl von N_s Quellen 104a, 104b usw. senden Informationen durch einen gemeinsamen Kernknoten 102. Insbesondere konzentrieren wir uns auf den Verkehr von den N_s Quellen 104a, 104b usw., der zu derselben Ausgangsfaser an die Kernknoten 102 gelenkt wird, die wir als den Engpass-Streckenabschnitt bezeichnen (siehe 1). Diese Ausgangsfaser hat eine Kapazität C und jeweils N_λ Wellenlängen der Kapazität C_λ (C = N_λ × C_λ). Die durchschnittliche IP-Paket-Ankunftsrate jeder Quelle i, die durch dieselbe optische Ausgangsfaser an dem Kernknoten 102 gelenkt wird, wird durch λ_IPi dargestellt, und die durchschnittliche IP-Paket-Größe wird durch μ dargestellt.
Jeder Burst von jeder der N_s Quellen 104a, 104b usw. wird durch eine der N_λ verfügbaren Wellenlängen der Ausgangsfaser ausgeführt. Die Abbildung zwischen Wellenlängen und Bursts erfolgt gemäß einem Wellenlängenzuweisungs- oder Wellenlängeplanungsalgorithmus, der die Wellenlänge, auf der ein Burst gesendet werden wird, anhand einiger Leistungskriterien auswählt. Bei der Verwendung solcher Algorithmen kann man allgemein davon ausgehen, dass die Last der N_s Verkehrsquellen gleichmäßig unter den N_λ Wellenlängen der Kapazität C_λ verteilt wird. Wir wenden uns nun der Untersuchung der Ausgangsfaser des Kernknotens 102 gemäß Darstellung in 1 zu.
Infolge der nicht-vernachlässigbaren Einrichtdauern kann nicht die gesamte Kapazität von einer Wellenlänge einer optischen Faser, die an den Eintrittspunkt des Kernknotens 102 in 1 angeschlossen ist, zum Übertragen von Informationen verwendet werden. Die effektive Wellenlängenkapazität beschreibt genau die Wellenlängenkapazität, die gänzlich zur Datenübertragung verwendet werden kann. Die Kapazität für die optische Ausgangsfaser an dem Kernknoten 102 in 1 wird gemäß der Erfindung folgendermaßen berechnet.
In OBS-Netzwerken ist die durchschnittliche Zeit zwischen Ankunftsereignissen 200, d. h. zwischen aufeinanderfolgenden Bursts auf einer der N_λ Wellenlängen, gleich 1/λ_λ, wobei λ_λ die durchschnittliche Burst-Ankunftsrate je Wellenlänge ist, und auch der durchschnittlichen Anzahl von Einrichtanforderungen (Kopffeld-Pakete), die je Sekunde gesendet werden. Dies wird am besten aus 2 verständlich, wo die durchschnittliche Pfaddauer veranschaulicht ist. Die durchschnittliche Zeit 1/λ_λ ist mit der Übertragung eines Burst B (der B/C_λ Sekunden in einer Wellenlänge der Kapazität C_λ dauert) und mit der Einrichtung für den nächsten Burst ausgefüllt. Der Parameter N_s stellt die Anzahl von Quellen dar, die Informationen durch die Wellenlänge senden.
Es versteht sich, dass, wenn ein Wellenlängenplanungsalgorithmus verwendet wird, die Burst-Ankunftsrate λ auf einer optischen Faser mit N_λ Wellenlängen als das Produkt N_λ × λ_λ berechnet werden kann, da λ_λ die Burst-Ankunftsrate je Wellenlänge ist. Dies ist in Gleichung 1 gegeben: λ = λλ·Nλ Gleichung 1
Darüber hinaus verteilt der Wellenlängenplanungsalgorithmus die Bursts aller Größen gleichmäßig unter allen verfügbaren Wellenlängen. Dies gleicht die durchschnittliche Burst-Größe B auf einer bestimmten Wellenlänge an die durchschnittliche Burst-Größe auf jeder anderen Wellenlänge an. Folglich verwenden wir keinen Marker für die Variable B, da es keine Unterscheidung zwischen den Wellenlängen gibt.
Da ein Randknoten Informationen weder erzeugt noch zerstört, ist der durchschnittliche IP-Paket-Durchsatz an seinem Eintrittspunkt λ_IPi × μ bps gleich dem durchschnittlichen Burst-Durchsatz an seinem Austrittspunkt λ × B, wobei λ_IPi die durchschnittliche IP-Paket-Ankunftsrate der Pakete ist, die auf denselben Ausgangsport des Kernknotens 102 zielen, und μ die durchschnittliche IP-Paket-Größe ist. Für einen Randknoten 104a, 104b usw. i bezeichnen wir seinen durchschnittlichen IP-Paket-Durchsatz als a_i (siehe 1). Andererseits kann ein Blockieren in einem OBS-Netzwerk stattfinden. Aus diesem Grund kommt nicht der gesamte Durchsatz a_i von einer bestimmten Verkehrsquelle i an dem Kernknoten 102 in 1 an. Bursts von jeder Verkehrsquelle durchlaufen eine bestimmte Sektion des OBS-Netzwerks, die mit dem Begriff "Netzwerk-Wolke" in 1 bezeichnet ist, und es kann ein Blockieren an jeder Netzwerk-Wolke stattfinden. Nehmen wir an, dass die Blockierwahrscheinlichkeit in der Netzwerk-Wolke, die von Bursts durchlaufen wird, die von dem Randknoten 104a, 104b usw. i kommen, Pb_i ist. Dann ist klar, dass der durchschnittliche Durchsatz b_i am Eintrittspunkt des Kernknotens 102 in 1 als eine Funktion des durchschnittlichen Durchsatzes a_i am Austrittspunkt des Randknotens 104a, 104b usw. i gemäß b_i = (1 – Pb_i) × a_i = λ × B ausgedrückt werden kann, wobei λ die durchschnittliche Burst-Ankunftsrate und B die durchschnittliche Burst-Größe ist.
Ungeachtet der Aggregationsstrategie, die in den Randknoten verwendet wird, kann die Wahrscheinlichkeit, dass ein Burst in dem Engpass-Streckenabschnitt von einer bestimmten Quelle i kommt, auf der Grundlage des durchschnittlichen Ankunftsdurchsatzes (der auf denselben Ausgangsport zielt) jeder Verkehrsquelle b_i, der an dem Eintrittspunkt des Kernknotens 102 gemessen wird, gemäß Darstellung in Gleichung 2 berechnet werden:
wobei b der durchschnittliche Gesamtdurchsatz am Eintrittspunkt des Kernknotens 102 ist, der durch den Engpass-Streckenabschnitt von Gleichung 3 gelenkt wird:
Dieser Durchsatz wird gleichmäßig zwischen den N_λ Wellenlängen aufgeteilt, so dass der durchschnittliche Burst-Durchsatz je Wellenlänge b_λ gleich b_λ = b/N_λ ist.
Auf der Grundlage des Konzepts von p_i kann die durchschnittliche Burst-Größe B mit Hilfe der Wahrscheinlichkeiten p_i, die in Gleichung 4 berechnet werden, in B_i aufgeschlüsselt werden, und zwar wie folgt:
Das heißt, die durchschnittliche Burst-Größe ist die durchschnittliche Burst-Größe der Quelle 1 mit einer Wahrscheinlichkeit p₁, der Quelle 2 mit einer Wahrscheinlichkeit p₂ und so weiter. Der durchschnittliche Burst jedes Randknotens 104a, 104b usw. B_i kann gemäß seiner jeweiligen Aggregationsstrategie berechnet werden.
Demgemäß kann der Durchsatz b_λ je Wellenlänge in dem Engpass (1) gemäß Gleichung 5 formuliert werden als: bλ = λλ·B Gleichung 5wobei λ_λ die durchschnittliche Anzahl von Einrichtanforderungen (oder Kopffeld-Paketen) ist, die je Sekunde je Wellenlänge gesendet werden. Diese Rate kann als eine Funktion der Eingangsparameter ausgedrückt werden, die durch Gleichung 6 gegeben ist:
wobei B durch Gleichung 4 gegeben ist.
Es ist zu beachten, dass mit Hilfe von Gleichung 1 die durchschnittliche Burst-Ankunftsrate in der gesamten optischen Faser ebenfalls aus λ_λ in Gleichung 6 berechnet werden kann.
Im Durchschnitt haben wir, dass λ_λ Bursts je Sekunde je End-to-End-Pfad (siehe 2) in einem OBS-Netzwerk gesendet werden. Mit jedem Burst wird eine Neukonfiguration der optischen Schalter angenommen, und darum haben wir im Durchschnitt λ_λ neue Einrichtungen je Sekunde. Für jede Pfadanforderung werden t_setup Sekunden benötigt, damit das Netzwerk seine optischen Router konfigurieren kann. Dies setzt eine Obergrenze für die effektive Wellenlängenkapazität BW_λ, die für die Übertragung von Informationen verfügbar ist. Von der Wellenlängenkapazität C_λ werden jedes Mal, wenn eine neue Pfadeinrichtung stattfindet, C_λ × t_setup Bits der Kapazität vergeudet, so dass praktisch C_λ × t_setup × λ_λ bps der Kapazität vergeudet werden: BWλ = Cλ·⌊1 – tsetup·λλ⌋ Gleichung 7
Das gleiche gilt für den Rest der Wellenlängen in der Faser. Für jede kann die durchschnittliche Anzahl neuer Pfadeinrichtungen je Sekunde λ_λ berechnet werden, und mit der Einrichtdauer kann die effektive Wellenlängenkapazität berechnet werden. Die Kapazität der Faser kann durch Addieren der effektiven Bandbreitenkapazitäten jeder Wellenlänge der Faser berechnet werden.
Nun können die effektive Wellenlängenausnutzung und die effektive Streckenabschnittausnutzung berechnet werden. Die durchschnittliche Wellenlängenausnutzung in dem Engpass-Streckenabschnitt eines End-to-End-Pfades eines OBS-Netzwerks ist als der durchschnittliche Burst-Durchsatz auf einer bestimmten Wellenlänge, geteilt durch die Wellenlängenkapazität gemäß Bestimmung durch Gleichung 8, definiert.
Wenn die durchschnittliche Burst-Ankunftsrate λ_λ durch Gleichung 6 gegeben ist, so ist B die durchschnittliche Burst-Größe (Gleichung 4) und C_λ die Wellenlängenkapazität.
Wir müssen nun eine Neuanpassung der Definition der durchschnittlichen Wellenlängenausnutzung, die durch Gleichung 8 gegeben ist, an die Besprechung der effektiven Wellenlängenkapazität aus dem obigen Abschnitt vornehmen. Da von der Wellenlängenkapazität C_λ infolge der Einrichtdauern nur ein Bruchteil BW_λ verwendet werden kann, ist der Durchschnitt der effektiven Wellenlängenausnutzung ρ_λ gegeben durch:
wobei b in Gleichung 3 und B in Gleichung 4 als eine Funktion der Eingangsparameter gegeben ist.
Die effektive Streckenabschnittausnutzung ρ ist als der Anteil der Bandbreite einer bestimmten optischen Faser definiert, der für die Übertragung von Informationen genutzt werden kann. Man erhält sie durch Betrachten der Menge an Burst-Verkehr, der dem Streckenabschnitt angeboten wird, geteilt durch die effektive Streckenkapazität. Die effektive Streckenkapazität ist die Addition der effektiven Wellenlängenkapazitäten der Wellenlängen, die in der Faser vorliegen. Wenn N_s und N_λ die Anzahl der Verkehrsquellen bzw. die Anzahl der Wellenlängen in der Faser sind, so ist die effektive Bandbreitenausnutzung in Gleichung 10 definiert als:
wobei λ die durchschnittliche Burst-Ankunftsrate für die gesamte optische Faser ist und durch Gleichung 1 gegeben ist und B die durchschnittliche Burst-Größe auf jeder gegebenen Wellenlänge ist. Wenn ein Wellenlängenplanungsalgorithmus die Last gleichmäßig auf die verschiedenen Wellenlängen verteilt, so sind die Gleichung 10 und die Gleichung 9 gleich. Wenn die effektive Streckenabschnittausnutzung 1 ist, so wird die effektive Streckenkapazität auf 100% belastet, und das Netzwerk erreicht einen Sättigungszustand.
Die Existenz einer nicht-vernachlässigbaren Einrichtdauer erhöht die Blockierwahrscheinlichkeit und verringert somit den Netzwerkdurchsatz. Mit Hilfe des beschriebenen analytischen Modells stellen wir ein allgemeines Verfahren bereit, um diesen Effekt zu quantifizieren, um die Blockierwahrscheinlichkeit zu berechnen.
Nehmen wir an, dass es N_s Randknoten 104a, 104b usw. gibt, die Verkehr über einen bestimmten Streckenabschnitt senden (den Engpass-Streckenabschnitt in 1). Nehmen wir des Weiteren für eine bestimmte Streckenabschnittslast ρ eine bestimmte Anzahl von Wellenlängen je Streckenabschnitt N_λ und bestimmte Verkehrsparameter γ₁, ..., γ_n (zum Beispiel Varianz, Hurst-Parameter) an.
Die Existenz von nicht-vernachlässigbaren Einrichtdauern vergrößert den Streckenabschnittslastparameter ρ gemäß Gleichung 9 und Gleichung 10. Wir bezeichnen den modifizierten Streckenabschnittslastparameter mit ρ_λ.
Nehmen wir an, dass die Bursts von jeder Verkehrsquelle i (d. h. Randknoten 104a, 104b usw.) eine unterschiedliche durchschnittliche Einrichtdauer haben, die wir als t_i bezeichnen. Die Wahrscheinlichkeit p_i, dass ein Kurst auf dem Engpass-Streckenabschnitt durch den Randknoten 104a, 104b usw. p_i gesendet wurde, ist durch Gleichung 2 gegeben. Demgemäß können wir die durchschnittliche Einrichtdauer in dem Engpass-Streckenabschnitt t_setup folgendermaßen berechnen:
Somit kann, auf der Grundlage der oben berechneten Parameter, die Blockierwahrscheinlichkeit unter Verwendung der bekannten Blockierformeln berechnet werden. Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung empfohlen, eine Blockierformel P auf der Grundlage der im vorliegenden Text berechneten Parameter (ρ, N_λ, γ₁, ..., γ_n) auszuwählen.
Ein allgemeines Verfahren zum Berechnen der Blockierwahrscheinlichkeit in einem OBS-Netzwerk wird nun dargelegt. Das Verfahren beginnt mit dem Betrachten des durchschnittlichen Verkehrsdurchsatzes, der von den Randknoten erzeugt wird und der durch den ersten optischen Kernknoten 102 verläuft. Mit dieser Information berechnen wir die Blockierwahrscheinlichkeit Pb_i für jede Ausgangsfaser i des Kernknotens 102 gemäß den unten dargelegten Schritten. Mit der Blockierwahrscheinlichkeit berechnen wir den durchschnittlichen Verkehrsdurchsatz, der zu dem nächsten Kernknoten geht, gemäß b_i = (1 – Pb_i) × a_i, wobei a_i der durchschnittliche ankommende Durchsatz ist, welcher der Ausgangsfaser i angeboten wird, und b_i der durchschnittliche abgehende Durchsatz ist, der tatsächlich durch die Ausgangsfaser i versendet wird. Mit dieser Information wird die Blockierwahrscheinlichkeit für jede Ausgangsfaser des nächsten Kernknotens 102 gemäß den unten dargelegten Schritten berechnet, und so weiter.
Nehmen wir als erstes an, dass N_s Randknoten jeweils einen Kurst-Durchsatz von b_i = λ_IPi × μ × (1 – Pb_i) bps durch eine bestimmte Ausgangsfaser der Kapazität C_λ und mit N_λ Wellenlängen senden, wobei λ_IPi × μ der Durchsatz auf der IP-Ebene ist und Pb_i die Blockierwahrscheinlichkeit ist, die bis dahin von dem Randknoten zu dem Kernknoten 102 berechnet wurde. Die durchschnittliche Burst-Größe der Bursts, die durch den Randknoten 104a, 104b usw. i erzeugt werden, ist B_i und kann in Abhängigkeit von der entsprechenden Aggregationsstrategie berechnet werden. Als zweites wird der durchschnittliche Gesamtdurchsatz b am Eintrittspunkt des Kernknotens 102, der durch den Engpass-Streckenabschnitt gelenkt wird, gemäß Gleichung 3 berechnet. Als drittes wird die Wahrscheinlichkeit p_i, dass ein Burst in dem Engpass-Streckenabschnitt von einer gegeben Quelle i kommt, gemäß Gleichung 2 berechnet. Als viertes wird die durchschnittliche Burst-Größe B in dem Engpass-Streckenabschnitt gemäß Gleichung 4 berechnet. Als fünftes wird die durchschnittliche Einrichtdauer t_setup von den N_s Verkehrsquellen gemäß Gleichung 11 berechnet. Als sechstes wird der durchschnittliche (effektive) Wellenlängenausnutzungsfaktor ρ_λ gemäß Gleichung 9 berechnet. Schließlich wird dieser Ausnutzungsfaktor in der Blockierformel P(ρ_λ, N_λ, γ₁, ..., γ_n) verwendet und wird zum Berechnen der Blockierwahrscheinlichkeit in dem Engpass-Streckenabschnitt p_j verwendet.
Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft, da sie ein exaktes Verfahren darstellt, weil keine Approximierungen irgendeiner Art angestellt wurden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erfindung auf jede Art von Verkehrsstatistik Anwendung findet (zum Beispiel Poisson-Verkehr, selbstähnlicher Verkehr). Dadurch kann das Modell in Zugangs- wie auch in Kernnetzwerken verwendet werden. Die Erfindung lässt sich des Weiteren einfach implementieren und berechnen. Dadurch eignet sie sich für ihre Implementierung in OBS-Randknoten, OBS-Kernknoten oder in Planungstools. Außerdem beinhaltet die Erfindung das Konzept von multimodalen optischen Fasern, wodurch mehrere Wellenlängen in einer Faser möglich sind. Die Erfindung gibt ein klares und quantitatives Verständnis der Faktoren, die sich auf die Leistung von OBS-Netzwerken im Hinblick auf die Blockierwahrscheinlichkeit und den Durchsatz auswirken. Die Erfindung ist auch mit jedem Standardmodell kompatibel, das die Blockierwahrscheinlichkeit in OBS-Netzwerken berechnet, und nimmt eine Modifizierung in der Berechnung der durchschnittlichen Streckenabschnittausnutzung vor. Mit dieser Modifizierung kann jedes Verfahren, das in der Literatur beschrieben ist, verwendet werden, wobei automatisch der Effekt der nicht-vernachlässigbaren Einrichtdauern berücksichtigt wird.
Somit entwickelt die Erfindung eine Möglichkeit, jedes Blockierwahrscheinlichkeitsmodell in der Literatur für OBS-Netzwerke zu erweitern, um den wichtigen Fall zu berücksichtigen, wo die Einrichtdauern nicht-vernachlässigbar sind. Die Erfindung berücksichtigt und quantifiziert die Auswirkung der Einrichtdauern auf eine Reihe wichtiger Parameter und Messgrößen, wie zum Beispiel Netzwerkdurchsatz, Burst-Ankunftsrate, Streckenabschnittslast und Blockierwahrscheinlichkeit.

Claims

Verfahren zum Verwalten eines Datenburst-Durchsatzes eines Optical Burst Switching-Netzwerks (100), gekennzeichnet durch: Bestimmen einer durchschnittlichen Einrichtdauer t_setup auf der Grundlage einer Wahrscheinlichkeit (Pi), dass ein Burst an einem Kernknoten (102) des Optical Burst Switching-Netzwerks (100) durch einen mit dem Kernknoten (102) gekoppelten Randknoten (104n) gesendet wurde, Bestimmen einer effektiven Wellenlängenkapazität BW_λ, die vollständig zur Datenübertragung genutzt wird, durch Ableiten einer Leerkapazität von einer Wellenlängenkapazität C_λ auf der Grundlage einer durchschnittlichen Anzahl von Pfadeinrichtungen und der durchschnittlichen Einrichtdauer t_setup, Bestimmen einer effektiven Wellenlängenausnutzung ρ_λ auf der Grundlage der bestimmten Einrichtdauer, Bestimmen einer Blockierwahrscheinlichkeit P für den Kernknoten (102) auf der Grundlage der effektiven Wellenlängenausnutzung ρ_λ, und Lenken des Daten-Bursts unter Verwendung der bestimmten Blockierwahrscheinlichkeit P.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die effektive Wellenlängenausnutzung ρ_λ zu einer Inversen eines durchschnittlichen Gesamtdurchsatzes b an einem Eintrittspunkt des Kernknotens (102), abzüglich der durchschnittlichen Einrichtdauer t_setup relativ zu einer durchschnittlichen Burst-Größe B, in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die effektive Wellenlängenausnutzung ρ_λ gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird:
wobei C_λ die Wellenkapazität des Kernknotens (102) ist, N_λ die Anzahl der Wellenlängen des Kernknotens (102) ist, b der durchschnittliche Gesamtdurchsatz an einem Eintrittspunkt des Kernknotens (102) ist, t_setup die durchschnittliche Einrichtdauer ist und B die durchschnittliche Burst-Größe des Kernknotens (102) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wahrscheinlichkeit P_i, dass ein Burst an dem Kernknoten (102) durch einen Randknoten (104n) gesendet wurde, auf einem Vergleich zwischen einem durchschnittlichen Durchsatz an einem Eintrittspunkt des Kernknotens (102) und dem durchschnittlichen Gesamtdurchsatz an dem Eintrittspunkt basiert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Blockierwahrscheinlichkeit P auf einer bestimmten Anzahl von Wellenlängen je Verbindung N_λ, welche die Randknoten (104n) mit dem Kernknoten (102) verbindet, basiert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die durchschnittliche Einrichtdauer t_setup anhand von N_s Verkehrsquellen
errechnet wird, wobei p_i die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Burst von einer Quelle i stammt, und t_i die Einrichtdauer der Quelle i ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die effektive Wellenlängenausnutzung ρ_λ einer Wellenlängenkapazität C_λ des Kernknotens (102).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die effektive Wellenlängenausnutzung ρ_λ zu einer Inversen einer Anzahl von Wellenlängen N_λ des Kernknotens (102) in Beziehung steht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren das Bestimmen eines durchschnittlichen Durchsatzes b an dem Eintrittspunkt des Kernknotens durch Summieren eines durchschnittlichen Ankunftsdurchsatzes jedes Randknotens (104n) enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bestimmen des durchschnittlichen Durchsatzes b anhand einer Summation einer durchschnittlichen Burst-Größe B_i jedes Randknotens (104n) bestimmt wird, faktorisiert durch eine Wahrscheinlichkeit p_i, dass entsprechende Bursts von jeweiligen Randknoten (104n) stammen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen eines durchschnittlichen Gesamtdurchsatzes b auf einer Summation durchschnittlicher Durchsätze b_i der Randknoten (104n) basiert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bestimmen des durchschnittlichen Durchsatzes b_i, der zu dem nächsten Kernknoten (102) geht, auf einer Blockierwahrscheinlichkeit Pb_i zwischen den Randknoten (104n) und dem Kernknoten (102) basiert.
System zum Verwalten eines Datenburst-Durchsatzes eines Optical Burst Switching-Netzwerks (100), das einen Kernknoten (102) und Randknoten (104n), die mit dem Kernknoten (102) verbunden sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das System Mittel enthält zum: Bestimmen einer Blockierwahrscheinlichkeit P des Kernknotens, die anhand einer durchschnittlichen Einrichtdauer t_setup der Randknoten (104n) bestimmt wurde; und Lenken des Daten-Bursts des Optical Burst Switching-Netzwerks (100) entsprechend der Blockierwahrscheinlichkeit P, wobei die Blockierwahrscheinlichkeit P durch Bestimmen der durchschnittlichen Einrichtdauer t_setup abgeleitet wird, basierend auf einer Wahrscheinlichkeit P_i, dass ein Burst an einem Kernknoten (102) des Optical Burst Switching-Netzwerks (100) durch einen mit dem Kernknoten (102) gekoppelten Randknoten (104n) gesendet wurde, und seiner durchschnittlichen Einrichtdauer t_i, Bestimmen einer effektiven Wellenlängenkapazität BW_λ, die vollständig zur Datenübertragung genutzt wird, durch Ableiten einer Leerkapazität von einer Wellenlängenkapazität C_λ auf der Grundlage einer durchschnittlichen Anzahl von Pfadeinrichtungen und der durchschnittlichen Einrichtdauer; Bestimmen einer effektiven Wellenlängenausnutzung ρ_λ auf der Grundlage der durchschnittlichen Einrichtdauer, und Bestimmen der Blockierwahrscheinlichkeit P für den Kernknoten (102) auf der Grundlage der effektiven Wellenlängenausnutzung ρ_λ, und Lenken des Daten-Bursts unter Verwendung der bestimmten Blockierwahrscheinlichkeit P.
System nach Anspruch 13, wobei die durchschnittliche Einrichtdauer
errechnet wird, wobei ρ_i die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Burst von einer Quelle i stammt, und t_i die Einrichtdauer der Quelle i ist.
System nach den Ansprüchen 14 oder 15, wobei die effektive Wellenlängenausnutzung ρ_λ gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird:
wobei C_λ die Wellenlängenkapazität des Kernknotens (102) ist, N_λ die Anzahl der Wellenlängen des Kernknotens (102) ist, b der durchschnittliche Gesamtdurchsatz an einem Eintrittspunkt des Kernknotens (102) ist, t_setup die durchschnittliche Einrichtdauer ist und B die durchschnittliche Burst-Größe des Kernknotens (102) ist.