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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen
für die
nicht-intrusive oder nicht-invasive Messung von Verzögerungsschwankung
bzw. -variation von Datenverkehr auf Kommunikationsnetzwerken, und
insbesondere auf die Messung von Verzögerungsschwankung bzw. -variation
von Paketen oder „Protokolldateneinheiten" unter Verwendung
von realen bzw. echten Daten, die von Netzwerkanwendern stammen
(d. h. nicht Testdaten), während
das Kommunikationsnetzwerk im Dienst ist.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Paketierte
Daten-Netzwerke sind in weit verbreiteter Verwendung und transportieren
missionskritische Daten überall
in der Welt. Ein typisches Datenübertragungssystem
weist eine Vielzahl von Kunden-(Anwender-)Orten und ein Datenpaketvermittlungsnetzwerk,
das sich zwischen den Orten befindet, auf, um Kommunikation unter
den Orten über
Pfade durch das Netzwerk zu erleichtern.
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Paketierte
Daten-Netzwerke formatieren typischerweise Daten in Pakete zur Übertragung
von einem Ort zu einem anderen. Insbesondere werden die Daten in
separate bzw. gesonderte Pakete bei einem Übertragungsort partitioniert,
wobei die Pakete gewöhnlicherweise
Header bzw. Köpfe
aufweisen, welche Information enthalten, die sich auf das Paketieren
der Daten und das Routen beziehen. Die Pakete werden an einen Zielort übertragen,
und zwar gemäß irgendeinem
von mehreren herkömmlichen
Datenübertragungsprotokollen,
die in der Technik bekannt sind (z. B. Asynchronous Transfer Mode
(ATM), Frame Relay, High Level Data Link Control (HDLC), X.25, IP,
Ethernet, etc.), durch das die übertragenen
Daten aus den am Zielort empfangenen Paketen wiederhergestellt werden.
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Eine
wichtige Anwendung dieser Netzwerke ist der Transport von Echtzeitinformationen,
wie z. B. Sprache und Video. Die Qualität der Echtzeitdatenübertragungen
hängt von
der Fähigkeit
des Netzwerks ab, Daten mit minimaler Variation bzw. Schwankung
in der Paketverzögerung
zu liefern. Typischerweise, wenn Pakete von Sprach- oder Videodaten übertragen
werden, wird eine Sequenz von Paketen an das Netzwerk mit ziemlich
konsistenten Zeitdifferenzen zwischen aufeinander folgenden Paketen
gesandt, was einen relativ gleichmäßigen bzw. gleichförmigen Strom
von Paketen zur Folge hat. Dieser Strom von Paketen muss im Wesentlichen
bei dem Ziel(ort) rekonstruiert werden, um genau das Audio- oder Videosignal
zu reproduzieren. Aufgrund von Bedingungen auf dem Netzwerk können Pakete
unterschiedliche Verzögerungen
erfahren, bevor sie an einem Ziel(ort) ankommen oder können insgesamt
ausfallen und den Ziel(ort) nicht erreichen. Am Ziel(ort) ankommende
Pakete werden gepuffert bzw. (zwischen) gespeichert, um einen gewissen
Grad an Verzögerungsschwankung
bzw. -variation zu kompensieren. Jedoch bei Echtzeit-Anwendungen,
wie z. B. Sprache und Video, muss das Ausgangssignal aus den Daten
in den Paketen innerhalb einer vernünftigen Zeitperiode erzeugt
werden, um wahrnehmbare Verzögerungen
in dem Ausgangsaudio- oder -videosignal zu vermeiden. Folglich werden
Pakete, die nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode empfangen
werden, als ausgefallen angesehen, und das Ausgangssignal wird ohne
derartige Pakete rekonstruiert, um Sprachanrufe statisch frei und
Video reibungslos laufen zu halten. Übermäßige Verzögerungsschwankung bzw. -variation
wird verursachen, dass eine unakzeptable Anzahl von Paketen aus
dem rekonstruierten Echtzeit-Ausgangssignal ausgeschlossen
wird, was wahrnehmbare Verzerrungen in dem Audio- oder Videoausgangssignal
zur Folge hat.
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Mehrere
Verfahren existieren, um Paketverzögerungsschwankung bzw. -variation,
auch als Paket-Jitter bekannt, zu messen. Diese Verfahren verwenden
zusätzliche
Daten, die in den Echtzeit-Datenverkehr eingeschlossen bzw. aufgenommen
werden, oder verwenden Echtzeit-Datenströme, die speziell erzeugt wurden, um
Messungen durchzuführen
(d. h. Testdatenströme).
Beide dieser Ansätze
besitzen Nachteile. Die Messung von Jitter kann durch Modifizieren
der Pakete selbst beeinflusst werden. Falls Testverkehr erzeugt
wird, um Sprach- oder Videodatenströme zu simulieren, zeigen die
Testergebnisse das Verhalten der Testpakete an, welche das gleiche
wie tatsächlicher
Datenverkehr sein kann oder nicht sein kann. Es wäre bevorzugt,
Performance- bzw. Leistungsfähigkeitsmessungen
vorzusehen, die anzeigen, was ein Kunde tatsächlich erfährt, anstelle von was erfahren
werden würde,
falls die Kundendaten ähnlich
zu den Testdaten wären.
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Netzwerkserviceprovider
können
Netzwerkleistungsfähigkeitsgarantien
anzubieten wünschen,
einschließlich
einer Garantie von Paketverzögerungsschwankung.
In vielen Fällen
steuern bzw. kontrollieren die Provider nicht das gesamte Netzwerk.
Sie können
lediglich die breitgebietige Netzwerk- bzw. Wide Area Network-Konnektivität anbieten,
aber die Ausrüstung,
welche die Echtzeit-Datenströme
erzeugt, kann dem Kunden oder einem anderen Serviceprovider gehören. Ein
einzelner Serviceprovider benötigt
ein Mittel des Garantierens der Leistungsfähigkeit von nur dem Teil des
Netzwerks unter seiner Kontrolle. Außerdem wäre es wünschenswert zu demonstrieren,
dass Paketverzögerungsschwankungserfordernisse von
realem, anwendererzeugtem Datenverkehr, der das Netzwerk durchläuft, erfüllt werden,
anstelle von durch Testdatenverkehr, und zwar auf eine nicht-intrusive
bzw. nicht-invasive Art und Weise, die nicht erforderlich macht,
den anwendererzeugten Datenverkehr zu modifizieren oder zu erweitern.
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In
Bezug auf den Stand der Technik wird auf die internationale Patentanmeldung
WO 96/34476 hingewiesen,
ein Verfahren eine Vorrichtung für
die nicht-intrusive Messung von Rundreiseverzögerung in Kommunikationsnetzwerken
bekannt ist. Diese Messung von Rundreiseverzögerung oder Reisezeit in einem
Kommunikationsnetzwerk während
des Im-Service- bzw.
Im-Dienst-Betriebs wird durch die Verwendung von zwei Sonden erreicht,
die an jeweiligen interessierenden Punkten entlang des Kommunikationsnetzwerks
angeordnet sind, und von einem Prozessor. Die Sonden empfangen identifizierbare
Datenmuster, die normalerweise über
das Kommunikationsnetzwerk übertragen
werden, und erzeugen einen Zeitstempel, wenn jedes Muster an dem
jeweiligen Punkt ankommt oder diesen verlasst. Jede Sonde erzeugt
ferner einen Musteridentifikator bzw. -identifier auf der Grundlage
der Daten in dem Muster und speichert den Identifikator und einen
Zeitstempel als ein Paar in einem Puffer, der intern in jeder Sonde
ist. Wenn einmal der interne Pufferinhalt eine vorbestimmte Menge
von Daten übersteigt,
empfängt
der Prozessor die Daten von den Puffer, um die Verlass- bzw. Weggeh-
und Ankunftszeitstempel jedes Musters, das zwischen den Sondenpunkten
reist, zu orten.
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Aus
der
EP 0 786 883 A1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen von Servicequalitätsmessungen
bzw. Quality of Service-Messungen auf einer Verbindung über ein
Netzwerk bekannt. Die Servicequalität, die durch eine Verbindung
beim Übertragen
von Dateneinheiten zwischen ersten und zweiten Punkten über ein
Netzwerk vorgesehen wird, wird durch ein Verfahren gemessen, welches
das Überwachen des
normalen Verbindungsverkehr an den ersten und zweiten Punkten mit
sich bringt, um das Auftreten der gleichen Ereignisse an jedem Punkt
zu detektieren. Ein Ereignis gilt an einem überwachten Netzwerkpunkt als aufgetreten,
wenn ein vorbestimmter Satz von Kriterien, der eine oder mehrere
Dateneinheiten betrifft, durch den Verbindungsdateneinheitsverkehr
an dem betreffenden Punkt erfüllt
wird. Immer wenn ein Ereignis detektiert wird, wird ein Ereignisbericht
oder „Digest" bzw. „Extrakt" erzeugt, wobei dieser
Extrakt eine Signatur auf der Grundlage der Inhalte der Dateneinheiten,
die zu dem Ereignis Anlass geben, aufweist. Extrakte von beiden überwachten Netzwerkpunkten
werden zu einer Korrelationseinheit gesandt, wo Extrakte, die sich
auf das Auftreten des gleichen Ereignisses bei den zwei Netzwerkpunkten
beziehen, auf Passen bzw. Übereinstimmung
verarbeitet bzw. gematcht werden. Die gematchten bzw. passenden
bzw. übereinstimmenden
Extraktpaare werden dann an eine Messeinheit übergeben, um Servicequalitätsmessungen
abzuleiten.
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Aus
der
EP 1 130 850 A2 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung für die nicht-intrusive Messung
von Ende-Zu-Ende-Eigenschaften eines Netzwerkstroms unter Verwendung
eines passiven Ansatzes bekannt. Dateneinheiten an dem Eingang eines
Netzwerkpfads werden durch einen Einlaufmonitor abgetastet, der
jede Dateneinheit mit einer einzigartigen Signatur identifiziert
und Messdaten erzeugt. Dieselben Dateneinheiten werden am Ausgang
des Netzwerkpfads durch einen Auslaufmonitor abgetastet, der jede
Dateneinheit mit einer einzigartigen Signatur identifiziert und
Messdaten erzeugt. Ein Datenkorrelator zieht Listen von Einträgen aus
den Einlauf- und Auslaufmonitoren ab, wobei jeder Eintrag die einzigartige
Signatur und die Messdaten für eine
der Dateneinheiten besitzt, korreliert die Listen, um Einträge aus den
Listen zu finden, welche dieselbe einzigartige Signatur besitzen,
und bestimmt aus den Messdaten für
die Dateneinheiten aus den zwei Listen, welche dieselbe einzigartige
Signatur besitzen, die Ende-Zu-Ende-Eigenschaften des Netzwerkstroms.
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Aus
TOYOIZUMI H ED – INSTITUTE
OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS: "A simple method of estimating mean delay
by counting arrivals and departures" NETWORKING: FOUNDATION FOR THE FUTURE.
SAN FRANCISCO, MÄR.
28–APR.
1, 1993, PROCEEDINGS OF THE ANNUAL JOINT CONFERENCE OF THE COMPUTER
AND COMMUNICATIONS SOCIETIES (INFOCOM), LOS ALAMITOS, IEEE COMP.
SOC. PRESS, US, Bd. BD. 2 CONF. 12, 28. März 1993 (1993-03-28), Seiten
829–834,
XP010032233 ISBN: 0-8186-3580-0 ist ein einfaches Verfahren zum
(Ab)schätzen
von mittlerer Verzögerung
(Verweil- oder Aufenthaltszeit in der Queueing- bzw. Warteschlangen-Terminologie) eines
anrufverarbeitenden Prozessors in Kommunikationsvermittlungssystemen
durch Beobachten des tatsächlichen
Verhaltens des Systems bekannt. Bei diesem Verfahren werden Zähler für die Anzahl
von Ankünften
und Verlassen bzw. Weggehen verwendet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen
von Verzögerungsschwankung von
Datenverkehr gemäß dem Patentanspruch
1. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung
zum Messen von Verzögerungsschwankung
von Datenverkehr gemäß Patentanspruch
12.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Patentansprüchen
offenbart.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Messen
von Verzögerungsschwankung
von Datenverkehr (Protokolldateneinheiten (PDUs)), der wenigstens
erste und zweite Punkte auf einem Kommunikationsnetzwerk durchläuft, folgendes
auf: Erzeugen von ersten PDU-Identifikatoren von PDUs, welche an
dem ersten Punkt beobachtet werden, und Erzeugen von entsprechenden
ersten Zeitstempeln, welche Beobachtungszeiten der PDUs an dem ersten
Punkt anzeigen; Erzeugen von zweiten PDU-Identifikatoren von PDUs, welche an
dem zweiten Punkt beobachtet werden, und Erzeugen von entsprechenden zweiten
Zeitstempeln, welche Beobachtungszeiten der PDUs an dem zweiten
Punkt anzeigen; und Berechnen, aus den ersten und zweiten Zeitstempeln
mit passenden bzw. übereinstimmenden
PDU-Identifikatoren, eines Schwankungs- bzw. Variationsmaßes, welches
eine Verzögerungsschwankung
bzw. -variation von PDUs zwischen den ersten und zweiten Punkten
anzeigt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Vorrichtung
zum Messen von Verzögerungsschwankung
bzw. -variation von Datenverkehr (PDUs), der wenigstens erste und
zweite Punkte auf einem Kommunikationsnetzwerk durchläuft, folgendes
auf: eine erste Sonde, die erste PDU-Identifikatoren von PDUs, die
an dem ersten Punkt beobachtet werden, und entsprechende erste Zeitstempel,
welche Beobachtungszeiten der PDUs an dem ersten Punkt anzeigen,
erzeugt; eine zweite Sonde, die zweite PDU-Identifikatoren von PDUs, die an dem
zweiten Punkt beobachtet werden, und entsprechende zweite Zeitstempel, welche
Beobachtungszeiten der PDUs an dem zweiten Punkt anzeigen, erzeugt;
und einen Prozessor, der aus den ersten und zweiten Zeitstempeln
mit passenden bzw. übereinstimmenden
PDU-Identifikatoren, ein Schwankungs- bzw. Variationsmaß berechnet,
das eine Verzögerungsschwankung
der PDUs zwischen den ersten und zweiten Punkten anzeigt. Der Prozessor
kann in einer der beiden Sonden sein, beide Sonden können derartige
Prozessoren besitzen, oder der Prozessor kann in einer gesonderten
Einrichtung, wie zum Beispiel einer Managementstation, sein.
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Die
Berechnung des Schwankungsmaßes
kann das Berechnen von Differenzen zwischen den ersten Zeitdifferenzen
der ersten Zeitstempel und von zweiten Zeitdifferenzen aus entsprechenden
zweiten Zeitstempeln mit passenden bzw. übereinstimmenden PDU-Identifikatoren,
und Berechnen des Schwankungsmaßes aus
den Differenzen zwischen den ersten Zeitdifferenzen und den zweiten
Zeitdifferenzen aufweisen. Das Schwankungsmaß kann z. B. die statistische
Varianz oder Standardabweichung sein. Die von den zwei Sonden verwendeten
Zeitbezugssysteme, um die Zeitstempel zu erzeugen, müssen nicht
synchronisiert sein, um die Messungen durchzuführen, obwohl die Methodologie
gleichermaßen
gut arbeitet, falls eine Synchronisation vorhanden ist.
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Der
Datenverkehr (PDUs), der verwendet wird, um Verzögerungsschwankung bzw. -variation
zu messen, ist vorzugsweise tatsächlicher
Datenverkehr, der von einem Anwender oder Kunden für einen
Zweck, der verschieden von dem Messen von Verzögerungsschwankung ist, erzeugt
wurde, und die Technik macht nicht erforderlich, dass die Sonden
die PDUs ändern
oder, zum Zweck des Messen der Test-PDUs, Test-PDUs in den Datenverkehr
einführen.
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Die
PDU-Identifikatoren werden berechnet auf der Grundlage von Charakteristiken
bzw. Kenngrößen der
PDUs, die invariant bzw. unveränderlich
sind, wenn die PDUs das Netzwerk zwischen den ersten und zweiten
Punkten durchlaufen, wie z. B. Attribute oder Inhalt der PDU. Auf
diese Weise können
die gleichen bzw. dieselben PDU-Identifikatoren aus der gleichen
bzw. derselben PDU an beiden Sonden erzeugt werden. Gemeinsame PDUs,
die sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Sonde beobachtet
werden, werden identifiziert, und zwar durch Finden von passenden
bzw. übereinstimmenden
ersten und zweiten PDU-Identifikatoren
und Erzeugen eines Satzes der ersten Zeitstempel und eines Satzes
der zweiten Zeitstempel mit passenden bzw. übereinstimmenden PDU-Identifikatoren.
Das Schwankungsmaß wird
unter Verwendung der ersten und zweiten Zeitstempel aus den gemeinsamen
PDUs berechnet und nicht-passende bzw. nicht-übereinstimmende PDU-Identifikatoren
werden verworfen.
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Die
erste Sonde kann eine Messperiode zum Beobachten von PDUs durch
Einfügen
bzw. Einsetzen von Markierer- bzw. Markersignalen in den Datenverkehr
initiieren und beenden. Alle oder eine Teilmenge der während der
Messperiode beobachten PDUs können
bzw. kann verwendet werden, um das Maß von Verzögerungsschwankung zu berechen.
Die Messung von Verzögerungsschwankung
kann für
Datenverkehr, welcher in beide Richtungen auf dem Netzwerk zwischen
den zwei Sonden läuft,
durchgeführt
werden. Ferner können
zu sätzliche
Sonden an Zwischenpunkten auf dem Weg bzw. der Route zwischen zwei
Sonden aufgenommen werden, was Messung von Verzögerungsschwankung über Segmente
des Netzwerks zwischen zwei Endpunkten gestattet.
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Die
obigen und noch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden auf eine Betrachtung der folgenden Definitionen, Beschreibungen
und beschreibenden Figuren von spezifischen Ausführungsbeispielen davon offenbar
werden, wobei ähnliche
Bezugszeichen in den unterschiedlichen Figuren verwendet werden,
um ähnliche
Komponenten zu bezeichnen. Während
diese Beschreibungen in spezifische Einzelheiten der Erfindung gehen,
sollte verstanden werden, dass Variationen existieren und existieren
können und
Fachleuten auf der Grundlage der hier vorliegenden Beschreibungen
offenbar werden würden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein funktionales Blockdiagramm eines Datenübertragungssystems, das Sonden,
die an unterschiedlichen Punkten in dem System angeordnet sind,
um Verzögerungsschwankung
von Datenverkehr auf einem Kommunikationsnetzwerk zu messen, aufweist.
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2 ist
ein funktionales Blockdiagramm einer in dem System der 1 verwendeten
Sonde.
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3 ist
ein funktionales Flussdiagramm, welches Betriebe anzeigt, die durchgeführt werden,
um Verzögerungsschwankung
von Datenverkehr auf einem Kommunikationsnetzwerk zu bestimmen.
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4 ist
ein funktionales Blockdiagramm von drei Sonden, die an unterschiedlichen
Punkten angeordnet sind, wobei sich eine der Sonden an einem Zwischenpunkt
befindet, der von Datenverkehr, der zwischen den zwei anderen Punkten
transportiert wird, durchlaufen wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
folgenden detaillierten Erläuterungen
der 1–4 und
der beispielhaften Ausführungsbeispiele
enthüllen
die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung. Ein
System zum Überwachen von
Performance bzw. Leistungsfähigkeit
für Datenkommunikationsnetzwerke
ist in 1 dargestellt. Speziell weist ein beispielhaftes
Datenübertragungssystem 10 zwei
Orte (A und B) und ein Paketvermittlungsnetzwerk 12 auf,
um Kommunikationen zwischen den Orten zu erleichtern. Der Ort A
ist mit dem Netzwerk 12 über eine Sonde A verbunden,
während
der Ort B mit dem Netzwerk 12 über eine weitere Sonde B verbunden
ist. Der Ort A ist mit dem Netzwerk über Kommunikationsleitungen 20 und 22 verbunden,
auf welche die Sonde A zugreifen kann, und der Ort B ist mit dem
Netzwerk über
Kommunikationsleitungen 24 und 26 verbunden, auf welche
die Sonde B zugreifen kann. Das Datenübertragungssystem 10 kann
herkömmliche
Typen von Kommunikationsleitungen aufweisen, z. B., T3, OC-3, das
nordamerikanische T1 (1,544 MBits/Sekunde), CCITT (variable Rate),
56K oder 64K nordamerikanischer bzw. North American Digital Dataphone
Service (DDS), Ethernet, und eine Vielzahl von Datenkommunikationsverbindungen
wie z. B. V.35, RS-449, EIA 530, X.21 und RS-232. Die Orte A und
B sind jeweils fähig,
Datenpakete in unterschiedlichen Protokollen, die von den Kommunikationsleitungen
verwendet werden, zu senden und zu empfangen, wie z. B. Asynchronous
Transfer Mode (ATM), Frame Relay, High Level Data Link Control (HDLC)
und X.25, IP, Ethernet, etc. Jede Leitung 20, 22, 24, 26 stellt
eine jeweilige Übertragungsrichtung,
wie durch die Pfeile angezeigt ist, dar. Zum Beispiel stellen die
Pfeile auf den Kommunikationsleitungen 20 und 22 Übertragungen
vom Ort A zu dem Netzwerk bzw. von dem Netzwerk zu dem Ort A dar,
während
die Pfeile auf dem Kommunikationsleitungen 24 und 26 Übertragungen
vom Ort B zu dem Netzwerk bzw. von dem Netzwerk zu dem Ort B darstellen.
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Im
Allgemeinen verwenden der Ort A und der Ort B das Vermittlungsnetzwerk 12,
um miteinander zu kommunizieren, wobei jeder Ort mit dem Vermittlungsnetzwerk 12 verbunden
ist, welches Pfade zwischen den Orten vorsieht. Zu Illustrationszwecken
sind in 1 nur zwei Orte (A und B) gezeigt.
Jedoch wird verstanden werden, dass das Datenkommunikationssystem
zahlreiche Orte aufweisen kann, wobei jeder Ort im Allgemeinen mit
mehreren bzw. mehrfachen anderen Orten über entsprechende Übertragungsschaltungen
verbunden ist.
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Wie
hier verwendet impliziert der Ausdruck „Paket" (z. B. wie in „paketiertem Vermittlungsnetzwerk" oder „Paketverzögerungsschwankung" verwendet wird)
nicht irgendein besonderes Übertragungsprotokoll und
kann Einheiten oder Segmente von Daten in einem System bezeichnen
unter Verwendung von z. B. irgendeinem oder einer Kombination der
oben aufgelisteten Datenübertragungsprotokolle
(oder anderer Protokolle). Jedoch, da der Ausdruck „Paket" oftmals mit lediglich
bestimmten Datenübertragungsprotokollen
assoziiert ist, um irgendeinen Eindruck zu vermeiden, dass das System
der vorliegenden Erfindung auf irgendwelche besonderen Datenübertragungsprotokolle
beschränkt
ist, wird der Ausdruck „Protokolldateneinheit” (PDU = „protocol
data unit") hier
verwendet werden, um generisch auf die Einheit von Daten Bezug zu
nehmen, die von dem Kommunikationsnetzwerk transportiert werden,
und zwar einschließlich
irgendeinem diskreten Packen von Information. Somit kann eine PDU,
z. B. auf einem Rahmen in dem Frame Relay-Protokoll, auf einem in
Beziehung stehenden Satz von Zellen in dem ATM-Protokoll, auf einem
Paket in einem IP-Protokoll,
etc. getragen werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sind die Sonden A und B jeweils
zwischen dem Vermittlungsnetzwerk 12 und den Orten A und
B angeordnet. Die Sonden A und B können an den Orten A und B,
an irgendeinem Punkt zwischen dem Vermittlungsnetzwerk 12 und
den Orten A und B oder an Punkten innerhalb des Vermittlungsnetzwerks
selbst angeordnet sein. Die Platzierung der Sonden hängt wenigstens
teilweise von dem Teil des Systems oder Netzwerks ab, über welchen
ein Netzwerkserviceprovider oder eine andere Partei wünscht, Verzögerungsschwankung
von Datenverkehr zu überwachen.
Typischerweise, wenn Serviceprovider und Kunden einen Vertrag über ein
Dienstleistungsniveau bzw. Dienstgütevereinbarung bzw. Leistungsvertrag
abschließen,
will der Serviceprovider wünschen,
dass irgendwelche Verpflichtungen in Bezug auf die Performance bzw.
Leistungsfähigkeit
auf Ausrüstung
oder Teile des Netzwerks beschränkt
sind, über
die er Kontrolle besitzt. Der Serviceprovider möchte nicht für Performance-Probleme
oder Verschlechterung verantwortlich sein, welche durch Endort-Ausrüstung oder
Teile des Netzwerks verursacht sind, welche nicht im Besitz des
Serviceproviders sind oder von diesem gemanagt werden. Andererseits
kann ein Kunde wünschen,
dass Sonden relativ nahe an den tatsächlichen Ziel(ort)en sind,
um eine gesamte Ende-Zu-Ende-Performance zu beurteilen. Ferner kann
ein Kunde oder Serviceprovider wünschen,
Sonden an den Rändern
des Netzwerks und an Zwischenpunkten in dem Netzwerk zu besitzen,
um spezifische Segmente des Netzwerks oder Ausrüstung zu aufzuzeigen bzw. zu
lokalisieren, welche eine Verschlechterung in der Performance bzw.
Leistungsfähigkeit
verursacht.
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Im
Allgemeinen können
die Sonden alleinstehende Hardware-/Software-Geräte
oder Software und/oder Hardware, welche der Netzwerkausrüstung hinzugefügt wird,
wie z. B. PCs, Router, CSU/DSUs (channel service unit/data service
unit), FRADS, Sprachschalter, Telefone, etc. aufweisen. In den Sonden
eingebettete Software kann Netzwerkperformancedaten für eine detaillierte
Analyse und Berichterzeugung, welche sich auf irgendeine einer Vielzahl
von Performance-Metriken bezieht, sammeln. Als nicht beschränkendes Beispiel
kann eine Sonde eine CSU/DSU sein, die sowohl als Standard-CSU/DSU
betrieben wird als auch als gemanagte Einrichtungen, die fähig sind,
Netzwerkmanagementverkehr zu überwachen
und einzufügen;
ein In-Leitung-Gerät,
dass zwischen einer DSU und einem Router sitzt, das den Netzwerkverkehr überwacht
und Netzwerkmanagementverkehr einfügt; oder eine passive Sonde,
welche lediglich Netzwerkverkehr überwacht.
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Ein
funktionales Blockdiagramm einer Sonde 30, welche in dem
System der 1 verwendet wird, ist in 2 gezeigt.
Die in 2 dargestellte Architektur ist ein konzeptionelles
Diagramm, welches funktionale Haupteinheiten darstellt und nicht
notwendigerweise physische Beziehungen oder spezifische physische
Geräte
innerhalb der Sonde darstellt. Der in 2 gezeigte
Sondenaufbau ist fähig,
PDUs in den Datenverkehr einzufügen.
Diese Fähigkeit
gestattet es der Sonde, Testperioden zu initiieren und Testergebnisse
an weitere Sonden oder Prozessoren bei einer Beendigung eines Test
weiterzuleiten, wie in größerer Einzelheit
beschrieben werden wird. Ungeachtet der Fähigkeit der Sonden, PDUs in
den Datenverkehr einzufügen,
besteht ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, dass
die Sonden PDU-Verzögerungsschwankung
messen, und zwar unter Verwendung von tatsächlichem PDU-Datenverkehr,
welcher von dem Kunden oder Endanwenderausrüstung erzeugt wird, ohne die
PDUs zu ändern
oder zu erweitern und ohne irgendwelche Test-PDUs zu erzeugen oder
in den Datenverkehr zum Zweck des Messens von Verzögerungsschwankung
einzufügen. Dies
beachtend, gemäß einem
weiteren Ansatz, können
die Sonden vollständig
passive Geräte
bzw. Einrichtungen sein, die unfähig
sind, irgendwelche PDUs in Datenverkehr einzufügen. In diesem Fall können die
Sonden Testdaten an ein Back-End-System zur Verarbeitung liefern
und eine Koordination von Testperioden wird durch andere Mittel,
wie im Folgenden beschrieben wird, gehandhabt. Passive Sonden können ebenfalls Messdaten
zu einander über
einen Out-of-Band-Kanal bzw. einen bandexternen Kanal bzw. einen
Außerhalb-des-Bands-Kanal
oder durch eine andere Verbindung weiterleiten, in welchem Fall
passive Sonden direkt Testperioden koordinieren und Verzögerungsschwankungsmetriken
berechnen können.
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Die
in 2 gezeigte Sonde 30 erfasst bzw. fangt
ab, verarbeitet und sendet PDUs erneut, welche zwischen den Orten über das
Netzwerk 12 gesendet werden, und fügt Zwischen-Sonden-Nachricht-PDUs
in den Datenverkehr ein, wie erforderlich ist. Genauer erfasst die
Sonde PDUs bzw. fängt
diese ab, welche das Netzwerk in beide Richtungen durchlaufen und
sendet bzw. überträgt die PDUs
erneut zu dem beabsichtigten Ziel(ort), ohne die PDUs zu ändern. Funktional
ausgedrückt,
weist die Sonde wenigstens einen PDU-Eingangs/Ausgangs-(I/O)-Controller bzw.
-Steuervorrichtung 32, einen Speicher 34 und einen Prozessor 36 auf. Jedes
dieser funktionalen Elemente kann irgendeine Kombination von Hardwarekomponenten
bzw. -bauteilen und Softwaremodulen aufweisen. Die PDU-I/O-Steuervorrichtung 32 ist
im Wesentlichen dafür
verantwortlich, die PDUs, welche an der Sonde ankommen, zu erfassen
bzw. abzufangen und erneut zu senden, PDU-Information (z. B. einen
Teil oder den gesamten Inhalt der PDUs) an den Speicher 34 und
den Prozessor 36 zu liefern und zum Einfügen von
Testmanagement-PDUs (z. B. zum Initiieren und Beenden von Testperioden)
in Datenverkehr, um mit anderen Sonden oder dem Back-End-Managementsystem
zu kommunizieren. Der Speicher 34 kann verwendet werden,
um die PDU-Information, welche von der PDU-I/O-Steuervorrichtung 32 empfangen
wurde, zu speichern, und um Testinformation von dem Prozessor 36 oder
der PDU-I/O-Steuervorrichtung 32 zu speichern. Der Prozessor 36 kann
verwendet werden, um Testdaten zu erzeugen, wenn PDUs von der Sonde
erfasst bzw. abgefangen werden, und um Verzögerungsschwankungsmetriken
zu berechnen, und zwar auf der Grundlage von während einer Testperiode erzeugten
Testdaten.
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Managementsoftware
wird verwendet, um die Ergebnisse des Verzögerungsschwankungstestens anzuzeigen.
Abhängig
von der Konfiguration bzw. dem Aufbau der Sonden kann die Managementsoftware
in den Sonden selbst oder in Ausrüstung, welche die Sonden aufweist,
eingebettet bzw. embedded sein, oder die Managementsoftware kann
auf einem Back-End-Verarbeitungssystem sitzen, welches Testergebnisse
und/oder rohe Testdaten von den Sonden empfangt.
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Der
Betrieb der Sonden, um Verzögerungsschwankung
bzw. -variation (Jitter) von Datenverkehr zu messen, wird in Verbindung
mit dem Flussdiagramm der 3 beschrieben.
Im Betrieb 40 wird ein Test initiiert, was eine Messperiode, über welche
Daten gesammelt werden, um Jitter zwischen Punkten auf dem Netzwerk
zu messen, abgrenzt. Zum Beispiel bei der 1 gezeigten
Konfiguration, kann der Test dadurch initiiert werden, dass die
Sonde A ein Markierersignal (z. B. eine Markierer-PDU) in den für die Sonde
B bestimmten Datenverkehr einfügt.
Hat einmal die Sonde A den Test initiiert, beginnt die Sonde A Information über PDUs zu
sammeln, welche das Netzwerk von der Sonde A zu der Sonde B durchlaufen.
Auf das Empfangen des Markierersignals hin, beginnt die Sonde B
ebenfalls das Sammeln von Informationen über diese PDUs, so dass beide
Sonden Informationen über
dieselben PDUs während
der Messperiode sammeln. Die unter Verwendung dieses Schemas gesammelte
Information würde
eine Messung von Jitter für
Datenverkehr, welcher das Netzwerk von der Sonde A zu B durchläuft, unterstützen (d.
h. eine Ein-Wege-Messung).
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Um
Jitter in beide Richtungen zu messen, was besonders günstig bzw.
förderlich
in Zusammenhängen wie
z. B. Zwei-Wege-Sprachkommunikationen und Videokonferenzen wäre, kann
Information für
Datenverkehr, welche das Netzwerk von der Sonde B zur Sonde A ebenfalls
durchläuft,
gesammelt werden. In diesem Fall kann die Sonde B einen Test initiieren,
und zwar durch Senden eines Markierersignals in den für die Sonde A
bestimmten Datenverkehr. Hat einmal die Sonde B den Test initiiert,
beginnt die Sonde B Information über PDUs
zu sammeln, welche das Netzwerk von der Sonde B zur Sonde A durchlaufen.
Auf das Empfangen des Markierersignals von der Sonde B hin, beginnt
die Sonde A ebenfalls das Sammeln von Information über diese PDUs.
Die Dauer der Messperiode oder das Ausmaß der Tests kann auf irgendeine
Anzahl von Arten gesteuert werden. Zum Beispiel kann Information
für eine
vorbestimmte Zeitperiode, für
eine vorbestimmte Anzahl von PDUs oder bis ein Ende-des-Tests-Markiererpakets
von der initiieren Sonde gesandt wird, gesammelt werden. Zur Vereinfachung
beziehen sich die in 3 gezeigten Betriebe auf die
Berechnung von Jitter in einer Richtung (d. h. für Daten, welche das Netzwerk
von einer ersten Sonde zu einer zweiten Sonde durchlaufen). Jedoch
wird verstanden werden, dass Jitter für Datenverkehr in beide Richtungen
bestimmt werden kann, indem diese Operationen auf Datenverkehr,
welcher das Netzwerk in beide Richtungen durchläuft, angewandt werden.
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Der
vorhergehende Ansatz erfordert, dass wenigstens eine der Sonden
ein Markierersignal in den Datenverkehr einfügt, was erforderlich macht,
dass die Sonden die Fähigkeit
besitzen, Signale in den Datenverkehr einzufügen. Jedoch können andere
Techniken verwendet werden, um eine Messperiode abzugrenzen bzw.
abzustecken, die nicht notwendigerweise diese Fähigkeit erfordern würden und
von rein passiven Sonden durchgeführt werden könnten. Zum
Beispiel könnten
die Sonden ein existierendes Paket in dem Netzwerk mit Charakteristiken,
welche beiden Sonden bekannt sind, verwenden, um jeden Test und
den Beginn der Messperioden bei jeder Sonde zu initiieren. Gemäß einem
weiteren Ansatz könnten
die Sonden den Test auf der Grundlage eines spezifischen Zeitereignisses
initiieren. Ferner könnten
die Sonden Informationen im Wesentlichen kontinuierlich sammeln
und eine etwas aufwendigere Logik verwenden, um die Korrespondenz
bzw. Entsprechung zwischen von den Sonden A und B gesammelten Daten
zu bestimmen.
-
Unter
erneuter Bezugnahme auf 3, in Betrieb 42, beobachtet
eine erste Sonde (z. B. Sonde A in 1) eingehende
bzw. einkommende PDUs, welche für
die Sonde B bestimmt sind, was bedeutet, dass diese PDUs durch die
Sonde B auf dem Weg zu einer ultimativen Bestimmung bzw. Ziel(ort)
laufen werden (die Sonde B wäre
typischerweise nicht das finale Ziel(ort) für einen derartigen Datenverkehr).
Anders ausgedrückt untersucht
die erste Sonde PDUs, welche das Netzwerk von der ersten Sonde zu
der zweiten Sonde durchlaufen. Wiederum bauen diese PDUs den tatsächlichen
Datenverkehr auf, welcher z. B. von Endanwender- oder Kundenausrüstung oder
darauf laufenden Anwendungen bzw. Applikationen (z. B. Audiodaten,
wie z. B. Sprachdaten, Videodaten oder andere Typen von Daten) erzeugt
wurden.
-
Bei
dem in 2 gezeigten Sondenaufbau wird eine ankommende
PDU im Wesentlichen von der PDU-I/O-Steuervorrichtung 32 erfasst
bzw. abgefangen und dann erneut zu dem Ziel(ort) der PDU hin übertragen.
Auf das Erfassen bzw. Abfangen der PDU hin wird ein PDU-Identifikator
bzw. -Identifier entweder vom Prozessor 36 oder der PDU-I/O-Steuervorrichtung 32 auf
der Grundlage von Charakteristiken der PDU erzeugt und im Speicher 34 zusammen
mit einem entsprechenden Zeitstempel, welcher die Zeit anzeigt,
zu der die PDU von der Sonde beobachtet wurde (z. B. die Ankunftszeit
der PDU bei der Sonde), in einem lokalen Zeitbezugssystem (z. B.
unter Verwendung einer lokalen Uhr bzw. Takt) gespeichert. Im Fall
einer passiven Sonde wird der Datenverkehr lediglich beobachtet
und wird nicht erfasst bzw. abgefangen und erneut übertragen.
Wie hier verwendet wird, bezeichnet der Ausdruck „Charakteristiken" im Allgemeinen irgendwelche
Attribute bzw. Eigenschaften der PDUs (z. B. Länge, Format, Struktur, Existenz
von besonderen Feldern, etc.) oder den Inhalt der PDU (z. B. Daten
in besonderen Feldern, Identifikatoren bzw. Identifier, Flags, etc.)
oder Kombinationen von sowohl Attributen als auch Inhalt. Der PDU-Identifikator
ist im Wesentlichen ein Multi-Bit-Wort, das verwendet werden kann,
um eine besondere PDU unter einem Satz von derartigen PDUs sowohl
bei der ersten als auch der zweiten Sonde zu identifizieren. Zu
diesem Zweck sollte der PDU-Identifikator im Allgemeinen zwei Kriterien
erfüllen.
Erstens sollte der PDU-Identifikator aus den PDU-Charakteristiken
(Attribute und/oder Inhalte) aufgebaut werden, so dass es eine geringe
Wahrscheinlichkeit dahingehend gibt, dass andere PDUs, welche in
derselben Messperiode beobachtet werden, denselben PDU-Identifikator
besitzen (d. h. der PDU-Identifikator sollte hinreichend bzw. vernünftigerweise
einzigartig für
die PDU innerhalb des Datenstroms sein). Zweitens müssen die
Charakteristiken bzw. Kennparameter, die verwendet werden, um die
PDU zu erzeugen, invariant bzw. unveränderlich sein, wenn die PDU
das Netzwerk von der ersten Sonde zu der zweiten Sonde durchläuft, so
dass sowohl die erste als auch die zweite Sonde denselben identischen
PDU-Identifikator auf das Beobachten derselben PDU hin erzeugen
wird.
-
Im
Wesentlichen einzigartige PDU-Identifikatoren können auf nahezu eine unbeschränkte Anzahl
von Arten erzeugt werden, indem man mit einer oder mehreren invarianten
Charakteristiken einer PDU arbeitet, und die Erfindung ist nicht
auf die Verwendung von irgendeiner bestimmten Kombination von Charakteristiken oder
Operationen darauf beschränkt,
um PDU-Identifikatoren zu erzeugen. Als nicht beschränkendes
Beispiel kann eine Anzahl von Identifikationsfelder, welche innerhalb
von Protokoll-Headern enthalten sind, in Kombination mit anderen
Daten in der PDU verwendet werden, um im Wesentlichen einzigartige
PDU-Identifikatoren zu erzeugen. Speziell, für RTP-Pakete, besteht eine
Möglichkeit
darin, einen Paket-Identifikator zu erzeugen, unter Verwendung des
IP Identification-Felds, das RTP Sequence Number-Felds, des RTP
Synchronization Source Identifier (SSRC)-Felds und zusätzlichen
Oktetten bzw. Achtbitzeichen an einer festen Position in der RTP-Nutzlast.
Für andere
Typen von Paketen besteht ein weiteres Beispiel darin, dass IP Identification-Feld in
Kombination mit zusätzlichen
Oktetten bei festen Positionen in der IP-Nutzlast zu verwenden.
-
Sind
einmal die PDUs über
das Netzwerk transportiert und kommen an der zweiten Sonde an, erzeugt die
zweite Sonde PDU-Identifikatoren unter Verwendung der gleichen Technik
wie die erste Sonde und speichert die PDU-Identifikatoren zusammen
mit entsprechenden Zeitstempeln, welche die Beobachtungszeiten der
PDUs bei der zweiten Sonde anzeigen (Betrieb 44 in 3).
Für die
bei der zweiten Sonde ankommenden PDUs, welche für die Jitter-Messung untersucht
werden, sollten die PDU-Identifikatoren zu den PDU-Identifikatoren,
die von der ersten Sonde für
diese PDUs erzeugt wurden, passen bzw. mit diesen übereinstimmen. Die
bei der zweiten Sonde erzeugten Zeitstempel müssen nicht mit den bei der
ersten Sonde erzeugten Zeitstempeln synchronisiert sein. Anders
ausgedrückt
können
lokale Uhren oder Oszillatoren, welche ein lokales Zeitbezugssystem
aufrechterhalten, in jeder Sonde verwendet werden, um die Zeitstempel
zu erzeugen, und zwar ohne Berücksichtigung
des Zeitbezugssystems der anderen Sonde. Dies beruht darauf, dass
die Zeitstempel von der ersten Sonde nicht direkt mit den Zeitstempeln
von der zweiten Sonde bei der Berechnung des Jitters verglichen
werden, wie offensichtlich werden wird. Dennoch ist die Technik
der vorliegenden Erfindung gleichermaßen anwendbar, wenn die Sonden
synchronisiert sind.
-
Die
Frequenz, mit welcher Messungen von Jitter (Verzögerungsschwankung bzw. -variation)
gemacht werden, kann gemäß irgendeinem
einer Vielzahl von Schemata sein. Einige Beispiele weisen das periodische Bestimmen
der Verzögerungsschwankungsmetrik auf,
und zwar auf den Empfang einer vorbestimmten Anzahl von PDUs hin,
auf das Auftreten eines besonderen Ereignisses hin, auf Anfrage,
oder gemäß einem
Testplan (z. B. quasizufällig).
Als nicht beschränkendes
Beispiel kann die erste Sonde eine Messperiode beenden, indem sie
ein weiteres Markierersignal sendet, was das Ende des Datenverkehrs,
welcher verwendet werden soll, um Jitter zu berechnen, abgrenzt,
und zwar nach einer vorbestimmten Zeitperiode, oder nachdem eine vorbestimmte
Anzahl von PDUs beobachtet wurde. Die Messung von Verzögerungsschwankung
kann unter Verwendung aller PDUs, die zwischen zwei Sonden während einer
Messperiode beobachtet werden, durchgeführt werden, oder die Sonden
können
ein Filtern anwenden, um Verzögerungsschwankung
unter Verwendung von lediglich einer Teilmenge des Verkehr zu messen.
Nützliche
Teil- bzw. Untermengen können
z. B. Pakettyp, Klasse des Dienstes, oder Quell- und Ziel(ort)netzwerkadressen
aufweisen.
-
Die
PDU-Identifikatoren und Zeitstempel von beiden Sonden müssen zusammengebracht
werden (Betrieb 46 in 3), um die
Berechnungen durchzuführen,
welche notwendig sind, um die Verzögerungsschwankung zwischen
den ersten und zweiten Sonden zu bestimmen. Für Datenverkehr, welcher das
Netzwerk von Sonde A zu Sonde B durchläuft, würden die Effekte von Jitter
bei der Sonde B (d. h. an dem Empfangsende) beobachtbar sein. Folglich
wäre ein
vernünftiger
Ansatz die Messdaten (PDU-Identifikatoren und Zeitstempel), die
in der Sonde A gespeichert sind, zu erlangen bzw. zu erfassen, diese
Messdaten an die Sonde B weiterzuleiten, und ein Maß von Verzögerungsschwankung
in der Sonde B zu berechnen. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden,
dass ein oder mehrere PDUs von der Sonde A zu der Sonde B, welche
die Messdaten am Ende der Messperiode enthalten, gesendet werden.
Die Messdaten können
mit einer PDU gesandt werden, welche das Ende der Messperiode abgrenzt,
oder in einer separaten PDU. Ebenso, für Daten, welche das Netzwerk
von der Sonde B zu der Sonde A durchlaufen, kann die Sonde B Messdaten
an die Sonde A weiterleiten, so dass die Sonde A eine Verzögerungsschwankungsmetrik
berechnen kann. Allgemeiner kann jede Sonde jede Verzögerungsschwankung
berechnen, und zwar durch Weiterleiten der entsprechenden Messdaten
von der anderen Sonde. Ein weiterer Ansatz besteht darin, eine Verzögerungsschwankungsmetrik in
einem Back-End-System (z. B. einer Managementstation) zu berechnen,
indem gespeicherte Messdaten von beiden Sonden an einen gemeinsamen
Managementprozessor weitergeleitet werden. Dieser Ansatz könnte mit
passiven Sonden verwendet werden, welche nicht Messdaten aneinander
liefern. Man beachte jedoch, dass passive Sonden die Fähigkeit
besitzen können,
aus bzw. außerhalb
des Bands oder über
eine andere Verbindung zu kommunizieren; somit können sogar passive Sonden Messdaten
austauschen und eine Berechnung von einem Verzögerungsschwankungsmaß durchführen.
-
Als
Unterstützung
bei der Erläuterung
einer beispielhaften Methodologie zum Berechnen eines Maßes von
Verzögerungsschwankung,
wird eine vereinfachte Beispielberechnung in Verbindung mit den
Tabellen 1–4 vorgestellt.
Unter erneuter Bezugnahme auf
3, im Betrieb
48,
verwendet die Sonde oder der Managementagent, welche(r) die Sätze von
PDU-Identifikatoren und Zeitstempeln von den zwei Sonden empfangen
hat, die PDU-Identifikatoren
aus beiden Sätzen
von Daten, um gemeinsame PDUs in den zwei Datenströmen zu identifizieren,
d. h. PDUs, die von beiden Sonden beobachtet wurden. Genauer vergleicht
der Prozessor erste PDU-Identifikatoren von der ersten Sonde mit
zweiten PDU-Identifikator(en)
von der zweiten Sonde, um passende bzw. übereinstimmende (identische)
erste und zweite PDU-Identifikatoren zu finden. Für die als
für beide
Sonden gemeinsam identifizierten PDUs werden eine Liste von Zeitstempeln
von der ersten Sonde und eine entsprechende Liste von Zeitstempeln
von der zweiten Sonde mit passenden bzw. übereinstimmenden PDU-Identifikatoren
erzeugt. Die Tabelle 1 stellt ein Beispiel von fünf PDUs mit passenden bzw. übereinstimmenden
PDU-Identifikatoren von den ersten und zweiten Sonden und die Listen
von entsprechenden Zeitstempeln von den zwei Sonden dar. Lediglich
diejenigen PDUs mit passenden bzw. übereinstimmenden PDU-Identifikatoren
von beiden Sonden werden bei der Berechnung der Verzögerungsschwankungsmetrik verwendet.
Die Liste(n) von PDU-Identifikatoren und Zeitstempeln schließt PDU-Identifikatoren
und entsprechende Zeitstempel aus, für welche nicht gefunden wurde,
dass sie passende bzw. übereinstimmende PDU-Identifikatoren
von beiden Sonden besitzen (d. h. diejenigen PDU-Identifikatoren,
welche in den Messdaten von lediglich einer der Sonden aber nicht
der anderen enthalten sind). Nicht-gematchte bzw. nicht-passende
bzw. nicht-übereinstimmende
PDU-Identifikatoren können
z. B. zur Folge haben, dass PDUs von dem Netzwerk fallen gelassen
werden bzw. ausfallen, so dass einige an der ersten Sonde beobachtete
PDUs nicht an der zweiten Sonde empfangen oder beobachtet werden.
Der Prozess des Vergleichens der zwei Sätze von PDU-Identifikatoren kann verwendet werden,
um die Anzahl der PDUs zu identifizieren, welche ausgefallen sind,
fehlerhaft bzw. in falscher Reihenfolge geliefert oder übermäßig verspätet sind,
was gesondert als Teil einer Gesamtevaluierung der Netzwerkperformance
berichtet werden kann. Tabelle 1 Zeitstempel und PDU-Identifikatorwerte
für zwei
Sonden.
| Sonde
1 | | | Sonde
2 | |
| ID | Zeit | | ID | Zeit |
| 18f8 | 020010 | | 18f8 | 150055 |
| 7c91 | 020020 | | 7c91 | 150068 |
| Ebbe | 020030 | | Ebbe | 150075 |
| 4708 | 020040 | | 4708 | 150089 |
| 1d43 | 020050 | | 1d43 | 150098 |
-
Wurden
einmal die gemeinsamen PDUs identifiziert und wurden die entsprechenden
Listen der ersten und zweiten Zeitstempel aufgebaut, im Betrieb 50,
für jedes
Paar von aufeinander folgenden PDUs in jeder Liste, wird die Zeitdifferenz
(ΔT) als ΔTi = Zeitstempeli – Zeitstempeli-1 (1)berechnet.
-
In
dem Fall, in welchem die erste Sonde bei oder in der Nähe des Ursprungsende
des Netzwerks ist, zeigt jede der Deltazeiten in dem ersten Satz
(ΔT1i = Zeitstempel1i – Zeitstempel1i-1) im Wesentlichen die vergangene Zeit
zwischen den zwei übertragenen
PDUs an, und wenn die zweite Sonde bei oder in der Nähe des Ziel-
bzw. Bestimmungs(ort)ende des Netzwerks ist, zeigt jede der Deltazeiten
in dem zweiten Satz (ΔT2i = Zeitstempel2i – Zeitstempel2i-1) im Wesentlichen die vergangene Zeit
zwischen zwei empfangenen PDUs an.
-
Die
Tabelle 2 stellt die Berechnung der Zeitdifferenzen für die Zeitstempel
von der ersten und zweiten Sonde, gelistet in Tabelle 1, dar. Tabelle 2 Berechnung von Zeitdifferenzen für die erste
Sonde und die zweite Sonde
| Sonde
1 | | | | Sonde
2 | | |
| ID | Zeit | ΔT1 | | ID | Zeit | ΔT2 |
| 18f8 | 020010 | | | 18f8 | 150055 | |
| 7c91 | 020020 | 10 | | 7c91 | 150068 | 13 |
| Ebbe | 020030 | 10 | | 6bbe | 150075 | 8 |
| 4708 | 020040 | 10 | | 4708 | 150089 | 14 |
| 1d43 | 020050 | 10 | | 1d43 | 150098 | 9 |
-
Im
Betrieb 52, für
entsprechende PDUs in den zwei Listen, werden die Differenzen (Diffi) zwischen der ersten Zeitdifferenz ΔT1i und der entsprechenden zweiten Zeitdifferenz ΔT2i dadurch berechnet: Diffi = ΔT2i – ΔT1i (2)
-
Da
ein Schwankungsmaß ultimativ
berechnet wird, könnte
der Wert der Differenzen zwischen den Deltazeiten alternativ mit
dem entgegengesetzten Vorzeichen (d. h. Diffi = ΔT1i – ΔT2i) berechnet werden, ohne das Endergebnis
zu beeinträchtigen.
Die Tabelle 3 zeigt die Berechnung dieser Differenzen der Deltazeiten
für das
Beispiel in den vorhergehenden Tabellen. Man beachte, dass, weil
diese Differenzen zwischen Zeitdifferenzen genommen werden, der
Mangel an Synchronisation zwischen den zwei Sonden keinen Einfluss
auf die Berechnung besitzt und ignoriert werden kann. Man beachte
ferner dass, durch Kombinieren der Gleichungen (1) und (2) erkannt
werden kann, dass: Diffi =
Zeitstempel2i – Zeitstempel2i-1 – (Zeitstempel1i – Zeitstempel1i-1) (3)
-
Folglich
kann dasselbe Ergebnis durch Berechnen der Differenz zwischen entsprechenden
Zeitstempeln von den zwei Sonden und dann Berechnen der Differenzen
zwischen aufeinander folgenden dieser Deltawerte erreicht werden.
Anders ausgedrückt
ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, zu Differenzwerten durch
die besondere Sequenz der in dem vorherigen Beispiel gezeigten Berechnungen
(anzu)kommen. Tabelle 3 Berechnung von Differenzen zwischen Erste-Sonde-Zeitdifferenzen
und entsprechenden Zweite-Sonde-Zeitdifferenzen
| Sonde
1 | | | | Sonde
2 | | | Diffi |
| ID | Zeit | ΔT1 | | ID | Zeit | ΔT2 | ΔT2 – ΔT1 |
| 18f8 | 020010 | | | 1818 | 150055 | | |
| 7c91 | 020020 | 10 | | 7c91 | 150068 | 13 | 3 |
| 6bbe | 020030 | 10 | | Ebbe | 150075 | 8 | –2 |
| 4708 | 020040 | 10 | | 4708 | 150089 | 14 | 4 |
| 1d43 | 020050 | 10 | | 1d43 | 150098 | 9 | –1 |
-
Unter
erneuter Bezugnahme auf 3 können die im Betrieb 52 berechneten
Differenzen im Betrieb 54 verwendet werden, um ein Maß an Verzögerungsschwankung
des Datenverkehrs, welcher zwischen den ersten und zweiten Sonden
strömt,
zu berechen. Die Variation bzw. Schwankung in diesen Differenzen
zeigt die Verzögerungsschwankung
bzw. -variation (Jitter) der PDUs an. Das Maß von Verzögerungsschwankung kann nahezu
irgendein Maß an
Schwankung bzw. Variation sein, und schließt ein, aber ist nicht beschränkt auf:
statistische Varianz, Standardabweichung, mittlere Abweichung bzw.
Durchschnittsabweichung, eine Anzeige von minimalen und maximalen
beobachteten Verzögerungswerten
oder deren Differenz (Bereich), Quartilbereich (drittes Quartil – erstes
Quartil), oder Quartil- oder Perzentil- bzw. Quantil-Indikatoren,
oder die Frequenz, mit welcher (oder Anzahl von Auftreten) die Verzögerungsdifferenzen
in unterschiedliche Bereiche von Werten fallen.
-
Gemäß einem
Beispiel kann die gutbekannte Messwert- bzw. Stichprobenvarianz
s
2 (wobei s die Standardabweichung ist)
verwendet werden, um ein Maß an
Verzögerungsschwankung
zu berechen. Die Messwertvarianz s
2 eines
Satzes von n Messungen x
1, x
2,
..., x
n wird berechnet als
wobei
x der Mittelwert der n Messungen
ist. In dem in Tabelle 3 gezeigten Beispiel ist der Mittelwert
x der vier Werte Diff
i = (3 – 2
+ 4 – 1)/4
= 1. Tabelle 4 stellt die Berechnung von (Diff
i –
x)
2 für die Diff
i-Werte in Tabelle 3 dar. Tabelle 4
| Berechnung
von (Diffi – x)2 |
| | | |
| Diffi | Diffi – x | (Diffi – x)2 |
| | | |
| 3 | 2 | 4 |
| –2 | –3 | 9 |
| 4 | 3 | 9 |
| –1 | –2 | 4 |
-
Wie
durch Gleichung (4) gegeben, ist die Varianz die Summe von (Diffi – x)2 für i = 1
bis n, dividiert durch n – 1.
In diesem Beispiel, (4 + 9 + 9 + 4)/3 = 8,666. Die Quadratwurzel
dieses Wertes würde
die Standardabweichung repräsentieren,
welche ebenfalls als ein Schwankungsmaß verwendet werden könnte.
-
Wurde
einmal das Maß von
Verzögerungsschwankung
berechnet, kann die Messung an ein Managementsystem geliefert werden,
und zwar zur Einfügung
in grafische Anzeigen von Netzwerkperformance und zur Berichterzeugung.
Optional kann das Maß an
Verzögerungsschwankung
verwendet werden, um einen Alarm auszulösen oder um einen Administrator
zu benachrichtigen, dass die Verzögerungsschwankung bei einem
unakzeptablen Niveau ist. Zum Beispiel kann irgendeines einer Vielzahl
von Schemata, welche Schwellenpegel oder dergleichen benutzt, verwendet
werden, um zu bestimmen, ob die gemessene Verzögerungsschwankung exzessiv
bzw. übermäßig ist.
-
Während die
in 1 gezeigte Anordnung zwei Sonden entlang der Route
der PDUs, welche das Netzwerk durchlaufen, aufweist, umfasst die
Erfindung die Einfügung
von zusätzlichen
Sonden an Zwischenpunkten entlang der Route der PDUs innerhalb des
Netzwerks. Wie in 4 gezeigt ist, kann eine Sonde
B an einem Punkt zwischen den Sonden A und C in dem Netzwerk angeordnet
sein. Die Zwischensonde B gestattet eine sektionalisierte bzw. abschnittsweise
Messung von Datenverkehrverzögerungsschwankung
bzw. -variation, vom Punkt A zum Punkt B und vom Punkt B zum Punkt
C. Die in 4 gezeigte Zwischensonde arbeitet
im Wesentlichen auf dieselbe Art wie die Endsonden A und C durch
nicht-intrusives
bzw. nicht-invasives Beobachten von PDUs, die zwischen den Sonden
A und C in beide Richtungen transportiert werden, und durch Erzeugen
und Speichern von PDU- Identifikatoren
und Zeitstempel. Falls die Sonden A und C Messdaten am Ende einer
Messperiode austauschen, kann die Sonde B diese Messdaten empfangen
und bestimmte Verzögerungsschwankungen
berechnen, ohne direkt mit den Sonden A und C zu kommunizieren.
Genauer, auf den Empfang von Messdaten hin, welche von der Sonde
A zu der Sonde C gesandt wurden, welche sich auf PDUs beziehen,
welche das Netzwerk von der Sonde A zur Sonde C durchlaufen, kann
die Sonde B ein Maß von
Verzögerungsschwankung
von A nach B für
Datenverkehr, welcher das Netzwerk in diese Richtung durchläuft, berechnen.
Ebenso, auf den Empfang von Messdaten hin, welche von der Sonde
C zur Sonde A gesandt wurden, und welche sich auf PDUs beziehen,
welche das Netzwerk von der Sonde C zur Sonde A durchlaufen, kann
die Sonde B ein Maß von
Verzögerungsschwankung
von C nach B für
Datenverkehr, welche das Netzwerk in diese Richtung durchläuft, berechnen.
Allgemeiner können
Messdaten, welche bei der Sonde B gesammelt wurden, an einem gemeinsamen
Prozessor (z. B. Sonde A, Sonde C oder eine Managementstation) weitergeleitet
werden, um ein Maß von
Verzögerungsschwankung über jedes
Segment des Netzwerks (z. B. A zu B und B zu C in beide Richtungen)
zu berechnen. Auf diese Weise, falls schwache Performance bzw. Leistungsfähigkeit
an dem Empfangsende des Netzwerks beobachtet wird, kann ein Netzwerkadministrator leichter
aufzeigen bzw. lokalisieren, welches Segment des Netzwerks die Quelle
des Problems aufweist.
-
Es
wird verstanden werden, dass die oben beschriebenen und in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele
lediglich eine der vielen Arten des Verwendens der Prinzipien der
vorliegenden Erfindung um Datenverkehrverzögerungsschwankung (Jitter)
in einem Kommunikationsnetzwerk zu messen, repräsentieren. Zum Beispiel, während die
Erfindung besondere Vorteile in Anwendungsfällen hat, welche Echtzeit- oder
Nahezu-Echtzeit-Präsentation
von Information betrifft, wie z. B. Audio- und Videoanwendungen,
ist die Erfindung nicht auf die Messung von Datenverkehrjitter in
irgendeinem besonderen Zusammenhang beschränkt und wird gleichermaßen auf
alle Typen von Daten und Anwendungen angewandt.
-
Die
Prinzipien der vorliegenden Erfindung können nicht nur auf paketierte
Kommunikationsnetzwerke (z. B. Frame Relay, SMDS, ATM, IP, etc.),
sondern ebenfalls auch auf irgendein Kommunikationsnetzwerk angewandt
werden, bei welchem die übertragenen
und empfangen Daten im Wesentlichen durch das Kommunikationsnetzwerk
selbst nicht verändert
werden und identifizierbare Muster (z. B. Rahmen-Bits, Synchronisation von
Worten oder andere einzigartige Datenmuster) in den Daten enthalten,
was die Identifikation von einzigartigen Teilen des Datenstroms
gestattet. Somit könnten
die Prinzipien der vorliegenden Erfindung z. B. angewandt werden,
um den Jitter in einem nicht-paketierten leitungsgemieteten bzw.
Standleitungs-Netzwerk zu messen. Diesbezüglich, wie hier verwendet wird,
umfasst der Ausdruck PDU nahezu irgendeinen identifizierbaren Teil
eines Datenstroms, aus dem derselbe Identifikator an zwei Punkten
in einem Netzwerk erzeugt werden kann.
-
Obwohl
das bevorzugte Ausführungsbeispiel
eine besondere funktionale Repräsentierung
der Sonden offenbart, können
irgendwelche Datensammeleinrichtungen, die fähig sind, die Zeit des Datenempfangs
und -sendung zu erfassen und aufzuzeichnen, gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt,
PDU-Identifikatoren auf irgendeine besondere Art und Weise zu berechen,
sondern vielmehr kann irgendein Verfahren des einzigartigen Identifizierens von
Datenmuster (z. B. spezielle Header, Kodierung/Verschlüsselung,
etc.) gemäß der vorliegenden
Erfindung implementiert werden.
-
Aus
der vorhergehenden Beschreibung wird geschätzt werden, dass die Erfindung
ein neuartiges Verfahren und Vorrichtung zum Messen von der Verzögerungsschwankung
von Datenverkehr in Kommunikationsnetzwerken während Im-Dienst- bzw. Im-Service-Betrieb verfügbar macht,
und zwar durch Verwenden von Sonden, um Verlass- bzw. Weggeh- und
Ankunftszeiten von PDUs zwischen interessierenden Punkten zu erfassen
bzw. abzufangen, und Matchen bzw. durch Verarbeitung in Bezug auf
Passen bzw. Übereinstimmung der
Zeiten mit jeweiligen identifizierbaren Datenmustern, um Verzögerungsschwankungsmetriken
zu berechen.
-
Die
Erfindung bietet mehrere Vorteile gegenüber den existierenden Verfahren.
Verzögerungsschwankung
von Datenverkehr kann nicht-intrusiv für tatsächlichen Datenverkehr gemessen
werden, anstelle von für künstlich
erzeugtem Testverkehr. Darüber
hinaus macht die Messung nicht irgendwelche Modifikationen bei den
Echtzeit-Datenpaketen erforderlich und erfordert nicht synchronisierte
Uhren auf bzw. bei den Sonden. Ferner ist die Messung von Verzögerungsschwankung
nicht protokollspezifisch und kann auf irgendeinem Netzwerk verwendet
werden, welches Verkehr in diskrete Einheiten von Daten wie Frame
Relay-Frames bzw. -Rahmen, ATM-Zellen, IP-Pakete, etc. bricht.
-
Die
Verzögerungsschwankungsmetrik
kann zwischen irgendwelchen zwei Dienst- bzw. Servicebegrenzungen
bzw. -demarkationen gemessen werden; die Messung muss nicht an dem
Punkt anfangen, wo der Verkehr seinen Ursprung nimmt und endet.
Außerdem
kann das Netzwerk unterteilt werden, so dass, falls Verkehr von
den Punkten A zu C durch einen weiteren Punkt B strömt, Messungen
nicht nur vom Punkt A zu Punkt C, sondern ebenfalls vom Punkt A
zum Punkt B und vom Punkt B zum Punkt C, durchgeführt werden
können.
-
Nachdem
bevorzugte Ausführungsbeispiele
von neuen und verbesserten Verfahren und Vorrichtungen für die nicht-intrusive
Messung von Verzögerungsschwankung
von Datenverkehr auf Kommunikationsnetzwerken beschrieben wurde,
wird angenommen, dass andere Modifikationen, Variationen und Veränderungen
Fachleuten angesichts der hier ausgeführten Lehren vorgeschlagen
werden. Deshalb soll verstanden werden, dass man glaubt, dass alle
derartigen Variationen, Modifikationen und Veränderungen innerhalb des Schutzumfangs
der vorliegenden Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert
wird, fallen. Obwohl spezifische Ausdrücke hier verwendet werden,
werden sie lediglich in einem generischen und beschreibenden Sinn
und nicht zu Zwecken der Beschränkung
verwandt.
