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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verteilen von Daten
an die Netzwerkknoten eines Telekommunikationsnetzwerks. Die vorliegende
Erfindung betrifft außerdem
ein Telekommunikationsnetzwerk zum Implementieren dieses Verfahrens.
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Ein
Telekommunikationsnetzwerk umfasst im Allgemeinen eine Vielzahl
von Netzwerkknoten. Solche Netzwerkknoten sind angepasst zum Weiterleiten
und Vermitteln von Datenverkehrsabläufen über das Netzwerk. Zur Durchführung von
Weiterleitung und Vermittlung umfasst ein Netzwerkknoten normalerweise
Vorrichtungen wie Switches, Querverbindungen, Add-Drop-Multiplexer
oder ähnliche.
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Darüber hinaus
umfasst ein Knoten normalerweise eine lokale Datenbank, die Verwaltungsinformationen
(Software, Maßzahlen,
Konfigurationsdaten, Planungsdaten, Protokolle etc.) zum Konfigurieren,
Betreiben und Verwalten dieser Vorrichtungen umfasst.
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In
einigen Fällen
kann es erforderlich sein, Verwaltungsinformationen an alle Knoten
eines Netzwerks zu verteilen. Wenn beispielsweise ein Ausfall im
Netzwerk auftritt, kann die Verteilung von Verwaltungsinformationen
erforderlich sein, damit der Inhalt der lokalen Datenbank der einzelnen
Knoten aktualisiert bzw. wiederhergestellt werden kann.
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In
der folgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen bezieht
sich der Begriff „Daten-Set" auf ein Set von
Datenverwaltungsinformationen, die an einen Knoten verteilt werden
sollen, sodass der Knoten diese Informationen in seiner lokalen
Datenbank speichern kann, unabhängig
von dem Typ und/oder dem Inhalt der Verwaltungsinformationen, die
ein solches Daten-Set bilden (Software, Maßzahlen, etc.).
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Die
Verteilung von Daten-Sets kann in zentralisierter Weise durchgeführt werden,
da alle Knoten eines Netzwerks (direkt oder über andere Knoten) mit einem
Netzwerk-Manager verbunden sind.
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Der
Netzwerk-Manager sendet an jeden Knoten sein entsprechendes Daten-Set über einen
dedizierten Verwaltungskanal. In SDH-Netzwerken („Synchronous
Digital Hierarchy")
können
Daten-Sets beispielsweise
vom Netzwerk-Manager über
den so genannten Datenkommunikationskanal („Data Communication Channel", DCC) gesendet werden.
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Ein
Netzwerk-Manager kann die jeweiligen Daten-Sets gleichzeitig an
mehrere Knoten senden. Die Anzahl der Knoten, die gleichzeitig aktualisiert
und/oder wiederhergestellt werden können, hängt von der Bandbreite des
Verwaltungskanals und von der Größe der Daten-Sets
ab. In einigen Fällen
kann die Bandbreite des Verwaltungskanals sehr eng sein (z. B. 176
kbit/s für
den oben angeführten
DCC). Darüber
hinaus steigt die Größe des Daten-Sets
wegen der wachsenden Komplexität
der Netzwerkknoten und dem daher wachsenden Umfang der erforderlichen
Verwaltungsinformationen an. In diesen Fällen können daher nur wenige Knoten
gleichzeitig aktualisiert/wiederhergestellt werden, was eine Gesamtzeit
(und damit Kosten) für
die Aktualisierung/Wiederherstellung zur Folge hat, die häufig nicht
akzeptabel sind.
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Die
US-Patentschrift mit der Nummer
2003/088537 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Komprimieren eines Stroms von Datensignalen. Das Verfahren erzielt
nur dann bessere Ergebnisse, wenn die Eingangsdaten relativ umfangreich
sind und wiederholte Muster umfassen, wie beispielsweise eine Telekommunikationsdatenbank,
die Versorgungsinformationen eines Sonet Add-Drop-Multiplexers speichert:
in diesem Fall kann die Telekommunikationsdatenbank auf 0,9% ihrer
ursprünglichen
Größe komprimiert
werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens
zum Verteilen von Daten, das gegenüber den bekannten Verfahren
eine Reduzierung der Gesamtzeit für die Aktualisierung/Wiederherstellung
eines Telekommunikationsnetzwerks ermöglicht.
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Diese
und andere Aufgaben werden erfüllt
durch ein Verfahren zur Verteilung von Daten gemäß Anspruch 1 und einen Netzwerk-Manager
gemäß Anspruch
9, einen Knoten gemäß Anspruch
12 und ein Telekommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 15. Weitere vorteilhafte
Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den entsprechenden abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Alle Ansprüche
gelten als integraler Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einem
ersten Aspekt bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum
Verteilen von Daten in einem Telekommunikationsnetzwerk, wobei das
Netzwerk einen zentralen Knoten umfasst, einen ersten Zielknoten
und einen zweiten Zielknoten, und wobei das Verfahren Folgendes
umfasst:
- a) Bereitstellen einer ersten Datei,
die mindestens ein erstes an den ersten Zielknoten adressiertes
komprimiertes Daten-Set und ein zweites an den zweiten Zielknoten
adressiertes komprimiertes Daten-Set umfasst;
- b) in der ersten Datei Identifizierung mindestens eines ersten
Dateiabschnitts, der das erste komprimierte Daten-Set umfasst, und
eines zweiten Dateiabschnitts, der das zweite komprimierte Daten-Set
umfasst; und
- c) Weiterleitung des ersten Dateiabschnitts an den ersten Zielknoten,
und Weiterleitung des zweiten Dateiabschnitts an den zweiten Zielknoten,
wobei
die Schritte b) und c) im zentralen Knoten ausgeführt werden.
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Bevorzugt
umfasst Schritt a) den Schritt zum Komprimieren mindestens eines
ersten Daten-Sets und eines zweiten Daten-Sets durch einen Komprimierungsalgorithmus
mit einem Wörterbuch.
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Bevorzugt
umfasst ein Schritt a) den Schritt zum Einbeziehen mindestens eines
Teils des Wörterbuchs in
die erste Datei.
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Bevorzugt
umfasst Schritt a) des Weiteren die Versorgung des ersten komprimierten
Daten-Sets mit einem ersten Header, der eine Kennung des ersten
Zielknotens umfasst, und des zweiten komprimierten Daten-Sets mit
einem zweiten Header, der eine Kennung des zweiten Zielknotens umfasst.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt bietet die Erfindung einen Netzwerk-Manager eines
Telekommunikationsnetzwerks, wobei das Telekommunikationsnetzwerk
einen zentralen Knoten, einen ersten Zielknoten und einen zweiten
Zielknoten umfasst, wobei der Netzwerk-Manager ein Komprimierungsmodul
umfasst zum Komprimieren eines ersten, an den ersten Zielknoten
adressierten Daten-Sets, und zum Komprimieren eines zweiten, an
den zweiten Zielknoten adressierten Daten-Sets, um somit ein erstes
komprimiertes Daten-Set und ein zweites komprimiertes Daten-Set
zu erhalten, wobei das Komprimierungs-Modul einen Komprimierungsalgorithmus
auf die Gesamtheit des ersten und zweiten Daten-Sets anwendet und wobei das Komprimierungsmodul
des Weiteren eine erste Datei bereitstellt, die mindestens das erste
komprimierte Daten-Set und das zweite komprimierte Daten-Set umfasst,
wobei der Netzwerk-Manager des Weiteren Sendemittel zum Senden der ersten
Datei an den ersten zentralen Knoten umfasst.
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Der
Netzwerk-Manager kann einen Prozessor zur Ausführung des obigen Komprimierungsmoduls
und einen Speicher zum Speichern des Komprimierungsmoduls und der
Daten-Sets umfassen.
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Bevorzugt
wendet das Komprimierungsmodul einen Komprimierungsalgorithmus mit
einem Wörterbuch
an, wobei die erste Datei mindestens einen Teil des Wörterbuchs
umfasst.
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Bevorzugt
ist das Komprimierungsmodul auch so angepasst, dass es in der ersten
Datei einen ersten Header mit einer Kennung des ersten Zielknotens
und einen zweiten Header mit einer Kennung des zweiten Zielknotens
umfasst.
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Gemäß einem
dritten Aspekt bietet die vorliegende Erfindung einen Netzwerkknoten
eines Telekommunikationsnetzwerks, der Folgendes umfasst:
- – Einen
Empfänger
zum Empfangen einer ersten Datei, wobei die erste Datei mindestens
ein erstes an einen ersten Zielknoten adressiertes komprimiertes
Daten-Set und ein zweites an einen zweiten Zielknoten adressiertes
komprimiertes Daten-Set umfasst;
- – Ein
Identifizierungsmodul zur Identifizierung mindestens eines ersten
Dateiabschnitts in der ersten Datei, der das erste komprimierte
Daten-Set umfasst, und eines zweiten Dateiabschnitts, der das zweite
komprimierte Daten-Set umfasst; und
- – eine
Weiterleitungseinheit zur Weiterleitung des ersten Dateiabschnitts
an den ersten Zielknoten, und zur Weiterleitung des zweiten Dateiabschnitts
an den zweiten Zielknoten.
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Gemäß einem
vierten Aspekt bietet die vorliegende Erfindung ein Telekommunikationsnetzwerk,
das mindestens einen Netzwerk-Manager wie oben beschrieben, einen
Netzwerkknoten wie oben beschrieben, einen ersten Zielknoten und
einen zweiten Zielknoten umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die folgende ausführliche
Beschreibung, die als Beispiel und nicht als Einschränkung zu
verstehen ist, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht,
wobei gilt:
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Telekommunikationsnetzwerks,
das so angepasst ist, dass es das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
implementiert;
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2a und 2b zeigen
eine schematische Darstellung des Netzwerk-Managers und eines exemplarischen
Knotens des Netzwerks aus 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 zeigt
ein Blockdiagramm einiger von den Knoten des Netzwerks aus 1 ausgeführter Operationen;
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4 zeigt
eine schematische Darstellung der Anwendung eines bekannten Komprimierungsalgorithmus
mit Wörterbuch
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 zeigt
eine schematische Darstellung der Struktur einer vom Netzwerk-Manager
erzeugten Gesamtdatei und ihrer Verteilung auf die Knoten des Netzwerks
aus 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6a und 6b zeigen
eine schematische Darstellung eines Schemas des Netzwerk-Managers und
eines exemplarischen Knotens des Netzwerks aus 1 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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7a und 7b zeigen
zwei exemplarische Anwendungen des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Ring-Netzwerk.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Basis-Telekommunikationsnetzwerks, das so
angepasst ist, dass es das Verfahren zur Verteilung von Daten gemäß der vorliegenden
Erfindung implementiert.
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Das
Netzwerk aus 1 umfasst einen Netzwerk-Manager
MGR (z. B. den NOC eines SDH-Netzwerks), einen mit dem Netzwerk-Manager
MGR verbundenen Knoten NA, zwei mit dem Knoten NA verbundene Knoten
NB, NC sowie einen mit dem Knoten NC verbundene Knoten ND.
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Die
Ein-/Ausgangs-Ports der einzelnen Knoten sind durch quadratische
Markierungen gekennzeichnet. Insbesondere der Knoten NA umfasst
einen Eingangs-Port ipA, der mit dem Ausgangs-Port opM des Netzwerks-Managers
MGR verbunden ist, einen Ausgangs-Port opA1, der mit einem Eingangs-Port
ipB des Kno tens NB verbunden ist, und einen Ausgangs-Port opA2,
der mit einem Eingangs-Port ipC des Knotens NC verbunden ist. Der
Knoten NC umfasst des Weiteren einen Ausgangs-Port opC, der mit
einem Eingangs-Port ipD des Knotens ND verbunden ist. Darüber hinaus
ist für
die Knoten NB und ND kein Ausgangs-Port konfiguriert.
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Das
Netzwerk aus 1 dient lediglich als Beispiel.
Tatsächlich
kann das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung auf jedes beliebige Netzwerk angewendet werden, das eine
beliebige Anzahl von Knoten umfasst, die gemäß einer beliebigen Topologie
(Bus, Ring, Gitter oder ähnliches)
angeordnet sind, wie nachfolgend gezeigt.
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2a zeigt
eine exemplarische Struktur des Netzwerk-Managers NGR gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Netzwerk-Manager
MGR umfasst eine zentralisierte Datenbank CDB, ein Komprimierungsmodul CM
und mindestens einen Ausgangs-Port (2a zeigt
nur einen einzigen Ausgangs-Port opM).
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2b zeigt
eine exemplarische Struktur eines der Knoten NA, NB, NC, ND aus 1 (im
Allgemeinen als N gekennzeichnet) gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Der
Knoten N umfasst einen Eingangs-Port ipN, der mit einem Split-Modul
SM gekoppelt ist, das wiederum mit einer Weiterleitungstabelle RT
verbunden ist. Das Splitter-Modul SM ist des Weiteren mit mindestens
einem Ausgangs-Port (2b zeigt m Ausgangs-Ports opN1,
... opNm) und mit einem Dekomprimierungs-Modul DM verbunden, dessen
Ausgang mit einer lokalen Datenbank LDB verbunden ist.
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Der
Netzwerk-Manager MGR und der Knoten N können weitere Module und weitere
Ein-/Ausgangs-Ports umfassen, die in den Figuren nicht dargestellt
sind und die hier nicht beschrieben werden, da sie für die vorliegende
Erfindung nicht relevant sind.
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Mit
Bezug auf 3 wird das Verfahren zum Verteilen
von Daten im Netzwerk von 1 kurz beschrieben.
Weitere Details zum Verfahren der Erfindung werden an späterer Stelle
in diesem Dokument mit Bezug auf die 4 und 5 bereitgestellt.
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Es
wird davon ausgegangen, dass der Netzwerk-Manager MGR beispielsweise
nach einem Ausfall im Netzwerk aus 1 die lokalen
Datenbanken LDB der Knoten NA, NB, NC, ND wiederherstellen muss.
Hierzu muss der Netzwerk-Manager jedem Knoten NA, NB, NC, ND ein
entsprechendes Daten-Set DSA, DSB, DSC, DSD schicken.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung komprimiert der Netzwerk-Manager MGR alle zu sendenden Daten-Sets
DSA, DSB, DSC, DSD und fügt
sie in eine Gesamtdatei OF ein, zusammen mit entsprechenden Headern
und zusätzlichen
Informationen, die von den einzelnen Knoten zur Dekomprimimierung
verwendet werden, wie an späterer
Stelle in diesem Dokument ausführlich
erläutert.
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Der
Netzwerk-Manager MGR sendet anschließend eine Gesamtdatei OF an
den Knoten NA.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kennzeichnet der Knoten NA in der Datei OF eine Reihe
von Abschnitten, wobei jeder Abschnitt Daten umfasst, die an einen
entsprechenden Abschnitt gesendet werden. In 3 kennzeichnen
CDA, CDB, CDC, CDD die jeweiligen an NA, NB, NC, NC adressierten
Abschnitte. Die in den einzelnen Abschnitten abgelegten Daten müssen nicht
unbedingt zeitlich aufeinander folgen. Die Struktur der einzelnen
Abschnitte CDA, CDB, CDC, CDD wird an späterer Stelle in diesem Dokument
ausführlicher
beschrieben.
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Nach
der Identifizierung seines entsprechenden Abschnitts CDA dekomprimiert
der Knoten NA diesen Abschnitt und stellt damit sein Daten-Set DSA
wieder her. Darüber
hinaus leitet der Knoten NA den Abschnitt CDB an den Knoten NB weiter,
und er leitet außerdem
eine Zwischendatei IF, die sowohl CDC als auch CDD umfasst, an den
Knoten NC weiter.
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Nach
dem Empfang seines Abschnitts CDB dekomprimiert der Knoten NB diesen
Abschnitt und stellt damit sein Daten-Set DSB wieder her.
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Nach
dem Empfang der Zwischendatei IF identifiziert der Knoten NC seinen
Abschnitt CDC, dekomprimiert ihn und stellt damit sein eigenes Daten-Set
DSC wieder her. Des Weiteren leitet er den Abschnitt CDD an den
Knoten ND weiter.
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Nach
dem Empfang seines Abschnitts CDD dekomprimiert der Knoten ND diesen
Abschnitt und stellt damit sein Daten-Set DSD wieder her.
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In
der folgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen werden
Knoten, die lediglich eine Dekomprimierung durchführen, als „Zielknoten" bezeichnet. Außerdem werden
Knoten, die die an verschiedene Knoten adressierten Abschnitte identifizieren
und die eventuell auch eine Dekomprimierung durchführen, als „Zwischenknoten" bezeichnet. Im Netzwerk
aus 1 sind NB und ND somit Zielknoten, während NC
und NA Zwischenknoten sind. Zwischenknoten, die Daten direkt vom
Netzwerk-Manager MGR empfangen, werden als „Zentralknoten" bezeichnet. In 1 ist
NA der einzige Zentralknoten des Netzwerks. Der Zentralknoten eines Netzwerks
kann bei der Netzwerkkonfiguration angegeben werden. Alternativ
dazu kann der Zentralknoten automatisch vom Netzwerk-Manager angegeben
werden.
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Mit
Bezug auf die 4 und 5 wird eine
mögliche
Implementierung der Daten-Set-Komprimierung und der Erstellung der
Gesamtdatei OF (beide Komprimierungen werden vom Netzwerk-Manager MGR durchgeführt) beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung liest der Netzwerk-Manager,
z. B. aus seiner zentralisierten Datenbank CDB, die Daten-Sets DSA,
DSB, DSC, DSD und dekomprimiert sie mithilfe seines Komprimierungsmoduls
CM.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung basiert das Komprimierungsmodul CM des
Netzwerk-Managers
MGR auf einem Komprimierungsalgorithmus mit Wörterbuch. Solche Komprimierungsalgorithmen
mit Wörterbuch
sind gemäß dem Stand
der Technik bekannt. Sie ordnen normalerweise lange und häufig auftretende
Byte-Sequenzen entsprechenden Symbolen zu und bauen somit ein Wörterbuch auf.
Bekanntermaßen
ist ein Wörterbuch
eine Tabelle, in der jeder Eintrag einem entsprechenden Symbol eine Byte-Sequenz
zuordnet.
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Der
Antragsteller hat festgestellt, dass die Daten-Sets DSA, DSB, DSC,
DSD untereinander starke Korrelationen aufweisen können, d.
h. dass sie eventuell ähnliche
Byte-Sequenzen umfassen. Die starke Korrelation von Daten-Sets ist
hauptsächlich
darauf zurückzuführen, dass
die Datenverteilung häufig
in Netzwerken mit einer hohen Anzahl homogener Knoten durchgeführt wird,
die im Wesentlichen die gleichen Verwaltungsinformationen erfordern.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Komprimierungsalgorithmus daher nicht separat
auf jedes einzelne Daten-Set angewendet, sondern auf die Gesamtheit
der Daten-Sets DSA, DSB, DSC, DSD. Dies wird symbolisch in 4 mit
einem gestrichelten quadratischen Kästchen dargestellt. Die Auswertung
langer oder häufig
auftretender Byte-Sequenzen wird somit an der Gesamtheit der Daten-Sets DSA,
DSB, DSC, DSD durchgeführt.
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Bevorzugt
kann der vom Netzwerk-Manager MGR gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendete Komprimierungsalgorithmus mit Wörterbuch sehr lange Sequenzen
erkennen (d. h. einem einzigen Symbol zuordnen), die möglicherweise
dem vollständigen
Daten-Set entsprechen, und somit besonders hohe Komprimierungsraten
erzielen (beispielsweise der ZLMA-Algorithmus).
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Der
Komprimierungsalgorithmus baut somit ein Wörterbuch mit n Einträgen E1,
E2, ... En auf, wobei jeder Eintrag eine Byte-Sequenz Seq1, Seq2,
... Seqn einem entsprechenden Symbol S1, S2, ... Sn zordnet.
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Auch
wenn dies in 4 nicht dargestellt ist, kann
der Komprimierungsalgorithmus mit Wörterbuch auch eine lange oder
häufige
Symbolsequenz einem einzelnen Symbol zuordnen. Wenn die Symbolsequenz „S1, S2" beispielsweise mehr
als ein Mal wiederholt wird, kann sie durch ein einziges Symbol
Sk ersetzt werden. Somit ist es beispielsweise möglich, ein vollständiges Daten-Set
durch ein einziges Symbol zu ersetzen. In 4 können Seg1,
Seq2, ... Seqn daher entweder für
eine Byte-Sequenz
oder für
eine Symbol-Sequenz stehen.
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Sobald
das Wörterbuch
Dic erstellt wurde, ersetzt der Komprimierungsalgorithmus jede Byte-Sequenz Seq1,
Seq2, ... Seqn der Daten-Sets DSA, DSB, DSC, DSD durch das entsprechende
Symbol S1, S2, ... Sn und erzielt damit die komprimierten Daten-Sets
CDataA, CDataB, CDataC, CDataD.
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Ein
Symbol kann in einem einzigen komprimierten Daten-Set enthalten
sein; alternativ dazu kann es in mehreren komprimierten Daten-Sets
enthalten sein; alternativ dazu kann es in allen komprimierten Daten-Sets
enthalten sein. Das Symbol S1 ist mit Bezug auf die 4 beispielsweise
nur in CDataA enthalten. Darüber
hinaus ist das Symbol S2 in allen komprimierten Daten-Sets CDataA,
CDataB, CDataD enthalten, jedoch nicht in CDataC. Außerdem ist
das Symbol Sn in allen komprimierten Daten-Sets CDataA, CDataB,
CDataC und CDataA enthalten. Der Einfachheit halber wurden die weiteren
Symbole des Wörterbuchs
Dic weggelassen.
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Mit
Bezug auf 5 wird die Struktur der vom
Netzwerk-Manager
MGR erzeugten Gesamtdatei OF beschrieben.
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Die
Datei OF umfasst einen nicht komprimierten Header HA, HB, HC, HD
für jedes
komprimierte Daten-Set CDataA, CDataB, CDataC, CDataD. Jeder nicht
komprimierte Header kann ein oder mehrere der folgenden Informationen
umfassen:
- – Zielknotenkennung.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist eine solche Zielknotenkennung die IP-Adresse des Zielknotens;
- – Daten-Set-Namen;
- – Update-Version;
- – Basis-Version;
- – Versatz
des komprimierten Daten-Sets;
- – Größe des komprimierten
Daten-Sets (in Wörtern
ausgedrückt);
- – im
entsprechenden komprimierten Daten-Set enthaltene Symbole des Wörterbuchs.
Mit Bezug auf 4 umfasst HA beispielsweise
S1, S2 und Sn; HB umfasst S2 und Sn, HC umfasst Sn, und HD umfasst
S2 and Sn (der Einfachheit halber wurden die anderen in den Headern
enthaltenen Symbole weggelassen).
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Gesamtdatei OF des Weiteren alle Wörterbucheinträge E1, E2,
... En.
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Und
schließlich
umfasst die Gesamtdatei OF die komprimierten Daten-Sets CDataA,
CDataB, CDataC, CDataD.
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Der
Antragsteller hat festgestellt, dass die Größe der Gesamtdatei OF dank
der Anwendung eines Komprimierungsalgorithmus mit Wörterbuch
auf die Gesamtheit der Daten-Sets besonders stark reduziert wird im
Vergleich zur Größe der einzelnen
Daten-Sets DSA, DSB, DSC, DSD. Tatsächlich muss die Gesamtdatei gemäß der Erfindung
nur das Wörterbuch
Dic umfassen, das alle in den Daten-Sets DSA, DSB, DSC, DSD enthaltenen
Daten-Sets umfasst, und die komprimierten Daten-Sets CDataA, CDataB,
CDataC, CDataD.
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Der
Antragsteller hat einige Tests zur Anwendung eines LZMA-Komprimierungsalgorithmus
(Lempel-Ziv-Markov-Kettenalgorithmus)
auf verschiedene Daten-Sets durchgeführt.
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Der
Antragsteller hat festgestellt, dass die Effizienz bei der Komprimierung
steigt, wenn die Anzahl der zu komprimierenden Daten-Sets steigt,
insbesondere wenn solche Daten-Sets eine hohe Korrelation aufweisen.
Die Komprimierung von zwei Kopien eines einzigen Daten-Sets ergibt
beispielsweise eine Datei OF, deren Größe im Wesentlichen die gleiche
ist wie bei der Komprimierung von drei oder vier Kopien des gleichen
Daten-Sets.
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Wie
bereits erwähnt,
sendet der Netzwerk-Manager nach dem Erstellen der Gesamtdatei OF
eine solche Datei OF an den Zentralknoten NA (siehe 1 und 3).
Netzwerke mit einer höheren
Anzahl von Knoten und einer komplexeren Topologie können mehr
als einen Zentralknoten umfassen.
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Im
Folgenden wird mit Bezug auf 5 die Arbeitsweise
der Knoten des Netzwerks aus 1 ausführlicher
beschrieben.
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Der
Zentralknoten NA beginnt mit dem Empfang der Datei OF vom Netzwerk-Manager
MGR. Zunächst empfängt der
Zentralknoten NA den Header HA. Das Splitter-Modul SM von NA identifiziert
HA als den Header seines eigenen Daten-Sets und leitet daher den
Header HA an sein eigenes Dekomprimierungsmodul DM weiter.
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Danach
empfängt
NA den Header HB. NB vergleicht somit die in HB enthaltene Zielknotenkennung mit
seiner eigenen Weiterleitungstabelle RT.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Zielknotenkennung die IP-Adresse
des Zielknotens. Die Weiterleitungstabelle RT ist somit eine IP-Weiterleitungstabelle.
Es ist bekannt, dass eine IP-Weiterleitungstabelle einem Bereich
von IP-Adressen einen Ausgangs-Port zuordnet, an den Daten weitergeleitet
werden müssen,
die an, Knoten adressiert sind, deren IP-Adressen in einem solchen Bereich
enthalten sind.
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Mit
Bezug auf die Netzwerktopologie aus 1 wird in
der Weiterleitungstabelle RT des NA davon ausgegangen, dass die
NB IP-Adresse zu dem IP-Adressbereich gehört, der opA1 zugeordnet ist,
während die
NC und ND IP-Adressen zu dem IP-Adressbereich
gehören,
der opA2 zugeordnet ist.
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Das
Splitter-Modul von NA identifiziert durch Vergleich der Zielknotenkennung
von HB mit seiner IP-Weiterleitungstabelle HB als den Header der
an NB adressierten Daten und sendet daher HB an seinen Port opA1.
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Anschließend empfängt der
NA den Header HG. Das Splitter-Modul
von NA identifiziert wiederum durch Vergleich der Zielknotenkennung
von HG mit seiner IP-Weiterleitungstabelle HG als den Header der
an NC adressierten Daten und sendet daher HG an seinen Port opA2.
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Anschließend empfängt der
NA den Header HD. Das Splitter-Modul
von NA identifiziert wiederum durch Vergleich der Zielknotenkennung
von HD mit seiner IP-Weiterleitungstabelle HD als den Header der
an NC adressierten Daten und sendet daher HD an seinen Port opA2.
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NA
beginnt anschließend
mit dem Empfang der Wörterbucheinträge E1, E2,
... En. Gemäß den Informationen
in den Headern HA, HB, HG, HD leitet das Splitter-Modul die einzelnen
Einträge
E1, E2, ... En an sein eigenes Dekomprimierungsmodul DM weiter und/oder
an opA1 und/oder opA2.
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Da
das Symbol S1 beispielsweise nur in HA enthalten ist, wird E1 nur
an das NA Dekomprimierungsmodul weitergeleitet. Außerdem wird
E2, da das Symbol S2 in HA, HB und HD enthalten ist, an das NA Dekomprimierungsmodul,
an opA1 and opA2, weitergeleitet. Der Vorgang wird in dieser Weise
fortgesetzt bis zu En, das an das NA Dekomprimierungsmodul, an opA1
und an opA2 weitergeleitet wird, wobei das Symbol Sn in HA, HB,
HG, HD enthalten ist.
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Zum
Abschluss empfängt
NA nacheinander die komprimierten Daten-Sets CDataA, CDataB, CDataC, CDataD.
CDataA wird an das NA Dekomprimierungsmodul weitergeleitet, CDataB
wird an opA1 weitergeleitet, während
CDataC, CDataD an opA2 weitergeleitet werden. NA kann das Startsymbol
und das Endesymbol der einzelnen komprimierten Daten-Sets CDataA,
CDataB, CDataC, CDataD identifizieren durch Lesen des Versatzes
des komprimierten Daten-Sets und der Größe des komprimierten Daten-Sets
in jedem entsprechenden Header HA, HB, HC, HD.
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Es
kann festgestellt werden, dass gemäß der vorliegenden Erfindung
Daten der Gesamtdatei OF vom NA (und insbesondere von seinem Splitter-Modul
SM) verarbeitet werden, im Wesentlichen beim Empfang dieser Daten,
sofern keine Verarbeitungsverzögerungen
auftreten, die in 5 nicht dargestellt sind, wobei
der Empfang der Gesamtdatei OF nicht vollständig abgewartet wird. Dies
ermöglicht
in vorteilhafter Weise eine Reduzierung des für die Verarbeitung erforderlichen
Speichers sowie eine Reduzierung der Verarbeitungszeit am Knoten
NA.
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Nach
dem Empfang des gesamten Bereichs CDA dekomprimiert NA mithilfe
der Wörterbucheinträge, die
aus dem Wörterbuch
Dic extrahiert wurden, das komprimierte Daten-Set CDataA und stellt
somit sein eigenes Daten-Set DSA wieder her und schreibt es in seine
eigene lokale Datenbank LDB.
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Ebenso
dekomprimiert NB nach dem Empfang des gesamten Bereichs CDB mithilfe
der Wörterbucheinträge, die
aus dem Wörterbuch
Dic extrahiert wurden, das komprimierte Daten-Set CDataB und stellt
somit sein eigenes Daten-Set DSB wieder her und schreibt es in seine
eigene lokale Datenbank LDB.
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Nachdem
die Zwischendatei IF durch opA2 identifiziert wurde, identifiziert
NC in der Datei IF die beiden Bereiche CDC und CDD, wie oben mit
Bezug auf die NA-Arbeitsweise beschrieben.
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Kurz,
NC empfängt
HC und identifiziert durch Lesen der Zielknotenkennung HC als den
Header seiner eigenen Daten. NC leitet somit HC an sein eigenes
Dekomprimierungsmodul DM weiter.
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Anschließend empfängt NC HD
und identifiziert HD durch Vergleich der Zielknotenkennung mit seiner eigenen
Weiterleitungstabelle als den Header der an ND adressierten Daten.
Somit leitet NC HD an opC weiter.
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Anschließend empfängt NC die
Wörterbucheinträge. Da S2
nur in HD enthalten ist, wird E2 nur an opC weitergeleitet. Da Sn
in HC wie auch in HD enthalten ist, leitet NC außerdem En an sein eigenes Dekomprimierungsmodul
und an opC weiter.
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Abschließend empfangt
NC die komprimierten Daten-Sets CDataC, CDataD, und sendet sie daher
an sein eigenes Dekomprimierungsmodul bzw. an opC.
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Anschließend dekomprimiert
NC mithilfe der Wörterbucheinträge, die
aus dem Wörterbuch
Dic extrahiert wurden, das komprimierte Daten-Set CDataC und stellt
somit sein eigenes Daten-Set
DSC wieder her und schreibt es in seine eigene lokale Datenbank
LDB.
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Ebenso
dekomprimiert ND nach dem Empfang des gesamten Bereichs CDD mithilfe
der Wörterbucheinträge, die
aus dem Wörterbuch
Dic extrahiert wurden, das komprimierte Daten-Set CDataD und stellt
somit sein eigenes Daten-Set DSD wieder her und schreibt es in seine
eigene lokale Datenbank LDB.
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Somit
wurden alle lokalen Datenbanken der Knoten NA, NB, NC, ND aktualisiert/wiederhergestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sendet jeder Knoten NA, NB, NC, ND in profitabler Weise
an den Netzwerk-Manager MGR eine Benachrichtigung über den
Erfolg des Aktualisierungs-/Wiederherstellungsvorgangs.
Insbesondere ist jeder Knoten so angepasst, dass er dem Manager
MGR zwei Arten von Benachrichtigung sendet:
- – Benachrichtigung „Knoten
bereit für
Aktualisierung",
die angibt, dass der Aktualisierungs-/Wiederherstellungsvorgang
erfolgreich war; und
- – Benachrichtigung „Zielknoten
aktualisiert", die
angibt, dass der Knoten neu gestartet wird als Folge des Empfangs
eines Befehls „Anwenden" oder eines von einem
Knoten-Einplaner
verwalteten Zeit-Neustarts.
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Es
ist zu beachten, dass Pfade, denen die Daten im Verlauf einer Datenverteilungsoperation
folgen, davon abhängen,
wie zentrale Knoten und Zwischenknoten ausgewählt werden. Sowohl die zentralen
Knoten als auch die Zwischenknoten werden auf der Basis der Datenverkehrsverbindungen,
der Anzahl/Position der zu aktualisierenden/wiederhergestellten
Knoten, der CPU-Auslastung,
der Speicher-Verfügbarkeit
und ähnlicher
Kriterien bevorzugt dynamisch ausgewählt, um den Dienstgüte-Anforderungen
des Netzwerks gerecht zu werden.
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Somit
können
gemäß der vorliegenden
Erfindung alle Netzwerkknoten als zentrale Koten, als Zwischenknoten
oder als Zielknoten agieren. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise
eine maximale Flexibilität
bei der Optimierung der Datenverteilung in einem Netzwerk.
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6a und 6b zeigen
in schematischer Darstellung die Struktur eines Netzwerk-Managers
MGR und eines generischen Netzwerkknotens N gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
wird ein Teil des Wörterbuchs
(das als „allgemeines
Wörterbuch" bezeichnet wird),
das Wörterbucheinträge entsprechend
den Symbolen enthält,
die in den zu verteilenden Daten-Sets am häufigsten auftreten, in jedem
Zwischenknoten und Zielknoten des Netzwerks gespeichert, sodass
dieses allgemeine Wörterbuch
nicht jedes Mal, wenn ein Netzwerk-Manager eine Datenverteilung
durchführt,
an die Knoten innerhalb der Datei OF gesendet werden muss.
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Noch
immer mit Bezug auf 4 wird beispielsweise davon
ausgegangen, dass unter den Wörterbuchsymbolen
S1, S2, ... Sn das Symbol Sn (dessen Eintrag En schattiert dargestellt
ist) besonders häufig
in den Daten-Sets auftritt, die gemeinsam vom Netzwerk-Manager an
die Knoten NA, NB, NC, ND verteilt werden. Ein solches Symbol Sn
wird somit in ein solches allgemeines Wörterbuch CDic eingefügt.
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Das
allgemeine Wörterbuch
CDic wird gemäß einer
solchen Ausführungsform
der Erfindung sowohl im Netzwerk-Manager als auch an den Netzwerkknoten
(zentrale Knoten, Zwischenknoten, Zielknoten) gespeichert. Somit
hat der Netzwerk-Manager MGR aus 6a das
allgemeine Wörterbuch
CDic, das vom Komprimierungsmodul CM zur Durchführung der Komprimierung der
zu verteilenden Daten-Sets verwendet wird. Ebenso hat der generische
Knoten aus 6b das allgemeine Wörterbuch
CDic, das vom Dekomprimierungsmodul DM zur Durchführung der
Dekomprimierung verwendet wird. Konkret ist das Dekomprimierungsmodul DM
jedes Knotens N so angepasst, dass es die Einträge des gemeinsamen Wörterbuchs
mit Einträgen
aus der Gesamtdatei OF kombiniert, sodass jedes Dekomprimierungsmodul
alle Wörterbucheinträge zum Dekomprimieren
des empfangenen komprimierten Daten-Sets umfasst.
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Dies
ermöglicht
in vorteilhafter Weise die weitere Reduzierung der Größe der Datei
OF. Gemäß dieser vorteilhaften
Ausführungsform
umfasst die Datei OF nicht alle Wörterbucheinträge E1, E2,
... En, sondern nur Einträge,
die in dem allgemeinen Wörterbuch
CDic nicht vorhanden sind. Somit wird die Übertragungszeit für die Datei
OF verringert, was eine weitere Reduzierung der Zeit für die Aktualisierung/Wiederherstellung
des Netzwerks ermöglicht.
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Wie
bereits erwähnt,
kann das Verfahren der Erfindung auf verschiedene Netzwerke angewendet
werden mit einer beliebigen Anzahl von Knoten, die gemäß einer
beliebigen Topologie angeordnet sein können. Insbesondere kann ein
Netzwerk-Manager gemäß der Anzahl
von Knoten und Topologie entweder einen ein zelnen zentralen Knoten
oder mehrere zentrale Knoten auswählen und damit die Datenverteilung
weiter dezentralisieren.
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Die 7a und 7b zeigen
zwei Beispiele zur Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
in einem Ring-Netzwerk
mit sechzehn Knoten A, B, C ... Q. Jeder Knoten hat eine Struktur,
wie in 2a oder in 6a dargestellt.
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Es
wird davon ausgegangen, dass der Netzwerk-Manager MGR die lokalen
Datenbanken aller Knoten des Ring-Netzwerks wiederherstellen muss.
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Gemäß einer
in 7a dargestellten ersten exemplarischen Anwendung
des Verfahrens der Erfindung liest der Netzwerk-Manager MGR, z.
B. aus seiner eigenen zentralisierten Datenbank, sechzehn Daten-Sets,
wobei jedes Daten-Set an jeweils einen Knoten adressiert ist. Der
Netzwerk-Manager MGR komprimiert somit gemäß dem oben beschriebenen Verfahren
die Daten-Sets in eine einzige Gesamtdatei OF. Anschließend leitet
er die Datei OF an den zentralen Knoten Q weiter. Der zentrale Knoten
Q extrahiert seinen eigenen Abschnitt aus OF und dekomprimiert ihn.
Anschließend
leitet er gemäß seiner
eigenen Weiterleitungstabelle eine erste Zwischendatei, die die
an A, B, ... J adressierten Dateiabschnitte umfasst, an den Zwischenknoten
A weiter, während
er eine zweite Zwischendatei, die die an K, L, ... P adressierten
Dateiabschnitte umfasst, an den Zwischenknoten P weiterleitet.
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Der
Knoten A empfängt
eine solche erste Zwischendatei von Q, extrahiert daraus seinen
eigenen Abschnitt und dekomprimiert ihn. Anschließend leitet
er die verbleibenden Abschnitte an den Zwischenknoten B weiter.
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Der
Knoten B führt
die gleichen Operationen aus, und so weiter, bis zum Zielknoten
J.
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Ebenso
empfängt
der Knoten P eine solche zweite Zwischendatei von Q, extrahiert
daraus seinen eigenen Abschnitt und dekomprimiert ihn. Anschließend leitet
er die verbleibenden Abschnitte an den Zwischenknoten O weiter.
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Der
Knoten O führt
die gleichen Operationen aus, und so weiter, bis zum Zielknoten
K.
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Somit
empfangen alle Netzwerkknoten ihre eigenen Daten-Sets. Die Datenverteilung im Ring-Netzwerk
aus 7a kann jedoch weiter optimiert werden.
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In
einer zweiten, in 7b dargestellten exemplarischen
Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung unterteilt der Netzwerk-Manager MGR zunächst das
Ring-Netzwerk in vier Partitionen P1, P2, P3, P4. P1 umfasst A,
B, ...G; P2 umfasst L, M,. . P; P3 umfasst H, J, K; und P4 umfasst
Q.
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Für jede Partition
erstellt der Netzwerk-Manager MGR eine entsprechende Gesamtdatei
OF1, OF2, OF3, OF4, wobei jede Gesamtdatei Daten-Sets umfasst, die
an die Knoten adressiert sind, die zu der jeweiligen Partition gehören. Für jede Partition
wählt der
Netzwerk-Manager MGR anschließend
einen entsprechenden zentralen Knoten aus, der so angepasst ist,
dass er die entsprechende Gesamtdatei OF1, OF2, OF3, OF4 empfängt. In 7b ist
es beispielsweise vorteilhaft, als zentrale Knoten den Knoten auf
halbem Weg der jeweiligen Partition auszuwählen, d. h. D für P1, N
für P2,
J für P3
und Q für
P4.
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Der
Netzwerk-Manager sendet anschließend OF1 an den zentralen Knoten
D von P1. Der zentrale Knoten D extrahiert seinen eigenen Abschnitt
aus OF1 und dekomprimiert ihn. Anschließend splittet er gemäß seiner
eigenen Weiterleitungstabelle die verbleibenden Abschnitte, d. h.
er leitet die an A, B, C adressierten Abschnitte an den Zwischenknoten
C weiter, während
er die an E, F, G adressierten Abschnitte an den Zwischenknoten
E weiterleitet.
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Der
Zwischenknoten C empfängt
von D die an A, B, C adressierten Abschnitte, extrahiert seinen
eigenen Abschnitt, dekomprimiert ihn und leitet die verbleibenden
Abschnitte an B weiter, und so weiter. Das gleiche geschieht mit
den Knoten E, F, G.
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Nach
dem Senden von OF1 an den zentralen Koten D sendet der Netzwerk-Manager
MGR, ohne auf den Abschluss der Datenverteilung in Partition P1
zu warten, die Datei OF2 an den zentralen Knoten N der Partition
P2. Der zentrale Knoten N extrahiert, ähnlich wie der zentrale Knoten
D, seinen eigenen Abschnitt aus OF2 und dekomprimiert ihn. Anschließend splittet
er gemäß seiner
eigenen Weiterleitungstabelle die verbleibenden Abschnitte, d. h.
er leitet die an O, P adressierten Abschnitte an den Zwischenknoten
O weiter, während
er die an M, L adressierten Abschnitte an den Zwischenknoten M weiterleitet,
und so weiter.
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Nach
dem Senden von OF2 an den zentralen Koten N sendet der Netzwerk-Manager
MGR, ohne auf den Abschluss der Datenverteilung in die Partitionen
P1 und P2 zu warten, die Datei OF3 an den zentralen Knoten J der
Partition P3. Der zentrale Knoten J extrahiert, ähnlich wie die zentralen Knoten
D und N, seinen eigenen Abschnitt aus OF3 und dekomprimiert ihn.
Anschließend
splittet er gemäß seiner
eigenen Weiterleitungstabelle die verbleibenden Abschnitte, d. h.
er leitet den an H adressierten Abschnitt an den Zielknoten H weiter,
während
er den an K adressierten Abschnitt an den Zielknoten K weiterleitet.
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Abschließend sendet
der Netzwerk-Manager MGR, ohne auf den Abschluss der Datenverteilung
in die Partitionen P1, P2 und P3 zu warten, die Datei OF4 an den
Knoten Q. OF4 kann einfach das an Q adressierte, nicht komprimierte
Daten-Set sein, da die Komprimierung am Netzwerk-Manager MGR optional
inaktiviert sein kann.
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Die
Datenverteilung erfolgt daher gleichzeitig in verschiedenen Teilen
des Netzwerks, was die Gesamtzeit zur Aktualisierung/Wiederherstellung
des Netzwerks weiter verringert.
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Somit
ermöglicht
das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung die Reduzierung der Gesamtzeit für die Aktualisierung/Wiederherstellung
des Netzwerks aus den folgenden Gründen.
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Zunächst erlaubt
das Komprimieren der zu verteilenden Daten-Sets für eine bestimmte
Bandbreite des Verwaltungskanals das Senden einer höheren Anzahl
von Daten-Sets gleichzeitig, was im Vergleich zu bekannten Verteilungsverfahren
die Aktualisierung/Wiederherstellung von mehr Knoten mit einem einzigen
Verteilungsvorgang erlaubt. Gemäß der Erfindung
ist die Komprimierung besonders effizient, da der Komprimierungsalgorithmus
nicht separat auf jedes einzelne Daten-Set angewendet wird, sondern
auf die Gesamtheit der zu sendenden Daten-Sets. Da Daten-Sets, wie
der Antragsteller festgestellt hat, im Allgemeinen eine starke Korrelation
aufweisen, führt
dies zu einer besonders hohen Komprimierungsrate.
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Darüber hinaus
kann jeder Knoten seinen jeweiligen Dateiabschnitt identifizieren
und Dateiabschnitte, die an andere Knoten adressiert sind, weiterleiten,
ohne Dateien zu dekomprimieren, was im Vergleich zu den bekannten
Verfahren zu einer Reduzierung der Verarbeitungszeit führt. In
einer bevorzugten Ausführungsform wird
die Verarbeitung „spontan" durchgeführt, d.
h. Daten werden beim Empfang verarbeitet, ohne auf den vollständigen Empfang
der Datei zu warten.
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Zuletzt
verteilt der Netzwerk-Manager gemäß der vorliegenden Erfindung
Daten-Sets nicht direkt an jeden Zielknoten, sondern jeder Knoten
kann Daten an die angrenzenden Daten verteilen. Die Datenverteilung ist
daher nicht mehr zentralisiert und erlaubt somit eine parallele
Datenverteilung innerhalb eines Netzwerks. Insbesondere in Fällen, bei
denen der Netzwerk-Manager mehr als einen zentralen Knoten auswählt, ist
jeder Knoten für
die Verteilung von Daten in einer entsprechenden Partition verantwortlich.
In solchen Fällen
kann die Datenverteilungszeit minimiert werden durch eine angemessene
Auswahl von zentralen Knoten und Partitionen auf der Basis von Datenverkehrsbedingungen,
Netzwerk-Topologie und ähnlichen
Kriterien.
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1
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- (Keine Änderungen
erforderlich)
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2a
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- (Keine Änderungen
erforderlich)
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2b
-
- (Keine Änderungen
erforderlich)
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Figur
3
| MGR
(manager) | MGR
(Manager) |
| NA
(central) | NA
(zentral) |
| NB
(target) | NB
(Ziel) |
| NC
(intermedieate) | NB
(Zwischenknoten) |
| ND
(target) | ND
(Ziel) |
| compress | komprimieren |
| identify
portions | Abschnitte
identifizieren |
| decompress | dekomprimieren |
| decompress | dekomprimieren |
| identify
portions | Abschnitte
identifizieren |
| decompress | dekomprimieren |
| decompress | dekomprimieren |
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4
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- (Keine Änderungen
erforderlich)
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5
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- (Keine Änderungen
erforderlich)
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6a
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- (Keine Änderungen
erforderlich)
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6b
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- (Keine Änderungen
erforderlich)
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7a
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- (Keine Änderungen
erforderlich)
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7b
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- (Keine Änderungen
erforderlich)