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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Paketvermittlungs-Kommunikationsnetzwerke
und genauer gesagt auf Weiterleitungsstrategien in Mehrfachschicht-Netzwerken.
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Stand der Technik
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In
den letzten Jahren haben das schnelle Wachstum von Datenkommunikationsnetzwerken und
die hohe und immer noch ansteigende Anzahl von Diensten, welche
den Benutzern über
solche Netzwerke, insbesondere über
das Internet, zur Verfügung
gestellt werden, zu einem bemerkenswerten Anstieg von Verkehr geführt, welcher
die Netzwerkleistung stark beeinflusst.
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Tatsächlich sind
derzeitige Architekturen von Hauptleistungs-Netzwerken, welche ursprünglich dafür entworfen
sind, um Telefonverkehr zu unterhalten, dazu unzureichend um hohe
Volumen von Internet-Datenverkehr zu unterstützen, und sollten idealerweise
durch technisch fortgeschrittene, modernste Hardware-Netzwerke ersetzt
werden, welche ausreichend Geschwindigkeit und Bandbreite bereitstellen, um
heutige und zukünftige
Datenverkehr-Ansprüche zu
bewältigen.
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Unglücklicherweise
sind Kosten eine hauptsächliche
Angelegenheit, welche den Hardware-Modernisierungsprozess verlangsamt,
wenn nicht sogar verhindert: Das allgemeine Empfinden ist, dass
Investitionen mit Bezug auf erwartete Einnahmen zu hoch sein würden.
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Daraus
folgend basieren Entwürfe
von Netzwerken der nächsten
Generation (NGNs), obwohl sie alle kritischen Erfordernisse in Betracht
ziehen, immer noch auf traditionellen Kriterien.
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Die
Hauptanforderung für
ein erfolgreiches NGN ist somit in der Ausnutzung der derzeit zur
Verfügung
stehenden Hardwaremittel und deren zur Verfügung stehenden Bandbreite zu
sehen, wobei der Ausdruck Bandbreite in einer umfassenden Bedeutung
zu sehen ist, welche eine Datenübertragungskapazität von einem
Kommunikationssystem, eine Verbindungskapazität, einen Knotendurchsatz usw.
enthält.
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Eine
wirksame Verwendung der zur Verfügung
stehenden Bandbreite kann mittels verkehrstechnischer Lösungen erlangt
werden, worin die Möglichkeit
liegt, Netzwerkressourcen auf eine flexible und dynamische Art und
Weise zu behandeln, um eine mit der Zeit variierende Verkehrsanforderung
zu bewältigen,
die Verwendung von verfügbaren
Ressourcen zu optimieren und wirksame Weiterleitungsstrategien zu
verwenden.
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Allgemein
gesprochen sind die meisten Kommunikationsnetzwerke auf einer Mehrfachschicht-Architektur
entworfen, welche die bekannte Sieben-Schicht-Architektur verwendet,
wie durch das Open Systems Interconnection (OSI) dargelegt und durch
die International Standards Organisation (ISO) standardisiert.
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Jede
der sieben Schichten stellt einen progressiven Abstraktionspegel
bereit, beginnend von Schicht 1, oder der physikalischen
Schicht, bis Schicht 7, nämlich der Applikationsschicht,
und zwar durchlaufend durch die Datenverbindungsschicht, die Netzwerkschicht,
die Transportschicht, die Sitzungsschicht, die Präsentationsschicht
und die Applikationsschicht.
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Darüber hinaus
verwenden die häufigsten heutigen
Netzwerke, welche die Netzwerke enthalten, welche das Internet implementieren,
eine Anzahl von bekannten und weit erhältlichen Netzwerkschicht-Protokolle
zur Paket-Weiterleitung
und Flusssteuerung, welche an der Netzwerkschicht durchgeführt wird,
und eine Anzahl von Datenverbindungsschicht-Protokolle zur Fehlerprüfung oder
zur Durchführung
von Funktionen, welche eine zuverlässige Verbindung zwischen zwei
Knoten erstellen.
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Wieder
Bezug nehmend auf ein wichtigstes Datenkommunikationsnetzwerk, geht
die Internetq-Transportinfrastruktur
progressiv auf ein Modell über,
bei welchem ein Optikkern-Netzwerk, welches dazu in der Lage ist,
hohe Verkehrsvolumen handzuhaben, Router mit hohem Durchsatz verbindet.
Zusätzlich
ist als Nächstes
ein starker Übergang
eines großen
Teils von Diensten zum IP-Modell zu erwarten, welches Echtzeit-
und Multimedia-Dienste und Mobildienste der nächsten Generation enthält.
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Eine
solch hohe Menge von Daten erfordert ein geeignetes Kommunikationsmittel,
welches dazu in der Lage ist, solch hohe Volumen von Datenverkehr
zu bewältigen,
beispielsweise optische Netzwerke mit hoher Kapazität, welche
durch Wavelength Division Multiplexing (WDM)-Techniken ausgenutzt werden.
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Herkömmlicherweise
wird eine Weiterleitung von Paketen in einem IP basierenden Netzwerk gänzlich auf
der Netzwerkschicht durchgeführt. Nachdem
ein Datenpaket an einem Netzwerkknoten oder einem Router ankommt,
vergleicht die Netzwerkschicht-Verarbeitung,
welche am Knoten arbeitet, eine Zieladresse, welche im Paket enthalten
ist, mit einer Liste von Adress-Vorwahlen,
welche in einer Weiterleitungstabelle gespeichert ist, welche am Knoten
beibehalten ist. Eine längste Übereinstimmungs-Vorwahl
wird gesucht, und nach dem Auffinden wird das Paket an einen weiteren
Knoten weitergeleitet, welcher mit einer solchen Vorwahl in Zusammenhang
steht. Die Übereinstimmungs-Verarbeitung wird
dann am aktuellen Knoten wiederholt, bis die Paket-Zieladresse erreicht
ist.
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Natürlich können mehrere
Pfade im Netzwerk bestehen, welche von einem Startknoten zu einem
letztendlichen Zielknoten führen.
Die Berechnung eines optimalen Pfades ist ein Schlüsselbetrieb in
der Netzwerkentwicklung und ist die Grundlage einer wirksamen Netzwerkleistung.
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In
diesem Kontext werden vier Schichten in heutigen Mehrfachschicht-Datennetzwerken
in der Praxis typischerweise identifiziert: eine IP-Schicht zur
Beförderung
von Anwendungen und Diensten, eine Asynchron-Übertragungsmodus (Asynchronous Transfer
Mode ATM)-Schicht zur Verkehrsentwicklung, eine SONST/SDH-Schicht
zum Transport und eine Wellenlängen-Multiplex (Wavelength
Division Multiplexing WDM)-Schicht zur Kapazität.
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Unglücklicherweise
leiden solche traditionellen Mehrfachschicht-Architekturen unter
dem Effekt des niedrigsten gemeinsamen Nenners, wobei nämlich eine
Schicht die Skalierbarkeit des gesamten Netzwerks beschränken kann,
und es hat sich gezeigt, dass sie ebenfalls nicht nur teuer, sondern ebenfalls
schwierig und langsam für
sehr hohe Verkehrsvolumen skalierbar sind.
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Tatsächlich,
da vier Schichten beim aktuellen Transport eines Pakets über das
Netzwerk einbezogen sind, wird eine Berechnung eines Pfades, welche durchgeführt wird,
um eine Leistung an einer bestimmten Schicht zu optimieren, durch
das Verhalten der weiteren drei Schichten beeinflusst.
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Aus
diesen Gründen
wurde eine Entwicklung von Lösungen,
welche die Angelegenheit von einer Verwendung von IP über optische
Netzwerke adressieren, daher im Stand der Technik vorgeschlagen, welches
die Anzahl von Schichten insgesamt auf zwei reduziert.
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Jedoch
werden, sogar in dieser geschrumpften Architektur, bislang angezeigte
Lösungen
entweder bei der Optimierung der IP-Weiterleitungs-Verarbeitung
in einem Internet-Netzwerk durch Adoptieren eines guten Modells,
beispielsweise das Multi-Protocol Label Switching (MPLS) oder bei
der Erhöhung der
Leistung von optischen Netzwerken unterstützen.
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Genauer
gesagt wurde die MPLS-Technologie entwickelt, um die Zeitdauer und
Berechnungsressourcen zu reduzieren, welche in Netzwerk-Weiterleitungsmechanismen
verwendet werden.
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Das
MPLS ersetzt die Notwendigkeit einer Durchführung der längsten Vorwahl-Übereinstimmung
an jedem Router, indem ein Kennzeichen mit festgelegter Länge zwischen
dem Netzwerkschicht-Header und dem Verbindungs-Header von jedem
Datenpaket eingesetzt wird. Ein Router kann somit einfach eine Sprungentscheidung
für ein
eingehendes Paket lediglich unter Verwendung des MPLS-Kennzeichens
des Pakets als ein Index in einer Weiterleitungstabelle vornehmen,
wodurch somit der Aufwand und die Zeit verringert werden, welche erforderlich
sind, um das Datenpaket von einem Knoten an einen weiteren weiterzuleiten,
und somit die Netzwerkleistung erhöht wird. Eine genaue Beschreibung
von MPLS ist in E. Rosen et al., Multiprotocol Label Switching Architecture,
Internet Draft draft-ietf-mpls-arch-07.txt, Internet Engineering
Task Force (IETF) Network Working Group, Januar 2001, zu finden,
welches hier in seiner Gesamtheit unter Bezugnahme einbezogen ist.
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Andererseits
beziehen sich Lösungen
aus dem Stand der Technik, welche sich mit optischen Netzwerken
beschäftigen,
auf das Wellenlängen-Weiterleitungs-
und Wellenlängen-Zuweisungs-Problem, welches
für gewöhnlich als
RWA bekannt ist, nämlich
ein Problem, welches entweder offline oder online gelöst werden
kann.
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Im
vorherigen Fall wird eine zu erwartende Verkehrs-Matrix verwendet,
welche die erforderlichen Verbindungen hinsichtlich der Anzahl von „Wellenlängen" darstellt, welche
für jedes
Paar von Quellen-/Ziel-Optikknoten, wie beispielsweise optische Kreuzverbindungen,
unterzubringen sind.
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Im
letzten Fall wird das RWA-Problem dynamisch auf Basis von Anfragen
gelöst,
welche bei einer bestimmten Statistik ankommen.
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Sowohl
die IP/MPLS- als auch die RWA-Entwicklungs-Annäherung haben sich jedoch als
nicht vollständig
zufriedenstellend erwiesen, sodass eine Optimierung in einer Schicht
immer noch zu oft durch kritische Belastungen oder unterschiedliche Situationen
beeinflusst wird, welche auf der weiteren Schicht auftreten.
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Das
Dokument „Integrated
Dynamic IP and Wavelength Routing in IP over WDM Networks" von Kodialam und
Lakshman erarbeitet einen integrierten Weiterleitungs-Algorithmus.
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Daher
besteht auf dem Gebiet eine Notwendigkeit nach einer neuen Strategie
bezüglich
eines Mehrfachschicht-Netzwerks.
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Beschreibung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein
Netzwerk-Steuerprogramm zum Ausnutzen von zur Verfügung stehenden Netzwerkressourcen
bereitzustellen, um eine Netzwerkleistung zu verbessern.
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Innerhalb
dieses Ziels ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dynamische
Weiterleitungsstrategien und Algorithmen in einem Mehrfachschicht-Netzwerk
bereitzustellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bekannte Lösungen in
einer Mehrfachschicht-Umgebung auszubauen und neue Kriterien basierend
auf einer korrekten Bewertung eines Mehrfachschicht-Netzwerks insgesamt
zu implementieren, wie durch das Generalized Multi-Protocol Label Switching
(GMPLS)-Modell erlaubt, welches die Integration von sowohl MPLS
als auch der optischen Domäne
erlaubt.
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Dieses
Ziel, diese Aufgabe und Weiteres, welches im Folgenden deutlich
werden wird, werden durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
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Ein
Mehrfachschicht-Netzwerk, welches gemäß der Erfindung wie beansprucht
verwaltet wird, erreicht eine bessere Leistung im Vergleich mit
dem Stand der Technik, mit einer bestimmten Verweisung auf eine
Blockierungswahrscheinlichkeit und einer insgesamt verweigerten
Bandbreite.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand
der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich, welche mittels
eines nicht beschränkenden
Beispiels angegeben ist und in den begleitenden Figuren dargestellt
ist, in denen:
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1 eine
schematische Ansicht ist, welche ein beispielhaftes Kommunikationsnetzwerk
zeigt;
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2 eine
schematische Ansicht ist, welche ein beispielhaftes Mehrfachschicht-Kommunikationsnetzwerk
zeigt, welches eine Mehrzahl von Knoten enthält, welche Kennzeichenvermittelnden
Routern in einer MPLS-Domäne
und optischen Kreuzverbindungen in einer optischen Domäne zugeordnet
sind;
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3 eine
schematische Ansicht ist, welche eine Verbindung zwischen zwei Knoten
anzeigt, um mehrere physikalische Verbindungen entsprechend einer
logischen Verbindung anzuzeigen;
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4 eine
schematische Ansicht von einigen Knoten in dem Netzwerk ist, welches
eine Wellenlängen-Belegung
darstellt;
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5 ein
Datenablaufdiagramm ist, welches die Schritte gemäß dem offenbarten
Verfahren darstellt;
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6 bis 9 Schaubilder
sind, welche Leistungen vergleichen, welche durch unterschiedliche
Kriterien erlangt werden, welche bei der Auswahl einer physikalischen
Verbindung, wie durch die vorliegende Offenbarung bereitgestellt,
verwendet werden.
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Beispiele zum Ausführen der Erfindung
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1 ist
eine schematische Ansicht, welche ein beispielhaftes Kommunikationsnetzwerk,
welches eine Mehrzahl von Knoten 10 bis 15 enthält, und ein
beispielhaftes Datenpaket zeigt, welches vom Startknoten 10 zum
Endknoten 15 zu durchlaufen ist.
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Diese
Knoten werden auf zwei unterschiedliche Pegel oder Domains behandelt:
ein logischer oder weiterleitender Pegel und ein physikalischer
Pegel.
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Jeder
Knoten in der logischen Domain ist einem Router zugeordnet, welcher
im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen wie der entsprechende Knoten
angezeigt ist, welcher die notwendigen Aktionen durchführt, um
ein eingehendes Datenpaket zu einem nächsten Knoten entlang eines
Pfades weiterzuleiten, welcher zur letztendlichen Paket-Zieladresse führt.
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Ähnlich ist
jeder Knoten in der physikalischen Domäne einem Vermittler zugeordnet,
welcher die notwendigen Aktionen durchführt, um ein eingehendes Datenpaket
zum nächsten
Vermittler durch ein ausgewähltes
physikalisches Transportmittel physikalisch zu übertragen.
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Eine
generische Verbindung zwischen zwei Knoten, nämlich einem Quellenknoten und
einem Zielknoten, wie in der logischen Domäne behandelt, wird als eine
logische Verbindung bezeichnet, während das aktuelle Mittel,
welches zum Verbinden von zwei Knoten in der physikalischen Domäne fähig ist, als
eine physikalische Verbindung bezeichnet wird.
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Zumindest
eine physikalische Verbindung muss für jede logische Verbindung
bestehen, wobei die meisten logischen Verbindungen tatsächlich einer Mehrzahl
von physikalischen Verbindungen entsprechen, wobei jede davon in
der Lage ist, ein Datenpaket einer bestimmten Größe von einem Knoten an einem
ersten Ende der Verbindung zum Knoten am anderen Ende der Verbindung
physikalisch zu transportieren.
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Gemäß einer
hier offenbarten bevorzugten Ausführungsform, ist die Weiterleitungs-Domäne eine
MPLS- oder GMPLS-Domäne,
während
die physikalische Domäne
eine optische Domäne
ist.
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Daher
wird die Erfindung aus Gründen
der Vereinfachung nun detailliert explizit unter Bezugnahme auf
GMPLS und optische Schichten beschrieben. Jedoch wird der Fachmann
einfach anerkennen, dass das gleiche erfindungsgemäße Konzept
auf irgendeine weitere Verbindung anwendbar ist, welche auf eine
Netzwerk-Architektur gerichtet ist, welche im Allgemeinen über optische
Schichten oder physikalische Schichten angewendet wird.
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2 ist
eine schematische Ansicht, welche ein beispielhaftes Mehrfachschicht-Kommunikationsnetzwerk
zeigt, welches eine Mehrzahl von Kennzeichenvermittelnden Routern
(LSR) 10 bis 15 in einer MPLS-Domäne und eine
Mehrzahl von optischen Routern, vorzugsweise optische Kreuzverbindungen (OXC) 20 bis 25 in
der optischen Domäne
enthält, welche
eine Wellenlängen-Weiterleitung
durchführt. Aus
diesem Grund kann jeglicher Typ von OXC verwendet werden.
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Jeder
LSR 10 bis 15 in der MPLS-Domäne ist einer der OXCs 20 bis 25 in
der optischen Domäne zugeordnet,
und ist dazu in der Lage, Kennzeichenvermittelnde Pfade (LSP) zum
Weiterleiten von Datenpaketen zwischen jeglichen zwei eindeutigen Endpunkt-Netzwerkelementen,
welche hier als der Startpunkt 10 und der Endpunkt 15 angezeigt
sind, handzuhaben.
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Es
ist zu erwähnen,
dass 2 zum besten Verständnis der vorliegenden Erfindung
konfiguriert ist, und nicht notwendigerweise die tatsächliche
physikalische Architektur des Netzwerks widerspiegelt. Insbesondere
zeigt 2 eine 1-zu-1-Beziehung zwischen MPLS-Routern
und OXCs. Tatsächlich kann
eine Verbindung, welche zwei MPLS-Router verbindet, einfach einer
Verbindung entsprechen, welche eine Mehrzahl von mittleren OXCs
enthält, sogar
dann, wenn lediglich die zwei OXCs an den Enden der Verbindung dadurch
dargestellt sind.
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Beispielsweise
kann Verbindung 41 entweder eine direkte Verbindung zwischen
OXC 20 und OXC 22 oder eine indirekte Verbindung
sein, wobei Wellenlängen,
welche die zwei OXCs verbinden, durch eine mittlere OXC gehen, welche
in der Figur nicht gezeigt ist, welche einem entsprechenden MPLS-Router
nicht zugeordnet ist.
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2 zeigt
ferner einen ersten LSP 31, 32 in der MPLS-Domäne zur Übertragung
eines Datenpakets von Knoten 10 zu Knoten 15,
welcher einem Pfad 41–42 entspricht,
welcher eine Verbindung zwischen Knoten 20 und Knoten 25 aufbaut.
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Schließlich zeigt 2 einen
zweiten LSP 33, 34, 32, welcher der tatsächliche
Pfad ist, welchem das Datenpaket bei seiner Reise vom Startpunkt 20 zum
Endpunkt 25 folgt, wie hiernach beschrieben wird, und einen
entsprechenden Pfad 43, 44 und 42.
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Es
ist eine beispielhafte Verbindung in 3 hervorgehoben,
um mehrere optische Fasern 420, 421, 422 anzuzeigen,
welche Knoten 400 mit Knoten 401 verbinden. Wiederum
ist die optische Faser 420 teilweise in der Figur vergrößert, um
eine bildliche Darstellung von einer aus einer Anzahl von Wellenlängen 430 einer
bestimmten Kapazität
anzuzeigen, welche zum physikalischen Transport von Daten über die
Verbindung geeignet ist.
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Bezugszeichen 410 zeigt
eine angesammelte kritische Ressource an, welche als die Summe aus einzelnen
Ressourcen berechnet wird, welche auf jeder physikalischen Verbindung
zur Verfügung
steht, beispielsweise die gesamte Kapazität der logischen Verbindung.
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Ein
Netzwerk-Steuerprogramm, welches in den Figuren nicht gezeigt ist,
leitet eine Berechnung eines Pfades für das Datenpaket, welcher vom
Startpunkt 10 zum Endpunkt 15 führt.
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Das
Netzwerk-Steuerprogramm lernt eine Netzwerk-Zustandsinformation mittels Signalisierungsprotokolle, beispielsweise
das OSPF-Protokoll. Für
jede Verbindung enthält
die Status-Information den Status der Verbindung, die Topologie,
die Verbindungsfähigkeit
unter den Netzwerkknoten und die zur Verfügung stehende Bandbreite auf
jeder Wellenlänge.
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Eine
Speicherung einer solchen Information wird gemäß herkömmlicher Verfahren und Techniken durchgeführt und
ist daher nicht detailliert beschrieben. Beispielsweise kann die
Information auf jedem Knoten in einer Tabelle gespeichert werden,
auf welche durch den entsprechenden Router für das Weiterleiten eines eingehenden
Pakets und durch das Netzwerk-Steuerprogramm
zum Aufbauen des Pfades vom Startpunkt zum Endziel des Pakets zugegriffen
wird.
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Auf
jeden Fall muss das Netzwerk-Steuerprogramm dazu in der Lage sein,
auf eine Information bezüglich
sowohl der MPLS-Schicht
als auch der optischen Schicht zuzugreifen. In der bevorzugten Ausführungsform
ist das GMPLS-Modell dazu angepasst, welches es ermöglicht,
dass die Netzwerksteuerung auf eine Information bezüglich sowohl
der MPLS-Schicht als auch der optischen Knoten zugreifen kann.
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Der
Betrieb des Verfahrens und des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in dem Datenflussdiagramm 500 von 5 angezeigt.
Ein solches Datenflussdiagramm wird nun angezeigt, und zwar unter
der Annahme, dass eine Information vom Knoten 10 zum Knoten 15 zu übertragen
ist, sodass ein LSP derart zu setzen ist, um die zwei Knoten zu
verbinden.
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Am
Block 505 wird das Netzwerk-Steuerprogramm darüber informiert,
dass ein Pfad eingestellt werden muss, um ein Datenpaket oder eine
Mehrzahl von Datenpaketen, welche die Information enthalten, vom
Startknoten 10 zum Endknoten 15 zu übertragen,
und es wird eine Analyse der Netzwerkverbindungen bei Schritt 510 begonnen,
indem eine erste Verbindung im Netzwerk in Betracht gezogen wird, welche
Knoten i mit Knoten j verbindet.
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Bei
Schritt 515–520 wird
die Verbindung als ein logischer Pegel behandelt, und es wird ihm
eine Gewichtung oder eine Gewichtungsfunktion w(i, j) zugewiesen,
welche die Kosten einer Verwendung der Verbindung für den Transport
des Datenpakets anzeigt, wobei sich die Kosten auf eine oder mehrere erste
kritische Beschränkungen
oder erforderliche Ressourcen beziehen.
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Beispielsweise
kann in diesem beispielhaften Fall die gesamte zur Verfügung stehende
Verbindungs-Bandbreite 410 eine Rolle für die erste kritische Ressource
oder Beschränkung
spielen.
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Bei
Schritt 525 wird eine Information, welche im Speziellen
den physikalischen Pegel in Betracht zieht, in Betracht gezogen,
welche eine Verfügbarkeit am
physikalischen Pegel nach einer tatsächlichen physikalischen Verbindung überprüft, welche
dazu in der Lage ist, die Erfordernisse einer zweiten kritischen
Ressource oder zweiten Beschränkung
einzuhalten, welche äquivalent
sein kann, oder durch die erste Ressource oder Beschränkung beeinflusst
sein kann, welche am logischen Pegel in Betracht gezogen wird.
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Jedoch
kann die zweite kritische Ressource ebenfalls eine unabhängige Beschränkung sein,
welche auf den korrekten Betrieb der optischen Schicht kritisch
ist, und zwar unabhängig
vom Status der IP- oder logischen Schicht.
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In
diesem Fall wird angenommen, dass die zweite Beschränkung die
Verfügbarkeit
von einer Bandbreite am Wellenlängen-Pegel
ist: Daher wird eine Überprüfung bei
Schritt 530 durchgeführt,
um zu bestimmen, ob zumindest eine Wellenlänge innerhalb der Verbindung
verfügbar
ist, um die aktuelle Übertragung
des Datenpakets unterzubringen.
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In
dem Fall, dass keine physikalische Verbindung dazu in der Lage ist,
die Verbindung für
die Verbindung physikalisch unterzubringen, wird die zuvor der Verbindung
zugewiesene Verbindung auf unbeschränkt (Schritt 540)
gesetzt, welches anzeigt, dass die Verbindung nicht verwendbar ist.
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2 zeigt
mittels Beispiel, dass keine physikalische Verbindung dazu in der
Lage ist, die Größe der Bandbreite
bereitzustellen, welche erforderlich ist, um einen Datentransport
zwischen Knoten 20 und Knoten 22 durchzuführen, sodass
der zu berechnende Pfad nicht die Verbindung enthalten wird, welche Knoten 10 und 12 verbindet.
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Andererseits,
wenn eine oder mehrere physikalische Verbindungen dazu in der Lage
sind, die Datenübertragung
zwischen den Knoten an den zwei Enden der Verbindung unterzubringen,
wird die zuvor der Verbindung zugewiesene Gewichtung gemäß der Verfügbarkeit
der zweiten Ressource modifiziert und verfeinert (Schritt 535),
und es wird eine letztendliche Gewichtung der Verbindung zugewiesen.
Die Gewichtung berücksichtigt
somit weiterhin sowohl die angesammelte Information bezüglich der
Verbindung als auch die spezifische Verfügbarkeit von physikalischen
Ressourcen.
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Schließlich wird
bei Schritt 545 ein Test vorgenommen, um zu überprüfen, ob
mehrere Verbindungen im Netzwerk bestehen, wobei in diesem Fall die
Verarbeitung auf Schritt 510 zurückspringt und die Verarbeitung
auf der nächsten
Verbindung wiederholt wird.
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Eventuell
wird jede Verbindung im Netzwerk eine Gewichtung zugewiesen, und
das Netzwerk-Steuerprogramm ist nun dazu in der Lage, einen optimalen
Pfad am logischen Pegel oder einen Kennzeichenvermittelnden Pfad
gemäß herkömmlicher
Algorithmen aus dem Stand der Technik zu berechnen.
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Beispielsweise
kann der Dijkstra-Algorithmus, welcher zur Berechnung einer Route
geeignet ist, welche für
ein vorgegebenes Paar von Start- und End-Knoten minimale Kosten
hat, adoptiert werden (Schritt 550). 2 zeigt
einen optimalen LSP an, welcher Verbindungen 33, 34 und 32 enthält.
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Die
untere Hälfte
des in 5 angezeigten Datenflussdiagramms zeigt einen
weiteren Aspekt der Erfindung an, welcher zur weiteren Optimierung der
Datenübertragung
von einem Startknoten zu einem Endknoten geeignet ist.
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An
Schritt 555 wird die erste Verbindung im LSP oder logischen
Pfad herausgegriffen, und es wird bei Schritt 560 eine Überprüfung über die
Anzahl von physikalischen Verbindungen, in diesem Falle Wellenlängen, vorgenommen,
welche verwendet werden können,
um den Datentransport physikalisch unterzubringen.
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Wenn
mehr als eine Verbindung zur Verfügung steht, wird bei Schritt 565 ein
Kriterium angewendet, um die geeigneteste physikalische Verbindung
auszuwählen,
wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird, andererseits wird
die einzige Verfügbare
herausgenommen.
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Wenn
mehrere Segmente im logischen Pfad oder LSP vorliegen (Schritt 570),
springt der Algorithmus zu Schritt 555 zurück und die
Verarbeitung wird auf die nächste
Verbindung im LSP wiederholt.
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Schließlich werden
bei Schritt 575 die Verbindungen, welche zum berechneten
Pfad gehören, in
einer nicht gezeigten zugewiesenen Datenbank gespeichert, welche
durch das Netzwerk-Steuerprogramm
verwendet wird, um den LSP abzubrechen, sobald die Datenübertragung
vorbei ist, während
die ausgewählte
physikalische Verbindung in einer zugewiesenen Datenbank gespeichert
wird, welche eine Information bezüglich des Status und der Belegung von
physikalischen Verbindungen speichert, und das Ende der Verarbeitung
ist erreicht (Schritt 580).
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Genauer
gesagt, erzielen Schritte 515–520 ein Einstellen
von einer ersten Gewichtung zu jeder Verbindung des Netzwerks, welche
hilfreich ist, um eine optimale Route mit Bezug auf einer auf Beschränkung basierenden
Metrik herauszufinden, welche am logischen Pegel in Betracht gezogen
wird, und welche für
gewöhnlich
einer angesammelten Information bezüglich des physikalischen Pegels
entspricht: eine zur Verfügung
stehende Bandbreite ist für
gewöhnlich
die relevanteste. In diesem Stadium wird, wie erwähnt, die
zur Verfügung
stehende Bandbreite auf einer gesamten Verbindung in Betracht gezogen
und als die Summe von allen freien Bandbreiten berechnet, welche über alle
Wellenlängen
in allen Fasern, welche die Verbindung bilden, zur Verfügung stehen.
Dieser Wert wird als eine angesammelte Information zur Weiterleitung
bezeichnet.
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In
der hier offenbarten bevorzugten Ausführungsform sind die relevantesten
Faktoren, welche zur Bestimmung der Gewichtung von jeder Verbindung
verwendet werden, eine Sprungzählung
(hop count) und eine zur Verfügung
stehende Kapazität. Ein
dritter Faktor, nämlich
eine Kapazitätsverteilung, wird
bei einem späteren
Stadium eingeführt.
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Genauer
gesagt, erzielt die Sprungziel-Funktion eine Minimierung der Anzahl
von Sprüngen
im MPLS-Netzwerk, um den Weiterleitungs-Overhead zu minimieren,
welcher an jedem logischen Knoten eingeführt ist.
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Bezüglich der
zur Verfügung
stehenden Kapazität,
wird die Größe der zur
Verfügung
stehenden Kapazität
auf der Verbindung, wenn die Verbindungszustands-Information erfasst
wird, durch CALi angezeigt. Daher stellt 1/CALi das Ausmaß des Widerstandes
dar, welches durch die Verbindung angeboten wird, um eine neue Sitzung
aufzubauen. Je größer die
zur Verfügung
stehende Kapazität
von einer Verbindung ist, desto kleiner ist der Widerstand, den
sie anbietet.
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Eine
bevorzugte Gewichtungsfunktion ist w(i) = CTLmax /CALi , wobei CTLmax die
maximale Verbindungs-Gesamtkapazität im Netzwerk ist.
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Eine
solche Gewichtungsfunktion wird dazu verwendet, um den geringsten
Widerstand im Netzwerk zu bestimmen, welche einem einzelnen Szenarium
auferlegt wird.
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Jedoch
versteht der Fachmann, dass die zur Verfügung stehende Bandbreite auf
der Verbindung keinerlei Information darüber angibt, wie eine Kapazität auf jeder
Verbindung verteilt wird: CALi ist tatsächlich die Summe von allen
freien Kapazitäten
von allen Wellenlängen
in allen Fasern, welche die Verbindung bilden, jedoch sind keine
Anzeichen in Bezug darauf angegeben, wie eine tatsächliche
Kapazität über die Wellenlängen in
den Fasern verteilt wird.
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Andererseits,
da ein LSP notwendigerweise durch eine einzelne Wellenlänge befördert werden muss,
muss dieser Weiterleitungs-Algorithmus
diesen Faktor in Betracht ziehen.
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Tatsächlich ist
es, obwohl die Information über
die Kapazität
anzeigt, dass die Verbindung mehr Kapazität als jene hat, welche erforderlich
ist, um die neue LSP-Verbindung aufzubauen, immer noch möglich, dass
keine Wellenlänge
in dieser Verbindung vorliegt, an welche der LSP gebündelt werden kann.
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Aus
diesen Gründen
nehmen die Schritte 525–540 die optische
Schicht und insbesondere die tatsächliche Bandbreiten-Verteilung und Verfügbarkeit
in jeder einzelnen Wellenlänge
in der Verbindung genau in Betracht, um zumindest eine Wellenlänge herauszufinden,
welche tatsächlich
die neue LSP-Verbindung
bündeln
kann.
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Wenn
eine solche Wellenlänge
nicht vorliegt, wird die Gewichtungsfunktion für die Verbindung dann auf „unbeschränkt" eingestellt, und
es wird ein neuer LSP berechnet. Der „unbestimmte" Wert wird verhindern,
dass das Netzwerk-Steuerprogramm
die verworfene Verbindung auswählt.
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Im
Gegensatz dazu, im Falle, dass mehr als eine Wellenlänge zur
Verfügung
steht, um den Datentransport unterzubringen, betreut das Netzwerk-Steuerprogramm
die Auswahl der am meisten geeignetesten gemäß vorbestimmter Kriterien,
um eine optimale Netzwerkleistung zu garantieren, wie nun detailliert
mit Bezug auf 4 erläutert wird, welche ein darstellhaftes
Beispiel ist, welches vier Knoten, welche durch den Weiterleitungs-Algorithmus ausgewählt werden,
für einen
LSP anzeigt.
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4 zeigt
Knoten 20, 21, 22 und 25. Aus Gründen der
Darstellung sind zwei physikalische Verbindungen zwischen jedem
Paar von Knoten gezeigt, wobei jede Verbindung ihre eigene freie
Kapazität
anzeigt, welche in einer geeigneten Maßeinheit, nämlich typischerweise in Mb/s
oder Gb/s ausgedrückt
wird. Aus Gründen
der Vereinfachung kann angenommen werden, dass jede physikalische
Verbindung in der logischen Verbindung mit der gleichen Kapazität bereitgestellt
ist, jedoch ist dies keine Beschränkung auf die vorliegende Offenbarung.
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Insbesondere
liegen zwei teilweise gefüllte Wellenlängen vor,
welche ausreichend Restkapazität haben,
um den Transport von Daten innerhalb der logischen Verbindung, welche
Knoten 21 mit Knoten 22 verbindet, zu betreuen.
Die erste Wellenlänge
hat eine freie Kapazität
von 0,5 Mb/s, während
die zweite Wellenlänge
eine freie Kapazität
von 0,3 Mb/s hat.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
kann die Netzwerksteuerung derart programmiert sein, dass sie die
Wellenlänge
auswählt,
welche am meisten belastet ist oder welche die geringste freie Kapazität hat. Dieses
Auswahlkriterium, welches im Folgenden als WF (gefüllte Wellenlänge)-Kriterium
bezeichnet wird, maximiert die Wahrscheinlichkeit, um zumindest
eine Wellenlänge
herauszufinden, welche für
weitere Verbindungen zur Verfügung
steht, welche eine große
Kapazität
erfordern.
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Ein
zweites bevorzugtes Kriterium, welches hier im Folgenden als WEF
(gleichmäßig gefüllte Wellenlänge)-Kriterium
bezeichnet wird, wählt
die Wellenlänge
aus, welche am geringsten belastet ist oder welche die höchste Restkapazität hat, um
eine gleichmäßige Verteilung
von Daten in der zur Verfügung
stehenden Wellenlänge
bereitzustellen.
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Zum
besseren Verständnis
wurden die Hauptvorteile, welche insgesamt durch das vorliegende
Verfahren eingeführt
wurden, und die unterschiedlichen spezifischen Vorteile, welche
durch die oben beschriebenen zwei bevorzugten Kriterien gebracht
wurden, wobei die Leistung der Weiterleitungs-Strategie gemäß des erfindungsgemäßen Konzepts
der vorliegenden Erfindung unterliegt, mit Weiterleitungs-Algorithmen
aus dem Stand der Technik verglichen, nämlich der sogenannte „kürzester Pfad"-Algorithmus, „minimaler Sprung"-Algorithmus und „geringster
Widerstand"-Algorithmus.
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In
all den gemeldeten Testfällen
wurde eine Leistung hinsichtlich einer Blockierungs-Wahrscheinlichkeit,
welche die Wahrscheinlichkeit anzeigt, dass eine Anfrage nicht untergebracht
wird, und einer gesamten verworfenen Bandbreite berechnet, welche die
kumulative Bandbreite anzeigt, welche aus allen Anfragen resultiert,
welche nicht untergebracht wurden.
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Gemeldete
Ergebnisse beziehen sich auf den Fall einer Netzwerk-Topologie von
acht Knoten. Jedoch wird der Fachmann anerkennen, dass die Ergebnisse
nicht von der qualitativen Perspektive variieren werden, wenn Topologien
mit einer unterschiedlichen Anzahl von Knoten in Betracht gezogen werden.
Schließlich
wird von den Verbindungsanfragen, welche an jedem Knoten ankommen,
erwartet, dass sie einer Poisson-Verteilung
folgen.
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6 zeigt
die Blockierungs-Wahrscheinlichkeit für eine LSP-Verbindungsanfrage
zur angebotenen Verkehrslast, ausgedrückt in Erlang, an.
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Kurvenverlauf 600 bezieht
sich auf die Ergebnisse, welche durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht werden, während sich
Kurvenverläufe 610, 620 und 630 jeweils
auf den „geringster
Widerstand"-Algorithmus,
den „minimaler Sprung"-Algorithmus und
den „kürzester
Pfad"-Algorithmus
beziehen.
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6 zeigt
an, dass die Weiterleitungs-Strategie gemäß der vorliegenden Erfindung
alle weiteren Strategien im Test übertrifft, bis das Netzwerk
mit einer solch hohen Menge von Verkehr belastet ist, dass die Verwerfung
von großen Abschnitten
der getätigten
Anfragen zu erwarten ist und alle Leistungen inakzeptabel werden.
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7 zeigt
die gesamte verweigerte Bandbreite, und zwar berechnet als die Summe
aus allen verweigerten LSP-Anfragen, zur angebotenen Verkehrslast,
in Erlang ausgedrückt,
an.
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Kurvenverlauf 700 bezieht
sich auf die Ergebnisse, welche durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht werden, während sich
Kurvenverläufe 710, 720 und 730 jeweils
auf den „geringster
Widerstand"-Algorithmus,
den „minimaler Sprung"-Algorithmus und
den „kürzester
Pfad"-Algorithmus
beziehen.
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Abermals übertrifft
die Weiterleitungs-Strategie gemäß der vorliegenden
Erfindung alle weiteren Strategien im Test, bishin das Netzwerk
mit einer angemessenen Menge von Verkehr belastet ist.
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Es
ist zu erwähnen,
dass der „kürzester Pfad"-Algorithmus, wie
erwartet, bessere Ergebnisse gibt, wenn das Netzwerk stark überfüllt ist.
Dies ist ein bekanntes Kennzeichen des kürzester Pfad-Algorithmus mit
Bezug auf jegliche Belastung, basierend auf einem Weiterleitungs-Algorithmus,
und es ist durch die Kenntnis zu erläutern, dass, wenn der Pegel
einer Verkehrsüberfüllung einen
kritischen Wert erreicht, die besten Ergebnisse unabwendbar durch den
Algorithmus erreicht werden, welcher weniger Netzwerkressourcen
verwendet. Es ist jedoch zu erwähnen,
dass der „kürzester
Pfad"-Algorithmus
eine bessere Leistung als die Weiterleitungs-Strategie gemäß der vorliegenden
Erfindung erzielt, wenn die belegte Verbindungs-Kapazität 70% erreicht und die Blockierungs-Wahrscheinlichkeit
inakzeptabel (über 10%)
wird, wobei die Bedingungen in praktischen Fällen eindeutig bedeutungslos
sind.
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8 zeigt
die Blockierungs-Wahrscheinlichkeit zur angebotenen Verkehrslast,
ausgedrückt in
Erlang, an, wenn unterschiedliche Kriterien beim Verteilen einer
Kapazität über einzelne
Wellenlängen verwendet
werden.
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Kurvenverläufe 800 und 810 beziehen
sich jeweils auf die Ergebnisse, welche erreicht werden, wenn die
offenbarten WF- und
WEF-Kriterien bei dem Strategie-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
angewendet werden, während
sich Kurvenverläufe 820 und 830 auf
die Ergebnisse beziehen, welche erlangt werden, wenn die gleichen
Kriterien bei dem „kürzester
Pfad"-Algorithmus
angewendet werden.
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Die
Figur zeigt an, dass die Weiterleitungs-Strategie zusammen mit der
WF-Kapazitätsverteilung
gemäß der vorliegenden
Erfindung alle weiteren Strategien übertrifft, während die
zweitbeste Leistung durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gegeben wird, bei welcher eine WEF-Kapazitätsverteilung
auf die vorgeschlagene Weiterleitungs-Strategie angewendet wird,
wenn die Verkehrslast auf einem aussagekräftigen Pegel ist.
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Schließlich ist
mit Bezug auf 9 ein Vergleich zwischen der
Weiterleitungs-Strategie gemäß der vorliegenden
Erfindung und allen weiteren Strategien mit Bezug auf einer auf
Blockierungs-Wahrscheinlichkeit verweigerten Bandbreite zum angebotenen
Verkehr, ausgedrückt
in Erlang, bereitgestellt, wobei sich Kurvenverlauf 900 auf
die Weiterleitungs-Strategie gemäß der vorliegenden
Erfindung bezieht, während
sich Kurvenverläufe 910, 920 und 930 jeweils
auf den „geringster
Widerstand"-Algorithmus,
den „minimaler
Sprung"-Algorithmus
und den „kürzester
Pfad"-Algorithmus
beziehen.
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Die
Figur zeigt an, dass die Weiterleitungs-Strategie gemäß der vorliegenden
Erfindung die beste Leistung bereitstellt, und zwar unabhängig vom
Wellenlängen-Auswahlkriterium.
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Es
wurde somit angezeigt, dass die vorliegende Erfindung das vorgeschlagene
Ziel und die Aufgaben erfüllt.
Selbstverständlich
sind dem Fachmann mehrere Modifikationen deutlich und können durch
ihn leicht vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Daher ist der Umfang der Ansprüche nicht
durch die Darstellungen der bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, welche
in der Beschreibung in der Form von Beispielen gegeben sind, sondern
vielmehr sollen die Ansprüche
alle Merkmale einer patentierbaren Neuheit umfassen, welche in der
vorliegenden Erfindung vorliegt, und zwar inklusive aller Merkmale, welche
durch den Fachmann als Äquivalente
behandelt werden.