DE60305040T2

DE60305040T2 - Doppelseitige Bandbreitenzuweisung durch Detektion von kurzzeitiger Verkehrsänderung

Info

Publication number: DE60305040T2
Application number: DE60305040T
Authority: DE
Inventors: Peter Irma August Barri; Bart Joseph Gerard Pauwels; Geert Rene Taildeman
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: US20050083919A1; ATE325489T1; EP1526687B1; US7535912B2; EP1526687A1; DE60305040D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vermittlungseinheit, die folgendes umfasst:

– Einen Koppelbaustein,
– Ein Eingangs-Anschluss-Modul, das mit dem Koppelbaustein gekoppelt ist
– Ein Ausgangs-Anschluss-Modul, das mit dem Koppelbaustein gekoppelt ist, wobei das Eingangs-Anschluss-Modul folgendes umfasst:
– Mindestens eine Eingangs-Warteschlange, die so angepasst ist, dass sie Dateneinheiten speichert, die für das Ausgangs-Anschluss-Modul bestimmt sind,

Eine solche Vermittlungseinheit ist bereits in der Technik bekannt, z.B. aus der Patentanmeldung mit dem Titel "Method for Sharing Internal Excess Bandwidth between Output and Input Termination Modules of a Switching Network", Nr. 00402753, veröffentlicht vom Europäischen Patentamt (EPO) am 10. April 2002.
Um eine Vermittlungseinheit effizient zu betreiben und eine kontrollierte Dienstgüten-(Quality of Service, QoS)-Differenzierung in einer Umgebung mit impulsartigen, unvorhersagbaren Verkehrsmustern zu unterstützen, muss die Vermittlungseinheit um einen Flusssteuerungs-Mechanismus ergänzt werden. Die Granularität der einzelnen Mengen von Teilnehmer-Verkehr, für die eine Flusssteuerungs-Entscheidung getroffen werden muss, die Anzahl von Zielen und der zu unterscheidenden Dienstklassen (Classes of Service, CoS) und der Stand der Technik, der zur Implementation der Flusssteuerung verwendet werden kann, bestimmen die Rate und die Präzision der Flusssteuerungs-Entscheidungen, und ob diese Flusssteuerung auf zentralisierte oder verteilte Weise realisiert werden kann. Wenn die Größe der Vermittlungseinheit und die Granularität des angelegten Flusses wachsen, sind entweder eine höhere Verarbeitungs- und Kommunikationsgeschwindigkeit oder mehr Berechnungs- und Kommunikations-Ressourcen erforderlich.
Eine auf Guthaben basierende Flusssteuerung gewährt jeder möglichen Verkehrsquelle in der Vermittlungseinheit eine gegebene begrenzte Verkehrsmenge, die im Koppelbaustein zugelassen wird. Die Quelle kann das erhaltene Guthaben nach eigenem Ermessen benutzen. Das Guthaben wird auf Anforderung oder regelmäßig erneuert. Die Berechnungs-Regel für das Gewähren des Guthabens muss über der Zeit gerecht sein, um es zu vermeiden, dass ein bestimmter physikalischer Pfad durch die Vermittlungseinheit einen unberechtigten Vorteil bekommt.
Internal Dynamic Rate-based Flow Control (IDRFC) ist eine auf Guthaben basierende Flusssteuerung, die eine Bandbreitenzuweisung zwischen jedem und allen Eingangs- und Ausgangs-Anschluss-Modulen innerhalb eines festen Zeitplans (IDRFC-Zyklen) umfasst.
Im zitierten Dokument wird eine Vermittlungseinheit offen gelegt, die einen gewichteten IDRFC-Algorithmus zur gemeinsamen Nutzung einer internen überschüssigen Bandbreite durch die Eingangs-Anschluss-Module entsprechend der Bandbreiten-Anforderungen von den Eingangs-Anschluss-Modulen implementiert. Die Bandbreiten-Anforderungen und Gewährungen bezüglich eines Eingangs-Anschluss-Moduls, das durch eine virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe mit einem Ausgangs-Anschluss-Modul verbunden ist, werden beide für eine bestimmte Anzahl relativer administrativer Gewichte berechnet, die jedes zu einer anderen CoS gehören, wobei für jedes Gewicht eine andere Anforderung und eine zugehörige Gewährung verwendet werden.
Eine auf Guthaben basierende Flusssteuerung hat den Nachteil, dass bei einem abrupten Anstieg des Verkehrs Verzögerungszeiten auftreten. Diese Verzögerungszeiten sind die Folge der festen Messungs- und Berechungs-Zeit-Zyklen, die benötigt werden, um die gerechte Aufteilung und optimale Ausnutzung der verfügbaren Bandbreite sicherzustellen.
Kehrt man zurück zu IDRFC, sind 3 IDRFC-Zyklen erforderlich, um eine Änderung eines Verkehrsmusters zu berücksichtigen:

– Zyklus n: Messung des eintreffenden Verkehrs an jedem Eingangs-Anschluss-Modul,
– Zyklus n+1: Berechung und Zuweisung der Bandbreite zwischen jedem und allen Eingangs- und Ausgangs-Anschluss-Modulen,
– Zyklus n+2: Neues Bandbreiten-Verteilungs-Schema an jedem Eingangs-Anschluss-Modul.

Wenn z.B. ein stufenförmiges Verkehrsmuster an einem bestimmten Eingangs-Anschluss angelegt wird, werden eintreffende Dateneinheiten für bis zu 2 IDRFC-Zyklen gespeichert, bevor sie zum Koppelbaustein weitergegeben werden und ungeachtet der Tatsache, dass Bandbreite sofort verfügbar sein könnte.
Wegen der quasi-linear ansteigenden Berechnungszeit, die für steigende Anzahlen von Anschlüssen und CoS-Anforderungen pro Anschluss benötigt werden, muss eine Skalierbarkeit einerseits durch Verbesserungen der Berechnungs-Technologie und andererseits durch Erhöhung der Zyklus-Dauer realisiert werden, was der einzige verbleibende Freiheitsgrad ist, der es erlaubt, die Anforderungen an die Berechnungs-Geschwindigkeit zu erleichtern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verkehrs-Verzögerung durch die Vermittlungseinheit zu verkleinern, indem eine kurzfristige Aktion eingeführt wird, die kurzzeitige Änderungen der Verkehrsmuster ermöglicht, wobei die gerechte Verteilung zeitweise nicht beachtet wird.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel durch die Tatsache erreicht, dass das Eingangs-Anschluss-Modul weiterhin einen Verkehrs-Analysator enthält, der mit mindestens einer Eingangs-Warteschlange gekoppelt und so angepasst ist, dass er mindestens einen Warteschlangen-Parameter der mindestens einen Eingangs-Warteschlange misst und daraus einen kurzzeitigen Anstieg des Verkehrs erkennt,
und dass die Vermittlungseinheit weiterhin ein Mittel zur Bandbreiten-Verteilung enthält, dass mit dem Verkehrs-Analysator gekoppelt und so angepasst ist, dass es bei Erkennung des kurzfristigen Anstiegs des Verkehrs eine Menge an restlicher Bandbreite an die virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe verteilt, die durch das mindestens Punkt-zu-Punkt-Übertragungs-Mittel zur Verfügung steht, und dadurch die Bandbreite der virtuellen Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe erhöht.
Die Menge des eintreffenden Verkehrs wird über eine gegebene Zeitdauer an jeder und allen Eingangs-Warteschlangen gemessen. Die Messungen werden als Grundlage dafür verwendet, für die nächste Zeitdauer den Bandbreitenbedarf der virtuellen Eingangs-zu-Ausgangs-Pipes zu berechnen, an die diese Menge eintreffenden Verkehrs weitergeleitet wird.
Die Bandbreite einer virtuellen Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe ist als die Anzahl von Dateneinheiten definiert, die diese virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe pro Zeiteinheit übermitteln kann.
Der Bandbreitenbedarf bezüglich derselben Zeitdauer wird gespeichert und gerecht verarbeitet. Eine Menge der gesamten System-Bandbreite wird im Verhältnis zu ihrem jeweiligen Bandbreitenbedarf gerecht an jede virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe verteilt.
Wenn ein Verkehrsfluss, der in eine bestimmte virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe eintritt, in einem ausreichend großen Maß ansteigt, wird eine Bandbreiten-Erhöhung für diese virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe getrennt zugewiesen, wobei die gerechte Verteilung zeitweise nicht beachtet wird, und vorausgesetzt, dass die entsprechenden Eingangs- und Ausgangs-Anschluss-Module noch über verfügbare Bandbreite verfügen, d.h. die Bandbreite ist noch nicht allen virtuellen Eingangs-zu-Ausgangs-Pipes zugeordnet.
Die Entscheidung zur Auslösung einer solchen doppelseitigen Bandbreitenerhöhung kann auch von der Phase des kurzfristigen Anstiegs des Verkehrs bezüglich des Augenblicks, von dem an die Bandbreite wieder gerecht verteilt wird, abhängen.
Eine doppelseitige Bandbreitenverringerung kann bei Erkennung einer kurzfristigen Verringerung des Verkehrs auf die gleiche Weise ausgelöst werden, wodurch System-Bandbreite frei gemacht wird, die wieder verwendet werden kann, um einen weiteren kurzfristigen Anstieg des Verkehrs zu behandeln.
Ein nicht einschränkendes Beispiel für eine Dateneinheit ist ein Internet-Protokoll-(IP)-Datagramm, das über ein auf IP basierendes Netzwerk, wie z.B. das Internet, übermittelt wird.
Ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel für eine Dateneinheit ist ein Multi-Path Label Switched (MPLS) Paket, das über ein auf MPLS basierendes Netzwerk, wie z.B. ein Backbone-Netzwerk, übermittelt wird.
Ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel für eine Dateneinheit ist eine Asynchronous-Transfer-Mode-(ATM)-Zelle, die über ein auf ATM basierendes Netzwerk, wie z.B. ein öffentliches Breitbandnetz, übermittelt wird.
Ein nicht einschränkendes Beispiel für eine Vermittlungseinheit ist ein IP-Router, der so angepasst ist, dass er IP-Datagramme zum richtigen Ziel mit differenzierten Dienstklassen (diffserv) weiterleitet.
Ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel für eine Vermittlungseinheit ist ein Label Switched Router (LSR), der so angepasst ist, dass er MPLS-Pakete zum richtigen Ziel mit differenzierter Weiterleitungs-Behandlung weiterleitet.
Ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel für eine Vermittlungseinheit ist eine ATM-Breitbandvermittlung, die so angepasst ist, dass sie ATM-Zellen zum richtigen Ziel mit einer garantierten QoS vermittelt.
Ein nicht einschränkendes Beispiel für mindestens Punkt-zu-Punkt-Übertragungs-Mittel ist ein Koppelbaustein, der aus modularen Vermittlungselementen hergestellt ist, wobei jedes einen kleinen internen Pufferspeicher hat, zusammen mit Mitteln in den Eingangs-Anschluss-Modulen, um Dateneinheiten zum Koppelbaustein zusammenzufassen.
Eine verteilte und skalierbare Implementation der Bandbreiten-Verteilungs-Mittel kann in Betracht gezogen werden, wobei Bandbreiten-Erhöhungs-Anforderungs-Mittel über jedes Eingangs-Anschluss-Modul verteilt sind und Bandbreiten-Erhöhungs-Gewährungs-Mittel über jedes Ausgangs-Anschluss-Modul verteilt sind.
Das Bandbreiten-Erhöhungs-Anforderungs-Mittel ist mit dem Verkehrs-Analysator gekoppelt und so angepasst, dass es bei Erkennung des kurzfristigen Anstiegs des Verkehrs für die virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe einen ersten Teil einer restlichen Eingangs-Bandbreite anfordert, die an dem Eingangs-Anschluss-Modul zur Verfügung steht.
Das Bandbreiten-Erhöhungs-Gewährungs-Mittel ist mit dem Bandbreiten-Erhöhungs-Anforderungs-Mittel gekoppelt und so angepasst, bei Anforderung des ersten Teils der virtuellen Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe im Verhältnis zum ersten Teil einen zweiten Teil einer restlichen Ausgangs-Bandbreite zu gewähren, die an dem Ausgangs-Anschluss-Modul zur Verfügung steht.
In einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die zur Erkennung eines kurzfristigen Anstiegs des Verkehrs benutzten Warteschlangen-Parameter die folgenden:

– Warteschlangen-Füllstand Q, definiert als die Anzahl von Dateneinheiten, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Eingangs-Warteschlange gespeichert sind,
– Ankunftsrate A, definiert als die Anzahl von Dateneinheiten, die pro Zeiteinheit in eine Eingangs-Warteschlange gestellt werden,
– Die Schedule-Rate S, definiert als die Anzahl von Dateneinheiten, die pro Zeiteinheit aus einer Eingangs-Warteschlange entnommen werden. Der Warteschlangen-Füllstand Q, die Ankunftsrate A und die Schedule-Rate S erfüllen die Beziehung d / dtQ(t)=A(t)-S(t).

Jede zeitliche Ableitung n-ter Ordnung des Warteschlangen-Füllstandes Q kann ebenso zur Erkennung einer kurzfristigen Erhöhung des Verkehrs verwendet werden.
In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung vergleicht der Verkehrs-Analysator die Warteschlangen-Parameter mit konfigurierbaren Schwellwerten.
Diese Vergleichs-Schwellwerte können absolut (z.B. der Warteschlangen-Füllstand erreicht eine bestimmte Höhe) oder relativ (z.B. die Ankunftsrate ist 25% höher als die Schedule-Rate) sein.
In noch einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung hat die zusätzliche Bandbreite zur Behandlung einer kurzfristigen Erhöhung des Verkehrs einen festen Wert. In einer anderen Ausführung ist sie eine Funktion des Verkehrsanstiegs, wie durch die entsprechenden Warteschlangen-Parameter gemessen.
In noch einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein begrenzter Versuch unternommen, die gerechte Verteilung der restlichen Bandbreite an mehrere quasi-simultan sich ändernde Flüsse sicherzustellen.
Dieses Ziel wird durch die Tatsache erreicht, dass die Bandbreiten-Erhöhungs-Gewährungs-Mittel weiterhin so angepasst sind, dass sie während einer kurzen vorher festgelegten Zeitdauer mindestens zwei Anforderungen nach einer Bandbreitenerhöhung von entsprechenden von mindestens zwei Eingangs-Anschluss-Modulen zu dem Ausgangs-Anschluss-Modul zwischenspeichern und die restliche Ausgangs-Bandbreite gerecht für die mindestens zwei Eingangs-Anschluss-Module gewähren.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass der in den Ansprüchen verwendete Begriff "enthält" nicht als Einschränkung der danach aufgelisteten Mittel interpretiert werden darf. Somit ist der Umfang des Ausdrucks "Eine Einrichtung, die Mittel A und B enthält" nicht auf Einrichtungen begrenzt, die nur aus den Komponenten A und B bestehen. Er bedeutet, dass bezogen auf die vorliegende Erfindung die einzigen relevanten Komponenten der Einrichtung A und B sind.
Auf ähnliche Weise muss darauf hingewiesen werden, dass der ebenfalls in den Ansprüchen verwendete Begriff "gekoppelt" nicht auf direkte Verbindungen begrenzt ist. Somit ist der Umfang des Ausdrucks "Eine Einrichtung A, die mit einer Einrichtung B gekoppelt ist" nicht auf Einrichtungen oder Systeme begrenzt, in denen ein Ausgang von Einrichtung A direkt mit einem Eingang von Einrichtung B verbunden ist. Er bedeutet, dass ein Pfad zwischen einem Ausgang von A und einem Eingang von B vorhanden ist, wobei der Pfad andere Einrichtungen oder Mittel enthalten kann.
Die obigen und andere Aufgaben und Eigenschaften der Erfindung werden deutlicher und die Erfindung selbst wird am besten verstanden, wenn auf die folgende Beschreibung einer Ausführung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
1 eine Vermittlungseinheit SU nach dem bisherigen Stand der Technik zeigt,
2 dieselbe Vermittlungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Vermittlungseinheit SU enthält die folgenden Funktionsblöcke:

– Einen Koppelbaustein SW (siehe 1 und 2),
– N Eingangs-Anschluss-Module I1 bis IN (siehe 1 und 2), wobei N eine positive ganze Zahl ungleich Null ist,
– M Ausgangs-Anschluss-Module O1 bis OM (siehe 1 und 2), wobei M eine positive ganze Zahl ungleich Null ist.

Die Eingangs-Anschluss-Module I1 bis IN sind mit Eingangs-Zugangs-Anschlüssen des Koppelbausteins SW gekoppelt. Die Ausgangs-Anschluss-Module O1 bis OM sind mit Ausgangs-Zugangs-Anschlüssen des Koppelbausteins SW gekoppelt.
Die Vermittlungseinheit SU ist so angepasst, dass sie Nicht-Echtzeit-Verkehr von Echtzeit-Verkehr unterscheidet und letzterem durch die Vermittlungseinheit den Vorrang gibt.
Der Koppelbaustein SW ist ein Multi-Path Self Routing (MPSR) Switch, der so angepasst ist, dass er Pakete mit fester Länge von jedem Eingangs-Zugangs-Anschluss zu jedem Ausgangs-Zugangs-Anschluss weiterleitet. Dies wird erreicht, indem interne Leitweglenkungs-Daten an die durchlaufenden Pakete angehängt werden.
Das Eingangs-Anschluss-Modul In, wobei n eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis N ist, enthält die folgenden Funktionsblöcke:

– Einen Eingangs-Anschluss ITPn (siehe 1 und 2),
– 2 × M Eingangs-Warteschlangen IQn_O1_nRT bis IQn_OM_nRT und IQn_O1_RT bis IQn_OM_RT (siehe 1 und 2),
– M Eingangs-Scheduler ISn1 bis ISnM (siehe 2),
– Einen Verkehrs-Analysator ANALn (siehe 2),
– Ein Bandbreiten-Erhöhungs-Anforderungs-Mittel REQn (siehe 2).

Die Eingangs-Scheduler ISnm sind mit den Eingangs-Warteschlangen IQn_Om_nRT und IQn_Om_RT gekoppelt. Der Verkehrs-Analysator ANALn ist den Eingangs-Warteschlangen IQn_O1_nRT bis IQn_OM_nRT und IQn_O1_RT bis IQn_OM_RT gekoppelt. Das Bandbreiten-Erhöhungs-Anforderungs-Mittel REQn ist mit dem Verkehrs-Analysator ANALn gekoppelt.
Das Ausgangs-Anschluss-Modul Om, wobei m ein Index im Bereich von 1 bis M ist, enthält die folgenden Funktionsblöcke:

– Einen Ausgangs-Anschluss OTPm (siehe 1 und 2),
– 2 Ausgangs-Warteschlangen EQm_nRT und EQm_RT (siehe 1 und 2),
– Einen Ausgangs-Scheduler ESm (siehe 2),
– Ein Bandbreiten-Erhöhungs-Gewährungs-Mittel GRANTm (siehe 2).

Der Ausgangs-Scheduler ESm ist mit dem Ausgangs-Anschluss OTPm und mit den Ausgangs-Warteschlangen EQm_nRT und EQm_RT gekoppelt. Das Bandbreiten-Erhöhungs-Gewährungs-Mittel GRANTm ist extern mit den Bandbreiten-Erhöhungs-Anforderungs-Mitteln REQ1 bis REQN gekoppelt.
Der Eingangs-Anschluss In ist so angepasst, dass er ein elektrisches oder optisches Signal von einer gleichrangigen Vermittlungseinheit abschließt, wie z.B. ein Gigabit-Ethernet-Signal, und eintreffende Dateneinheiten in ein Format decodiert, das für ihre Verarbeitung in der Vermittlungseinheit SU geeignet ist.
Der Ausgangs-Anschluss Om ist so angepasst, dass er ein elektrisches oder optisches Signal zu einer gleichrangigen Vermittlungseinheit sendet und abgehende Dateneinheiten in ein Format codiert, das für ihre Übertragung zur gleichrangigen Vermittlungseinheit geeignet ist.
Die Eingangs-Warteschlangen IQn_O1_nRT bis IQn_OM_nRT, bzw. IQn_O1_RT bis IQn_OM_RT sind First-In-First-Out-(FIFO)-Warteschlangen, die so angepasst sind, dass sie eintreffende Nicht-Echtzeit-, bzw. Echtzeit-Dateneinheiten zwischenspeichern, die an entsprechende Ausgangs-Anschluss-Module O1 bis OM gerichtet sind.
Die Ausgangs-Warteschlangen EQm_nRT, bzw. EQm_RT sind FIFO-Warteschlangen, die so angepasst sind, dass sie abgehende Nicht-Echtzeit-, bzw. Echtzeit-Dateneinheiten zwischenspeichern.
Die Eingangs-Scheduler ISnm sind so angepasst, dass sie Dateneinheiten von den Eingangs-Warteschlangen IQn_Om_nRT und IQn_Om_RT zum Koppelbaustein SW im Verhältnis zu ihrem jeweiligen Dienst-Anteil weiterleiten.
Der Ausgangs-Scheduler ESm ist so angepasst, dass er Dateneinheiten von den Ausgangs-Warteschlangen EQm_nRT und EQm_RT im Verhältnis zu ihrem jeweiligen Dienst-Anteil zum Ausgangs-Anschluss OTPm weiterleitet.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind der Eingangs-Scheduler ISnm und der Ausgangs-Scheduler ESm arbeitserhaltende Weighted Fair Queueing (WFQ) Scheduler. Jeder Warteschlange wird ein Dienst-Anteil oder Gewicht zugeteilt: Je höher das Gewicht, umso mehr Dateneinheiten werden aus der Warteschlange weitergegeben.
Das Eingangs-Anschluss-Modul In enthält weiterhin Fragmentierungs-Mittel (nicht gezeigt), um die eintreffenden Dateneinheiten an einem Punkt während des Durchlaufens des Eingangs-Anschluss-Moduls in Richtung zum Koppelbaustein in Datenpakete fester Länge zu fragmentieren.
Das Ausgangs-Anschluss-Modul Om enthält weiterhin Wiederzusammenfügungs-Mittel (nicht gezeigt), um die Datenpakete fester Länge vom Koppelbaustein SW an einem Punkt während des Durchlaufens des Ausgangs-Anschluss-Moduls in Richtung zum Ausgangs-Anschluss wieder in Dateneinheiten variabler Länge zusammenzufügen.
Es wird angenommen, dass eine auf Guthaben basierende Flusssteuerung, wie z.B. IDRFC, die System-Bandbreite alle T1 Sekunden gerecht neu verteilt.
Der Verkehrs-Analysator ANALn ist für folgendes angepasst:

– Zählen der Anzahl von Dateneinheiten, die in jeder der Eingangs-Warteschlangen IQn_O1_nRT bis IQn_OM_nRT und IQn_O1_RT bis IQn_OM_RT zwischengespeichert werden und dabei Unterhalten von 2 × M Warteschlangen-Füllständen Q_IQn_O1_nRT bis Q_IQn_OM_nRT, bzw. Q_IQn_O1_RT bis Q_IQn_OM_RT.
– Zählen der Anzahl von Dateneinheiten, die seitdem die letzte gerechte Neuverteilung der System-Bandbreite auftrat, in jede der Eingangs-Warteschlangen IQn_O1_nRT bis IQn_OM_nRT und IQn_O1_RT bis IQn_OM_RT gestellt wurden, und dabei Unterhalten von 2 × M Zählern a_IQn_O1_nRT bis a_IQn_OM_nRT, bzw. a_IQn_O1_RT bis a_IQn_OM_RT.

Eine mittlere Ankunftsrate A_IQn_Om_nRT, bzw. A_IQn_Om_RT der Eingangs-Warteschlange IQn_Om_nRT, bzw. IQn_Om_RT, seitdem die letzte gerechte Neuverteilung der System-Bandbreite auftrat, wird wie folgt bestimmt:
wobei t die Zeit bezeichnet, die verstrichen ist, seitdem die letzte gerechte Neuverteilung der System-Bandbreite auftrat.
Die Schedule-Rate S_IQn_Om_nRT, bzw. S_IQn_Om_RT der Eingangs-Warteschlange IQn_Om_nRT, bzw. IQn_Om_RT wird aus dem Dienst-Anteil bestimmt, der der Eingangs-Warteschlange zugeteilt wurde, aus der Dienst-Rate, die dem Ausgangs-Scheduler ISnm zugeteilt wurde und aus dem Scheduling-Algorithmus, zurzeit WFQ.
Der Verkehrs-Analysator ANALn ist weiterhin für folgendes angepasst:

– Alle T2 Sekunden, wobei 1/T2 ein ganzzahliges Vielfaches von 1/T1 ist, Vergleich der Warteschlangen-Füllstände Q_IQn_O1_nRT bis Q_IQn_OM_nRT und Q_IQn_O1_RT bis Q_IQn_OM_RT mit den entsprechenden der konfigurierbaren Schwellwerte T_IQn_O1_nRT bis T_IQn_OM_nRT und T_IQn_O1_RT bis T_IQn_OM_RT.
– Triggern der Bandbreiten-Erhöhungs-Anforderungs-Mittel REQn immer dann, wenn einer der Schwellwerte T_IQn_O1_nRT bis T_IQn_OM_nRT und T_IQn_O1_RT bis T_IQn_OM_RT erreicht ist.

Der Trigger wird zusammen mit der Kennung der Eingangs-Warteschlange gesendet, deren Schwellwert erreicht wurde, und mit dem Warteschlangen-Füllstand, der mittleren Ankunftsrate und der Schedule-Rate der Eingangs-Warteschlange, wie durch den Verkehrs-Analysator ANALn bestimmt.
Ein typischer Wert für T_IQn_Om_nRT, bzw. T_IQn_Om_RT ist 80% der Größe der Eingangs-Warteschlange IQn_Om_nRT, bzw. IQn_Om_RT.
Es wird angenommen, dass M virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipes VIEPn1 bis VIEPnM die Eingangs-Warteschlangen IQn_O1_nRT bis IQn_OM_nRT und IQn_O1_RT bis IQn_OM_RT mit entsprechenden der Ausgangs-Anschluss-Module O1 bis OM verbinden (siehe 1).
Das Bandbreitenerhöhungs-Anforderungs-Mittel REQn ist für folgendes angepasst:

– Bei Triggerung durch den Verkehrs-Analysator ANALn bezüglich einer der Eingangs-Warteschlangen IQn_Om_nRT und IQn_Om_RT Bestimmung eines zusätzlichen Bandbreitenbedarfs BWNnm für die virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe VIEPnm,
– Bestimmung eines zusätzlichen Bandbreitenbedarfs BWRnm für die virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe,
– Senden des so bestimmten Bandbreitenbedarfs zum geeigneten Ausgangs-Anschluss-Modul. Der Bedarf an zusätzlicher Bandbreite BWNnm wird wie folgt

– Wenn der Trigger sich auf die Eingangs-Warteschlange IQn_Om_nRT bezieht, dann ist
– Wenn der Trigger sich auf die Eingangs-Warteschlange IQn_Om_RT bezieht, dann ist

K ist ein Skalierungsfaktor größer oder gleich 1. Je größer K ist, umso schneller wird die Eingangs-Warteschlange geleert, umso kleiner ist die Verkehrs-Verzögerungszeit und umso mehr Bandbreite wird benötigt. Ein typischer Wert für K ist 1,20.
BWRIn möge eine restliche Eingangs-Bandbreite bezeichnen, die im Eingangs-Anschluss-Modul In zur Verfügung steht und noch keiner virtuellen Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe zugeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird BWRIn bestimmt als die restliche Bandbreite, die am Eingangs-Zugangs-Anschluss zur Verfügung steht, über den das Eingangs-Anschluss-Modul In mit dem Koppelbaustein SW gekoppelt ist.
Der zusätzliche Bandbreitenbedarf BWRnm wird wie folgt bestimmt:

– Wenn BWNnm ≤ BWRIn, dann BWRnm = BWNnm.
– Wenn BWNnm > BWRIn, dann BWRnm = BWRIn.

Das Bandbreitenerhöhungs-Gewährungs-Mittel GRANTm ist für folgendes angepasst:

– Bestimmung einer Gewährung zusätzlicher Bandbreite BWGnm bei Empfang einer Anforderung nach zusätzlicher Bandbreite BWRnm,
– Senden der so bestimmten zusätzlichen Bandbreiten-Gewährung an das geeignete Eingangs-Anschluss-Modul. BWREm möge eine restliche Ausgangs-Bandbreite bezeichnen,

In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird BWREm bestimmt als die restliche Bandbreite, die am Ausgangs-Zugangs-Anschluss zur Verfügung steht, über den das Ausgangs-Anschluss-Modul Om mit dem Koppelbaustein SW gekoppelt ist.
Die zusätzlich gewährte Bandbreite BWGnm wird wie folgt bestimmt:

– Wenn BWRnm ≤ BWREm, dann BWGnm = BWRnm.
– Wenn BWRnm > BWREm, dann BWGnm = BWREm.

Die restliche Ausgangs-Bandbreite wird entsprechend aktualisiert: BWREm' = BWREm – BWGnm.
Das Bandbreitenerhöhungs-Anforderungs-Mittel REQn ist weiterhin so angepasst, bei Empfang einer zusätzlichen Bandbreiten-Gewährung BWGnm folgendes zu tun:

– Entsprechende Aktualisierung der restlichen Eingangs-Bandbreite: BWRIn' = BWRIn – BWGnm,
– Erhöhung der Service-Rate des Schedulers ISnm um die zusätzlich gewährte Bandbreite BWGnm,
– Inkraftsetzen dieser neuen Service-Rate und dadurch Erreichen des Ziels der vorliegenden Erfindung.

In einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Bandbreitenerhöhungs-Gewährungs-Mittel GRANTm weiterhin so angepasst, dass es Anforderungen nach einer zusätzlichen Bandbreite für T3 Sekunden speichert.
T3 sollte bezogen auf T1 klein genug gewählt werden, so dass die Gesamtzeit, die zur Zwischenspeicherung und Verarbeitung solcher Anforderungen benötigt wird, bezogen auf die gewünschte Verkehrs-Verzögerungszeit klein genug gehalten wird.
Bei Empfang der ersten Anforderung nach zusätzlicher Bandbreite startet das Bandbreitenerhöhungs-Gewährungs-Mittel GRANTm einen Zeitgeber, dessen Dauer T3 Sekunden ist, und speichert die für die nachfolgende Verarbeitung der Anforderung benötigten Informationen.
Weitere zusätzliche Bandbreiten-Anforderungen werden auf die gleiche Weise gespeichert, bis der Zeitgeber abgelaufen ist.
Beim Ablaufen des Zeitgebers verteilt das Bandbreitenerhöhungs-Gewährungs-Mittel GRANTm die restliche Ausgangs-Bandbreite BWREm gerecht an die Eingangs-Anschluss-Module, die zusätzliche Bandbreite angefordert haben.
In noch einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung löst das Bandbreitenerhöhungs-Anforderungs-Mittel REQn eine solche doppelseitige Bandbreitenzuweisung nicht aus, wenn die verstrichene Zeit t zu nahe an T1 liegt, z.B. wenn t > 0,80 × T1.
In noch einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Erhöhung der vorhandenen gewährten Bandbreite von einem Eingangs-Anschluss-Modul In zu einem Ausgangs-Anschluss-Modul Om angefordert und möglicherweise gewährt.
Die Schnittstelle zwischen dem Bandbreitenerhöhungs-Anforderungs-Mittel REQn und dem Bandbreitenerhöhungs-Gewährungs-Mittel GRANTm wird ihrer Funktionalität entsprechend geändert.
In noch einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der Verkehrs-Analysator ANALn weiterhin so angepasst, dass er eine kurzzeitige Verringerung des Verkehrs erkennt, z.B. durch Vergleich der Ankunftsrate A_IQn_Om_nRT, bzw. A_Iqn_Om_RT mit der Schedule-Rate S_IQn_Om_nRT, bzw. S_IQn_Om_RT.
Wenn die Ankunftsrate zu klein ist, z.B. wenn A_IQn_Om_nRT < 0,80 × S_IQn_Om_nRT, bzw. wenn A_Iqn_Om_RT < 0,80 × S_IQn_Om_RT, wird eine doppelseitige Bandbreitenverringerung auf die gleiche Weise ausgeführt, um diese unbenutzte Bandbreite freizugeben, die z.B. gleich S_IQn_Om_nRT – A_IQn_Om_nRT = 0,20 × S_IQn_Om_nRT, bzw. S_IQn_Om_RT – A_Iqn_Om_RT = 0,20 × S_IQn_Om_RT ist.
In noch einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung implementiert die Vermittlungseinheit eine andere Verkehrs-Differenzierung, z.B. auf der Basis der IP Differentiated Service Classes (diffserv).
Die Eingange- und Ausgangs-Anschluss-Module enthalten so viele Warteschlangen wie Verkehrsklassen zu differenzieren sind, wobei jede dieser Warteschlangen gemäß der vorliegenden Erfindung überwacht wird.
In noch einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Bandbreitenerhöhungs-Anforderungs-Mittel REQ1 bis REQn und/oder die Bandbreitenerhöhungs-Gewährungs-Mittel GRANT1 bis GRANTm teilweise/ganz zentral implementiert.
Eine abschließende Bemerkung ist, dass Ausführungen der vorliegenden Erfindung oben in Form von Funktionsblöcken beschrieben werden. Aus der oben angegebenen funktionalen Beschreibung dieser Blöcke wird es für einen Fachmann für die Entwicklung elektronischer Geräte offensichtlich sein, wie Ausführungen dieser Blöcke mit wohlbekannten elektronischen Bauelementen hergestellt werden können. Eine detaillierte Architektur des Inhalts der Funktionsblöcke wird daher nicht angegeben.
Obwohl die Prinzipien der Erfindung oben in Verbindung mit einer speziellen Vorrichtung beschrieben wurden, muss deutlich verstanden werden, dass diese Beschreibung nur als Beispiel erfolgt und nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.

Claims

Eine Vermittlungseinheit (SU), die folgendes umfasst: – Einen Koppelbaustein (SW), – Ein Eingangs-Anschluss-Modul (In, 1 ≤ n≤ N), das mit dem Koppelbaustein gekoppelt ist, – Ein Ausgangs-Anschluss-Modul (Om, 1 ≤ m ≤ M), das mit dem Koppelbaustein gekoppelt ist, wobei das Eingangs-Anschluss-Modul folgendes umfasst: – Mindestens eine Eingangs-Warteschlange(IQn_Om_nRT, IQn_Om_RT) die so angepasst ist, dass sie Dateneinheiten zwischenspeichert, die an das Ausgangs-Anschluss-Modul gerichtet sind, wobei die Vermittlungseinheit als Teil des Eingangs-Anschluss-Moduls und des Koppelbausteins mindestens Punkt-zu-Punkt-Übertragungs-Mittel enthält, die angepasst sind, Dateneinheiten von mindestens der mindestens einen Eingangs-Warteschlange zu mindestens dem Ausgangs-Anschluss-Modul zu übermitteln, wobei die mindestens Punkt-zu-Punkt-Übertragungs-Mittel bezüglich der mindestens einen Eingangs-Warteschlange und des Ausgangs-Anschluss-Moduls an eine virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe (VIEPnm) angepasst sind, welche die mindestens eine Eingangs-Warteschlange mit dem Ausgangs-Anschluss-Modul verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangs-Anschluss-Modul weiterhin einen Verkehrs-Analysator (ANALn) enthält, der mit der mindestens einen Eingangs-Warteschlange gekoppelt und so angepasst ist, dass er mindestens einen Warteschlangen-Parameter der mindestens einen Eingangs-Warteschlange misst und daraus einen kurzzeitigen Anstieg des Verkehrs erkennt, und dadurch, dass die Vermittlungseinheit weiterhin ein Bandbreiten-Verteilungs-Mittel enthält, das mit dem Verkehrs-Analysator gekoppelt und so angepasst ist, bei Erkennung des kurzzeitigen Verkehrs-Anstiegs eine Menge einer restlichen Bandbreite, die über die mindestens Punkt-zu-Punkt-Übertragungs-Mittel zur Verfügung steht, an die virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe zu verteilen und dadurch die Bandbreite der virtuellen Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe zu erhöhen.
Eine Vermittlungseinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – Das Eingangs-Anschluss-Modul weiterhin als Teil des Bandbreiten-Verteilungs-Mittels ein Bandbreitenerhöhungs-Anforderungs-Mittel (REQn) enthält, das mit dem Verkehrs-Analysator gekoppelt und so angepasst ist, dass es bei Erkennung des kurzzeitigen Verkehrsanstiegs für die virtuelle Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe einen ersten Teil (BWRnm) einer restlichen Eingangs-Bandbreite anfordert, der an dem Eingangs-Anschluss-Modul verfügbar ist, – Das Ausgangs-Anschluss-Modul weiterhin als Teil des Bandbreiten-Verteilungs-Mittels ein Bandbreitenerhöhungs-Gewährungs-Mittel (GRANTm) enthält, das mit dem Bandbreitenerhöhungs-Anforderungs-Mittel gekoppelt und so angepasst ist, dass es bei Anforderung des ersten Teils der virtuellen Eingangs-zu-Ausgangs-Pipe im Verhältnis zum ersten Teil einen zweiten Teil (BWGnm) einer restlichen Ausgangs-Bandbreite gewährt, der an dem Ausgangs-Anschluss-Modul verfügbar ist.
Eine Vermittlungseinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Warteschlangen-Parameter einen Warteschlangen-Füllstand jeder der mindestens einen Eingangs-Warteschlange, oder eine Ankunftsrate jeder der mindestens einen Eingangs-Warteschlange, oder eine Schedule-Rate jeder der mindestens einen Eingangs-Warteschlange, oder eine zeitliche Ableitung einer beliebigen Ordnung des Warteschlangen-Füllstandes umfasst.
Eine Vermittlungseinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verkehrs-Analysator den kurzzeitigen Anstieg des Verkehrs erkennt, indem er den mindestens einen Warteschlangen-Parameter mit entsprechenden von mindestens einem Schwellwert vergleicht.
Eine Vermittlungseinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge eine Funktion mindestens eines Warteschlangen-Parameters ist.
Eine Vermittlungseinheit gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandbreitenerhöhungs-Gewährungs-Mittel weiterhin so angepasst ist, dass es während einer kurzen, vorher festgelegten Zeitdauer mindestens zwei Anforderungen nach einer Bandbreitenerhöhung von entsprechenden von mindestens zwei Eingangs-Anschluss-Modulen zum Ausgangs-Anschluss-Modul speichert und die restliche Ausgangs-Bandbreite gerecht den mindestens zwei Eingangs-Anschluss-Modulen gewährt.