DE60306723T2 - Warteschlangensystem für Diffserv Router mit mehreren Betriebsmodi - Google Patents

Warteschlangensystem für Diffserv Router mit mehreren Betriebsmodi Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft IP-Netze und insbesondere ein Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystem für DiffServ-Router.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Entwicklung von Mobilkommunikationsgeräten und Mobilnetzen hat rasante Fortschritte gemacht. Zuerst ermöglichten analoge Mobilnetze Sprachübertragung und einfache Funkrufmerkmale. Später stellten digitale Mobilnetze fortschrittlichere Merkmale für die Sprach- und Datenübertragung bereit, wie beispielsweise Verschlüsselung, Anruferidentifikation und Textnachrichten über den Kurznachrichtendienst (SMS für engl. short message service). Seit kurzem wird die mobile IP-Netztechnologie der dritten Generation (3G) entwickelt, um Benutzer zu befähigen, mit Mobilgeräten leicht auf inhaltsreiche Medien, Informationen und Unterhaltung zuzugreifen.
  • Als die Mobilgeräte und Mobilnetze sich immer weiter entwickelten und immer mehr Daten für die Benutzer verfügbar wurden, begannen Diensteanbieter ihren Benutzern verschiedene Dienstniveaus basierend auf dem Bedarf anzubieten. Zum Beispiel benötigt ein Unternehmen möglicherweise ein höheres Dienstniveau für ein Finanzgeschäft, als ein einzelner Teilnehmer möglicherweise benötigt, um ein Spiel zu spielen. Diese Klassen differenzierten Dienstes (DiffServ für engl. differentiated service) können Diensteanbietern auch helfen, die verfügbare Bandbreite wirksamer zu nutzen. Außerdem befähigen die Dienstklassen einen Diensteanbieter, zu helfen, einen Mindestgrad an Dienstgüte (QoS für engl. quality of service) für seine Benutzer festzulegen.
  • WO 01/63858 beschreibt eine Rahmenweiterleitungs- und Rahmenverwerfungsarchitektur für eine Netzumgebung mit differenzierten Diensten. Performance of Information and Communications System, 1998 IFIP, S. 321-332, beschreibt einen Ansatz für einen einfachen integrierten Medienzugriff (SIMA für engl. Simple Integrated Media Access) zur Verkehrsverwaltung.
  • Um die Dienstklassen zu realisieren, muss die Netzausstattung normalerweise Warteschlangensysteme vor Verbindungen und anderen Betriebsmitteln mit begrenzter Kapazität einsetzen. Das Problem entsteht, da aktuelle Standards in Bezug auf differenzierte Dienste eine ziemlich große Auswahl an individuellen Implementierungen von Dienstdifferenzierung zulassen. Außerdem können Netzbetreiber sogar wählen, dieselbe Netzausstattung auf ziemlich viele verschiedene Arten und Weisen zu verwenden, um ihre eigene Anschauung von Dienstdifferenzierung zu unterstützen. Dies kann leicht zu einem Problem führen, dass Netzausstattungsanbieter verschiedene Implementierungen von Warteschlangensystemen zum Unterstützen von verschiedenen Arten und Weisen, Dienstdifferenzierung zu verwenden, entwickeln müssen. Offensichtlich besteht ein Bedarf an Lösungen, welche es ermöglichen, eine große Auswahl an verschiedenen Dienstdifferenzierungsschemata mit derselben Implementierung auf eine konfigurierbare Art und Weise einzusetzen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung der zuvor erwähnten Unzulänglichkeiten, Nachteile und Probleme und wird durch Lesen und Studieren der folgenden Spezifikation verständlich.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 bereit. Ausführungsformen der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis 5 und 7 bis 23 definiert.
  • Gemäß der Erfindung entspricht ein Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystem für DiffServ-Router dem System der gesicherten Weiterleitung (AF für engl. Assured Forwarding)/beschleunigten Weiterleitung (EF für engl. Expedited Forwarding), und es entspricht auch dem System der DiffServ-Dringlichkeit und -Wichtigkeit (DSUI für engl. DiffServ Urgency Importance).
  • Gemäß einer Ausführungsform werden einige einfache Parameter konfiguriert, um zu ermöglichen, dass der DiffServ-Router als AF oder DSUI oder irgendeine ausgeglichene Kombination dieser beiden Verhaltensweisen arbeitet. DiffServ-Produkte, welche die Kombination der Verhaltensweisen verwenden, sind flexibel und konfigurierbarer im Vergleich zu bloßen AF/EF-Produkten. Der Betreiber kann leicht den Betriebspunktparameter auswählen, welcher das Verhalten des Routers steuert.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Einsatz des Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystems einfach und eine kostengünstige Modifikation für DiffServ-Router mit AF/EF-Verhalten. Dieselbe Hardware- und/oder Software-Implementierung kann beide Mechanismen mit sehr geringen Zusatzkosten und einem sehr geringen Zusatzaufwand unterstützen. Auch die Verwaltung des Systems ist vereinfacht. Zum Beispiel besteht keine Notwendigkeit mehrerer paralleler Warteschlangensystemen (z.B. eines für AF, eines für DSUI).
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 veranschaulicht ein beispielhaftes IP-Mobilnetz, in welchem die Erfindung funktionieren kann;
  • 2 stellt ein schematisches Diagramm dar, welches eine beispielhafte Systemübersicht veranschaulicht, in welcher Nahbereichsnetze und ein Langstreckennetz durch Router miteinander verbunden sind;
  • 3 veranschaulicht ein Übersichtsblockdiagramm eines DiffServ-Routers;
  • 4 stellt eine Auswahl des Verhaltens für ein Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystem für DiffServ-Router dar;
  • 5 stellt ein System der gesicherten Weiterleitung dar, welches ein Gewichtungssystem verwendet;
  • 6 veranschaulicht ein System mit DSUI-Verhalten, das so konfiguriert werden kann, dass es ein AF/EF-Verhalten und eine Kombination der Verhaltensweisen zu implementiert; und
  • 7 veranschaulicht einen Prozess zur Bereitstellung eines Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystems für DiffServ-Router gemäß Aspekten der Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, welche einen Bestandteil hiervon bilden und welche spezifische Ausführungsbeispiele zu Veranschaulichungszwecken darstellen, von welchen die Erfindung realisiert werden kann. Jede Ausführungsform wird ausführlich genug beschrieben, um Fachleute zu befähigen, die Erfindung zu realisieren, und es versteht sich von selbst, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und andere Änderungen vorgenommen werden können, ohne sich vom Geist oder Rahmen der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen, und der Rahmen der vorliegenden Erfindung wird nur durch die angehängten Ansprüche definiert.
  • Die gesamte Spezifikation und die gesamten Ansprüche hindurch haben die folgenden Begriffe die Bedeutung, die ihnen hierin ausdrücklich zugeordnet wird, sofern nicht der Zusammenhang eindeutig etwas anderes diktiert. Der Begriff Knoten bezieht sich auf ein Netzelement, wie beispielsweise einen Router. Der Begriff „Wichtigkeit" bezieht sich auf eine Priorität, die einem Paket hinsichtlich der Paketlöschung zugeordnet wird. Der Begriff „Dringlichkeit" bezieht sich auf die Verzögerungspriorität der Paketübertragung. Der Begriff „Fluss" bezieht sich auf einen Fluss von Paketen. Der Begriff Unterstützungsknoten bezieht sich sowohl auf „GGSN"- als auch auf „SGSN"-Knoten. Der Begriff „Benutzer" bezieht sich auf jede Person oder jeden Kunden, wie beispielsweise ein Unternehmen oder eine Organisation, die ein Mobilgerät einsetzt, um über ein Mobilnetz zu kommunizieren oder auf Betriebsmittel zuzugreifen. Der Begriff „Betreiber" bezieht sich auf jeden Techniker oder jede Organisation, die ein IP-basiertes Netz führt oder verwaltet. Der Begriff „Kennung" umfasst eine MSISDN-Nummer, eine IP-Adresse oder alle anderen Informationen, welche mit dem Aufenthaltsort oder der Identität des Benutzers in Beziehung stehen. Bezug nehmend auf die Zeichnungen zeigen in allen Ansichten gleiche Bezugszeichen gleiche Teile an. Außerdem umfasst eine Bezugnahme auf den Singular eine Bezugnahme auf den Plural, sofern nicht anders angegeben oder wenn unvereinbar mit der Offenbarung hierin.
  • Kurz gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung die Bereitstellung eines Mehrfachbetrieb-Pufferungs- und Verarbeitungssystems für einen DiffServ-Router, der so eingestellt werden kann, dass er entweder ein „reines" AF/EF-Verhalten, ein „reines" DSUI-Verhalten oder eine Kombination des AF/EF-Verhaltens und des DSUI-Verhaltens zeigt. Ein Betriebspunktparameter kann eingestellt werden, um das gewünschte Verhalten auszuwählen.
  • Veranschaulichende Betriebsumgebung
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein beispielhaftes IP-Mobilnetz veranschaulicht, in welchem die Erfindung funktionieren kann. Wie in der Figur dargestellt, umfasst das IP-Mobilnetz 100 eine Mobilstation (MN) 105, ein Funkzugangsnetz (RAN) 110, einen SGSN 115, ein Kernnetz 120, Router 125A-F , einen Überwachungsserver 190, GGSNs 135A-B , ein Datennetz 140 und ein Datennetz 145.
  • Es werden nun die Verbindungen und die Funktionsweise für das IP-Mobilnetz 100 beschrieben. Im Allgemeinen kann die MN 105 jedes Gerät umfassen, das zur Verbindung mit einem drahtlosen Netz, wie beispielsweise dem Funkzugangsnetz 110, imstande ist. Solche Geräte umfassen Zellulartelefone, intelligente Handys, Pagers, Hochfrequenz- oder HF-Geräte, Infrarot- oder IR-Geräte, integrierte Geräte, die eines oder mehr der vorhergehenden Geräte kombinieren, und dergleichen. Die MN 105 kann auch andere Geräte umfassen, die eine drahtlose Schnittstelle aufweisen, wie beispielsweise persönliche digitale Assistenten (PDAs), Handcomputer, Personalcomputer, Multiprozessorsysteme, mikroprozessorbasierte Konsumelektronik, Netz-PCs, tragbare Computer und dergleichen.
  • Das Funkzugangsnetz (RAN) 110 verwaltet die Funkbetriebsmittel und versieht den Benutzer mit einem Mechanismus, um auf das Kernnetz 120 zuzugreifen. Das Funkzugangsnetz 110 befördert Informationen zu und von Geräten, die zur drahtlosen Kommunikation imstande sind, wie beispielsweise die MN 105. Das Funkzugangsnetz 110 kann sowohl drahtlose als auch drahtgebundene Komponenten umfassen. Zum Beispiel kann das Funkzugangsnetz 110 einen Zellularturm umfassen, der mit einem drahtgebundenen Fernsprechnetz verbunden ist. Normalerweise überträgt der Zellularturm Kommunikation zu und von Zellulartelefonen, Pagern und anderen drahtlosen Geräten, und das drahtgebundene Fernsprechnetz überträgt Kommunikation zu regulären Telefonen, Fernübertragungsstrecken und dergleichen. Wie in der Figur dargestellt, umfasst das RAN 110 Router 125A-C . Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Router 125A-C DiffServ-Router, die so eingestellt werden können, dass sie entweder ein Verhalten gesicherter Weiterleitung (AF)/beschleunigter Weiterleitung, ein DiffServ-Dringlichkeits- und -Wichtigkeits (DSUI)-Verhalten oder eine ausgeglichene Kombination des AF/EF-Verhaltens und des DSUI-Verhaltens zeigen. Wenn die Annahme eines Pakets entschieden wird, kann ein Betriebspunktparameter eingestellt werden, um anzuzeigen, wie viel der Belegungsgrad des einzelnen Puffers (AF-Verhalten) gegenüber dem Belegungsgrad aller Puffer (DSUI-Verhalten) berücksichtigt wird. Die Verbindungsbandbreite kann durch Einstellen eines Verbindungsglättungsparameters zwischen einer strengen Prioritätsverarbeitung und einer Gewichtsverarbeitung geteilt werden, um anzuzeigen, wie viel der Verbindungsbandbreite effektiv zum Senden von Paketen in strenger Prioritätsreihenfolge verwendet wird und wie viel zur gewichtsbasierten Verarbeitung übrig gelassen wird. Pakete werden gemäß dem verarbeitet, wie der Betriebspunktparameter und der Verbindungsglättungsparameter eingestellt werden. Diese Parameter können automatisch eingestellt werden, oder sie können durch einen Betreiber eingestellt werden. Der Überwachungsserver 190 oder irgendein anderes dediziertes Netzelement kann verwendet werden, um Dienstgüte- oder QoS-Regeln in Bezug darauf, wie die Router die Pakete verarbeiten, bereitzustellen. Kurz gefasst, kann der Überwachungsserver 190 zur Überwachung und Hilfe bei der Bereitstellung des geeigneten Verhaltensmodells zur Paketverarbeitung innerhalb der Router für IP-basierte Netze verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform kann jeder Router den Überwachungsserver über Informationen in Bezug auf seinen Betrieb informieren und Informationen vom Überwachungsserver empfangen, um die Parameter in geeigneter Weise einzustellen.
  • Einige Knoten können Knoten des allgemeinen paketvermittelten Funkdienstes (GPRS für engl. General Packet Radio Service) sein. Zum Beispiel können GPRS-Diensteunterstützungsknoten (SGSN für engl. Serving GPRS Support Node) 115 Daten von Mobilknoten, wie beispielsweise der MN 105, über das RAN 110 senden und empfangen. Der SGSN 115 führt auch Aufenthaltsinformationen in Bezug auf die MN 105. Der SGSN 115 vermittelt durch das Kernnetz 120 zwischen der MN 105 und den GPRS-Übergangsunterstützungsknoten (GGSNs für engl. Gateway GPRS Support Nodes) 135A-B . Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kommuniziert der Überwachungsserver 190 mit dem RAN 110 und dem Netzwerk 120.
  • Das Kernnetz 120 ist ein IP-basiertes Backbone-Netz, das Router, wie beispielsweise die Router 125D-F , umfasst, um die Unterstützungsknoten im Netz zu verbinden. Router sind Vermittlergeräte in einem Kommunikationsnetz, welche die Nachrichtenzustellung beschleunigen. In einem einzelnen Netz, welches viele Computer durch eine Vermaschung von möglichen Verbindungen verbindet, empfängt ein Router gesendete Nachrichten und leitet sie über verfügbare Router zu ihren korrekten Bestimmungsorten. Router können ein einfaches Rechengerät oder ein komplexes Rechengerät sein. Zum Beispiel kann ein Router ein Computer sein, der einen Speicher, Prozessoren und Netzschnittstelleinheiten umfasst. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Router 125D-F wie die Router 125A-C DiffServ-Router, die so eingestellt werden können, dass sie entweder ein Verhalten gesicherter Weiterleitung (AF)/beschleunigter Weiterleitung, ein DiffServ-Dringlichkeits- und -Wichtigkeits (DSUI)-Verhalten oder eine ausgeglichene Kombination des AF/EF-Verhaltens und des DSUI-Verhaltens zeigen.
  • Die GGSNs 135A-B sind mit dem Kernnetz 120 durch die Router 125E-F gekoppelt und dienen als drahtlose Übergänge zu Datennetzen, wie beispielsweise das Netz 140 und das Netz 145. Die Netze 140 und 145 können das öffentliche Internet oder ein privates Datennetz sein. Die GGSNs 135A-B ermöglichen der MS 105, auf das Netz 140 und das Netz 145 zuzugreifen.
  • Der Betreiber kann die QoS-Regeln festlegen, um basierend auf verschiedene Dienstklassen für einen bestimmten Benutzer oder eine bestimmte Gruppe von Benutzern zu bestimmen, ob ein Paket angenommen wird oder nicht. Zum Beispiel kann der Gesprächsverkehr von einer Benutzergruppe A unter Verwendung des standardmäßigen AF/EF-Verhaltens übertragen werden, während der Gesprächsverkehr von einer Benutzergruppe B mit dem DSUI-Verhalten übertragen wird. Der konkrete Benutzer der MN 105 kann in eine dieser Benutzergruppen durch eine Kennung, die dem Benutzer zugeordnet ist, differenziert werden. Zum Beispiel kann die Kennung die Nummer des diensteintegrierenden Digitalnetzes der Mobilstation (MSISDN für engl. Mobile Station Integrated Services Digital Network) sein, die sowohl den SGSN- als auch den GGSN-Unterstützungsknoten bekannt ist.
  • Der Überwachungsserver 190 ist durch Übertragungsmedien mit dem Kernnetz 120 gekoppelt. Der Überwachungsserver 190 kann durch einen Betreiber mit Regeln programmiert werden, um die Umcodierung der 3GPP-Dienstgüte (QoS) in die IP-QoS für das IP-Mobilnetz 100 abzuwickeln. Genauer gesagt, kann ein Betreiber die Regeln erzeugen, die durch die Knoten im IP-Mobilnetz 100 verwendet werden, um zu helfen, eine Ende-zu-Ende-QoS zu gewährleisten. Dieser Regeln können durch den Überwachungsserver 190 an die Knoten geliefert werden. Außerdem können Computer und andere erwähnte elektronische Geräte mit dem Netz 140 und dem Netz 145 verbunden sein. Das öffentliche Internet selbst kann aus einer unermesslichen Anzahl solcher miteinander verbundener Netze, Computer und Router gebildet sein. Das IP-Mobilnetz 100 kann viel mehr Komponenten umfassen als jene, die in 1 dargestellt sind. Die dargestellten Komponenten reichen jedoch aus, um eine veranschaulichende Ausführungsform zur Realisierung der vorliegenden Erfindung zu offenbaren.
  • Die Medien, die verwendet werden, um Informationen in den Übertragungsverbindungen, wie zuvor beschrieben, zu übertragen, veranschaulichen eine Art von maschinenlesbaren Medien, nämlich Übertragungsmedien. Im Allgemeinen umfassen maschinenlesbare Medien alle Medien, auf die durch ein Rechengerät zugegriffen werden kann. Übertragungsmedien enthalten normalerweise maschinenlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten in einem modulierten Datensignal, wie beispielsweise einer Trägerwelle oder einem anderen Transportmechanismus, und umfassen alle Informationszustellmedien. Der Begriff „moduliertes Datensignal" bezieht sich auf ein Signal, das eine oder mehr seiner Charakteristiken so aufweist, dass sie derart eingestellt oder geändert sind, dass sie Informationen im Signal codiert. Als Beispiel umfassen Übertragungsmedien drahtgebundene Medien, wie verdrillte Leitungspaare, Koaxialkabel, Glasfaserkabeln, Wellenleiter und andere drahtgebundene Medien, und drahtlose Medien, wie beispielsweise akustische, HF-, Infrarot- und andere drahtlose Medien.
  • 2 stellt ein anderes beispielhaftes System dar, in welchem die Erfindung funktioniert und in welchem eine Anzahl von Nahbereichsnetzen („LANs") 220a-d und ein Langstreckennetz („WAN") 230 durch Router 210 miteinander verbunden sind. In einem Satz von miteinander verbundenen LANs – welche jene umfassen, die auf verschiedenen Architekturen und Protokollen basieren – dient ein Router als eine Verbindung zwischen LANs und ermöglicht, dass Nachrichten von einem zum anderen gesendet werden.
  • Die Router 210 sind derart konfiguriert, dass ein Betriebspunktparameter eingestellt werden kann, um das Verhalten des Routers auszuwählen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Router 210 DiffServ-Router, die so eingestellt werden können, dass sie entweder ein Verhalten gesicherter Weiterleitung (AF)/beschleunigter Weiterleitung, ein DiffServ-Dringlichkeits- und -Wichtigkeits (DSUI)-Verhalten oder eine ausgeglichene Kombination des AF/EF-Verhaltens und des DSUI-Verhaltens zeigen.
  • Übertragungsverbindungen innerhalb der LRNs umfassen normalerweise verdrillte Leitungspaare, Glasfaser- oder Koaxialkabel, während Übertragungsverbindungen zwischen Netzen analoge Telefonleitungen, ganz oder teilweise dedizierte Digitalleitungen, einschließlich T1, T2, T3 und T4, diensteintegrierende Digitalnetze (ISDNs), digitale Teilnehmerleitungen (DSLs für engl. Digital Subscriber Lines) oder andere Übertragungsverbindungen verwenden können. Außerdem können Computer, wie beispielsweise der entfernte Computer 240, und andere erwähnte elektronische Geräte über ein Modem und eine temporäre Fernsprechverbindung mit den LANs 220a-d oder dem WAN 230 dezentral verbunden sein. Die Anzahl von WANs, LANs und Routern in 2 kann erhöht oder verringert werden. Entsprechend kann das Internet selbst aus einer unermesslichen Anzahl von solchen miteinander verbundenen Netzen, Computern und Routern gebildet sein und eine Ausführungsform der Erfindung könnte über das Internet realisiert werden, ohne sich vom Geist und Rahmen der Erfindung zu entfernen.
  • Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystem für DiffServ-Router
  • 3 stellt ein Blockdiagramm eines beispielhaften DiffServ-Routers gemäß Aspekten der Erfindung dar. Wie in der Figur dargestellt, umfasst der DiffServ-Router 300 eine DiffServ-Schnittstelle 310, eine Eingangsschnittstelle 310, einen QoS-Agenten 330, einen Leitwegkern 340 und eine Ausgangsschnittstelle 350. Der DiffServ-Router 300 kann viel mehr Komponenten umfassen als jene, die in 3 dargestellt sind. Die dargestellten Komponenten reichen jedoch aus, um eine veranschaulichende Ausführungsform zur Realisierung der vorliegenden Erfindung zu offenbaren.
  • Wie in 3 veranschaulicht, ist der DiffServ-Router 300 in fünf Funktionsblöcke unterteilt. Der Leitwegkern 340 stellt die normale Leitweglenkungs- und Vermittlungsfunktionalität eines Routers bereit. Eine der Funktionalitäten des Leitwegkerns ist es, die Ausgangsschnittstelle für Datenpakete auszuwählen, die durch die Eingangsschnittstelle eintreten. Der Leitwegkern bewegt Pakete zwischen Schnittstellen gemäß festgelegten Richtlinien. Zum Zwecke dieser Erörterung kann man sich den Leitwegkern 340 als eine Rückwandleiterplatte mit unendlicher Bandbreite und Nullverzögerung denken, welche Schnittstellen verbindet.
  • Die DiffServ-Schnittstelle 310 überwacht und beschafft DiffServ-Betriebsparameter in Bezug auf das Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystem. Überwachte Parameter können Statistiken hinsichtlich des Verkehrs umfassen, der auf verschiedenen DiffServ-Dienstniveaus übertragen wird. Diese Statistiken können zu Abrechnungszwecken und/oder zur Verfolgung der Einhaltung der Verkehrskonditionierungsspezifikationen (TCS für engl. Traffic Conditioning Specifications) verwendet werden, die mit Kunden ausgehandelt werden. Beschaffte Parameter sind in erster Linie TCS-Parameter für Klassifizierer und Messglieder und die zugeordneten Konfigurationsparameter des Pro-Etappe-Verhaltens (PHB für engl. per-hop behaviour) für Vorgänge und Warteschlangenelemente. Der Betreiber kann interagiert normalerweise durch einen Systemverwalter mit der DiffServ-Schnittstelle 310 durch ein oder mehr Verwaltungsprotokolle, wie beispielsweise einem SNMP- oder COPS-Protokoll, oder durch andere Routerkonfigurationsinstrumente. Der Betreiber kann mit der DiffServ-Schnittstelle 310 durch einen Überwachungsserver, ein serielles Terminal, eine Telnetkonsole und dergleichen interagieren.
  • Bestimmte Überwachungsregeln und -ziele, welche das DiffServ-Verhalten eines Routers bestimmen, werden normalerweise durch Überwachungsverwaltungsmechanismen eingerichtet. Einige DiffServ-Router können jedoch auf die Arten von Richtlinien beschränkt sein, welche durch den Router erfolgreich implementiert werden können. Zum Beispiel können einige DiffServ-Router innerhalb des Netzes eines Betreibers möglicherweise das DSUI-Verhalten nicht implementieren.
  • Die Eingangsschnittstelle 320, der Leitwegkern 340 und die Ausgangsschnittstelle 350 sind in der Mitte des Diagramms dargestellt, das den Router 300 veranschaulicht. In tatsächlichen Routerimplementierungen kann es jede Anzahl von Eingangs- und Ausgangsschnittstellen geben, die durch den Leitwegkern miteinander verbunden sind. Das Leitwegkernelement dient als eine Abstraktion der normalen Leitweglenkungs- und Vermittlungsfunktionalität eines Routers.
  • Ein optionaler QoS-Block 330 kann verwendet werden, um zu helfen, QoS-Anforderungen zu erzwingen. Der DiffServ-Router 300 kann z.B. unter Verwendung des RSVP-Protokolls entweder die Pro-Mikrofluss- oder Pro-Fluss-Sammelsignalisierung von QoS-Anforderungen abhören oder daran teilnehmen. Das Abhören von RSVP-Nachrichten kann zum Beispiel verwendet werden, um zu erfahren, wie den Verkehr zu klassifizieren, ohne tatsächlich als ein RSVP-Protokollpartner teilzunehmen. Der DiffServ-Router 300 kann RSVP-Reservierungsanfragen ablehnen oder zulassen, um ein Mittel der Zulassungssteuerung zu DiffServ-basierten Diensten bereitzustellen, oder er kann diese Anfragen verwenden, um Beschaffungsänderungen für eine Flusssammlung im DiffServ-Netz auszulösen. Wenn der QoS-Block 330 im DiffServ-Router 300 enthalten ist, kann er nur auf der Steuerungsebene und nicht auf der Datenebene aktiv sein. In diesem Fall könnte das RSVP dazu verwendet werden, einen Reservierungszustand ohne Einrichten irgendwelcher tatsächlichen Reservierungen in der Datenebene des DiffServ-Routers 300 nur zu signalisieren. Die Datenebene könnte sich noch rein nach DiffServ-DSCPs richten und PHBs zum Abwickeln des Datenverkehrs ohne die normale Pro-Mikrofluss-Abwicklung bereitstellen, von der erwartet wird, einige Dienste zu unterstützen.
  • Die Eingangsschnittstelle 320 stellt Klassifizierungs-, Mess-, Vorgangs- und Warteschlangenelemente bereit. Klassifizierer werden durch Filter und Ausgangsströme parametriert. Pakete vom Eingangsstrom werden durch Filter, welche die Inhalte des Pakets abstimmen oder möglicherweise andere Attribute abstimmen, die dem Paket zugeordnet sind, in verschiedene Ausgangsströme sortiert. Das einfachste Klassifizierungselement ist eines, das alle Pakete, die an seinen Eingang angelegt werden, anpasst. Ein Klassifizierer kann auch die Eingangsströme gemäß ihrer Dienstklasse klassifizieren.
  • Die Eingangsschnittstelle 320 kann konfiguriert werden, um den Verkehr in Klassen festzulegen, ihn zu messen und zu gewährleisten, dass jeglicher überschüssige Verkehr gemäß dem PHB in angemessener Weise behandelt wird. Zum Beispiel kann dies für ein AF-Verhalten das Markieren des überschüssigen Verkehrs bedeuten; für EF kann dies das Löschen des überschüssigen Verkehrs oder, ihn zu einer Höchstrate zu formen, bedeuten.
  • Ein Paket, das an der Eingangsschnittstelle 320 ankommt, nimmt seine Richtlinie von einem Klassifizierer auf, welcher den Verkehr gemäß einigen Spezifikationen für jede Verkehrsklasse auswählt. Normalerweise identifiziert der Klassifizierer eine Vielfalt von Verkehr und löst ihn in getrennte Klassen auf. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Pakete gemäß einer Wichtigkeitspriorität und einer Dringlichkeitspriorität klassifiziert. Es können mehr Prioritäten implementiert werden.
  • Für die Netzplanung und vielleicht andere Geschäftszwecke, wie beispielsweise Vergebührungszwecke, wird der ankommende Verkehr normalerweise gezählt. Daher wird ein Zählvorgang konfiguriert. Außerdem kann der Verkehr mit dem geeigneten DSCP durch einen Markierungsvorgang markiert oder kommentiert werden. Der Betreiber kann die Wichtigkeits- und Dringlichkeitsstufen gemäß seinem Geschäftsmodell auswählen. wenn der Betreiber zum Beispiel wünscht, Soforterlöse zu maximieren, sollte die Wichtigkeit eine direkte Beziehung mit dem finanziellen Nutzen des Pakets für den Netzbetreiber haben. Wenn das Ziel des Betreibers ist, das Hauptgeschäft des Unternehmens zu unterstützen, könnte jenen Anwendungen der Vorrang gegeben werden, die zum Erreichen dieses Ziels wichtig sind.
  • Die Markierung der Paketprioritäten erfolgt normalerweise im ersten Knoten, der durch den Netzbetreiber gesteuert wird. Das Paket braucht normalerweise keine weitere Markierung durch irgendeinen der anderen Knoten. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Markierung des Pakets im Mobilknoten erfolgen. Gemäß diesem Szenarium wird eine vertrauliche Beziehung zwischen dem Benutzer und dem Betreiber aufgebaut. Pakete können auch neu markiert werden. Zum Beispiel können die Pakete an den Grenzen zwischen Netzbereichen neu klassifiziert werden.
  • Ein Messelement kann verwendet werden, um durch Überwachen von Echtzeitverkehrsbedingungen zu bestimmen, ob der Strom innerhalb einer vorbestimmten Rate ist. Als Ergebnis der Informationen, die durch die Messelement erhalten werden, können Vorgänge innerhalb des DiffServ-Routers ausgelöst werden. Zum Beispiel kann ein Messelement verwendet werden, um zu festzustellen, wenn der Kunde gemäß seiner Vereinbarung über das Dienstniveau (SLA für engl. service level agreement) versorgt wird. Ein Messglied misst die Rate, bei welcher Pakete, die einen Strom oder Fluss von Verkehr bilden, durch ihn durchtreten, vergleicht die gemessene Rate mit irgendeinem Satz von Schwellenwerten und erzeugt irgendeine Anzahl von potenziellen Ergebnissen. Ein Paket gilt als konform mit einem spezifizierten Niveau, wenn zu dem Zeitpunkt, zu dem das Paket geprüft wird, der Strom innerhalb der Ratengrenze für das Profil erscheint, das diesem Niveau zugeordnet ist.
  • Ein Vorgangselement setzt den Vorgang, der auf das Paket anzuwenden ist. Zum Beispiel kann das Vorgangselement ein Paket markieren, ein Paket gemäß der betreffenden Klassifizierung und Warteschlange löschen, multiplexen, zählen oder keinen Vorgang durchführen. Vorgänge sind Ereignisse in einer DiffServe-Schnittstelle, die das Paket beeinflussen können. Ein Vorgang kann Statistiken über den Verkehr in verschiedenen konfigurierten Klassen berechnen, ihn mit einem DSCP markieren, ihn löschen oder ihn in eine Warteschlange einreihen, bevor er ihn zu einer anderen Verarbeitung weitergibt.
  • DiffServe-Codepoint-Markierer (DSCP für engl. DiffServe codepoint) sind Elemente, welche einen Codepunkt setzen (z.B. den DSCP in einem IP-Kopf). Die DSCP-Markierungen werden normalerweise entweder durch einen verlässlichen Aufwärtsknoten, z.B. einen Kunden, oder durch die Netzkanten-Router beim Eintritt ins DiffServ-Netz angewendet. DSCP-Markierer können auch auf unmarkierte Pakete wirken (z.B. jene, die mit einem DSCP von null eingereicht werden), oder sie können zuvor markierte Pakete neu markieren. Die Markierung, die in einem Paket gesetzt wird, bestimmt seine anschließende PHB-Behandlung in Abwärtsknoten eines Netzes und möglicherweise auch in anschließenden Verarbeitungsphasen innerhalb des DiffServ-Routers 300. DSCP-Markierer für DiffServ werden normalerweise durch einen einzigen Parameter parametriert: den 6-Bit-DSCP, der im Paketkopf zu markieren ist.
  • Die Ausgangsschnittstelle 350 ist so ausgelegt, dass sie Daten von der DiffServe-Schnittstelle 310, dem Leitwegkern 340 und dem QoS-Block 330 empfängt. Die Ausgangsschnittstelle 350 umfasst auch einen Ausgang zum Ausgeben von Paketen unter Verwendung des geeigneten Verhaltens, das gemäß dem Betriebspunktparameter ausgewählt wird. Wie bereits erwähnt, können viele Vorgänge auf die Pakete angewendet werden.
  • Warteschlangenelemente modulieren die Übertragung von Paketen, welche zu den verschiedenen Verkehrsströmen gehören, und bestimmen ihre Auftragserteilung und speichern sie möglicherweise vorübergehend oder verwerfen sie. Pakete werden üblicherweise entweder gespeichert, weil eine Betriebsmittelbeschränkung vorliegt (z.B. verfügbare Bandbreite), welche die sofortige Weiterleitung verhindert, oder weil der Warteschlangenblock verwendet wird, um die zeitlichen Eigenschaften eines Verkehrsstroms zu ändern (d.h. Formgebung). Wenn jedoch mehrere Warteschlangen zusammen in einem Warteschlangensystem verwendet werden, können sie auch Wirkungen über jene für gegebene Verkehrsströme hinaus erzielen. Sie können verwendet werden, um eine Änderung in der Verzögerung zu begrenzen oder eine Höchstrate (Formgebung) aufzuerlegen, um mehreren Strömen zu erlauben, eine Verbindung auf eine halbvorhersagbare Art und Weise gemeinsam zu benutzen (Lastteilung), oder um eine Änderung in der Verzögerung von einigen Strömen auf andere Strömen zu verlegen.
  • Die Warteschlangenelemente im Router 300 können auch verwendet werden, um das AF/EF-Verhalten, das DSUI-Verhalten oder eine Kombination der Verhaltensweisen zu implementieren.
  • Ein Verteiler ist ein Element, welches den Abgang jedes Pakets, das an einem seiner Eingänge ankommt, basierend auf einer Dienstdisziplin schaltet. Der Verteiler weist normalerweise einen oder mehr Eingänge und einen Ausgang auf. Jeder Eingang weist ein Aufwärtselement, mit dem er verbunden ist, und einen Satz von Parametern auf, welche die Verarbeitung von Paketen beeinflussen, die an diesem Eingang empfangen werden. Der Verteiler kann eine Vielfalt von Verarbeitungsalgorithmen verwenden, welche, ohne darauf beschränkt zu sein, umfassen: „Wer zuerst kommt, mahlt zuerst", strenge Priorität, gewichtete gerechte Bandbreitenmitverwendung, ratenbegrenzte strenge Priorität und ratenbasiert. Verteiler können verwendet werden, um Verkehrsströme durch Verzögern von Paketen, welche durch irgendeinen Abwärtsknoten für nichtkonform gehalten werden könnten, so zu formen, dass sie mit irgendeinem Profil übereinstimmen: ein Paket wird bis zu solch einem Zeitpunkt verzögert, bis es mit einem Abwärtsmessglied, welches dasselbe Profil verwendet, übereinstimmt. PHBs, wie beispielsweise die Klassenwähler, AF/EF oder DSUI weisen Beschreibungs- oder Konfigurationsparameter auf, welche die Gattung von Verarbeitungsdisziplin, die zu ihrer Implementierung benötigt wird, dringend empfehlen.
  • 4 stellt eine Auswahl des Verhaltens für ein Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystem für DiffServ-Router gemäß Aspekten der Erfindung dar. Wie in der Figur dargestellt, umfasst ein Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystem 400 einen Betriebspunkt 410, ein standardmäßiges AF/EF-Verhalten 420 und ein DSUI-Verhalten 430, welche in den Feldern 402, 404 und 406 veranschaulicht sind.
  • Der Betriebspunkt 410 kann eingestellt werden, um einen gewünschten Betrieb des DiffServ-Routers auszuwählen. Zum Beispiel kann ein Betreiber den Betriebspunkt 410 einstellen, um einen DiffServ-Router zu konfigurieren. Feld 402 veranschaulicht den Betrieb des DiffServ-Routers so, dass er ein reines AF/EF-Verhalten zeigt. Wie durch Bezugnahme auf Feld 402 zu erkennen ist, ist der Betriebspunkt 410 direkt über dem standardmäßigen AF/EF-Verhalten 420.
  • Feld 404 veranschaulicht den Betrieb des DiffServ-Routers so, dass er eine Kombination des standardmäßigen AF/EF-Verhaltens und des DSUI-Verhaltens ist. Wie in Feld 404 zu sehen ist, wurde der Betriebspunkt zwischen das standardmäßige AF/EF-Verhalten 420 und das DSUI-Verhalten 430 gesetzt und ist so angeordnet.
  • Feld 406 veranschaulicht den Betrieb des DiffServ-Routers so, dass er voll DSUI-kompatibel ist. Wie in Panel 406 dargestellt, ist der Betriebspunkt 410 direkt über dem DSUI-Verhalten 430.
  • Ein Vorteil dieses Ansatzes ist, dass dieselbe Hardware- und/oder Software-Implementierung sowohl das standardmäßige AF/EF-Verhalten als auch das DSUI-Verhalten mit sehr geringen Zusatzkosten und einem sehr geringen Zusatzaufwand unterstützen kann. Außerdem kann die Verwaltung des Verhaltens des DiffServ-Routers unter Verwendung eines einzigen Betriebspunktparameters eingestellt werden. Entsprechend besteht keine Notwendigkeit mehrerer paralleler Warteschlangensysteme (z.B. eines Warteschlangensystems für AF/EF-Verhalten und eines Warteschlangensystems für DSUI-Verhalten).
  • 5 stellt ein System gesicherter Weiterleitung dar, das ein Gewichtungssystem verwendet. Wie in der Figur dargestellt, umfasst das AF-System einen Eingang 505, einen Löschblock 510, einen Löschblock 515, einen Löschblock 520, einen Löschblock 525, eine Warteschlange 550, eine Warteschlange 555, eine Warteschlange 560, eine Warteschlange 565, einen Gewichtungsparameter W1 530, einen Gewichtungsparameter W2 535, einen Gewichtungsparameter W3 540 und einen Gewichtungsparameter W4 545.
  • Bei der gesicherten Weiterleitung (AF) stellt das Netz vier getrennte Verkehrsklassen, jede mit drei Stufen von Löschpriorität (DP für engl. drop precedence), bereit. Jeder Verkehrsklasse ist eine bestimmte Menge von Betriebsmitteln zugeteilt. Die Betriebsmittel können Bandbreite und Pufferkapazität umfassen. Eine beispielhafte Möglichkeit, die vier getrennten Verkehrsklassen bereitzustellen, ist, vier getrennte Warteschlangen zu implementieren, die gemäß einem Gewichtungsparameter versorgt werden, der seiner jeweiligen Warteschlange zugeordnet ist. Die Warteschlangen können auf viele verschiedene Arten und Weisen verarbeitet werden. Zum Beispiel kann ein gewichtetes Zeitscheibenverfahren jede der vier Wartschlangen eine nach der anderen versorgen, und das Gewicht bestimmt die Anzahl von Bytes, die in jeder Warteschlange während ihres Turnusses abgewickelt werden.
  • Wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, sind vier getrennte Warteschlangen (Warteschlange 550, Warteschlange 555, Warteschlange 560 und Warteschlange 565) vorgesehen, um das AF-Verhalten zu implementieren. Jede Warteschlange weist einen zugeordneten Gewichtungsparameter (W1 530, W2 535, W3 540 und W4 545) auf. Die Gewichtungsparameter werden verwendet, um die Menge von Weiterleitungsbetriebsmitteln, mit welchen die Warteschlange versorgt wird, anzuzeigen. Für mehr als vier Verkehrsklassen kann ein getrennter Gewichtungsparameter auf jede Warteschlange angewendet werden. Zum Beispiel können für N Warteschlangen Qi-N die Gewichtungsparameter durch Wi definiert werden, wobei i = 1 bis N ist.
  • Obwohl die Ende-zu-Ende-QoS die Gewichte betrifft, welche den Warteschlangen zugeordnet werden, bedeutet das Steuern der Gewichte allein nicht, dass der Dienst, der durch eine Klasse geboten wird, besser als eine andere Klasse ist. Die allgemeine Ende-zu-Ende-QoS hängt stark vom eingehenden Verkehr der Klassen ab. Selbst wenn daher Klasse 1 ein größeres Gewicht als Klasse 2 aufweist, ist der Dienst, der durch Klasse 1 geboten wird, möglicherweise nicht besser als der Dienst, der durch Klasse 2 geboten wird. Zusätzlich zu den Gewichtungsparametern für jede Warteschlange können die AF-Klassen verwendet werden, um drei verschiedene Größen von Dienstdifferenzierung zu realisieren, welche umfassen: Löschwahrscheinlichkeit, Verzögerung und verfügbare Bandbreite. Folglich ist es offensichtlich, dass der Steuerungsalgorithmus von Gewichten eine komplizierte Angelegenheit in realen Netzen ist und zu völlig verschiedenen Diensten in zwei Systemen, die einer AF-Spezifikation entsprechen, führen kann.
  • Zusätzlich zur Verwendung von Gewichten ist ein anderer grundsätzlicher Aspekt der typischen AF-Implementierung, dass Pakete je Warteschlange gelöscht (verworfen) werden, wenn eine Überbelegung auftritt. Normalerweise wird die Paketlöschentscheidung nur basierend auf der Überbelegung jener konkreten Warteschlange getroffen, die das Paket zu verwenden im Begriff ist. Die Löschkasten 510, 515, 520, 520 und 525 sind so konfiguriert, dass sie die Pakete basierend auf der Überbelegung ihrer zugeordneten Warteschlange löschen. Dies bezieht auch ein wesentliches Kennmerkmal ein: die Warteschlange, die zum Puffern des Pakets zu verwenden ist, wird zuerst ausgewählt; die Entscheidung über eine Paketlöschung erfolgt nur danach als der zweite Schritt. Obwohl ein beispielhaftes AF-System dargestellt wurde, können andere AF-Implementierungen innerhalb des DiffServ-Routers verwendet werden.
  • 6 veranschaulicht ein System des DSUI-Verhaltens, das gemäß Aspekten der Erfindung so konfiguriert werden kann, dass es ein AF/EF-Verhalten und eine Kombination der Verhaltensweisen implementiert. Wie in der Figur dargestellt, umfasst das System 600 einen Löschblock 605, eine Eingangsschnittstelle 610, eine Warteschlange 615, eine Warteschlange 620, eine Warteschlange 625, eine Warteschlange 630, einen Operator 635, einen Operator 640, einen Operator 645 und einen Rückmeldeweg 650.
  • Das Hauptprinzip des DiffServ-Dringlichkeits- und -Wichtigkeits- oder DSUI-Modells ist, drei Differenzierungsgrößen klar zu trennen, welche die Verzögerungsdifferenzierung, die Löschdifferenzierung und die Bandbreitendifferenzierung umfassen. Im Allgemeinen wird die Verzögerungsdifferenzierung durch Verwenden getrennter Warteschlangen erreicht, wobei die Anzahl von Verzögerungsklassen der Anzahl der parallelen Warteschlangen entspricht. Die Löschdifferenzierung wird entweder durch Software oder durch Hardware erreicht, die derart vor der Puffereinheit angeordnet wird, dass eine Löschwahrscheinlichkeit nicht von der Verzögerungsklasse des Pakets abhängt. Die Bandbreitendifferenzierung zwischen einzelnen Flüssen wird mittels einer geeigneten Verkehrssteuerung an der Netzkante erreicht.
  • Grundsätzlich kann DSUI als ein allgemeines System betrachtet werden, das mit den zuvor dargelegten Prinzipien in Übereinstimmung ist. In dieser Hinsicht diktiert DSUI kein spezifisches System, und das AF-PHB-Modell kann derart verwendet werden, dass es mit den DSUI-Prinzipien konform ist.
  • Eines der Merkmale einer typischen DSUI-Implementierung ist, dass die Entscheidung, ein Paket zu löschen, vor der Entscheidung getroffen wird, in welcher Warteschlange das Paket anzuordnen ist. Normalerweise basiert im DSUI die Löschentscheidung nicht auf der Überbelegung einer Warteschlange, sondern vielmehr auf der Überbelegung der Ausgangsverbindung. Die Löschentscheidung wird basierend auf den Belegungsgraden aller Warteschlangen oder irgendwelcher anderer Faktoren, die auf zuverlässige Weise den Überbelegungsgrad der Ausgangsverbindung veranschaulichen, getroffen. Zum Beispiel kann es genügen, nur eine Anzahl von Warteschlangen, aber nicht jede Warteschlange zu berücksichtigen. Normalerweise verwendeten DSUI-Implementierungen Warteschlangenbedingungen strenger Priorität zwischen den verschiedenen Warteschlangen. Zum Beispiel wird die Warteschlange höchster Priorität zuerst versorgt und nur, wenn in dieser Warteschlange nichts zu senden gibt, wird die nächste Warteschlange versorgt. Dieser Prozess dauert an, bis alle Warteschlangen versorgt wurden.
  • Der Rückmeldungsweg 650 zeigt eine Rückmeldung in Bezug auf den Überbelegungsgrad aller Warteschlangen (Warteschlange, 615, Warteschlange 620, Warteschlage 625 und Warteschlange 630) an.
  • Ein Vorteil des DSUI-Modells ist, dass es ein klareres System zur Beurteilung von Dienstdifferenzierung und QoS als ein DiffServ bereitstellt, das nur AF/EF-Spezifikationen verwendet. Obwohl ein AF/EF-System vermutlich auf der Paketabwicklungsebene implementiert werden kann, birgt das AF/EF-System ernste Schwierigkeiten in Bezug auf die Verwaltung von Diensten und die Steuerung von Gewichten in sich. Die Schwierigkeit ergibt sich hauptsächlich, da ein Faktor (Gewichtungsparameter) drei verschiedene Merkmale des Pakettransports (Übertragungsverzögerung, Paketlöschung und Bandbreite) gleichzeitig steuern soll. Andererseits ist das DSUI eine nicht standardisierte Lösung. Demnach besteht ein Bedarf an solch einer Lösung, derart dass ein DiffServ-Router so konfiguriert werden kann, dass er das AF/EF-Verhalten, das DSUI-Verhalten oder eine Kombination der Verhaltensweisen durch Einstellen eines Betriebspunktparameters implementiert. Diese Lösung berücksichtigt sowohl die Paketlöschung als auch Verarbeitungsaspekte.
  • Der Paketlöschaspekt wird durch den Betriebspunktparameter abgewickelt, der so ausgewählt wird, dass er anzeigt, wie viel der Belegungsgrad des einzelnen Puffers (AF-Verhalten) gegenüber dem Belegungsgrad aller Puffer (DSUI-Verhalten) berücksichtigt wird, wenn über die Annahme des Pakets entschieden wird. Der Verarbeitungsverhaltensaspekt wird durch Teilen der Verbindungsbandbreite in einen Teil „strenger Prioritätsverarbeitung " und einen „Gewichtsverarbeitungsteil" und Verwenden eines Verbindungsglättungsparameters, um anzuzeigen, wie viel der Verbindungsbandbreite effektiv zum Senden von Paketen in strenger Prioritätsreihenfolge verwendet wird und wie viel zur gewichtsbasierten Verarbeitung übrig gelassen wird, erledigt.
  • Im DSUI-Grundmodell basiert die Paketverwerfungsentscheidung auf der Gesamtbelastungssituation, die eine abgehende Verbindung versorgt, wohingegen die AF-Paketverwerfung auf der Belastungssituation in der Warteschlange basiert, in welcher das Paket anzuordnen ist. Im AF-Modell weist jede Warteschlange ihr eigenes Gewicht auf, das die Betriebsmittel definiert, die der Klasse zugeteilt sind, wohingegen im DSUI-Grundmodell Warteschlangen in strenger Prioritätsreihenfolge versorgt werden.
  • Der erste Aspekt in Bezug auf die Paketverwerfung kann mittels einer Erweiterung des DSUI-Modells realisiert werden. Die Paketverwerfung basiert auf der maximalen Belastung unter allen Warteschlangen, derart dass die erforderliche Wichtigkeitsstufe eins Pakets, das zur Klasse i (Ireq, i) gehört, durch Gleichung 1 und Gleichung 2 beschrieben wird.
    Figure 00270001
    Gleichung 1 zum Beispiel
    Figure 00270002
    Gleichung 2 wobei xi der Belegungsgrad von Puffer i ist (gemessen zum Beispiel in Anzahlen von Bytes); Bi ist die Gesamtpuffergröße der Klasse I; und a und b sind Konstante.
  • Im Falle eines AF- oder ähnlichen Systems ist die erforderliche Wichtigkeitsstufe entsprechend der Gleichung 3 gegeben.
  • Figure 00280001
    GLEICHUNG 3
  • Diese beiden Ansätze werden kombiniert, derart dass die erforderliche Wichtigkeitsstufe zur Annahme des Pakets eine Kombination der beiden Funktionen für AF und für DSUI ist, was durch GLEICHUNG 4 gegeben ist. I = g(Ireq, i(AF)), Ireq, i(DSUI)) GLEICHUNG 4
  • Eine beispielhafte Glättungsgleichung wird in GLEICHUNG 5 bereitgestellt. I = α·Ireq, i(AF) + (1 – α)·Ireq, i(DSUI) GLEICHUNG 5 wobei α der Betriebspunktparameter ist, welcher den Prozentsatz an AF-Verhalten und DSUI-Verhalten bestimmt, der durch den DiffServ-Router bereitgestellt wird.
  • Das Modell kann ferner derart konfiguriert werden, dass die Wahrscheinlichkeit des Verwerfens eines Pakets weder 0% noch 100 % beträgt, sondern in Abhängigkeit von der Belastungssituation auch ein Prozentsatz zwischen 0% und 100% sein kann. In Bezug auf das AF-Modell bedeutet dies, dass die zufallsgesteuerte Früherkennung (RED für engl. Random Early Detection) auf die Warteschlange in Bezug auf jede Klasse angewendet wird. Dasselbe Prinzip kann auch beim DSUI-Modell verwendet werden.
  • Die Gewichte gegenüber der strengen Prioritätsverarbeitung des Puffers kann auch kombiniert werden. GLEICHUNG 6 ist eine beispielhafte Gleichung, welche das Kombinieren von Gewichten gegenüber strenger Prioritätsverarbeitung veranschaulicht. wi = (β, wi, AF, wi, DSUI) GLEICHUNG 6 wobei r eine Funktion ist, welche Gewichte wi, AF und wi, DSUI kombiniert und β ein Parameter ist, der das Gewicht zwischen dem AF- und dem DSUI-Verhalten bestimmt. Zum Beispiel ln(wi) = β·ln (wi, AF) + (1 – β)·ln(wi, DSUI), wobei zum Beispiel wi, DSUI = d–1 und d eine Konstante ist, die groß genug ist, um eine beinahe strenge Prioritätsauftragserteilung zu gewährleisten.
  • Unter Bezugnahme auf die vorhergehende Gleichung agiert der DiffServ-Router, wenn β = 1, als ein reines AF-System, und bei β = 0 agiert der DiffServ-Router als ein reines DSI-System.
  • Das DSUI-Modell erlaubt eine flexible und skalierbare Möglichkeit der Bereitstellung einer Qualitätsdifferenzierung in einer schnell wechselnden Umgebung. Beim DSUI-Modell braucht der Betreiber Dienste nur an der Netzkante in einer Weise umzucodieren, dass, wenn die Belastungssituation oder das Verkehrsmuster einer Dienstklasse sich ändert, keine Änderungen für das Kernnetz benötigt werden. Daher ist eine Hauptaufgabe für den Betreiber, die Differenzierungsregeln zu handhaben, und da diese Regeln wahrscheinlich ziemlich dauerhaft sind, bleibt die Verwaltung einfach.
  • Ein Vorteil des DSUI-Modells ist, dass die DSUI-Prinzipien in einer Mehrfachanbieterumgebung verwendet werden können, in welcher verschiedene Router verschiedene Leistungsfähigkeiten aufweisen.
  • Im DSUI sind die Klassen unmissverständlich als Verzögerungsklassen definiert, und die DSUI-Wichtigkeitsstufen haben eine universelle Bedeutung über alle Verkehrsklassen. DSUI ist ein System, das noch eine beachtliche Freiheit bietet, um verschiedene Geschäftsmodelle und Dienstregeln anzuwenden.
  • Ein Unterschied zwischen dem DSUI und anderen Systemen ist, dass eine hohe Wichtigkeit einer Anwendung nicht direkt zu einer hohen Wichtigkeit von Paketen führt. Wenn eine Anwendung von hoher Wichtigkeit, das heißt, sie weist einen hohen Nutzgrad auf, auch eine hohe Bitratenanforderung aufweist, ist es nicht selbstverständlich, dass einzelne Pakete der Anwendung als wichtig eingestuft werden sollten. Zum Beispiel angenommen, der Nutzgrad einer Sprachverbindung wird als Grad 100 definiert, und angenommen, dass der Nutzgrad einer Videokonferenz (je Minute) 2000 beträgt. Wenn nun die Bitratenanforderung für die Sprachverbindung 10 Kbit/s beträgt und für die Videokonferenz 500 Kbit/s ist die Wichtigkeit eines Videobytes offensichtlich geringer als die eines Sprachbytes. Bei einem Echtzeitvideobeispiel ist das Ergebnis noch zwingender. Videopakete können nicht so wichtig wie Sprachpakete sein, und tatsächlich ist der Unterschied sehr groß.
  • Es ist daher nicht genug, die Wichtigkeit einer Anwendung zu definieren, sondern es muss irgendeine Art von Beziehung zwischen der Bitrate, die durch den Fluss verwendet wird, und der Wichtigkeitsmarkierung geben. Das einfachste Schema ist, nur einen Schwellenwert zu haben. Wenn die momentane Bitrate unter dem Schwellenwert ist, ist die Wichtigkeit des Pakets konstant. Wenn hingegen die momentane Bitrate über dem Schwellenwert ist, ist die Wichtigkeit die niedrigstmögliche, und das Netz darf diese Pakete unverzüglich verwerfen. Wenn diese Art von Ansatz verwendet wird, ist es grundsätzlich möglich, eine direkte Beziehung zwischen der Wichtigkeit des Flusses und der Wichtigkeit eines Pakets zu haben.
  • 7 veranschaulicht den Prozess der Bereitstellung eines Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystems für DiffServ-Router gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. Nach einem Startblock fließt der Prozess zu Block 710, wo das gewünschte Verhalten für den DiffServ-Router bestimmt wird. Das Verhalten kann so ausgewählt werden, dass es ein AF/EF-Verhalten, ein DSUI-Verhalten oder eine Kombination der Verhaltensweisen ist. Übergehend zu Block 720 wird hier der Betriebspunktparameter eingestellt. Der Betriebspunktparameter kann derart eingestellt werden, dass der DiffServ-Router ein reines AF/EF-Verhalten, ein reines DSUI-Verhalten oder eine Kombination von beiden bereitstellt. Der Betriebspunktparameter kann manuell oder automatisch eingestellt werden. Zum Beispiel kann ein Betreiber jeden DiffServ-Router einzeln konfigurieren, oder der Betreiber kann einen Überwachungsserver konfigurieren, um den Betriebspunktparameter an die Knoten in dem Netz rundzusenden. Weiter zu Block 730 überwacht hier der Prozess die eingehenden Pakete. Weiter im Fluss zu Block 740 werden hier die Operationen, um das gewünschte Verhalten auf dem Router zu implementieren, auf die Pakete angewendet. Der Prozess fließt dann zum Endblock und kehrt zur Verarbeitung anderer Vorgänge zurück.
  • Die zuvor dargelegte Spezifikation, sowie die zuvor dargelegten Beispiele und Daten stellen eine vollständige Beschreibung der Herstellung und Verwendung der Zusammenstellung der Erfindung dar. Es können viele Ausführungsformen der Erfindung gemacht werden, ohne sich vom Rahmen der Ansprüche, die im Folgenden angehängt sind, zu entfernen.

Claims (23)

  1. Verfahren zum Auswählen des Verhaltens für ein Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystem für einen DiffServ-Router (125; 210), umfassend: Konfigurieren des DiffServ-Routers für ein gewünschtes Verhalten in Bezug auf ein Verhalten gesicherter Weiterleitung/beschleunigter Weiterleitung (AF/EF) und ein DiffServ-Dringlichkeits- und -Wichtigkeits (DSUI)-Verhalten, wobei gemäß dem DSUI-Verhalten eine Löschwahrscheinlichkeit nicht von einer Verzögerungsklasse eines Pakets abhängt; und Realisieren des gewünschten Verhaltens.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Auswählen des gewünschten Verhaltens, wobei das gewünschte Verhalten aus dem AF/EF-Verhalten, dem DSUI-Verhalten und einer Kombination des AF/EF-Verhaltens und des DSUI-Verhaltens ausgewählt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Auswählen des gewünschten Verhaltens ferner das Einstellen eines Betriebspunktparameters umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Betriebspunktparameter so eingestellt werden kann, dass er ein reines AF/EF-Verhalten, ein reines DSUI-Verhalten und eine ausgeglichene Kombination von AF/EF-Verhalten und DSUI-Verhalten darstellt.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Realisieren des gewünschten Verhaltens ferner das Überwachen von Paketen und Anwenden von Operationen auf die Pakete, um das gewünschte Verhalten zu realisieren, umfasst.
  6. Vorrichtung für Mehrfachbetrieb-Warteschlangensystem, umfassend: eine Netzschnittstelleneinheit, die so ausgelegt ist, dass sie mit Knoten in einem Netz kommuniziert, und so ausgelegt ist, dass sie Pakete empfängt; und dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: einen Mehrfachbetrieb-Warteschlangenblock, der Warteschlangen umfasst, mit der Netzschnittstelleneinheit gekoppelt ist und ein AF/EF-Verhalten und ein DSUI-Verhalten bereitstellt, wobei gemäß dem DSUI-Verhalten eine Löschwahrscheinlichkeit nicht von einer Verzögerungsklasse eines Pakets abhängt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, welche ferner einen Betriebspunktparameter aufweist, der eine Kombination des AF/EF-Verhaltens und des DSUI-Verhaltens auswählt, wobei die Kombination ein reines AF/EF-Verhalten, ein reines DSUI-Verhalten und eine Kombination des AF/EF-Verhaltens und des DSUI-Verhaltens darstellen kann.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, welche ferner einen Glättungsparameter aufweist, der anzeigt, wie oft eine Verbindungsbandbreite zwischen einer strengen Prioritätsreihenfolge und einer gewichtsbasierten Verarbeitung geteilt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, welche ferner einen Dienstgüte (QoS)-Block umfasst, der mit dem Mehrfachbetrieb-Warteschlangenblock gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er hilft, QoS-Anforderungen durchzusetzen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner aufweisend: einen Betriebspunktparameter, der ein Verhalten des DiffServ-Routers anzeigt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Betriebspunktparameter so eingestellt sein kann, dass er ein reines AF/EF-Verhalten darstellt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Betriebspunktparameter so eingestellt sein kann, dass er ein reines DSUI-Verhalten darstellt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Betriebspunktparameter so eingestellt sein kann, dass er eine Kombination des AF/EF-Verhaltens und des DSUI-Verhaltens darstellt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Betriebspunktparameter einen Belegungsgrad eines einzelnen Puffers von einer Gruppe von Puffern mit einem anderen Belegungsgrad der Gruppe von Puffern in Beziehung bringt.
  15. System für ein Mehrfachbetrieb-Warteschlangesystem für DiffServ-Router, umfassend Knoten und einen DiffServ-Router (125; 210), umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14.
  16. System nach Anspruch 15, welches ferner einen Überwachungsserver (190) umfasst, der aufweist: einen Prozessor und ein maschinenlesbares Medium; eine Netzschnittstelleneinheit, die so ausgelegt ist, dass sie mit dem DiffServ-Router kommuniziert, und ein Dienstgüte (QoS)-Programm, das so funktioniert, dass es Vorgänge ausführt, welche umfassen: Bestimmen des Verhaltens des DiffServ-Routers; und Übermitteln des Verhaltens an den DiffServ-Router.
  17. System nach Anspruch 15, wobei das Übermitteln des Verhaltens an den DiffServ-Router automatisch erfolgt.
  18. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner das Erzeugen einer Paketlöschentscheidung basierend auf einem Belastungsgrad einer Zielwarteschlange umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner das Erzeugen einer Paketlöschentscheidung basierend auf einem Belastungsgrad in Bezug auf einen Satz von Warteschlangen oder alle Warteschlangen umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner das Erzeugen einer Paketlöschentscheidung basierend auf der Kombination eines Belastungsgrades einer Zielwarteschlange und auf einem Belastungsgrad in Bezug auf einen Satz von Warteschlangen oder alle Warteschlangen umfasst.
  21. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner das gemeinsame Benutzen einer Verbindungstransportkapazität zwischen Warteschlangen gemäß Gewichten, die für jede Warteschlange zugeordnet werden, umfasst.
  22. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner das gemeinsame Benutzen einer Verbindungstransportkapazität zwischen Warteschlangen gemäß einer strengen Prioritätsreihenfolge zwischen den Warteschlangen umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner das gemeinsame Benutzen einer Verbindungstransportkapa zität zwischen Warteschlangen basierend auf einer Kombination der Gewichte, die für jede Warteschlange zugeordnet werden, und auf einer strengen Prioritätsreihenfolge zwischen den Warteschlangen umfasst.
DE60306723T 2002-06-11 2003-06-09 Warteschlangensystem für Diffserv Router mit mehreren Betriebsmodi Expired - Fee Related DE60306723T2 (de)

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