DE60309821T2

DE60309821T2 - Verfahren zur vorherschauenden Konkurrenzbetriebsauflösung in einem optischen Burstvermittlungsnetz

Info

Publication number: DE60309821T2
Application number: DE60309821T
Authority: DE
Inventors: Farid Fahramand; John Blanton; Dominique Verchere
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2023-11-29
Also published as: EP1434460A1; US7420918B2; ATE346472T1; EP1434460B1; US20040120320A1; DE60309821D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Burstvermittlungsnetze. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung, ohne dass dies den Anwendungsbereich einschränkt, auf Steuerungsverfahren für Burstvermittlungsnetze.
Beschreibung zum entsprechenden Stand der Technik
Bei der Burstvermittlungstechnologie wie insbesondere bei der optischen Burstvermittlungstechnologie („Optical Burst Switching", OBS) werden Datenpakete, die jeweils aus mehreren Paketen bestehen, optisch an Kernknoten oder Router im OBS-Netzwerk weitervermittelt. Unter der Annahme, dass Datenpakete nicht gepuffert werden, benötigt der Kernknoten im Voraus Informationen zu den Datenpaketen, um den Switch zu konfigurieren. Zur Bereitstellung dieser Informationen wird ein kleines Steuerpaket, das so genannte „Burst Header Packet" (BHP), zeitlich versetzt vor dem Datenpaket übertragen. Das BHP enthält Informationen über die Ankunftszeit des Datenpakets, das Ziel des Datenpakets, etc.
Ein Konkurrenzbetrieb kann auftreten bei dem Versuch, mehrere Datenpakete über den gleichen Ausgang zu übertragen. Für die Verwendung in OBS-Netzwerken wurden verschiedene verteilte Steuerungsverfahren mit unterschiedlichem Verhalten und unterschiedlicher Komplexität vorgeschlagen. So gehören beispielsweise die Algorithmen First-Fit, Horizon und Horizon „Void Filling" zu den am häufigsten verwendeten Techniken. Alle diese Techniken verwenden ein ähnliches Kriterium zur Konkurrenzauflösung, das auf dem Löschen des zuletzt angekommenen Datenpakets basiert. Diese Techniken berücksichtigen lediglich Datenpakete, die während eines einzigen Zeitschlitzes in Konkurrenz stehen. Die Leistung des OBS-Netzwerks kann anhand der Paketverlustrate definiert werden; diese Rate gibt den Prozentanteil der Paketverluste bei der Steuerung an. Diese bestehenden Steuerungsalgorithmen sind nicht effizient und führen zu hohen Paketverlusten in OBS-Systemen, da beispielsweise das zuletzt angekommene Datenpaket das längste unter den in Konkurrenz stehenden Datenpaketen sein kann.
In jüngster Zeit wurde die Verwendung von Varianten eines als Segmentierung bekannten Konzepts der Konkurrenzauflösung in Verbindung mit dem Algorithmus Horizon Void Filling zur Reduzierung des Datenpaketverlusts und zur Verbesserung der Bandbreite vorgeschlagen. Die Segmentierung umfasst nur das Löschen des zuletzt angekommenen Datenpakets, das in Konkurrenz zu den anderen Datenpaketen steht. Diese Technik erfordert eine komplexe Implementierung des Zusammensetzens und Zerlegens von Datenpaketen.
Der Artikel „Burst Segmentation: An Approach für Reducing Packet Loss In Optical Burst Switched Networks" (Paketsegmentierung: Ein Ansatz zur Reduzierung der Paketverluste) von V. Vokkarane et al., 2002, Piscataway, NJ, USA, IEEE, USA, vom 28. April 2002, Seite 2673-2677, behandelt das Problem der Konkurrenzauflösung in optischen Burstvermittlungsnetzen. In diesem Artikel wird ein Ansatz zur Reduzierung der Paketverluste vorgestellt, der auf dem Konzept der Paketsegmentierung basiert. Bei der Paketsegmentierung wird im Konkurrenzbetrieb nicht das gesamte Paket gelöscht, sondern es kann in mehrere Segmente zerlegt werden, und nur die überlappenden Segmente werden gelöscht. Das Segmentierungskonzept wird in Verbindung mit einem Konzept der Ablenkung durch Simulation untersucht, und es wird aufgezeigt, dass über die Segmentierung mit Ablenkung eine erheblich verringerte Paketverlustrate erzielt werden kann.
Was wir brauchten, war daher eine Technik zur Konkurrenzauflösung, die die Paketverlustrate in OBS-Netzwerken verringert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zur Implementierung einer vorherschauenden Konkurrenzauflösung („Look-ahead Contention Resolution", LCR). Der Scheduler erzielt ein kollektives Wissen über den Status der Datenpakete über einen Zeitraum in der Zukunft. Dies stellt einen Gegensatz zu anderen vorgeschlagenen Steuerungsalgorithmen dar, bei denen der Switch im Voraus nur Informationen über einen einzigen Zeitschlitz in der Zukunft hat. Das kollektive Wissen über den Status der Datenpakete kann aus dem vor dem eigentlichen Datenpaket ankommenden BHP erfasst werden oder über andere Mittel.
In einer Hinsicht umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung von Datenpaketen in einem Burstvermittlungsnetz, wobei die Datenpakete zwischen Knoten über ein oder mehrere Kanäle in Zeitschlitzen mit fester Länge kommuniziert werden, jedes Paket ein oder mehrere Zeitschlitze in einem Kanal belegt und das Verfahren die Schritte zur Bestimmung eines Datenpaketfensters umfasst, wobei das Datenpaketfenster einen Zeitraum umfasst, der mit dem Zeitraum für eine Gruppe von Zeitschlitzen übereinstimmt und zu einem vorgegebenen Versatz-Zeitraum ab einem Zeitpunkt t = 0 beginnt; das Feststellen, ob eine Konkurrenz zwischen den Datenpaketen innerhalb des Datenpaketfensters vorliegt, weil die Datenpakete überlappende Zeitschlitze belegen; falls eine Konkurrenz zwischen den Datenpaketen vorliegt, werden ein oder mehrere Datenpakete, zwischen denen eine Konkurrenz vorliegt, entsprechend der Analyse des kürzesten Pfads gelöscht.
In einer weiteren Hinsicht umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Steuern von Datenpaketen über einen Router in einem Burstvermittlungsnetz, wobei Datenpakete vom Router über eine erste Gruppe einer Vielzahl optischer Übertragungsleitungen empfangen und an eine zweite Gruppe optischer Übertragungsleitungen weitervermittelt werden, wobei die Datenpakete über diese erste und zweite Gruppe optischer Übertragungsleitungen über einen oder mehrere Kanäle mithilfe synchroner Zeitschlitze fester Länge kommuniziert werden, wobei jedes Paket ein oder mehrere Zeitschlitze in einem Kanal belegt; dabei umfasst das Verfahren die Schritte zur Bestimmung eines Datenpaketfensters („BW"), wobei das Datenpaketfenster einen Zeitraum umfasst, der mit dem Zeitraum für eine Gruppe von Zeitschlitzen übereinstimmt und zu einem vorgegebenen Versatz-Zeitraum ab einem Zeitpunkt t = 0 beginnt; das Bestimmen eines Auflösungsbereichs („Resolution Region", RR) innerhalb des Datenpaketfensters, wobei der Auflösungsbereich die Datenpakete umfasst, die nur die Zeitschlitze belegen, die vollständig innerhalb der Grenzen des Datenpaketfensters liegen; Feststellen, ob ein Konkurrenzbetrieb zwischen den Datenpaketen innerhalb des RR vorliegt, weil die Datenpakete überlappende Zeitschlitze belegen; falls ein Konkurrenzbetrieb zwischen den Datenpaketen vorliegt, Bestimmen von ein oder mehreren zu löschenden Datenpaketen, um eine möglichst geringe Menge von Daten innerhalb des RR zu verlieren.
In einer weiteren Hinsicht umfasst die Erfindung ein System zur Steuerung von Datenpaketen in einem Burstvermittlungsnetz, wobei die Datenpakete zwischen Knoten über ein oder mehrere Kanäle in Zeitschlitzen mit fester Länge kommuniziert werden, jedes Paket ein oder mehrere Zeitschlitze in einem Kanal belegt und das System Mittel zur Bestimmung eines Vorherschaufensters („Look-Ahead Window", LAW) von Burst Header Packets („BHP") umfasst; Mittel zum Bestimmen eines Datenpaketfensters entsprechend den BHPs im LAW, wobei das Datenpaketfenster bei einem vorgegebenen Versatz vom LAW beginnt; Feststellen, ob ein Konkurrenzbetrieb zwischen den Datenpaketen innerhalb des Datenpaketfensters vorliegt, weil die Datenpakete überlappende Zeitschlitze an einem gemeinsamen Ausgangs-Port belegen; und Mittel zum Reagieren auf das Vorliegen einer Konkurrenz zwischen Datenpaketen zum Löschen eines der Datenpakete, zwischen denen die Konkurrenz vorliegt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung lässt sich mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erzielen, für die gilt:
1 zeigt BHPs und Datenpakete, die an einem 2x2 optischen Switch innerhalb eines OBS-Routers ankommen;
2A und 2B zeigen jeweils ein Vorherschaufenster und ein Paketfenster sowie einen Auflösungsbereich gemäß einer Ausführungsform;
3A-3D zeigen eine Technik zur Vorherschau-Konkurrenzauflösung („Look-Ahead Contention Resolution", LCR) gemäß einer Ausführungsform;
4 und 5 zeigen Ablaufdiagramme zum Betrieb der LCR-Technik gemäß einer Ausführungsform;
6 zeigt ein gerichtetes Schaubild, das entsprechend der LCR-Technik gemäß einer Ausführungsform erstellt wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen werden gleiche oder ähnliche Elemente in allen Ansichten, in denen sie vorkommen, mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die verschiedenen Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt.
Zur Vereinfachung und ohne Verzicht auf allgemeine Gültigkeit wird diese Technik hier anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem die Pakete eine variable Länge haben, keine Pufferung erfolgt und eine durch Taktimpulse synchronisierte Übertragung mit Zeitschlitz-Körnung verwendet wird. Es ist jedoch erkennbar, dass diese Bedingungen für die hier beschriebene Technik nicht unbedingt erforderlich sind. Darüber hinaus wird bei dem nachfolgend beschriebenen Beispiel davon ausgegangen, dass BHPs mit einem festgelegten Zeitversatz zu den Datenpaketen auf einem separaten Steuerkanal empfangen werden. Alternativ dazu können Voraus-Informationen zu Datenpaketen auf beliebige Arten empfangen werden einschließlich über Inband-Signale, einzelne Steuerpakete zur Beschreibung mehrerer Datenpakete, BHPs, die in verschiedenen Versatz-Zeiträumen ankommen, etc.
1 zeigt die relative Position der BHPs 100(1)-100(15) und die entsprechenden Datenpakete 101(1)-101(15) an verschiedenen Eingangskanälen. In dem gezeigten Fall wird davon ausgegangen, dass ein Switch 102 innerhalb eines OBS-Routers zwei eingehende Ports 103a, 103b und zwei ausgehende Ports 104a, 104b aufweist. Jeder der Ports 103a, 103b, 104a, 104b umfasst zwei Datenkanäle DC1, DC2 und einen einzelnen Steuerkanal CC1. Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass die maximale Paketlänge („Lmax") 4 Zeitschlitze beträgt.
Da die BHPs gemäß einer Ausführungsform vor den entsprechenden DBs empfangen werden, ist es möglich, ein Vorherschaufenster („LAW") mit der Länge W Zeitschlitze zu konstruieren zur Identifikation einiger eingehender Pakete t Zeitschlitze in der Zukunft. Für das hier verwendete Beispiel wird davon ausgegangen, dass W gleich 2·Lmax entspricht, wobei Lmax die maximale Paketlänge darstellt.
2A zeigt ein Beispiel der an allen Steuerkanälen empfangenen BHPs, die für den gleichen Ausgangs-Port bestimmt sind, wie beispielsweise den Ausgangs-Port 104a (1) innerhalb eines LAW 200, der in diesem Fall W = acht Zeitschlitze breit ist. In der in 2A gezeigten Ausführungsform erstreckt sich das LAW 200 von t19 bis t27. Für dieses Beispiel wird ein Versatz („t") von 9 Zeitschlitzen zwischen den BHPs 101(1)-101(15) und ihren entsprechenden Datenpaketen 102(1)-102(15) angenommen. Dementsprechend kann später unter Verwendung der in 2B dargestellten BHP-Informationen ein Datenpaketfenster („Data Burst Window", BW) 210 der Länge W für eine Versatzdauer t ([t19-t27] + 9 oder [t28-t36]) konstruiert werden. Die Anfangs- und Endpunkte des BW 210 auf der Zeitachse sind über TSo und TSw definiert, wobei der Unterschied zwischen TSo und TSw der Breite W entspricht. Wie in 2B dargestellt, gilt TSo = t28 und TSw = t36. Das BW 210 umfasst die DBs 102(1)-102(15) entsprechend den BHPs 101(1)-101(15) des LAW 200 (2).
Das Erstellen des LAW aus BHPs stellt wiederum nur ein Verfahren zum Konstruieren eines Paketfensters aus Datenpaketen dar, die in einem zukünftigen vorgegebenen Zeitraum vor t = 0 ankommen. Weitere Verfahren können zum Konstruieren des Paketfensters verwendet werden. Es ist jedoch unbedingt zu beachten, dass der Anfang des Paketfensters ausreichend vorzeitig ist, um die Konkurrenzauflösung zu verarbeiten und den Switch zu konfigurieren.
Nachdem die Ankunftszeiten der DBs innerhalb eines Paketfensters 210 ermittelt wurden, wie in 2B gezeigt, kann ein Auflösungsbereich („RR") 212 definiert werden, in dem heuristische Entscheidungen hinsichtlich der Datenpakete getroffen werden können, um einen Konkurrenzbetrieb zu vermeiden. Der Anfangs- und Endpunkt des Auflösungsbereichs ist TSo bzw. TSr. TSo ist immer identisch mit dem Anfangspunkt des BW 210. In einer Ausführungsform ist TSr als der früheste Zeitpunkt definiert, bei dem die Länge eines DB über die Ankunft des DB 210 hinausgeht. Dementsprechend reicht in dem in 2A und 2B gezeigten Beispiel der RR 212 von t28 bis t34. Dieser Punkt kann wie folgt bestimmt werden. Als Erstes wird B gleich (Bi(L, ts)) gesetzt, wobei Bi ein Paket innerhalb des BW mit der Dauer L und dem Startzeitpunkt ts ist. Eine Gruppe v, die alle Pakete über die Grenzen des Paketfensters hinaus umfasst, wird ermittelt. Insbesondere gilt: V = {Bj(Lj, tsj)|(Lj + tsj > TSw)};V ⊂ B. Als Nächstes wird das DB in der Gruppe V mit dem niedrigsten Startzeitpunkt ermittelt. Insbesondere gilt TSr = min(tsj|Bj ∊ V); (TSr ≤ TSw). Zum Abschluss werden die Grenzen des Auflösungsbereichs auf [TSo-TSr] festgelegt.
Die Technik der Konkurrenzauflösung kann nur auf die DBs innerhalb eines RR angewandt werden, beispielsweise auf den RR 212. In diesem Fall können das LAW 200 und daher das BW 210 über die gesamte Breite des RR weiter geschoben werden. Mit Bezug auf 2B ist beispielsweise zu erkennen, dass der RR 212, wie hier dargestellt, von t28 bis t34 reicht. Sobald die Konkurrenzauflösung für die darin enthaltenen DBs (d. h. die DBs 102(1)-102(16)) durchgeführt wurde, können das LAW und damit das BW um die gesamte Breite des RR bzw. sechs Zeitschlitze weiter geschoben werden. Somit kann das nächste BW (und damit der RR) an t34 beginnen. Alternativ dazu kann das BW 210 nur um einen Zeitschlitz weiter geschoben und die Konkurrenzauflösung für DBs innerhalb des Auflösungsbereichs erneut durchgeführt werden.
Neben dem Auflösungsbereich kann der Bereich, in dem das Verfahren zur Konkurrenzauflösung innerhalb des BW 210 verwendet werden kann, auch über ein anderes Verfahren definiert werden. Das Verfahren zur Konkurrenzauflösung kann auf alle DBs innerhalb des gesamten BW angewendet werden, wobei in diesem Fall das BW im Wesentlichen als RR agiert. Es ist jedoch erkennbar, dass in diesem Fall definitive Entscheidungen nur auf DBs angewendet werden können, deren Startzeitpunkt dem TSo entspricht, und das LAW 200 (und damit das BW 210) kann damit immer nur um jeweils einen Zeitschlitz weiter verschoben werden. Zur Illustration wird das Verfahren, bei dem sich der RR mit dem BW über den gleichen Bereich erstreckt und bei dem das LAW und das BW jeweils nur um einen Zeitschlitz weiter verschoben werden, nachfolgend mit Bezug auf 3A-3D beschrieben.
3A ist in allen Punkten mit 2B identisch außer darin, dass in 3A der RR 212 aus 2B nicht dargestellt ist. Dies liegt daran, dass, wie zuvor beschrieben, das in 3A-3D dargestellte Beispiel von der Annahme ausgeht, dass das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Konkurrenzauflösung auf alle DBs im BW 210 angewendet wird. Wie oben beschrieben, kann das Paketfenster in 3A aus BHPs in einem LAW wie das in 2A dargestellte konstruiert werden oder über ein anderes Verfahren zum Erfassen von Vorab-Informationen zu den Datenpaketen. Bezug nehmend auf 3A ist zu beachten, dass bei N = 2 verfügbaren Datenkanälen an jeder der beiden Verbindungen an einigen Zeitschlitzen ein Konkurrenzbetrieb vorliegt. Insbesondere lassen sich drei Konkurrenzbereiche („Contention Region", CR) definieren: CR = {CR1, CR2, CR3}, wobei CR1 = [t30-t31], CR2 = [t32-t33] und CR3 = [t34-t36]. Der Konkurrenzbereich CRx ist definiert als eine Reihe aufeinander folgender Zeitschlitze, die einen gewissen Konkurrenzgrad aufweisen. Obwohl das Verfahren zur Konkurrenzauflösung die Konkurrenz für das gesamte BW 210 löst, werden in diesem Beispiel zu jedem Zeitpunkt nur diejenigen DBs mit dem Anfangspunkt gleich TSo gelöscht.
In 3A sind die DBs 102(4) und 102(7) schattiert dargestellt, um darauf hinzuweisen, dass es sich dabei um DBs handelt, die potenziell gelöscht werden. Die Auswahl dieser DBs wird Bezug nehmend auf 4 und 5 ausführlicher beschrieben. Es ist zu beachten, dass keine definitive Entscheidung hinsichtlich der Löschung von DBs getroffen werden kann, da die Startzeitpunkte der DBs noch nicht dem TSo entsprechen, der in 3A dem t28 entspricht. Das einzige DB mit einem Startzeitpunkt gleich dem TSo ist DB 102(1), das eingeplant werden kann, weil es nicht innerhalb eines Konkurrenzbereichs liegt.
Das BW 210 (und der effektive RR) wird um einen Zeitschlitz mit den Begrenzungen [t29-37] verschoben. Wie in 3B gezeigt, wird DB 102(1) eingeplant. Drei CRs sind definiert: CR = {CR1, CR2, CR3}, wobei CR1 = [t30-t31], CR2 = [t32-t33] und CR3 = [t34-t36].
Wiederum sind die DBs 102(4) und 102(7) schattiert dargestellt, um darauf hinzuweisen, dass es sich dabei um DBs handelt, die potenziell gelöscht werden, jedoch wurde wiederum keine definitive Entscheidung hinsichtlich der Löschung dieser DBs getroffen, da die Startzeitpunkte der DBs noch nicht dem TSo entsprechen, der in 3B dem Zeitpunkt t29 entspricht. Es liegen jetzt zwei DBs mit einem Startzeitpunkt gleich dem TSo vor: DB 102(2) und DB 102(3), die eingeplant werden können, da sie nicht zur Berücksichtigung für die Löschung gekennzeichnet sind.
Bezug nehmend auf 3C wird das BW 210 (und der entsprechende Auflösungsbereich) um einen Zeitschlitz weiter verschoben, sodass seine Grenzen jetzt bei [t30-t38] liegen. Wie in 3C gezeigt, haben DB 102(2) und DB 102(3) diesen Prozess abgeschlossen und wurden eingeplant. Drei CRs sind definiert: CR = {CR1, CR2, CR3}, wobei CR1 = [t30-t31], CR2 = [t32-t33] und CR3 = [t34-t38].
DB 102(4) ist wiederum schattiert dargestellt, um darauf hinzuweisen, dass es sich dabei um ein DB handelt, das potenziell gelöscht wird; DB 102(7) wurde dagegen aus der Berücksichtigung für die Löschung entfernt, und DB 102(8) wird jetzt stattdessen für die Löschung berücksichtigt. Dies verdeutlicht den Grund dafür, dass keine definitive Entscheidung hinsichtlich der Löschung eines DB getroffen werden sollte, dessen Startzeitpunkt nicht dem TSo entspricht, der in 3C dem Zeitpunkt t30 entspricht. Da in diesem Fall der Startzeitpunkt von DB 102(4) dem TSo entspricht, kann eine Entscheidung zum Löschen des DB getroffen werden. Darüber hinaus werden DB 102(2) und DB 102(3) eingeplant.
Bezug nehmend auf 3D wird das BW 210 (und der entsprechende RR) um einen Zeitschlitz weiter verschoben, sodass seine Grenzen jetzt bei [t31-t39] liegen. Wie in 3D gezeigt, wurde für DB 102(4) keine Reservierung zugelassen, und das DB wird daher gelöscht.
In diesem Beispiel werden nur die DBs mit einem Startzeitpunkt, der dem TSo entspricht, zu einem bestimmten Zeitpunkt gelöscht. In einer oben beschriebenen alternativen Ausführungsform kann das Verfahren zur Konkurrenzauflösung auf alle DBs innerhalb eines Auflösungsbereichs angewendet werden, beispielsweise auf den in 2B dargestellten RR 212. In dieser Situation kann das Paketfenster um die gesamte Breite des RR weiter verschoben werden, und die Datenpakete können vor t = 0 gelöscht werden.
Es ist zu beachten, dass der Zeitversatz zwischen dem BHP und seinen DBs lang genug sein muss, um sicherzustellen, dass das DB nicht ankommt, bevor die Verarbeitung seines BHP abgeschlossen ist; das bedeutet, t muss größer oder gleich W sein. Im dargestellten Beispiel ist W = 8 und t = 9; die Bedingung ist damit erfüllt.
Das Konzept des LCR-Verfahrens lässt sich in drei grundsätzliche Schritte unterteilen mit (1) Erstellen eines Datenpaketfensters aus Datenpaketen, die um einen Zeitversatz t später am gleichen Ausgangs-Port bzw. der gleichen Ausgangsverbindung ankommen; (2) Bestimmen der Konkurrenzbereiche („CRx") und Definieren des Ausflösungsbereichs in jedem BW; und (3) Anwenden heuristischer Daten, über die festgelegt wird, welche der in Konkurrenz stehenden Datenpakete in den einzelnen CRs innerhalb des RR (oder BW) gelöscht werden müssen. Die beiden ersten Schritte werden Bezug nehmend auf 4 weiter unten ausführlicher beschrieben. Der dritte Schritt wird Bezug nehmend auf 5 weiter unten ausführlicher beschrieben.
Bezug nehmend auf 4 wird davon ausgegangen, dass Daten für ein Datenpaketfenster aus einem LAW der Länge W konstruiert werden, wie in 2A gezeigt, wobei W = 2·Max_Burst_Length = 2·Lmax ist. Das LAW wird aus BHPs konstruiert, die um einen Zeitversatz t vor den Datenpaketen empfangen werden. In Schritt 400 werden Zeitschlitze ab einer aktuellen Zeit akkumuliert, bis ein LAW voller Größe (d. h. W Zeitschlitze) erzielt wird. In Schritt 402 wird aus den Daten in den BHPs ein BW für Pakete einem spezifischen Ausgangs-Port oder einer spezifischen Ausgangsverbindung im LAW zugeordnet. Insbesondere sind die Grenzen des BW [TSo-TSw], wobei TSo = aktuelle Zeit + Versatz (t) und TSw = TSo + W. In Schritt 404 wird innerhalb des BW der RR definiert. In der in 3A-3E dargestellten Ausführungsform ist der RR als identisch mit dem BW definiert.
In einer alternativen Ausführungsform liegen die Grenzen des RR bei [TSo-TSr], wobei TSr als der früheste Punkt definiert ist, in der ein DB ankommt, dessen Länge sich über die Grenze des DB hinaus erstreckt (d. h. über TSw hinaus). Dieser Punkt kann wie weiter vorn beschrieben mathematisch bestimmt werden.
In Schritt 406 werden alle Konkurrenzbereiche innerhalb des RR ermittelt, insbesondere CR = {CR1, CR2, ... CRu}, wobei u ≤ W/2. Dementsprechend gilt in diesem Beispiel u ≤ 4. In Schritt 408 werden Konkurrenzbereiche innerhalb des RR aufgelöst durch Ermitteln einer Gruppe von P von DBs, die potenziell gelöscht werden können. In Schritt 409 wird eine Gruppe D von DBs, die zum Löschen gekennzeichnet werden können, ermittelt. Insbesondere umfasst die Gruppe D DBs, die zur Gruppe P gehören und für die ts = TSo gilt. Die Schritte 408 und 409 sind in 5 weiter unten ausführlich beschrieben.
In Schritt 410 werden DBs mit dem Startzeitpunkt ts = TSo, die nicht zum Löschen gekennzeichnet wurden, eingeplant. In Schritt 412 wird das LAW weiter geschoben. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird das LAW um einen Zeitschlitz weiter geschoben, d. h. TSo = TSo + 1. In einer alternativen Ausführungsform kann das LAW um die gesamte Breite des LAW weiter geschoben werden; d. h. TSo = TSo + W. Die Ausführung kehrt anschließend zurück zu Schritt 402.
Nachdem das Datenpaketfenster konstruiert und die Ankunftszeit der eingehenden DBs zusammen mit der entsprechenden Dauer ermittelt wurden, kann das Problem der Konkurrenzauflösung auf den folgenden Punkt reduziert werden: Wenn mehr als N Pakete an den gleichen Ausgangs-Port am Switch adressiert werden (wobei N die Anzahl der an dem Port verfügbaren Datenkanäle ist), wie kann der Konkurrenzbetrieb durch Minimieren des BLR optimal aufgelöst werden?
Ein Verfahren ist die Verwendung der Vorgehensweise des kürzesten Datenpakets, bei der das kürzeste Datenpaket in einem Konkurrenzbereich gelöscht wird. Durch das Löschen des kürzesten Datenpakets werden jedoch nicht immer die gelöschten Daten minimiert. Das Löschen eines längeren Datenpakets kann bessere Ergebnisse zur Folge haben, wenn zwei oder mehr CRs innerhalb des gleichen Datenpaketfensters durch das Löschen des größeren Pakets aufgelöst werden. Stattdessen wird ein zentralisierter Algorithmus „Kürzester Pfad" verwendet, um die kleinste Datenmenge zu finden, die gelöscht werden muss, damit keine weitere Port-Konkurrenz vorliegt.
Der Inhalt des Datenpaketfensters kann als ein gerichtetes Schaubild bzw. ein „Digraph" G = (n, A) dargestellt werden. Der Parameter n ist definiert als die Gruppe von (ts(i), te(i)), wobei ts(i) und te(i) jeweils den Start- und den Endzeitpunkt eines Pakets i („Bi") angeben. A steht für eine Sammlung geordneter Paare eindeutiger Knoten von n mit einer Gewichtung entsprechend der Dauer von Bi („LBi").
Bei einer Gruppe von Konkurrenzbereichen CR = {CR1, CR2, ... CRu) innerhalb des Datenpaketfensters, wobei CRi = [ts(m)-te(n)] ist, liegt das Problem des kürzesten Pfads einfach darin, den kürzesten Pfad p durch die Gruppe der Konkurrenzbereiche CR zu finden. Zur Lösung des Problems des kürzesten Pfads muss der ursprüngliche Digraph G so geändert werden, dass er verbunden ist. Dementsprechend wurde eine Reihe einfacher Regeln entwickelt, um die aneinander angrenzenden Knoten im Digraph G miteinander zu verbinden. Details zu diesen Regeln sind in 5 weiter unten angegeben. Der resultierende Digraph G' = (n, A') kann mithilfe der Standardalgorithmen zum Problem des kürzesten Pfads auf Konkurrenzbetrieb gelöst werden.
Bezug nehmend auf 5 wird in Schritt 500 mit dem BW ein Digraph G konstruiert. In diesem Schritt wird jedem Zeitpunkt im BW mit einem Start- oder Endzeitpunkt eines Pakets Bi ein Knoten zugeordnet. Dabei wird ein Pfad konstruiert zwischen jedem Anfangsknoten und Endknoten eines Pakets Bi, und diesem Pfad wird ein Wert zugeordnet, der der Paketdauer Bi entspricht. In Schritt 502 werden bestimmte aneinander angrenzende Knoten miteinander verbunden. Insbesondere die gerichteten Nullpfad-Verbindungen Z_{k, k+1} und Z_{k+1, k} werden zwischen allen angrenzenden Knotenpaaren [(k, k + 1) und (k + 1, k)] innerhalb des BW hinzugefügt. Z_{k, k+1} und Z_{k+1, k} werden jedoch entfernt, wenn der Knoten k der Startknoten eines Konkurrenzbereichs ist, und Z_{k, k-1} und Z_k-1,
k werden entfernt, wenn der Knoten k der Endknoten eines Konkurrenzbereichs ist. Z_{k, k+1} wird entfernt, wenn der Knoten k innerhalb eines Konkurrenzbereichs liegt. Somit sind angrenzende Knotenpaare, die Zeiten zwischen Konkurrenzbereichen darstellen, nicht verbunden. Ein negativer Pfad N_{k+1, k} wird zugeordnet aus k – 1 bis k, wenn der Knoten k innerhalb eines Konkurrenzbereichs liegt. Z_{k, k+1} wird durch einen nicht-nullgerichteten Pfad von k nach k + 1 ersetzt.
In Schritt 504 wird eine Kostenmatrix Cij für den Digraph G erzeugt. In Schritt 506 wird mit einem Algorithmus für den kürzesten Pfad wie beispielsweise Dijkstra oder Bellmann-Ford das kürzeste Paket aus CR1 bis CRu ermittelt. In diesem Schritt gilt P = {Bi, Bj, ...}. In Schritt 508 ist die Untergruppe von Paketen in P so angeordnet, dass ihr Startpunkt TSo entspricht und diese Pakete zum Löschen gekennzeichnet werden. In diesem Schritt gilt D = {Bj(L, ts)|(tsj = TSo)}; D ⊂ P und somit D ⊂ B. In Schritt 510 wird die Dauer der verbleibenden Pakete, die sich über TSw hinaus erstrecken, in unendlich geändert, sodass diese Pakete nicht im nächsten BW gelöscht werden.
Der in 5 dargestellte Ansatz lässt sich mit Bezug auf das in 3A gezeigte Beispiel verdeutlichen. Zunächst wird ein gerichteter Graph G = (n, A) erstellt. Die Gruppe aus Paketen innerhalb des Datenpaketfensters 210 wird dargestellt durch B = {B1, B2 ... Bq}, wobei q = 9 ist. Somit gibt es in G neun Bögen mit 11 eindeutigen Knoten. Jedem Bogen (ts(i), t_e(i)) wird eine Gewichtung zugeordnet, die die Paketdauer LBi darstellt. Dementsprechend gilt n = {t28, t29, t31, ... T38} und A = {(t28, t29), (t29, t31), (t29, t32), ...}. In diesem Fall gilt CR1 = {t30, t31), CR2 = {t32, t33), usw. Beim Auflösen nach p, wie in 5 gezeigt, liefert D = {B4, B7}. Es ist zu beachten, dass keines dieser Pakete einen Startzeitpunkt („ts") von TSo hat. Es werden daher keine Pakete gelöscht, und das LAW wird um einen Zeitschlitz weiter verschoben. Der resultierende gerichtete Graph G ist in 6 dargestellt.
Die Nullpfad-Verbindungen zwischen angrenzenden Knoten, wie in 5, Schritt 502 beschrieben, sind zum Verbinden des Graphen erforderlich. Der Grund dafür ist, dass in vielen Fällen die Konkurrenzbereiche nicht miteinander verbunden sind. Andererseits sind angrenzende Knoten innerhalb eines Konkurrenzbereichs eventuell nicht verbunden. Außerdem wird durch die Notwendigkeit zum Zuordnen negativ gerichteter Pfade zwischen aufeinander folgenden Knoten innerhalb des CRx sichergestellt, dass die überlappenden Pakete zwischen zwei Knoten vor einem einzelnen Paket mit der gleichen Länge entfernt werden. Dies kann anhand eines Beispiels verdeutlicht werden.
Nach dem Erzeugen eines gerichteten Graphen wird ein Algorithmus zum kürzesten Pfad ausgeführt, um das kleinste an der Konkurrenz beteiligte Paket zu finden. In diesem Fall ist die Länge von B1 und B2 + B3 gleich, es scheint daher, dass kein Unterschied zwischen dem Löschen der einen oder anderen Gruppe besteht. Wenn jedoch B1 entfernt wird, liegt weiterhin eine Konkurrenz zwischen den Knoten 4 und 3 vor. Um dies zu vermeiden, wird Priorität auf die Fälle gelegt, bei denen sich Pakete überlappen (d. h. B2 und B3).
Diese Technik bietet außerdem eine höhere Fairness hinsichtlich der Löschung von Paketen mit unterschiedlichen Pfaden zwischen Quelle und Ziel. Der Wert des negativ gerichteten Pfads N_k kann ein Bruchteil einer Einheit sein (z. B. –0,01).
Nachdem ein verbundener Graph G' = (n, A') definiert wurde, kann seine zugeordnete Abstandsmatrix C_ij konstruiert werden. Dabei ist zu beachten: Wenn (i, j) kein Bogen des Digraphen G' ist, wird d_ij als unendlich gekennzeichnet. Die Komplexität bei der Berechnung der kürzesten Gruppe von Paketen in jedem Fenster hängt von der Auswahl des Algorithmus für den kürzesten Pfad ab. Varianten der Algorithmen Bellmann-Ford oder Dijkstra erscheinen hierbei praktisch und effizient.
Dementsprechend bietet die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise ein Verfahren und ein Gerät zur Implementierung einer vorherschauenden Konkurrenzauflösung („Look-Ahead Contention Resolution", LCR). Die LCR-Technik nutzt die Vorteile der bestehenden Trennung der Datenpakete und ihrer BHPs in der Zeit (Versatz oder „t"). Durch ein Vorherschaufenster („LAW") mit einer Breite wie W Zeiteinheiten kann der Scheduler BHPs verarbeiten, bevor die entsprechenden Pakete ankommen, und somit ein kollektives Wissen über den Status des Switch in der Zukunft erzielen. Dies stellt einen Unterschied zu anderen vorgeschlagenen Algorithmen zur Einplanung dar, bei denen der Switch vorab nur Informationen über einen einzigen Zeitschlitz t Zeiteinheiten in der Zukunft hat. Die Erfindung verarbeitet anschließend die Konkurrenz innerhalb des konstruierten Paketfensters, eliminiert die Konkurrenz und minimiert gleichzeitig die Menge der zu löschenden Daten.
Es ist zu beachten, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen insbesondere für Systeme geeignet sind, bei denen die Größe der Datenpakete variabel ist und denen es an Mitteln zur Pufferung der Datenpakete mangelt. Darüber hinaus gelten die Ausführungsformen, wenn der Versatz t variabel ist und unabhängig davon, ob die Datenpakete segmentiert sind oder nicht.
Darüber hinaus eignen sich die hier beschriebenen Ausführungsformen für verschiedene Formen von Burstvermittlungsnetzen unabhängig von dem verwendeten Transportmedium. Die Ausführungsformen können insbesondere auf „Electronic Burst Switching" (EBS), „Advanced Manufacturing Systems" (AMS) und „Radio Burst Switching" (RBS) Netzwerke angewendet werden.
Aufbauend auf der obigen ausführlichen Beschreibung sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung eine innovative und effiziente Lösung zur Implementierung einer LCR-Technik in einem OBS-Netzwerk darstellt. Die hier beschriebene LCR ist ein generischer Mechanismus, der in Verbindung mit zahlreichen anderen Algorithmen zur Einplanung verwendet werden kann, beispielsweise Segmentierung oder anderen Algorithmen. Darüber hinaus kann die LCR auch in Anwendungen mit Anforderungen hinsichtlich der Dienstgüte („QoS") hilfreich sein. Und die LCR-Technik ist nicht auf ein bestimmtes Übertragungsschema begrenzt (z. B. segmentiert oder nicht segmentiert), und sie kann für ein Umschaltsystem mit oder ohne „Fiber Delay Lines" (FDLs) oder optische Puffer verwendet werden. Darüber hinaus hat es auf den Funktionsumfang der LCR-Technik keine Auswirkung, ob die Versatzgröße konstant oder variabel ist.
Es ist anzunehmen, dass der Betrieb und die Konstruktion der vorliegenden Erfindung aus der obigen ausführlichen Beschreibung klar ist. Die exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung wurden hier zwar entsprechend der bevorzugten Form gezeigt und beschrieben, es sollte jedoch klar sein, dass verschiedene Änderungen und Variationen möglich sind, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung gemäß den folgenden Ansprüche abzuweichen.
1

Jedes BHP wird um 10 Zeitschlitze im Voraus übertragen; Max DB = 4 Zeitschlitze

Datenpakete werden an 2 separaten Paketen übertragen

BHP/Ermittlung der Paketlänge und des eingehenden DB

(Time) – Zeit
(Switch) – Switch
(Port) – Port
(Packets) – Pakete

2A

(Current Time) – Aktueller Zeitpunkt
(Time) – Zeit
(Look-Ahead Window) – Vorherschaufenster (LAW)

2B

(Time) – Zeit
(Current Time + Offset) – Aktueller Zeitpunkt + Versatz
(Resolution Region (RR)) – Auflösungsbereich (RR)
(Burst Window) – Paketfenster (BW)

3A

(Current Time + Offset) – Aktueller Zeitpunkt + Versatz
(Time) – Zeit
(Potential Bursts to be dropped) – Potenziell zu löschende Pakete
(Burst Window) – Paketfenster (BW)

3B

(Time) – Zeit
(Current Time + Offset) – Aktueller Zeitpunkt + Versatz
(B1 is scheduled) – B1 ist eingeplant
(Burst Window) – Paketfenster (BW)

3C

(Current Time + Offset) – Aktueller Zeitpunkt + Versatz
(Time) – Zeit
(Burst Window) – Paketfenster (BW)

3D

(Time) – Zeit
(Current Time + Offset) – Aktueller Zeitpunkt + Versatz
(B4 will be discarded) – B4 wird gelöscht
(Burst Window) – Paketfenster (BW)

4

400: Zeitschlitze akkumulieren bis zum Erreichen eines LAW voller Größe
402: BW Zuweisen
404: RR definieren
406: Gruppe CR aus Konkurrenzbereichen ermitteln
408: Innerhalb der CR-Gruppe eine Gruppe P aus Paketen ermitteln, die potenziell gelöscht werden können.
409: Alle Pakete in Gruppe D zum Löschen markieren, wobei D alle Pakete in Gruppe P mit ts = TSo umfasst
410: Alle Pakete mit ts = TS0, die nicht zur Gruppe D gehören, ermitteln
412: LAW weiterschieben

5

500: Digraph G konstruieren
502: Angrenzende Knoten nach Regeln zur Konstruktion von Digraph G miteinander verbinden
504: Kostenmatrix C_ij konstruieren
506: Gruppe P von Paketen ermitteln, die die kürzesten Pakete von CR₁ bis CR_u umfassen
508: Gruppe D mit einer Teilgruppe der Gruppe P aus Paketen ermitteln, für die ts = TSo
510: Dauer der verbleibenden Pakete ändern, die sich über TSw hinaus bis unendlich erstrecken.

Claims

Verfahren zum Einplanen von Datenpaketen in einem Burstvermittlungsnetz, wobei Datenpakete zwischen Knoten über ein oder mehrere Kanäle mithilfe von Zeitschlitzen fester Länge übertragen werden, jedes Paket ein oder mehrere Zeitschlitze in einem Kanal belegt und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Ermitteln eines Datenpaketfensters BW (210) von Datenpaketen, die an ein gemeinsames Ziel adressiert sind, wobei das BW (210) einen Zeitraum umfasst, der einer ersten Anzahl von Zeitschlitzen entspricht und zu einem vorgegebenen Versatzzeitraum ab einem Zeitpunkt t = 0 beginnt; – Ermitteln (406), ob ein oder mehrere Konkurrenzbereiche zwischen den Datenpaketen innerhalb des Datenpaketfensters (210) vorliegen; und – Ermitteln, ob ein oder mehrere Konkurrenzbereiche zwischen Datenpaketen vorliegen, – Konstruieren eines Pfads zwischen jedem Anfangsknoten eines Pakets, der dem ersten Zeitschlitz entspricht, und dem Endknoten eines Pakets, der dem letzten Zeitschlitz entspricht; – Hinzufügen einer Nullpfadverbindung zwischen allen angrenzenden Knotenpaaren innerhalb des BW (210) außer innerhalb der Konkurrenzbereiche; – Verwenden einer Analyse zum kürzesten Pfad, um die kürzeste Gruppe von Paketen, die durch die Gruppe der Konkurrenzbereiche laufen, und die Gruppe zur Identifikation (409, 508) der zu löschenden Datenpakete zu finden.
Verfahren aus Anspruch 1, das des Weiteren folgende Schritte umfasst: – Weiterschieben des BW um einen Zeitschlitz; und – Wiederholen der Schritte zum Bestimmen, ob ein oder mehrere Konkurrenzbereiche vorliegen, und Ermitteln einer oder mehrerer zu löschender Datenfenster.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren folgende Schritte umfasst: – Weiterschieben des BW um die erste Anzahl von Zeitschlitzen; und – Wiederholen der Schritte zum Bestimmen, ob ein oder mehrere Konkurrenzbereiche vorliegen, und Ermitteln einer oder mehrerer zu löschender Datenfenster.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Ermittlung von zu löschenden Datenpaketen nur dann auch den Schritt zum Löschen eines der Datenpakete umfasst, wenn ein Startpunkt davon t = 0 entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren den Schritt zum Bestimmen eines Auflösungsbereichs RR innerhalb des BW umfasst, wobei der Auflösungsbereich RR Datenpakete umfasst, die nur Zeitschlitze belegen, die vollständig innerhalb der Grenzen des BW liegen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen, ob ein oder mehrere Konkurrenzbereiche zwischen Datenpaketen innerhalb des BW vorliegen, auch die Bestimmung umfasst, ob eine Konkurrenz zwischen Datenpaketen innerhalb des RR vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Startpunkt des RR dem Startpunkt des BW entspricht und ein Endpunkt des RR dem Startpunkt eines ersten Datenpakets innerhalb des BW entspricht und der Endpunkt außerhalb des BW liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, das des Weiteren folgende Schritte umfasst: – Weiterschieben des BW um einen Zeitschlitz; und – Wiederholen der Schritte zum Bestimmen eines RR zum Bestimmen, ob ein oder mehrere Konkurrenzbereiche vorliegen, und zum Ermitteln der zu löschenden Datenfenster.
Verfahren nach Anspruch 5, das des Weiteren folgende Schritte umfasst: – Weiterschieben des BW um die erste Anzahl von Zeitschlitzen; und – Wiederholen der Schritte zum Bestimmen eines RR zum Bestimmen, ob ein oder mehrere Konkurrenzbereiche vorliegen, und zum Ermitteln der zu löschenden Datenfenster.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren zum Einplanen von Datenpaketen über einen Router in einem Burstvermittlungsnetz angewendet wird und wobei die Datenpakete vom Router über eine erste Gruppe einer Vielzahl optischer Übertragungsleitungen empfangen und an eine zweite Gruppe optischer Übertragungsleitungen vermittelt werden.