DE69635092T2

DE69635092T2 - Verfahren zur Zugangssteuerung und Lenkung von Virtuelle Verbindungen

Info

Publication number: DE69635092T2
Application number: DE69635092T
Authority: DE
Inventors: Rainer NW Gawlick; Anil P. Berkeley Heights Kamath; Serge Menlo Park Plotkin; Kajamalai Gopalaswamy Ramakrishnan
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: EP0777362A1; JP3159927B2; US6175870B1; EP1235461A3; EP0777362B1; EP1235461A2; EP1235461B1; CA2187242A1; DE69635092D1; DE69626181T2; JPH09294128A; CA2187242C; DE69626181D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Leiten einer Anforderung einer virtuellen Leitung durch ein Netz.
Ein Netz ist ein Mittel zum Austauschen oder Übertragen von Informationen (z.B. Daten, Sprache, Text, videodarstellenden Signalen) zwischen mit dem Netz verbundenen Endpunkten (z.B. Hostmaschinen, Telefaxmaschinen oder Endgeräten). Das Netz umfaßt Knoten, die über Verbindungsstrecken miteinander und mit den Endpunkten verbunden sind. Typischerweise ist jede Verbindungsstrecke zweiseitig gerichtet (d.h. Informationen können in den Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen übermittelt werden) und jede Verbindungsstrecke ist durch Parameter gekennzeichnet, wie beispielsweise eine Bandbreite oder Kapazität in jeder Richtung. Die Knoten umfassen vorteilhafterweise Puffer. Wenn eine Verbindungsstrecke nicht genügend Kapazität besitzt, um an einem Knoten empfangene Informationen zu bearbeiten, kann ein Puffer im Knoten zum Speichern der empfangenen Informationen benutzt werden, bis zu einer solchen Zeit, wenn die Verbindungsstrecke genügend Kapazität aufweist.
Netze werden zunehmend für die zuverlässige hochratige Übertragung von Informationen in Digitalformat zwischen Endpunkten über weite Bereiche benutzt. Diese gesteigerte Verwendung bringt bedeutende Änderungen für die Netzdienste und die Architektur-/Infrastrukturauslegung. Insbesondere wird erwartet, daß eine weite Reihe neuer Kundendienste wie beispielsweise Video auf Bedarf und Videotelekonferenz auf BISDN (Broadband Integrated Services Digital Networks) angeboten werden. Das Hauptverfahren zur Übertragung in BISDN wird ATM genannt (Asynchronous Transfer Mode). Siehe S. E. Minzer, "Broadband ISDN and Asynchronous Transfer Mode" (Breitband-ISDN und asynchroner Übertragungsmodus), IEEE Comm. Mag., Seiten 17–24, September 1989.
Wenn Informationen zwischen zwei Endpunkten (einem einleitenden Endpunkt und einem Zielendpunkt) auszutauschen sind, fordert der einleitende Endpunkt an, daß ein zweiseitig gerichteter Weg (d.h. eine Verbindung mit Knoten und Verbindungsstrecken) im Netz zwischen den zwei Endpunkten hergestellt werden soll. In einem ATM-Netz ist der hergestellte Weg eine sogenannte "virtuelle Leitung" (VC – virtual circuit), womit gemeint ist, daß der den Austausch einleitende Endpunkt einfach den Zielendpunkt angibt und das Netz die Informationen vom einleitenden Endpunkt dem Zielendpunkt zuführt, als wenn sie durch eine direkte Leitung verbunden wären. Die Anzahl von "Sprüngen" auf dem Weg der VC ist gleich der Anzahl von Verbindungsstrecken auf dem Weg oder einer weniger als die Anzahl von Knoten auf dem Weg.
Eine wichtige Überlegung bei dem Betreiben eines Netzes besteht darin, ob neue VC im Netz zuzulassen sind und wie zugelassene VC durch das Netz zu leiten sind. Bei der Bestimmung, ob Anforderungen von VC zuzulassen sind und wie sie von diesen Endpunkten aus zu leiten sind, muß ein Netzzulassungs- und Leitweglenkungsverfahren Ressourcen reservieren (z.B. Bandbreite auf den die VC umfassenden Verbindungsstrecken). Ressourcenreservierung ist notwendig, um alle vom Netz bereitgestellten Dienstgüte-(QOS- – Quality of Service)garantien zu erfüllen, z.B. Erfordernisse betreffs einer maximalen Informationsverlustrate oder maximalen Verzögerung beim Empfangen von Informationen. Ressourcenreservierung wiederum bedeutet die Notwendigkeit von Zulassungssteuerung, um sicherzustellen, daß auf den Verbindungsstrecken und in den Knoten nicht Ressourcen reserviert sind, die die verfügbaren Ressourcen überschreiten.
Im allgemeinen besteht die Aufgabe von Leitweglenkungs- und Zulassungssteuerungsverfahren in der Maximierung der Nutzung der Netzressourcen, ohne Ressourcenbeschränkungen zu verletzen und dabei alle QOS-Garantien oder Erfordernisse zu erfüllen. Leitweglenkungs- und Zulassungssteuerungsentscheidungen werden durch viele Faktoren verkompliziert. Als erstes müssen die Entscheidungen gegebenenfalls "on-line" durchgeführt werden, d.h. ohne Kenntnis der Wirkung, die zukünftige Leitweganforderungen auf die Netzressourcen ausüben werden. Obwohl dieses Problem durch sogenannte Verfahren der "dynamischen Umleitung" gelöst werden können, wird durch diese Verfahren typischerweise die den Benutzern des Netzes angebotene Dienstgüte beeinträchtigt. Zweitens steht der gegenwärtige Zustand des Netzes (d.h. die Netztopologie und gegenwärtige Zuteilung von Netzressourcen) möglicherweise nicht zur Verfügung, wie beispielsweise, wenn Informationen über neulich zugeteilte Ressourcen im Netzzustand noch nicht widergespiegelt sind. In diesem Fall könnte die Leitweglenkungs- und Zulassungsentscheidung auf statischen oder ungenauen Zustandsinformationen beruhen. Drittens müssen die Zulassungs- und Leitweglenkungsentscheidungen oft in Echtzeit getroffen werden, d.h. innerhalb eines Zeitraums, der von dem VC-Aufbauprotokoll bestimmt wird, das die Zeit angibt, die für den Versuch zugeteilt ist, eine VC herzustellen oder aufzubauen und die angibt, wieviele Aufbauversuche für eine VC erlaubt sind.
Mit Zulassungssteuerungs- und Leitweglenkungsverfahren werden typischerweise angeforderte VC auf ausgewählten Wegen zugelassen und geleitet, um irgendeine Kostenfunktion zu minimieren, die die Menge an durch den ausgewählten Weg erforderlichen Netzressourcen widerspiegelt. Obwohl verschiedene Kostenfunktionen benutzt werden können, sind Kostenfunktionen typischerweise Funktionen von Parametern bezüglich des gegenwärtigen Netzzustandes, der Laufzeit durch das Netz.
Die Art und Weise, auf die das Zulassungs- und Leitweglenkungsproblem für angeforderte virtuelle Leitungen typischerweise behandelt wird, beruht auf Faktoren wie beispielsweise, ob die Leitweglenkung mit unvollständigen oder vollständigen Informationen durchgeführt wird und darauf, ob die VC permanent oder vermittelt sind. Insbesondere sind diese Faktoren typischerweise bei der Angabe der Parameter der Kostenfunktion nützlich. Leitweglenkung mit unvollständigen Informationen bedeutet einfach, daß der Zustand des Netzes nicht bekannt ist, oder wenn der Zustand bekannt ist, daß die Zustandsinformationen veraltet sind, z.B. daß die verfügbaren Zustandsinformationen nicht Informationen bezüglich Netzressourcen umfassen, die den zuletzt geleiteten VC zugeteilt wurden. Umgekehrt bedeutet Leitweglenkung mit vollständigen Informationen, daß die Zustandsinformationen vollständig bekannt sind und daß die Zustandsinformationen aktuell sind. Es kann nicht erwartet werden, daß großräumige Netze (z.B. Netze mit einer Größenordnung von 100 Knoten über ein geographisches Gebiet von der Größe der Vereinigten Staaten) genaue oder vollständige Zustandsinformationen an jedem mit einem Ursprungsendpunkt verbundenen Knoten verfügbar haben, aufgrund von Laufzeitverzögerungen bei der Weiterleitung von Informationen von Knoten zu Knoten. Infolgedessen müssen diese Netze entweder alle auf vollständigen Informationen basierenden Leitwegentscheidungen an einem zentralen Standort treffen (der Zugang zu allen Knoten besitzt), oder das Netz muß Leitwegentscheidungen örtlich treffen (d.h. auf verteilte Weise) auf Grundlage von statischen oder ungenauen Zustandsinformationen. Permanente VC sind Wege zur Informationsübertragung zwischen Endpunkten, die dafür ausgelegt sind, für lange Zeiten betrieben zu werden und aufgebaut zu bleiben, möglicherweise für Jahre. Vermittelte VC sind für einen Betrieb für Stunden oder Tage ausgelegt.
Eine Zulassungsanordnung, die für permanente VC und vermittelte VC vorgeschlagen worden ist (wobei die vermittelten VC für bekannte Zeitdauern herzustellen sind) benutzt eine exponentielle Funktion der Verbindungsstreckenlast zum Auswerten der Kosten des Leitens von Informationen auf jedem gegebenen Weg im Netz. Man siehe B. Awerbuch et al., "Throughput-Competitive On-Line Routing" (On-Line-Leitweglenkung im Durchsatzwettbewerb), 34th Annual Symp. on Foundation of Comp. Sci., Palo Alto, CA, November 1993. Der exponentielle kostenbasierte Algorithmus von Awerbuch et al., siehe oben, wird hier als das "AAP-"Verfahren bezeichnet.
Das AAP-Verfahren beruht auf Schwellwertkosten, die als Funktion eines Zulassungsschwellwerts und einer exponentiellen Kostenmetrik für jede Verbindungsstrecke im Netz bestimmt wird. Das AAP-Verfahren bestimmt für eine angeforderte VC einen Satz Wege, auf dem die angeforderte VC geleitet werden könnte, wo die Kosten der Leitweglenkung auf den Verbindungsstrecken auf irgendeinem gegebenen Weg in dem Satz von Wegen unter den Schwellwertkosten liegen. Jede Anforderung, deren Kosten der Leitweglenkung durch das Netz über den Schwellwertkosten liegen, wird abgewiesen. Das AAP-Verfahren besitzt jedoch mehrere Nachteile. Als erstes gibt das AAP-Verfahren nicht an, welcher bestimmte Weg in dem Satz von Wegen zum Leiten der angeforderten VC benutzt werden sollte (d.h. das AAP-Verfahren führt nur Zulassungssteuerung durch und wählt nicht bestimmte Wege für angeforderte VC aus und leitet sie auch nicht). Weiterhin wird von Awerbuch et al. nicht angezeigt, wie das AAP-Verfahren im Fall vermittelter VC anzuwenden ist, die für unbekannte Zeitdauern herzustellen sind. Andere Aspekte des AAP-Verfahrens und insbesondere die exponentielle Kostenfunktion des AAP-Verfahrens werden in den nachfolgenden Absätzen untersucht.
In der Tabelle 1 ist Pseudocode dargestellt, der einen Teil des auf exponentiellen Kosten basierten AAP-Verfahrens implementiert. Jede Zeile des Pseudocodes der Tabelle 1 wird unten erläutert. n sei die Anzahl von Knoten im Netz. Die jeder Verbindungsstrecke e im Netz zugewiesene Kapazität u(e) stellt auf dieser Verbindungsstrecke verfügbare Bandbreite dar. Bei Empfang einer j-ten Anforderung von einem Ursprungsendpunkt einer VC zu einem Zielendpunkt (Zeile 1 des Pseudocodes), die durch (s_j, t_j, r_j, T s / j, T f / j) dargestellte Anforderung, versucht das AAP-Verfahren, einen Leitweg oder Weg mit Kapazität r_j vom Ursprungsknoten s_j (der direkt mit dem Ursprungsendpunkt verbunden ist) zum Zielknoten t_j (der direkt mit dem Zielendpunkt verbunden ist) mit Beginn zur Zeit T s / j und Ende zur Zeit T f / j zuzuteilen. Der Einfachheit halber soll angenommen werden, daß die Leitweglenkung zur Zeit T s / j stattfindet. Das Ziel des AAP-Verfahrens besteht in der Maximierung des Durchsatzes des Netzes, d.h. des Betrags an Informationen, die über ein Zeitintervall durch das Netz geführt werden. T_j = T f / j – T s / j sei die Haltezeit bzw. Dauer der Leitung, T sei die maximal mögliche T_j und r sei die maximale Anforderungs-Bandbreite (Rate) r_j. Die Schwellwertkosten für das AAP-Verfahren seien das Produkt von n, r und T.
Im AAP-Verfahren beruht die Leitweglenkungsentscheidung auf den Informationen über die gegenwärtige Last (Bedarf) und dem zukünftigen Bedarf an Ressourcen auf den Verbindungsstrecken (bzw. Kanten) des Netzes, d.h. die Leitweglenkungsentscheidung berücksichtigt den Bedarf an Anforderungen von VC, die während der Haltezeit der j-ten VC geleitet werden könnten. Die Last wird relativ zur Kantenkapazität u(e) gemessen. P_i sei der Leitweg, der zur Erfüllung der i-ten Anforderung benutzt wird. Die Last einer Kante e zur Zeit τ aus der Sicht des Leitweglenkungsverfahrens beim Leiten der j-ten Leitung wird wie folgt definiert:
Gleichung (1) zeigt Blockierung oder Belastung der Verbindungsstrecke e zur Zeit τ aufgrund anderer auf der Verbindungsstrecke e geleiteter Anforderungen an.
Nach Berechnung der Last besteht der nächste Schritt darin, die exponentiellen Kosten nach Zeile 2 der Tabelle 1 zu berechnen. Im AAP-Verfahren werden die Kosten der Kante e zur Zeit τ, c_e(τ, j) beim Leiten der j-ten Leitung definiert durch ce(τ, j) = u(e)(μλ,(τ,j) – 1) (2)wobei λ_e die Last auf der Strecke e (d.h. Prozentsatz benutzter Verbindungsstreckenkapazität) zur Zeit τ während des Versuchs zum Leiten der j-ten VC ist, u(e) die Kapazität der Verbindungsstrecke e ist und μ ein Parameter ist. Der Parameter μ bezieht sich auf folgendes: n, die Anzahl Knoten im Netz, r, der höchstmögliche Wert von r_j; und T, der höchstmögliche Wert von T_j. Wenn ein Satz Wege besteht, für die die Kosten der Leitweglenkung der angeforderten VC auf einem beliebigen Weg im Satz unter dem Schwellwert liegt, wird die Anforderung angenommen (Zeilen 3–5). In Zeilen 6–7 der Tabelle 1 sind die durch die geleitete Anforderung benötigten Ressourcen in einem aktualisierten Netzzustand widergespiegelt. Wenn der Satz Wege der leere Satz ist, wird die Anforderung abgewiesen.
Von Awerbuch et al. wird vorgeschlagen, μ als 2nTr/(r_min + 1) auszuwählen (wobei r_min die geringste Bandbreite ist, die irgendeine VC anfordern wird). Der Wert von μ kann von der Größenordnung von 100 000 für ein Netz bescheidener Größe sein. Durch richtige Auswahl hoher Werte für den Parameter μ wird die Leitweglenkung einer Gesamtzahl von Anforderungen von VC innerhalb eines Faktors (von der Größenordnung von log μ) der Anzahl von Anforderungen garantiert, die durch ein optimales Off-Line-Leitweglenkungsverfahren geleitet werden können, d.h. ein Verfahren, das im voraus Informationen über alle Anforderungen besitzt.
Obwohl durch das AAP-Verfahren genügend Ressourcen zum Leiten von zugelassenen VC-Anforderungen garantiert werden, besitzt das Verfahren einen weiteren Nachteil, indem es bei der Zulassung von VC übermäßig konservativ ist und Netzressourcen daher nicht voll nutzt. Bei einfacher Verringerung des Wertes von μ wird jedoch bewirkt, daß das AAP-Verfahren über die verfügbaren Netzressourcen hinausgehende Anforderungen annimmt, was nicht vorteilhaft ist, da es bedeuten kann, daß das Netz nicht in der Lage sein wird, Netzbenutzern garantierte QOS-Erfordernisse zu erfüllen. Zusätzlich erfordert das AAP-Verfahren Kenntnis von Verbindungsstreckenbelastungen sowohl zu gegenwärtigen als auch zukünftigen Zeiten. Dieses Wissen steht möglicherweise nicht zur Verfügung, kann auf veralteten Informationen beruhen oder könnte übermäßigen Speicherraum zum Speichern erfordern.
Es besteht daher ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zur Leitweglenkungs- und Zulassungssteuerung von VC, das die Nutzung von Netzressourcen erhöht und dabei QOS-Erfordernisse erfüllt und das in Netzen von vermittelten VC benutzt werden kann, wo die Dauer oder Haltezeit der VC unbekannt ist.
In EP-A-0674459 ist ein Verfahren für die On-Line-Leitweglenkung permanenter virtueller Leitungen in Kommunikationsnetzen beschrieben. Die Leitweglenkung wird durch Auswahl eines Weges mit geringsten Kosten unter realisierbaren Alternativen erreicht. Die Kosten jedes Weges werden durch Summieren einer Kostenfunktion über die Verbindungsstrecken des Weges ausgewertet. Die Kostenfunktion kann eine exponentielle Funktion von Verbindungsstreckenkapazität im gegenwärtigen Gebrauch und von angeforderter Verbindungsstreckenkapazität sein.
In EP-A-0660589 wird ein Leitweglenkungsverfahren zur Verwendung in einem Paketnetz beschrieben. Die Leitweglenkung wird durch ein Wegeauswahlverfahren erreicht, das sowohl Abschnittszählungen als auch Höhen von Verbindungsstreckennutzung auf in Frage kommenden Wegen berücksichtigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Es wird erkannt, daß die Kosten der Leitweglenkung einer angeforderten virtuellen Leitung auf Verbindungsstrecken auf einem Weg durch ein Netz mit einer Menge von Verbindungsstrecken auf Grundlage von Parametern bestimmt werden können, die auf die Anzahl von Streckenabschnitten in einer Teilmenge der Menge aller vorher im Netz hergestellten virtuellen Leitungen beruhen. Bei dem erfinderischen Verfahren werden die Kosten zur Leitweglenkung einer angeforderten virtuellen Leitung auf einem Weg durch das Netz durch Empfangen einer Anforderung zum Leiten einer virtuellen Leitung auf einem Weg zwischen einem Ursprungs- und Zielknoten, Bestimmen der Last auf jeder Verbindungsstrecke in einer Teilmenge der Menge von Verbindungstrecken im Netz und Bestimmen von jeweiligen Kosten zum Leiten der Anforderung über mögliche Wege im Netz zwischen dem Ursprungs- und Zielknoten bestimmt, wobei die möglichen Wege Verbindungsstrecken in der Teilmenge der Menge von Verbindungsstrecken umfassen und wobei die Kosten einer Funktion eines Netzzustandes und eines Parameters bezüglich der Anzahl von Abschnitten für die Teilmenge der Menge aller virtuellen Leitungen sind, die vorher durch das Netz geleitet wurden. Dann wird ein Weg unter denjenigen Wegen ausgewählt, bei denen sowohl 1) Kosten unter einem Schwellwert liegen und die 2) Verbindugngsstrecken mit genügend Kapazität zur Aufnahme der Anforderung aufweisen. Das erfinderische Verfahren kann entweder in zentralen oder verteilten Systemen benutzt werden und kann zum Leiten von entweder permanenten oder vermittelten virtuellen Leitungen mit bekannten oder unbekannten Haltezeiten benutzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen offenbar werden. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein zentrales Leitweglenkungsnetz, in dem die Erfindung ausgeübt werden kann.
2 ein Flußdiagramm von Schritten in dem im Netz der 1 benutzten erfinderischen Verfahren.
3 ein Flußdiagramm von Schritten in dem erfinderischen Verfahren zur Bestimmung einer Menge von Wegen, auf denen eine angeforderte VC geleitet werden kann.
4 ein verteiltes Leitweglenkungsnetz, in dem die Erfindung ausgeübt werden kann.
5 ein Flußdiagramm von Schritten in dem im Netz der 4 benutzten erfinderischen Verfahren.
Ausführliche Beschreibung
Die 1 zeigt die Struktur des Netzes 106, in dem die Erfindung ausgeübt werden kann. Endpunkte 102-i, i = 1, 2, ..., tauschen Informationen über das Netz 106 aus. Das Netz 106 umfaßt Verbindungsstrecken 110-k, k = 1, 2, ..., die Knoten 108-j, j = 1, 2, ..., miteinander und mit Endpunkten 102-i verbinden. Ein Paar Knoten kann durch eine oder mehrere Verbindungsstrecken verbunden sein.
Das Netz 106 in der 1 ist ein zentrales Leitwegsystem, in dem das Netz 106 vollständige Informationen zur Leitweglenkung durch Verwendung des zentralen Leitweganforderungsprozessors 111 benutzt. Der Anforderungsprozessor 111 ist mit Knoten 108-j verbunden. Da alle Anforderungen für VC im Anforderungsprozessor 111 verarbeitet werden, besitzt der Anforderungsprozessor 111 vollständige Kenntnis des Netzzustandes, z.B. vom Anforderungsprozessor wird die Nutzung der Kapazität jeder Verbindungsstrecke und die in Puffern in jedem Knoten im Netz verfügbare Menge an Pufferraum bestimmt. So können die Kosten für jeden Weg (d.h. die für jeden Weg erforderlichen zusätzlichen Netzressourcen) durch das Netz genau bestimmt werden.
2 zeigt Schritte im erfinderischen Verfahren zum Leiten von VC durch ein Netz, wobei das Verfahren vorteilhafterweise vom Anforderungsprozessor 111 benutzt werden kann. Im Schritt 210 wird eine (als die j-te Anforderung identifizierte) Anforderung einer VC von einem Ursprungsendpunkt empfangen. Die Anforderung umfaßt typischerweise Parameter, die einen Ursprungsknoten (s_j), einen Zielknoten (t_j), eine angeforderte Bandbreite (r_j), eine Startzeit für die VC (T s / j) und eine Endezeit für die VC (T f / j) angeben. Die Anforderung wird als (s_j, t_j, r_j, T s / j, T f / j) angegeben. Schritt 220 beschreibt das erfinderische Verfahren zur Bestimmung einer Menge von Wegen, auf denen die angeforderte VC geleitet werden kann. Wie im Schritt 220 bemerkt wird die Menge von Wegen gemäß einem ersten Kriterium bestimmt, d.h. so daß die Kosten jedes Weges in der Menge von Wegen unter einem Schwellwert liegen und so daß für die jeweiligen Verbindungsstrecken und Knoten auf jedem Weg in der Menge von Wegen genügend Ressourcen zur Verfügung stehen, um die Anforderung zu berücksichtigen.
3 zeigt ausführlicher den Schritt 220. Im Schritt 310 wird die Last λ auf jeder Verbindungsstrecke e im Netz 106 zur Zeit τ(T s / j ≤ τ ≤ T f / j) vorteilhafterweise unter Verwendung der Gleichung (1) oben bestimmt. Im Schritt 320 werden die Kosten zum Leiten der j-ten Anforderung über jede Verbindungsstrecke e im Netz zur Zeit τ gemäß einer abgeänderten Kostenfunktion c'_e(τ, j) bestimmt, ∀τ, e∊E: wenn (λe(τ, j) + rj/u(e)) ≥ 1 dann c'e(τ, j) ← ∞ ansonsten c'e(τ, j) ← ce(τ, j) (3)wobei c_e(τ, j) vorteilhafterweise unter Verwendung der Gleichung (2) oben bestimmt wird. In der Gleichung (2) überprüft das Verfahren, ob die Kapazität der Verbindungsstrecke e überschritten wird, wenn die j-te Anforderung über diese Verbindungsstrecke geleitet wird. Wenn die Kapazität überschritten wird, werden die Kosten auf eine sehr hohe Zahl gesetzt, so daß das Verfahren keinen Weg mit dieser Verbindungsstrecke als Weg auswählt, auf dem die Anforderung zu leiten ist. Wenn die Kapazität auf der Verbindungsstrecke e nicht überschritten wird, wird die Kostenfunktion vorteilhafterweise unter Verwendung der Gleichung (2) berechnet. Die Kostenfunktion im erfinderischen Verfahren ist wie bei dem AAP-Verfahren vorteilhafterweise eine nichtlineare Funktion, mit der Zulassung zu einem Netz auf Grundlage von Wegen mit einer großen Anzahl von leicht oder mäßig benutzten Verbindungsstrecken gegen eine kleine Anzahl relativ schwerbenutzter Verbindungsstrecken ausgehandelt werden soll. Wie unten beschrieben wird jedoch der bei der Bestimmung von c_e(τ, j) im erfinderischen Verfahren benutzte Parameter μ auf Grundlage anderer Parameter als im AAP-Verfahren ausgewählt. Im Schritt 330 werden mögliche Wege zwischen den Ursprungs- und Zielknoten im Netz identifiziert, eine Menge von Wegen, wo die Kosten zum Leiten der Anforderung während der Haltezeit der angeforderten VC unter einem Schwellwert liegen. Diese Wege werden als mögliche Leitwege bezeichnet. Im Schritt 340 werden Verbindungsstrecken auf jedem entsprechenden möglichen Leitweg überprüft, um sicherzustellen, daß die Verbindungsstrecken genügend verfügbare Kapazität aufweisen, um die angeforderte VC aufzunehmen (d.h. um sicherzustellen, daß die Verbindungsstrecke nicht "gesättigt" wird). Diese möglichen Leitwege mit Verbindungsstrecken mit genügend Kapazität für die Dauer der Haltezeit der angeforderten VC bilden die Menge von Leitwegen im Schritt 220.
Man beachte, daß das Verfahren im Schritt 220 durch Verändern der Reihenfolge der Schritte in der 3 ausgeführt werden kann. Wenn beispielsweise die Last der Verbindungsstrecken zuerst bestimmt wird, kann das Verfahren dann diejenigen Verbindungsstrecken mit ungenügend Kapazität zur Bearbeitung der Anforderung aus der Betrachtung eliminieren. Dann können auf Grundlage der verbleibenden Verbindungsstrecken mögliche Wege zwischen den Ursprungs- und Zielknoten bestimmt werden und dann können die Kosten der Leitweglenkung über die möglichen Wege bestimmt werden. Diese möglichen Wege mit Kosten, die gering genug sind, bilden dann die Menge von Leitwegen.
Zurückkehrend zur 2 wird im Schritt 225 die Menge von Leitwegen untersucht. Wenn die im Schritt 220 bestimmte Menge von Leitwegen eine leere Menge ist, wird die Anforderung im Schritt 230 zurückgewiesen. Wenn als Alternative die Menge von Leitwegen nicht leer ist, wird im Schritt 240 aus der Menge von Leitwegen gemäß einem Auswahlkriterium ein Weg ausgewählt, auf dem die angeforderte VC geleitet wird.
Das Auswahlkriterium im Schritt 240 wird vorteilhafterweise als der Weg mit der geringsten Anzahl von Abschnitten gewählt, d.h. der die geringste Anzahl von Knoten durchlaufende Weg. Der Fachmann wird erkennen, daß andere Kriterien benutzt werden können, z.B. das Kriterium kann die Auswahl des Weges mit den geringsten Kosten sein.
Im Schritt 250 wird die angeforderte VC auf dem ausgewählten Weg geleitet. Im Schritt 260 wird der Netzzustand vom Anforderungsprozessor 111 aktualisiert, um Verwendung von Netzressourcen durch die geleitete VC widerzuspiegeln.
Obwohl das erfinderische Verfahren auf den auf exponentiellen Kosten basierenden Algorithmus von Awerbuch et al. oben bezogen ist, wird das AAP-Verfahren auf mehrere Weisen durch das erfinderische Verfahren verbessert. Als erstes benutzt das erfinderische Verfahren andere Parameter zur Bestimmung des in der Gleichung (2) zu benutzenden Wertes von μ. Insbesondere ist der Parameter μ eine Funktion der Anzahl von Abschnitten (d.h. der Anzahl von Verbindungsstrecken auf einem Weg) für eine Teilmenge der Menge aller vorher durch das Netz geleiteten VC. Im allgemeinen wird μ vorteilhafterweise als eine Funktion von L gewählt, wobei L die Durchschnittszahl von Abschnitten oder Verbindungsstrecken in einer Teilmenge der Menge aller vorher durch das Netz geleiteten VC ist. Beispielsweise ist eine Auswahl, bei der log μ eine Funktion von L ist, so daß log μ von der Größenordnung von logL ist. Typischerweise beträgt μ annähernd zwischen 2 und 4. So wird der Wert von μ typischerweise von seinem Wert gemäß dem AAP-Verfahren verringert. Ein verringerter Wert von μ veranlaßt das erfinderische Verfahren wiederum typischwerweise, eine große Menge möglicher Leitwege zu erzeugen, auf denen eine angeforderte VC geleitet werden kann. So ist das erfinderische Verfahren nicht übermäßig konservativ bei der Erzeugung einer Menge von möglichen Leitwegen. Dadurch, daß das erfinderische Verfahren weniger konservativ ist, kann es jedoch in die Menge möglicher Leitwege einige Wege mit Verbindungsstrecken mit ungenügender Kapazität zur Bearbeitung der Anforderung einschließen. Infolgedessen werden durch das erfinderische Verfahren, ungleich dem AAP-Verfahren, aus der Menge möglicher Leitwege nur diejenigen Wege mit Verbindungsstrecken mit genügend Kapazität zur Aufnahme der Anforderung ausgewählt. Diese Wege bilden dann die Menge von Leitwegen im Schritt 220 der 2. Zusätzlich wird vom erfinderischen Verfahren, ungleich dem AAP-Verfahren, vorteilhafterweise ein Auswahlkriterium zur Auswahl eines Weges, auf dem die Anforderung zu leiten ist, benutzt. So wird durch das erfinderische Verfahren eine Menge von Leitwegen gesucht, die einem Anfangskriterium entsprechen, z.B. wo jeder Weg in der Menge von Leitwegen die angeforderte VC zu Kosten unter einem gewissen Kostenschwellwert leiten könnte. Vom Verfahren wird dann vorteilhafterweise ein Weg aus der Menge auf Grundlage eines Auswahlkriteriums ausgewählt, z.B. des Weges mit der Mindestzahl von Abschnitten. Man beachte, daß das erfinderische Verfahren zulässige Leitweglenkungsentscheidungen für jeden Wert von μ produziert (d.h. es wird genügend Kapazität zur Aufnahme der Anforderung gegeben). So führt das erfinderische Verfahren ungleich dem AAP-Verfahren sowohl die Aufgaben der Zulassungssteuerung als auch der Leitweglenkung durch.
Abschließend ist zu beachten, daß das erfinderische Verfahren in Fällen benutzt werden kann, wo die Dauer bzw. Haltezeit einer angeforderten VC nicht bekannt ist. Beispielsweise wird durch das erfinderische Verfahren sowohl in zentralen als auch verteilten Netzen vorteilhafterweise angenommen, daß die Dauer der virtuellen Leitung im voraus bekannt ist. Obgleich dies für viele Anwendungen, z.B. Filme, eine plausible Annahme ist, gibt es eine große Anwendungsklasse, z.B. Telefonanrufe, für die dies keine plausible Annahme ist. Für viele Anwendungen, für die die Dauer nicht im voraus bekannt ist, stehen jedoch statistische Beschreibungen der Dauer zur Verfügung. Telefonanrufe sind ein gutes Beispiel dafür und die statistischen Dauerinformationen über die durch angeforderte virtuelle Leitungen zu führenden Telefonanrufe können dazu benutzt werden, Leitweglenkungs- und Zulassungssteuerungsentscheidungen zu treffen. Auf ähnliche Weise kann das erfinderische Verfahren zum Leiten permanenter VC benutzt werden, indem der Parameter T f / j in der Anforderung der VC auf eine große Zahl gesetzt wird oder die Zeitsummierung im Code der Tabelle 1 entfernt wird.
Auch kann das erfinderische Verfahren in Systemen benutzt werden, in denen statt zentrale Leitweglenkungsentscheidungen örtliche (dezentrale) Leitweglenkungsentscheidungen getroffen werden. Verwendung eines dezentralen Systems wird durch mehrere Betrachtungen motiviert. Als erstes ist es wahrscheinlicher, daß ein zentrales Leitweglenkungsverfahren an Zuverlässigkeitsproblemen leidet, als ein dezentrales System, da das zentrale Leitwegsystem einen einzigen Ausfallpunkt aufweist (d.h. den Anforderungsprozessor). Zweitens haben zentrale Leitwegsysteme typischerweise Schwierigkeiten beim Betreiben von oder Kommunizieren mit anderen zentralen Leitwegsystemen, da die jeweiligen Systeme typischerweise keine Informationen über den Zustand des anderen Systems besitzen. So werden zusätzlich Protokolle zum Arbitrieren und Kommunizieren zwischen zentralen Netzen benötigt. Abschließend wird, da jeder Knoten in einem zentralen Leitwegsystem zuerst mit einer Vorrichtung (wie beispielsweise dem Anforderungsprozessor 111 der 1) kommunizieren muß, durch die Laufzeitverzögerung zum Kommunizieren mit einer solchen Vorrichtung die Aufbauzeit zum Herstellen einer VC über die typischerweise in verteilten Systemen erforderliche Aufbauzeit hinaus erhöht.
4 zeigt die Struktur eines verteilten Netzes 416 mit Knoten 418-m und Verbindungsstrecken 420-n, in dem das erfinderische Verfahren ausgeübt werden kann. Das Netz 416 ist ein verteiltes Leitwegsystem, in dem jeder Knoten 418-m periodisch Zustandsinformationen mit Nachbarknoten austauscht. Die Zustandsinformationen spiegeln den Betrag an Netzressourcen wieder, die auf einer Strecke von einem Knoten zu jedem Nachbarknoten zur Verfügung stehen oder benutzt werden. So können die Kosten für jeden Weg durch das Netz durch einen Knoten bestimmt werden. Wenn sich jedoch die Zustandsinformationen im Verhältnis zu der Geschwindigkeit, mit der VC hergestellt und abgebrochen werden, nicht schnell ausbreiten, werden die Informationen unvollständig (z.B. veraltet) sein. So kann jeder Knoten eine unterschiedliche Beschreibung oder örtliche Sicht des Netzzustandes besitzen. Diese Beschreibung wird der örtliche Netzzustand genannt.
5 zeigt ein Flußdiagramm zur Verwendung des erfinderischen Verfahrens in einem verteilten Leitwegsystem, in dem unvollständige Zustandsinformationen benutzt werden. In dem System und Verfahren der 4 und 5 wird von jedem Knoten eine örtliche Ansicht des Netzzustandes unterhalten. Diese Ansicht ist aus dem Zustand der mit jedem Knoten verbundenen Verbindungsstrecken und aus Informationen über andere Verbindungsstrecken aufgebaut, die während des VC-Aufbaus wie unten beschrieben eingesammelt werden. Wenn eine Anforderung einer virtuellen Leitung ankommt, wird das erfinderische Verfahren aufgerufen. Auf Grundlage örtlicher Informationen wird vom erfinderischen Verfahren die Anforderung entweder abgewiesen oder es wählt einen Weg aus, in welchem Fall ein Versuch unternommen wird, den ausgewählten Weg zum Leiten der Leitung zu verwenden. Während des Versuchs zum Leiten der Anforderung werden vom erfinderischen Verfahren vorteilhafterweise Zustandsinformationen für Verbindungsstrecken und Knoten entlang dem ausgewählten Weg gesammelt. Diese gesammelten Zustandsinformationen sind genau bezüglich der an jedem Knoten und jeder Verbindungsstrecke entlang dem Weg benutzten Ressourcen. So können die gesammelten Zustandsinformationen zum Aktualisieren des örtlichen Netzzustandes am Ursprungsknoten benutzt werden. Die Zustandsinformationen können vorteilhafterweise in bei einem VC-Aufbau benutzte Zeichengabenachrichten aufgenommen werden und dadurch das Overhead verringern.
Uns nunmehr der 5 zuwendend wird im Schritt 505 ein Zähler, der zur Begrenzung der Anzahl von Versuchen zum Leiten einer Anforderung benutzt wird, beispielsweise auf null initialisiert. Im Schritt 510 wird eine Anforderung einer VC vorteilhafterweise an einem Ursprungsknoten von einem Ursprungsendpunkt im Netz der 4 empfangen. Wie zuvor kann die Anforderung als (s_j, t_j, r_j, T s / j, T f / j) mit den oben definierten Anforderungsparametern angegeben werden. Im Schritt 515 wird das erfinderische Verfahren zur Bestimmung einer Menge von Leitwegen benutzt, auf denen die angeforderte VC geleitet werden kann. Die Operation des Schrittes 515 gleicht der Operation des Schrittes 220 in der 2, nur werden die Kosten für jeden Weg auf Grundlage des örtlichen Netzzustandes des Ursprungsknotens bestimmt. Wenn die Menge von Leitwegen leer ist, wird die Anforderung abgewiesen (Schritte 520 und 525). Wenn jedoch die Menge von Leitwegen nicht leer ist, wird im Schritt 530 ein Weg aus der Menge gemäß einem zweiten Kriterium ausgewählt. Das zweite Kriterium ist vorteilhafterweise, wie in dem in 2 beschriebenen Verfahren, der Weg mit der Mindestzahl von Abschnitten. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß andere Kriterien benutzt werden können (z.B. der Weg der geringsten Kosten).
Im Schritt 535 versucht das erfinderische Verfahren, die Anforderung auf dem ausgewählten Weg zu leiten, d.h. zutreffende VC-Aufbau-Protokolle werden aufgerufen. Beim Aufrufen der VC-Aufbau-Protokolle kann das erfinderische Verfahren vorteilhafterweise genaue Informationen über den Zustand von Verbindungsstrecken und Knoten entlang dem ausgewählten Weg erlangen. Kurz gesagt weiß das erfinderische Verfahren genau, mit welcher Kapazität von Bandbreite und Pufferraum die Verbindungsstrecken und Knoten entlang dem ausgewählten Weg arbeiten. Das erfinderische Verfahren kann dann vorteilhafterweise und wahlweise den örtlichen Netzzustand am Ursprungsknoten aktualisieren (Schritt 540) und an anderen Knoten entlang dem ausgewählten Weg (Schritt 545).
Im Schritt 550 überprüft das erfinderische Verfahren, ob die Leitweglenkung erfolgreich war. Ungleich dem zentralen System der 2 ist nicht garantiert, daß Leitweglenkung im Verfahren der 5 erfolgreich sein wird. Der Grund dafür ist, daß der ausgewählte Weg auf Grundlage eines örtlichen Netzzustandes gewählt wurde. So sind möglicherweise andere, an anderen Knoten und Verbindungsstrecken zugeteilte Netzressourcen im örtlichen Netzzustand nicht widergespiegelt. Infolgedessen sind möglicherweise Ressourcen, von denen aufgrund des örtlichen Zustandes erwartet wurde, daß sie verfügbar sind, tatsächlich nicht verfügbar, in welchem Fall die Leitweglenkung erfolglos sein wird. Wenn die Leitweglenkung erfolgreich war, endet das Verfahren. Wenn die Leitweglenkung nicht erfolgreich war, wird der Zähler im Schritt 555 erhöht. Wenn der Zähler seine Grenze überschritten hat (die auf einer zulässigen Anzahl von Versuchen zur Leitweglenkung der VC beruht), wird die Anforderung abschließend abgewiesen. Wenn der Zähler seine Grenze nicht überschritten hat, kann das Verfahren entweder zum Schritt 515 zurückkehren (über den Verbinder 1 in der 5) und eine weitere Menge von Leitwegen suchen und weiterhin nachfolgende Schritte im Flußdiagramm ausführen, oder als Alternative kann das Verfahren zum Schritt 527 gehen (über den Verbinder 1' in der 5). Im Schritt 527 wird aus der vorher bestimmten Menge von Leitwegen ein neuer und unterschiedlicher Weg ausgewählt und das Verfahren versucht dann in Schritten 535–560, auf dem neu ausgewählten Weg zu leiten.
Man beachte, daß das VC-Aufbau-Protokoll vorteilhafterweise ein Bestätigungspaket benutzen kann, um den Ursprungsknoten darüber zu informieren, ob die Leitung in der Tat geleitet wurde oder nicht, und um die gegenwärtigen Zustandsinformationen jeder Verbindungsstrecke entlang dem Weg der Leitung einzusammeln. Diese gegenwärtigen Zustandsinformationen werden zur Aktualisierung der örtlichen Ansicht des Netzes am Ursprungsknoten benutzt. Wenn das Bestätigungspaket anzeigte, daß die Leitung aufgrund ungenügender verfügbarer Kapazität nicht geleitet wurde, versucht das Verfahren, die Leitung erneut zu leiten, als wenn es eine neue Anforderung wäre.
Das hier offenbarte Verfahren ist ohne Bezugnahme auf bestimmte Hardware oder Software beschrieben worden. Stattdessen wurde das Verfahren so beschrieben, daß der Fachmann derartige Hardware und Software, die zur Verfügung stehen könnte oder für eine gewisse Anwendung zu bevorzugen ist, leicht anpassen kann. Um weiterhin die Anwendbarkeit des erfinderischen Verfahrens auf eine große Reihe von Systemumgebungen sicherzustellen, enthält das erfinderische Verfahren nicht unbedingt jede Art periodischen Zustandsinformationsaustauschs zwischen Knoten, obwohl derartige Austausche stattfinden und in das erfinderische Verfahren aufgenommen werden können.

Claims

Verfahren zum Leiten einer Anforderung einer virtuellen Leitung durch ein Netz, mit folgenden Schritten: an einem Ursprungsknoten (102-1–102-6), Auswählen (530) eines Weges aus einer Menge von Leitwegen, wobei der ausgewählte Weg Knoten und Verbindungsstrecken umfaßt, die Wegeauswahl als Reaktion auf eine Anforderung einer virtuellen Leitung ausgeführt wird und die Wegeauswahl auf unvollständige Zustandsinformationen reagiert; und Versuchen (535), die virtuelle Leitung auf mindestens einem Teil des ausgewählten Weges zu leiten; gekennzeichnet durch folgendes: beim Versuchen, die virtuelle Leitung zu leiten, Einsammeln (540) von örtlichen Zustandsinformationen von einem Knoten oder Knoten an mindestens einem diesem Teil, um dadurch zumindest an einigen Knoten und Verbindungsstrecken des ausgewählten Weges verfügbare Ressourcen auszuwerten; und wenn festgestellt wird, daß genügend Ressourcen verfügbar sind, Vollziehen des Leitens der virtuellen Leitung auf dem ausgewählten Weg.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt des Bestimmens einer weiteren Menge von Leitwegen, wenn nicht genügend Ressourcen zum Leiten der Anforderung zur Verfügung stehen.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt des Auswählens (527) eines sich von der Menge von Leitwegen unterscheidenden Leitweges, wenn nicht genügend Ressourcen zum Leiten der Anforderung zur Verfügung stehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anforderung einer virtuellen Leitung zuerst an einem Ursprungsknoten empfangen wird und das Verfahren den Schritt (540) des Sendens der gesammelten örtlichen Zustandsinformationen zum Ursprungsknoten umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der ausgewählte Weg einen Ursprungsknoten umfaßt und mit dem Schritt des Aktualisierens (545) von örtlichen Zustandsinformationen am Ursprungsknoten entlang dem ausgewählten Weg.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Netz ein dezentrales Netz ist.