DE69830625T2

DE69830625T2 - Dynamische Netzbandbreitenzuweisung für Multimedia-Anwendungen mit weichen Dienstqualitätsanforderungen

Info

Publication number: DE69830625T2
Application number: DE69830625T
Authority: DE
Inventors: Daniel Reininger; Rauf Izmailov
Original assignee: Juniper Networks Inc
Current assignee: Juniper Networks Inc
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: EP0932280A3; EP0932280A2; EP0932280B1; DE69829425D1; DE69830625D1; DE69829425T2; DE69829515D1; DE69838493T2; DE69829515T2; DE69838493D1; DE69832582T2; DE69832582D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf die Dienstgüte (QoS) für die Netzwerkkommunikation. Insbesondere wird eine neue, Weich-QoS genannte, QoS-Form vorgestellt, um die derzeit existierende Kluft zwischen der wirksamen Bereitstellung der Netzwerkebene QoS und den Multimedia-Anforderungen zu überbrücken. Diese Erfindung ist in einem Netzwerksystem verkörpert, das Weich-QoS in einem Verfahren für die Nutzung von Weich-QoS verwendet, und in einem Computerprogramm, das ein Netzwerk befähigt, Weich-QoS zu verwenden.
Verwandtes Gebiet
Derzeit hat sich die Kommunikation über ein Netzwerk weit verbreitet. Verbindungen, die solch ein Netzwerk verwenden, benötigen eine Garantie einer bestimmten Dienstgüte. Die durch ein Netzwerk ermöglichte Dienstgüte (QoS) wird bezüglich QoS-Parameter gemessen. In herkömmlichen Systemen werden QoS-Parameter in statistischen Begriffen, wie z. B. Zell-Verlustrate, Verzögerungs-Jitter und Zell-Übertragungs-Verzögerung, ausgedrückt.
Um eine Garantie für eine bestimmte QoS bereitzustellen, muss ein Netzwerk für seine statistischen Verkehrsmerkmale Langzeit-Voraussetzungen schaffen. Der Netzwerk-Verkehr besteht dann aber aus verschiedenen Verbindungen mit ihren jeweiligen eigenen Merkmalen. Zusätzlich müssen die durch ein Netzwerk geschaffenen Voraussetzungen, die eine besondere Verbindung betreffen, über deren gesamte Dauer gültig sein. Wie oben erwähnt, werden statistische Merkmale bei herkömmlichen Systemen erreicht, die Verfahren verwenden, die stochastische Modellierung oder statistische Analyse empirischer Daten beinhalten.
Aber dann sind die Verkehrsprofile einer interaktiven Multimedia-Verbindung bei deren Aufbau im Allgemeinen unbekannt. Deshalb sind die oben erwähnten statistischen Langzeit-Darstellungen für solche interaktiven Multimedia-Verbindungen unzureichend. Insbesondere erfüllen die Parameter, die bei statistischen Langzeit-Darstellungen verwendet werden, nicht die besonderen QoS-Anforderungen von Multimedia-Anwendungen. Es wird im Allgemeinen anerkannt, dass verbreitete Multimedia-Anwendungen einen Netzwerk-Dienst benötigen, der die dynamischen und heterogenen Bandbreiten-Anforderungen, die für solche Anwendungen typisch sind, anpassen kann.
Darüber hinaus muss ein Netzwerk auf konservative Verkehrsvoraussetzungen vertrauen, um eine bestimmte QoS zu garantieren. Ein solches Vertrauen auf konservative Verkehrsvoraussetzungen führt zu einer Einschränkung der Netzwerk-Kapazität, die weit über das hinausgeht, was benötigt wird. Daraus folgt eine schlechte Netzwerk-Auslastung.
Es sollte beachtet werden, dass das Problem einer schlechten Netzwerk-Auslastung infolge einer Kapazitäts-Über-Reservierung in diesem Bereich unter Verwendung von VBR⁺ von Fachleuten behandelt wurde. Siehe D. Reininger, G. Ramamurthy und D. Raychaudhuri: „VBR-MPEG-Video-Codierung mit dynamischer Bandbreiten-Neuaushandlung"-Verfahren von ICC (Juni 1995). VBR* ist eine Netzwerk-Dienst-Klassifizierung, durch deren Verwendung eine Verbindung ihre Bandbreite neu aushandeln kann, während die Verbindung durchgeführt wird.
Durch Verwendung dieser Methodik wird die Gesamt-Auslastung eines Netzwerkes verbessert, da die Bandbreite während einer Verbindung dynamisch zugewiesen und neu zugewiesen werden kann. Siehe D. Reininger, W. Luo: „Statistische Mehrfachausnutzung von VBR*-Video"-Verfahren des internationalen SPIE-Sprach-, Video- & Datenübertragungs-Symposiums in Dallas, Texas (Nov. 1997).
Aber dann führen die bei der Verbindungs-Bandbreiten-Berechnung verwendeten Formeln zu QoS-Parametern, die der entsprechenden Bandbreite gleichen. Folglich verändert die Bandbreiten-Neuzuweisung die QoS einer Verbindung. In einem solchen Fall müssen die zur Bandbreiten-Neuzuweisung verwendeten Arbeitsschritte, wie bei VBR*, gewährleisten, dass neue QoS-Parameter den ursprünglichen QoS-Anforderungen einer Verbin dung genügen. Um dieses Ziel zu verwirklichen, verwenden die Autoren ein Konzept der „QoS-Zufriedenheit".
Bekannte herkömmliche Verfahren basieren auf der Darstellung der QoS-Zufriedenheit als „harte" (ja/nein) Binärparameter. Wenn zum Beispiel die übermittelte (oder errechnete) Zell-Verlustrate größer ist als die erforderliche Zell-Verlustrate, wird die Verbindung für unbefriedigend gehalten. Dieses Ergebnis ist jedoch im Vergleich zu der Abweichung zwischen der erforderlichen und der übermittelten Zell-Verlustrate unbedeutend.
Unter Betrachtung des oben Erwähnten, ist deshalb klar, dass die Verwendung von Binärparametern zu einer übermäßigen Verallgemeinerung der QoS-Zufriedenheit führt. Das wurde bei herkömmlichen Systemen in der Aufbauphase zum Teil durch die Verwendung von zwei QoS-Parameter-Gruppen, erforderliche QoS und annehmbare QoS, korrigiert.
Eine Anwender-Verbindung und ein Netzwerk schalten sich in eine Folge von QoS-Neuaushandlungen ein, die die oben erwähnten zwei Parameter verwenden. In einem solchen Fall wird die Anwender-Verbindung als annehmbarer QoS-Parameter festgelegt, der sich von der gewünschten, und ursprünglich von ihm angeforderten, QoS unterscheiden kann. Obwohl diese Methodik gegenüber der zuvor erwähnten Binärbeschreibung der QoS-Zufriedenheit eine Verbesserung darstellt, führt das Bereitstellen einer gewünschten und annehmbaren QoS nicht zu einem geeigneten Mechanismus für die Behandlung der zwischen die beiden fallenden QoS. Es ist ganz eindeutig, dass der Bereich zwischen den gewünschten und annehmbaren QoS-Grenzen nicht wirksam genutzt wird.
Außerdem weisen herkömmliche Systeme kein QoS-Zufriedenheits-Schema auf, das verwendet werden kann, während eine Verbindung durchgeführt wird. Außerdem ist es nicht möglich eine hohe Netzwerk-Auslastung unter den Anforderungen, die von den verbreiteten Multimedia-Anwendungen auferlegt werden, zu erreichen, und gleichzeitig Hardware-gebunden Langzeit-QoS-Garantieen einzuhalten.
Deshalb existieren bei herkömmlichen Netzwerk-Systemen mindestens die folgenden Probleme:

• „Hart"-QoS ist nicht für den Multimediaverkehr geeignet.
• „Hart"-QoS führt zu einer unbefriedigenden Netzwerk-Auslastung.
• Herkömmliche QoS-Zufriedenheits-Schemata können nicht modifiziert werden, während eine Verbindung durchgeführt wird.
• Herkömmliche QoS-Zufriedenheits-Schemata liefern keine qualitätsgerechte Resourcen-Zuweisung, da sie die gleichen Bandbreiten-Zuweisungen verwenden.

Eine QoS-Metrik zur Videoübertragung, die die Anwender-Zufriedenheit beachtet, ist bekannt durch Venkatasubramanian N, Nahrstedt K: „Eine integrierte Metrik für Video-QoS"-ACM-Multimedia 97-Verfahren, Seattle, 9.–13. Nov. 1997, Band 5, 1997, Seite 371–380, XP000857162, Reading, Addison Wesley, US.
Übersicht über die Erfindung
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, die oben festgestellten Probleme bei Netzwerksystemen, nach den in Anspruch 1 dargelegten Verfahrensschritten, zu lösen. Insbesondere ist es ein Ziel dieser Erfindung eine Weich-QoS zum Abgleich von Netzwerk-Auslastung und Applikationsebenen-QoS bei verbreiteten Multimediasystemen bereitzustellen.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, während der Überlastung eine Weich-QoS zur Toleranzausnutzung einer Anwendung auf die Netzwerk-Bandbreiten-Knappheit anzuwenden. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Weich-QoS durch einen Zufriedenheitsindex und ein Weichheitsprofil darzustellen.
Im Fall der Videoübertragung ist der Zufriedenheitsindex ein Hinweis der Wahrnehmungsqualität. Bei verschiedenen Multimedia-Anwendungen setzt das Weichheitsprofil den Zufriedenheitsindex und die entstehende Bandbreiten-Zuweisung während einer Netzwerküberlastung zueinander in Beziehung. Zum Beispiel weisen Video-Anwendungen eine nichtlineare Qualitätsresonanz auf Übertragungsgeschwindigkeits-Änderungen auf. Das Abgleichen einer Video-Quelle verringert deren Übertragungsgeschwindigkeit, aber beeinflusst die Wahrnehmungsqualität. Während „weiche" Anwendungen (wie z. B. Telefonkonferenz oder Multimedia-On-Demand(= Bedarfs)-Durchsuchen) relativ große Verringerungen der Übertragungsgeschwindigkeit verkraften, können „harte" Anwendungen (wie z. B. Video-On-Demand(= Bedarfs)-Betrieb oder medizinische Anwendungen) keine Übertragungs geschwindigkeits-Angleichung verkraften, ohne die Applikationsebenen-QoS erheblich herabzusetzen. Weichere Anwendungen sind robuster gegenüber Netzwerküberlastung, da sie einen langsameren Rückgang bei dem Zufriedenheitsindex mit einer ansteigenden Bandbreiten-Knappheit aufweisen.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, Weichheitsprofile verschiedener Anwendungen in einem Netzwerk zu verwenden, um die Bandbreiten-Auslastung und die Anwender-Zufriedenheit abzugleichen. Es ist noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung, es weicheren Anwendungen zu ermöglichen, für deren zusätzliche Flexibilität einen preiswerten Service für die Bandbreiten-Zuweisung zu bekommen, um das Betreiben des Netzwerkes, unter dynamischeren Auslastungs-Bedingungen zu ermöglichen.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, auf die Fragen einzugehen, die sich auf QoS beziehen und den Begriff der QoS-Zufriedenheit bis über ihren derzeitigen „harten" Binärstatus hinaus, auszudehnen.
Insbesondere wird der Zufriedenheitsindex stufenweise von „unbefriedigend" bis „zufriedenstellend" skaliert. Der Zufriedenheitsindex stellt die Abweichung zwischen der entsprechenden angeforderten Bandbreite und der zugewiesenen Bandbreite während einer Netzwerküberlastung dar. Die genaue Beziehung zwischen dem Zufriedenheitsindex und der Bandbreite der Verbindung wird durch ihr Weichheitsprofil beschrieben. Das Weichheitsprofil legt fest, wie der Zufriedenheitsindex abnimmt, wenn nur ein Abschnitt der angeforderten Bandbreite tatsächlich durch das Netzwerk zugewiesen werden kann. Wenn ein kleiner Bandbreitenverlust einen steilen Abfall des Zufriedenheitsindex' bewirkt, wird das entsprechende Weichheitsprofil als „hart" betrachtet. „Weichere" Profile entsprechen Fällen, in denen ein Bandbreitenverlust bewirkt, dass der Zufriedenheitsindex langsamer abnimmt. Das Weichheitsprofil kann während des Aufbaus gewählt werden, und es kann während einer Sitzung verändert werden.
Es ist noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung, den Anwendungen zu ermöglichen, ein Weichheitsprofil zu wählen, das zu ihren Bedürfnissen am besten passt. Zum Beispiel vertragen Video-On-Demand(VoD)-Anwendungen im Allgemeinen Übertragungsgeschwindigkeits-Regulierungen innerhalb eines kleinen dynamischen Bereichs vertragen (da die Geschwindigkeits-Steuerung durch eine Größenwandler-Steuerung erreicht wird). Anwen dungen, wie Überwachung oder Telefonkonferenz, können einen größeren dynamischen Bereich für die Übertragungsgeschwindigkeits-Steuerung aufweisen, da das Videosignal über einen Bildfrequenz-Bereich ausgegeben werden kann, der unterhalb des üblichen Bereichs von 30 und 24 Bildern pro Sekunde liegt. Andere Multimedia-Anwendungen können durch Auflösungs-Skalierung einen größeren Bereich der Übertragungsgeschwindigkeits-Steuerung ermöglichen. In diesen Beispielen werden VoD-Anwendungen an ein „härteres" Profil angeglichen als andere lernfähigere Multimedia-Anwendungen.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, den Anwendungen zu ermöglichen, abhängig von der Art der Anwendung, geeignete Weichheitsprofile zu wählen. Zum Beispiel können Anwender an einem schnurlosen mobilen Terminal ein „weicheres" Profil für eine Anwendung wählen, um die Verbindungskosten zu reduzieren, während ein „härteres" Profil gewählt werden kann, wenn die selbe Anwendung an einem verkabelten Desktop-Terminal läuft. Deshalb können lernfähige Multimedia-Anwendungen, die ihre Videoqualität skalieren können, ihre Weich-QoS-Anforderungen dynamisch festlegen, um die Kosten einer Sitzung dynamisch zu steuern.
Um die oben erwähnten Ziele zu erreichen, wird ein verbreitetes Multimediasystem bereitgestellt, das eine weiche Service-Support-Qualität aufweist. Zusätzlich wird ein verbreitetes Multimediasystem bereitgestellt, das einen Client, einen Server und ein Netzwerk umfasst, in dem der Client ferner eine Anwendung und eine Netzwerk-Schnittstellen-Karte umfasst, der Server ferner eine Terminal-QoS-Steuerung, eine Datenquelle und eine Server-Netzwerk-Schnittstellen-Karte umfasst.
In einem Beispiel umfasst das Netzwerk ferner ein Basisnetzwerk, ein Zugangsnetzwerk und eine QoS-Steuerung, wobei die QoS-Steuerung dem Zugangsnetzwerk angeschlossen ist.
Weitere Beispiele beinhalten Verbesserungen, bei denen die Servicesteuerungen PCs, Ablaufserver und integrierte Systeme sein können.
Weitere Beispiele beinhalten Verbesserungen, bei denen die Servicesteuerungen sich im Verteiler-Randbereich des Basisnetzwerks befinden können und/oder über das Basisnetzwerk verteilt sein können.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Weich-QoS, die ein Weichheitsprofil und einen Zufriedenheitsindex aufweist. Die Verbesserungen beinhalten ein Weichheitsprofil, das unter Verwendung eines Zufriedenheitsindex' und eines Bandbreiten-Verhältnisses festgelegt wird, wobei das Bandbreiten-Verhältnis ferner als ein Verhältnis zwischen der zugewiesenen Bandbreite und der angeforderten Bandbreite festgelegt ist, und der Zufriedenheitsindex wird mit einer Granularität G von 2–5 eingeteilt, und das Bandbreiten-Verhältnis wird von 0–1 eingeteilt. Weitere Verbesserungen beinhalten mathematische Ansätze zur Berechnung des Weichheitsprofils, die nachfolgend mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bezüglich der Weich-QoS eine Anwendung eine Bandbreite von einem Netzwerk anfordern, während eine Verbindung durchgeführt wird, die Anwendung kann außerdem Weich-QoS-Anforderungen neu aushandeln, und die QoS-Steuerungen berechnen und handeln zur Erhaltung der Qualität die notwendigen Übertragungsgeschwindigkeiten neu aus. Die Verbesserungen beinhalten eine bevorzugte Ausführungsform, in der die Neuaushandlung durch das Netzwerk oder den Anwender aufgerufen wird. Ein Netzwerk kann Neuaushandlungen aufrufen, um eine Qualitätszuverlässigkeit unter konkurrierenden Verbindungen zu gewährleisten. Die Neuaushandlung wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform an einen Netzwerkverteiler gesendet.
Darstellende Beispiele beinhalten ein System, in dem die Datenquelle eine Multimedia-Übertragungsgeschwindigkeits-Quelle ist, und in dem die Multimedia-Datenquelle, wie z. B. eine Video-Datenquelle, Bildfrequenz und Bilddetails als Weich-QoS-Parameter verwendet.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung der QoS-Neuaushandlung durch eine Weich-QoS-Steuerung, die das Empfangen einer Bandbreiten-Anforderung, das Empfangen eines Weichheitsprofils, das mit der Bandbreiten-Anforderung verbunden ist, das Gewähren der Anforderung, wenn eine Abnahme gefordert wird, und das Gewähren einer Zunahme-Anforderung, wenn die Kapazität verfügbar ist, umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Bandbreiten-Zunahme-Anforderung gewährt durch vorläufiges Zuweisen eines Ausgabeanschlusses, Berechnen eines Zufriedenheitsindex', Verwenden eines Neuzuweisungs-Algorithmus, zur Zurückgewinnung zusätzlicher Bandbreite, wenn der Zufriedenheitsindex niedrig ist.
Ein weiterer Gesichtspunkt ist ein Neuzuweisungs-Verfahren zur Bandbreiten-Neuzuweisung in einem Netzwerk, wobei das Netzwerk Geber-Verbindungen und Empfänger-Verbindungen umfasst, und die Empfänger-Verbindungen und die Geber-Verbindungen sind jeweils mit einem Zufriedenheitsprofil verbunden, in dem jedes Zufriedenheitsprofil einen Mindest-Zufriedenheitsindex so maximiert, dass der Zufriedenheitsindex innerhalb eines annehmbaren Bereichs liegt.
Ein weiterer Gesichtspunkt ist ein Neuzuweisungs-Verfahren zur Bandbreiten-Neuzuweisung unter einer Vielzahl von Geber-Verbindungen und Empfänger-Verbindungen, das Folgendes umfasst: die Festlegung der Geber-Verbindungen mit einem höheren Zufriedenheitsindex, die Festlegung der Geber-Verbindungen mit einer höheren Bandbreiten-Zuweisung, das Berechnen des Wertes der Bandbreite, die neu zugewiesen werden soll, unter Verwendung von Weichheitsprofilen, wobei ein Wert der ausgegebenen Bandbreite so gewählt wird, dass die verbleibende Bandbreite den Zufriedenheitsindex durch eine Granularitätseinheit G verringert, das Anhalten, wenn der Zufriedenheitsindex der Empfänger-Verbindung innerhalb eines Grenzbereiches liegt, das Wiederholen der obigen Schritte bis der Zufriedenheitsindex der Empfänger-Verbindung in einem annehmbaren Bereich liegt, oder bis der Zufriedenheitsindex einer Verbindung außer der Empfänger-Verbindung eine Mindest-Zufriedenheit erreicht, und das Anfordern einer größeren Bandbreite von einem Netzwerkabschnitt, wenn eine Mindest-Zufriedenheit erreicht ist.
In einem Beispiel werden die Geber-Verbindungen so festgelegt, dass sie ein Verfahren verwenden, das die Festlegung eines Korrektur-Grenzbereiches umfasst und eine Verbindung in einem Verzeichnis von Geber-Verbindungen beinhaltet, wenn der Korrektur-Grenzbereich die aktuelle Zuweisungs-Bandbreite so festlegt, dass sie größer ist als die erforderliche Bandbreite.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zur Berechnung des Weichheitsprofils durch stückweise Annäherung mit einer linearen Funktion, in dem die Funktion dem Zufriedenheitsindex und dem Bandbreite-Verhältnis entspricht, wobei die Funktion aus einer Vielzahl von linearen Kurvensegmenten besteht und die Steigung jedes linearen Kurvensegments ein Maß darstellt, bei dem die Videoqualität wegen der Knappheit bei der zugewiesenen Bandbreite abnimmt.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zur Berechnung der erforderlichen Bandbreite, um einen Zufriedenheitsindex zu erreichen, der eine Formel verwendet, die im Folgenden ausführlich mit Bezug auf Beispiele beschrieben wird.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zur Zulassungssteuerung, in dem eine durchschnittliche niedrige Zufriedenheitsrate geringer ist als die maximale niedrige Zufriedenheitsrate und worin die durchschnittliche niedrige Zufriedenheitsrate gleich einer Wahrscheinlichkeit ist, dass die Langzeit-Kapazitäts-Anforderung der Verbindung größer ist als eine verzeichnete Bandbreite.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Zulassungssteuerung, in einem Netzwerksystem, das Folgendes umfasst: das Ankündigen eines Referenzprofils, das Umwandeln des Referenzprofils in Weich-UPC-Parameter, das Herleiten eines Zwei-Stadien-Verkehrs-Modells, das Weich-UPC-Parameter verwendet und das Anpassen der Haupt- und Standard-Abweichung der Bandbreite.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Anpassen der Haupt- und Standard-Abweichung, das Entscheiden, ob die Anforderung eine Aufrufankunft oder ein Aufrufabgang ist und das entsprechende Durchführen des Aufrufablaufs. Besondere Ausführungsformen beinhalten besondere Verfahren zur Durchführung von Aufrufankunfts- und Aufrufabgangs-Abläufen. Noch eine weitere Ausführungsform beinhaltet Parameter zur Verwendung für die Ankündigung während der Aufruf-Aufbauphase. Noch eine weitere Ausführungsform beinhaltet mathematische Formeln für jeden der Schritte in der Zulassungssteuerung, die mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen nachfolgend ausführlich beschrieben werden:
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 zeigt ein Beispiel eines Zufriedenheitsprofils.
2 zeigt eine Tabelle, die das kritische Bandbreiten-Verhältnis für verschiedene MPEG-2-Video-Anwendungs-Szenarien darstellt.
3 zeigt eine QoS-API.
4 zeigt ein Systemmodell für ein verbreitetes Multimediasystem mit Weich-QoS-Unterstützung.
5 beschreibt eine QoS-Aushandlung für eine Anwendung über ein Netzwerk, das eine ATM-Signalisierung verwendet.
6 zeigt ein Beispiel, das IP verwendet und RSVP-Verbindungen bereitstellt.
7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, die Weich-QoS-Steuerungen über das Netzwerk verwendet, das eine IP-Verteilung durch ATM verwendet.
8 zeigt ein Systemmodell für die Zuweisung einer lernfähigen Bandbreite nach der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine ausführliche Beschreibung einer Algorithmus-Durchführung für eine Weich-QoS-Steuerung nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt einen Bandbreiten-Neuzuweisungs-Algorithmus nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt Beispiele der verschiedenen Schritte bei dem Kern-Bandbreiten-Zuweisungs-Ablauf.
12 zeigt einen Zugangs-Steuerungs-Algorithmus.
13 beschreibt eine Tabelle, die die Durchführung der Weich-QoS-Steuerung bezüglich einer vorgewählten Metrik zeigt.
14 zeigt die Auswirkung der Netzwerk-Auslastung auf die niedrige Zufriedenheitsrate (LSR).
15 zeigt die Auswirkung der Netzwerk-Auslastung auf die Durchschnittsdauer der niedrigen Zufriedenheitsrate (LSMD).
16 zeigt die Auswirkung der Netzwerk-Auslastung auf die Neuzuweisungsrate (RR).
17 zeigt die Auswirkung des Korrektur-Grenzbereichs auf die Neuzuweisungs-Overhead-Signalisierung (RSO).
18 zeigt eine Tabelle, die die Auswirkung des Korrektur-Grenzbereichs auf die Neuzuweisungs-Durchführung beschreibt.
19 zeigt eine Abstimmung zwischen der Neuzuweisungs-Overhead-Signalisierung (RSO) und der niedrigen Zufriedenheitsrate (LSR).
20 zeigt die Auswirkung der Neuzuweisung auf den Mindest-Zufriedenheitsindex.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:
Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden bezüglich der Zeichnungen beschrieben. Für ein besseres Verständnis dieser Erfindung werden hierin die verschiedenen Merkmale und Vorteile und die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Versuche, die quantitativ die überlegenen Vorteile der vorliegenden Erfindung zeigen, werden außerdem mit einer Analyse ihrer Ergebnisse dargestellt.
Prinzip der Erfindung:
Definition von QoS:
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch das Konzept einer Weich-QoS aus, die eine sanfte oder flexible QoS bereitstellt, und die sich von dem Konzept der herkömmlichen Hart-QoS unterscheidet, die eine starre QoS bereitstellt. Insbesondere ist die Weich-QoS charakteristisch für die Bereitstellung von ausreichenden Netzwerk-Resourcen, wie einer Bandbreite, um eine annehmbare Anwendungs-Durchführung zu erreichen.
Das Weichheitsprofil ist eines der Parameter, die bei der vorliegenden Erfindung für die Bestimmung der Weich-QoS verwendet werden. Ein klares Verständnis des Geltungsbereichs dieser Erfindung kann nur mit einer Definition des Weichheitsprofils erfolgen. Das Weichheitsprofil ist so festgelegt, dass es zwei Parameter verwendet: den Zufriedenheitsindex und das Bandbreiten-Verhältnis. Der Zufriedenheitsindex ist ein Maßstab für die Wahrnehmungsqualität des Anwenders. Das Bandbreiten-Verhältnis ist definiert als das Verhältnis zwischen der tatsächlich zugewiesenen Netzwerk-Bandbreite und der durch die Anwendung angeforderten Bandbreite. Das Weichheitsprofil ist eine Funktion, die den Zufriedenheitsindex einer Anwendung und die zugewiesenen Netzwerk-Bandbreiten zueinander in Beziehung setzt.
Hierin werden verschiedene Wege zur Erreichung der Weichheitsprofile betrachtet. Multimedia-Anwendungen weisen im Allgemeinen eine nicht-lineare Beziehung zwischen Übertragungsgeschwindigkeit und Qualität auf, was als einer der Wege zur Festlegung des Weichheitsprofils benutzt werden kann. Diese nicht-lineare Rückmeldung wird manchmal durch Wahrnehmungs- und Auswertungs-Versuche empirisch beschrieben.
Im Fall von Video-Anwendungen, haben Untersuchungen dazu geführt, die Qualität verschiedener Durchführungen digitaler Video-Dienste, wie hochauflösendes Fernsehen (HDTV) und Direktempfang-Dienste (DBS) zu beurteilen. Eine solche Untersuchung bezüglich MPEG-2-Video für TV-Dienste wird dargelegt in: J. G. Lourens, H. H. Malleson und C. C. Theron: „Optimierung der Übertragungsgeschwindigkeit für digital komprimierte TV-Dienste, als eine Funktion von annehmbarer Bildqualität und Bildkomplexität", IEE-Kolloquium über digital komprimiertes TN über Satellit, 1995. Diese Untersuchung legt umfangreiche graphische Darstellungen vor, die die Beurteilung der subjektiven Bildqualität mit verschiedenen Kompressions-Übertragungsgeschwindigkeiten in Beziehung setzt. Sie betrachtet auch die Aktivität und Komplexität des Videomaterials. Von den, durch Verwendung der oben erwähnten Annäherungen erzielten Übereinstimmungen, können Weichheitsprofile für Video abgeleitet werden, die in verschiedenen Anwendungs-Szenarien verwendet werden.
Das Weichheitsprofil wird durch eine „S-förmige" Funktion, die aus drei linearen Segmenten besteht, schrittweise angenähert. 1 beschreibt diese Funktion in Form einer graphischen Darstellung des Zufriedenheitsindex' verglichen mit dem Bandbreitenverhältnis. Der Zufriedenheitsindex wird variabel zwischen 0–5 gezeigt, während das Bandbreitenverhältnis sich von 0–1 verändert. Es werden drei lineare Segmente gezeigt: C–B, B–A, und A–1. Die Steigung jedes linearen Segments stellt das Verhältnis dar, mit dem die Videoqualität abnimmt (der Zufriedenheitsindex nimmt ab), wenn das Netzwerk nur einen Abschnitt der angeforderten Bandbreite zuweist: je steiler die Steigung desto „härter" das entsprechende Profil.
Der Zufriedenheitsindex ist mit einer Granularität G von 2 bis 5 abgestuft. Zwei Arbeitsbereiche werden in der bevorzugten Ausführungsform festgelegt: der Bereich zwischen 3 bis 5 wird als ein annehmbarer Zufriedenheits-Bereich betrachtet, während unterhalb von 3 ein Bereich niedriger Zufriedenheit liegt.
Ferner wird das Bandbreitenverhältnis von 0 bis 1 abgestuft. Der in 1 als B bezeichnete Punkt, wird das kritische Bandbreiten-Verhältnis genannt, da er den annehmbaren Bereich und den Bereich niedriger Zufriedenheit trennt.
Die Weichheitsprofil-Funktion S(r) (in der r das Bandbreitenverhältnis darstellt) nach der vorliegenden Erfindung, wird durch drei Zahlen A, B, C vollständig festgelegt, wobei gilt: 1 ≥ A > B > C ≥ 0und
S(1) = 5 (ausgezeichnet), S(A) = 4 (sehr gut), S(B) = 3 (gut), S(C) = 2 (schwach), S(0) = 0.
Für ein Bandbreitenverhältnis zwischen 0 und 1 wird der entsprechende Zufriedenheitsindex S(r) durch die folgenden Formeln berechnet:
Das Weichheitsprofil wird auch für die Berechnung des Bandbreitenwertes (Bandbreiten-Verhältnis r) verwendet, der benötigt wird, um den gewünschten Zufriedenheitsindex s zu erreichen:
Die vorliegende Erfindung kann auch unter Verwendung einer weiteren Quantifizierung des Weichheitsprofils für verschiedene Video-Anwendungen genutzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Beschreibung des Weichheitsprofils benutzt, das abgeleitet ist von Untersuchungen, die ausführlich beschrieben sind in: J. G. Lourens, H. H. Malleson und C. C. Theron: Optimierung der Übertragungsgeschwindigkeit für digital komprimierte TV-Dienste, als eine Funktion von annehmbarer Bildqualität und Bildkomplexität", IEE-Kolloquium über digital komprimiertes TN über Satellit, (1995). In der oben erwähnten Untersuchung zeigt ein, von empirisch erzielten Ergebnissen abgeleitetes, statistisches Modell für MPEG-2-TV-Anwendungen, dass A = 1,067 – B, C = 0,667 – B. 2 stellt einen Anwendungs-abhängigen Bereich für das kritische Bandbreiten-Verhältnis B dar.
Weich-QoS-Steuerung für Multimedia-Anwendungen
3 zeigt eine QoS-Anforderung durch eine Anwendung nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung. Eine Anwendung 500 sucht zusätzliche Bandbreite. Der Pfeil 505 stellt eine Anwendungs-Ebenen-QoS-Anforderung dar. Das Format dieser Anforderung verändert sich mit den typischen Abläufen der Anwendung. Die Anforderung wird von einer Netzwerk-Schnittstellen-Karte 510 empfangen, die auch die QoS-Steuerung durchführt. Diese Karte wertet die Anwendungs-QoS-Anforderung aus und wandelt sie in eine Netzwerk-QoS-Anforderungs-Nutzung 515 um. Nach einem wichtigen Gesichtspunkt dieser Erfindung, muss beachtet werden, dass 515 als eine dynamische Verknüpfung aufrechterhalten bleibt und nicht nur ein einmaliges Aufbau-Ereignis ist. Das Netzwerk 520 reagiert durch Bereitstellen der verfügbaren Netzwerk QoS in 525, das dann der Anwendung in 535 bereitgestellt wird.
4 zeigt ein Beispiel eines System-Modells eines verbreiteten Multimedia-Systems mit Weich-QoS-Unterstützung nach der vorliegenden Erfindung. Eine Video-Zuführungs-Anwendung, in der ein Client-Terminal über ein Breitband-Basis-Netzwerk 610 einen Videotitel von einem dezentralen Server anfordert, wird als ein Beispiel betrachtet. Bei dem Verbindungsaufbau fordert eine Anwendung 660 die gewünschte QoS von einem Server und einem Netzwerk an. Für ein Video wird die von dem Server angeforderte Qualität bezüglich der Bildfrequenz und der Bildgenauigkeit beschrieben (ergibt sich durch eine Kombination der Raum- und Frequenzauflösung). Die von dem Netzwerk angeforderte Qualität ist eine Weich-QoS-Spezifikation, gekennzeichnet als ein Zufriedenheitsindex und ein Weichheitsprofil. Während der Durchführung einer Verbindung kann diese Anwendung ihre QoS-Anforderungen neu aushandeln.
Die Terminal-QoS-Steuerung 650 in dem Server berechnet und handelt die benötigte Übertragungsgeschwindigkeit neu aus, um die gewünschte Zielqualität aufrecht zu erhalten. Die Neuaushandlungs-Anforderungen werden durch Zugangsnetzwerke, die eine Zugangs- und eine Abmelde-Software-Komponente 630 und 620 verwenden, an die Weich-QoS-Steuerungen 625 und 635 in den Netzwerkverteilern gesandt.
Während die Neuaushandlungen durchgeführt werden und während einer Netzwerküberlastung, verwendet eine variable Übertragungsgeschwindigkeits(VBR)-Quelle 640 die Übertragungssteuerung, um ihre Übertragungsgeschwindigkeit und Qualität zu skalieren, und um zu gewährleisten, dass der erzeugte Verkehr der zugewiesenen Bandbreite entspricht.
5–7 zeigen konzeptionelle Umsetzungen der Systeme, in denen verschiedene Netzwerk-Mechanismen für die dynamische QoS-Unterstützung, anhand verschiedener Beispiele, ausführlich beschrieben werden.
5 beschreibt eine Anwendungs-QoS-Neuaushandlung über ein Netzwerk, das eine ATM-Signalisierung verwendet. Der Client 710 ist mit dem Server 720 durch ATM-Verteiler 730 und 740 über ein ATM-Netzwerk verbunden. Die Weich-QoS-Steuerungen 734 und 745 sind mit den ATM-Verteilern verbunden. Die Aufbau- und Modifikationsanforderungen 722 und 721 werden durch den Server für das Netzwerk hergestellt. Die neu eingerichteten Verbindungen 724 und die Modifikations-Verfügbarkeit 723 werden von dem Server empfangen.
6 zeigt ein Beispiel, das IP anstelle ATM verwendet und RSVP-Verbindungen bereitstellt. RSVP ist ein Signalisierungs-Mechanismus-Protokoll für die QoS-Bereitstellung. Es folgt die IETF-Standard-QoS-Bereitstellung. In diesem Fall sind die Weich-QoS-Steuerungen 815 und 825 mit den IP-Routern 810 und 820 verbunden.
7 zeigt ein Beispiel, das Weich-QoS-Steuerungen der relativ neuen IP-Technologie mit ATM-Verteilung verwendet. In diesem Fall sind die QoS-Steuerungen 910 und 940 sowohl mit beiden IP-Routern 920 und 930 als auch mit den ATM-Verteilern 730 und 740 verbunden.
Jede in 5 bis 7 dargestellte QoS-Steuerung kann in eine Weich-QoS-Steuerung nach der vorliegenden Erfindung übertragen werden. Bei diesem Ereignis kann eine solche Weich-QoS-Steuerung den Weich-QoS-Steuerungs-Ablauf nach der vorliegenden Erfindung durchführen.
Aufbau der Weich-QoS-Steuerung
Bezüglich 8 wird eine Beschreibung des Aufbaus der Weich-QoS-Steuerung gegeben, die an jedem Knotenpunkt des Kommunikations-Netzwerks verwendet wird. Die dargestellte Weich-QoS-Steuerung ist in Betrieb, um eine Bandbreite angleichend zuzuweisen, und umfasst einen Zufriedenheits-Kalkulator 1010, ein Weich-QoS-Steuerungs-Modul 1020 und ein Weich-CAC-Modul 1030. Das dargestellte Weich-QoS-Modul 1030 ist gemäß einem Verbindungs-Zugangs-Steuerungs-Algorithmus (der später beschrieben wird) in Betrieb, und das Weich-QoS-Steuerungs-Modul 1020 arbeitet mit dem Zufriedenheits-Kalkulator 1010 nach einem Weich-QoS-Steuerungs-Algorithmus zusammen.
In 8 basiert der Verbindungszugang, der in dem Weich-CAC-Modul 1030 durchgeführt wird, auf der verfügbaren Kapazität (Anforderung, Weichheit) 1001, dem Referenzprofil 1002 und der berechneten Verkehrsgüte (GoS). Die neue Verbindung wird anerkannt, wenn die Ziel-GoS (GoS*) 1004 aufrechterhalten werden kann.
Anerkannte Verbindungen können ihre Bandbreiten-Anforderungen und ihre Weichheit während der Sitzung neu aushandeln. Für die Neuaushandlungen überprüft das Weich-CAC-Modul 1030, ob die angeforderte Bandbreite innerhalb der Grenzen des angegebenen Referenzprofils liegt und informiert den Zufriedenheits-Kalkulator 1010 über die Verbindungen, die eine Bandbreite außerhalb ihres Referenzprofils anfordern. Das Weich-QoS-Steuerungs-Modul 1020 weist die Bandbreite den Neuaushandlungs-Anforderungen zu, die auf der Zufriedenheit basieren, die durch den Zufriedenheits-Kalkulator 1010 bereitgestellt wird. Hierbei werden die Verbindungen, von denen Bandbreite zurückgefordert wird, Geber genannt, während die Verbindung, die von der Neuzuweisung profitiert, der Empfänger genannt wird.
Bei diesem Ereignis kann die durch das Netzwerk initiierte Neuaushandlung verwendet werden, um Bandbreite von den Geber-Verbindungen neu zuzuweisen. Aus Stabilitätsgründen kann der Zufriedenheits-Kalkulator 1010 das Weich-CAC-Modul 1030 anfordern, um zeitweise neue Verbindungen zurückzuweisen (1012).
Algorithmus für Weich-QoS-Steuerungen
Die in 8 dargestellte Weich-QoS-Steuerung ist nach dem Weich-QoS-Steuerungs-Algorithmus in Betrieb, was bei der vorliegenden Erfindung wichtig ist. Die durch diese Erfindung bereitgestellte Weich-QoS-Steuerung empfängt Weich-QoS-Anforderungen. Sie führt dann QoS-Neuaushandlungen, basierend auf der angeforderten Bandbreite und den zugehörigen Weichheitsprofilen, durch, die die Weich-QoS kennzeichnen. Neuaushandlungen, die eine Abnahme der zugewiesenen Bandbreite anfordern, werden völlig gewährt, während Anforderungen, die eine Zunahme der zugewiesenen Bandbreite anfordern, nur gewährt werden, wenn die Kapazität verfügbar ist.
Wenn eine Neuaushandlung eine zunehmende Bandbreite anfordert, wird eine vorläufige Zuweisung, basierend auf der verfügbaren Kapazität, an dem Ausgabeanschluss des Verteilers erzeugt, wo die Verbindung weitergeleitet wird. Wenn solch eine vorläufige Zuweisung zu einem Zufriedenheitsindex führt, der innerhalb eines vorgewählten Bereichs niedriger Zufriedenheit liegt, wird ein Neuzuweisungs-Algorithmus verwendet, um zusätzliche Bandbreite von zuvor existierenden Verbindungen zurückzufordern die in einem Bereich annehmbarer Zufriedenheit in Betrieb sind. Die Verbindungen, von denen Bandbreite zurückgefordert wird, werden Geber genannt. Die Verbindung, die von der Neuzuweisung profitiert, wird der Empfänger genannt. Der Neuzuweisungs-Algorithmus verwendet die Zufriedenheitsprofile, um den Mindest-Zufriedenheitsindex aller Verbindungen, gemäß der Aufrechterhaltung der Zufriedenheit aller Geber innerhalb des Bereichs annehmbarer Zufriedenheit, zu maximieren.
Diese Optimierungskriterien führen zu einer rationellen Zuweisung, die alle QoS-Anforderungen der Verbindungen beachtet. Die Durchführung des Algorithmus der Erfindung bezüglich der Wahrscheinlichkeit des Betreibens mit einer annehmbaren Zufriedenheit bei verschiedenen Netzwerk-Auslastungen, stellt den Hauptblickpunkt der Versuchsergebnisse dar, die als Teil dieser Spezifikation vorliegen. Diese Wahrscheinlichkeit erhöht sich, wenn die Zugangsrichtlinie relativ große Neuaushandlungs-Anforderungen vermeidet, die eine Mindest-Zuweisung benötigen, die die Zufriedenheit der laufenden Verbindungen umfasst.
Es folgt eine ausführliche Beschreibung einer algorithmischen Durchführung für eine Weich-QoS-Steuerung. Die Beschreibung folgt dem Flussdiagramm in 9.
Schritt 2050 überprüft, ob die angeforderte Bandbreite kleiner ist als die der Verbindung gegenwärtig zugewiesene Bandbreite (Abwärts-Neuaushandlung). Wenn es so ist, wird die Anforderung völlig gewährt. Ansonsten fordert die Verbindung eine Bandbreitenzunahme an (Aufwärts-Neuaushandlung). Dann durchläuft in Schritt 2020 jede neue Anforderung für die Aufwärts-Neuaushandlung einen Zugangstest. Der Test berechnet heuristisch, ob unter Verwendung der zugewiesenen Kapazität und der Weichheitsprofile der aktiven Verbindungen wenigstens die Mindest-Zufriedenheit für alle aktiven Verbindungen erreicht werden kann, sobald die Anforderung anerkannt ist. Die Verbindungen bleiben mit ihrer zuvor zugewiesenen Kapazität in Betrieb, wenn ihre Anforderung in Schritt 2060 durch den Zugangsablauf abgelehnt wird.
Sobald eine Anforderung in Schritt 2030 anerkannt ist, wird, basierend auf der verfügbaren Kapazität, in Schritt 2051 eine vorläufige Zuweisung erzeugt. Diese Zuweisung ist mindestens so groß wie die gegenwärtig zugewiesene Bandbreite für die Verbindung. Schritt 2032 kontrolliert, dass der durch die vorläufige Zuweisung erreichte Zufriedenheitsindex über einem Mindest-Zufriedenheits-Level liegt. Wenn es so ist, überprüft Schritt 2041, ob die Verbindung mit der vorläufigen Zuweisung die maximale Zufriedenheit erreicht. Wenn die Verbindung die maximale Zufriedenheit erreicht, wird die Anforderung in Schritt 2043 völlig gewährt; ansonsten wird die Anforderung in Schritt 2042 teilweise gewährt. Wenn die vorläufige Zuweisung zu einem Zufriedenheitsindex unterhalb der Mindestzufriedenheit führt, wird in Schritt 2040 der Neuzuweisungs-Algorithmus verwendet, um von den Verbindungen Bandbreite zurückzufordern, die unter Verwendung der Zufriedenheitsprofile oberhalb der Mindestzufriedenheit in Betrieb sind.
Der Bandbreiten-Neuzuweisungs-Algorithmus wird aufgerufen, wenn eine Verbindung V mehr Bandbreite anfordert als verfügbar ist, um seinen Mindest-Zufriedenheits-Level zu erreichen.
Der in 10 gezeigte Bandbreiten-Neuzuweisungs-Algorithmus hält den Zufriedenheits-Level aller Verbindungen so hoch wie möglich. Insbesondere muss der Mindest-Zufriedenheits-Index aller Verbindungen größer sein als ein vom Netzwerk wählbarer Mindest-Zufriedenheits-Grenzbereich-Index. Als Nächstes wird der Betrieb des Kernbandbreiten-Neuaushandlungs-Algorithmus' beschrieben. Da zu einer vorgegebenen Zeit die Verbindungen unterschiedlich hohe Zufriedenheitsindizes aufweisen, stellt der Neuzuweisungs-Algorithmus die Verbindungen fest, die den höchsten Zufriedenheitsindex und die höchste zugewiesene Bandbreite aufweisen. Das Auswählen der Verbindungen mit dem höchsten Zufriedenheitsindex als Primär-Kandidaten für die Neuzuweisung (Geber-Verbindungen), hält den Mindest-Zufriedenheits-Index aller Verbindungen so hoch wie möglich.
Ferner gestattet die Korrektur des Verzeichnisses der Geber-Verbindungen durch Auswählen nur der Verbindungen mit der höchsten zugewiesenen Bandbreite als Primär-Kandidaten dem Netzwerk, die Zahl der Neuzuweisungen (Signallast) zu steuern. Diese Auswahl wird durch einen Korrektur-Grenzbereich (p) festgelegt. Eine Verbindung ist in dem Verzeichnis der Geber-Verbindungen beinhaltet, wenn ihre gegenwärtig zugewiesene Bandbreite, die den Korrektur-Grenzbereich festlegt, größer ist als die für einen Empfänger benötigte Bandbreite. Je kleiner der Korrektur-Grenzbereich ist, desto weniger Verbindungen sind in dem Geber-Verzeichnis enthalten und umgekehrt (wenn p = 0, sind keine Verbindungen enthalten).
Unter Verwendung der zuvor beschriebenen Weichheitsprofil-Formeln, errechnet der Neuzuweisungs-Algorithmus den Bandbreitenwert, der von den Geber-Verbindungen an V neu zugewiesen werden könnte. In diesen Berechnungen ist der Wert der freigegebenen Bandbreite so groß, dass die verbleibende Bandbreite den Zufriedenheitsindex der Geber-Verbindungen bis zu einer Granularitäts-Einheit G verringert.
In Schritt 2110 wird eine Neuzuweisung für eine Zielverbindung angefordert. In Schritt 2120 wird eine Auswahl von Geber-Verbindungen initiiert. In Schritt 2130 wird eine Weich-QoS-Verbindung gewählt. Wenn die Bandbreite der gewählten Verbindung oberhalb eines vorbestimmten Abschaltpunktes liegt, wird die Verbindung in Schritt 2141 einem Verzeichnis von Geber-Verbindungen hinzugefügt. Das wird in den Schritten 2140–2142 wiederholt, bis alle QoS-Verbindungen ausgeschöpft sind. Etwas Bandbreite wird von dem Geber-Verzeichnis in Schritt 2150 neu zugewiesen. In Schritt 2160 bestimmt der Algorithmus, ob der Zufriedenheitsindex der Zielverbindung über einem Mindest-Zufriedenheitsindex liegt. Wenn es so ist, werden die Geber-Verbindungen in Schritt 2180 über die Neuzuweisung informiert. Wenn nicht, wird in Schritt 2170 eine neue Ermittlung erzeugt, um herauszufinden, ob der Zufriedenheitsindex aller anderen Verbindungen über der Mindest-Zufriedenheit liegt. Wenn es so ist, geht der Algorithmus zurück zu 2120 und der Ablauf wird wiederholt. Wenn nicht, fordert der Algorithmus in Schritt 2190 von dem Netzwerk zusätzliche Bandbreite an.
Als Ergebnis des Kernbandbreiten-Neuzuweisungs-Ablaufs nimmt der Zufriedenheitsindex der Geber-Verbindungen um G ab, während der Zufriedenheitsindex der Empfänger-Verbindung (V) sich erhöht. Der Neuzuweisungs-Algorithmus stoppt, wenn der Zufriedenheitsindex der Empfänger-Verbindung in einem annehmbaren Bereich liegt.
Andernfalls wird der Kern-Neuzuweisungs-Ablauf wiederholt bis entweder der Zufriedenheitsindex von V in einem annehmbaren Bereich liegt oder der Zufriedenheitsindex anderer aktiver Verbindungen eine Mindest-Zufriedenheit (die Bereichsgrenze zwischen den Bereichen annehmbarer und niedriger Zufriedenheit) erreicht. In dem letzteren Fall ruft das System eine Anforderung für mehr Bandbreite von dem Netzwerkabschnitt auf.
Die Ergebnisse des Kernbandbreiten-Neuzuweisungs-Ablaufs wird in 11 dargestellt, wo 10 aktive Verbindungen (bezeichnet als A, B, ... J) als Punkte auf ihren jeweiligen Weichheitsprofilen angezeigt werden. Zum Beispiel liegt der Zufriedenheitslevel der Verbindung A bei 5 (das Maximum), der Zufriedenheitslevel der Verbindungen I und J bei 3,5, was über dem Mindest-Zufriedenheitslevel 3 liegt, und der Zufriedenheitslevel der Verbindung V liegt unter der Mindestzufriedenheit. Der Algorithmus weist folglich der Verbindung V Bandbreite neu zu, um ihren Zufriedenheitslevel über die Mindestzufriedenheit zu bringen.
Bei Schritt 0 (11(a)) wird die Verbindung A als Geber-Verbindung festgelegt, und ein Teil ihrer Bandbreite wird V neu zugewiesen. Das verringert den Zufriedenheitslevel von A um die Granularität G, die in diesem Beispiel bei 0,25 liegt. Es erhöht außerdem den Zufriedenheitslevel von V. Das Ergebnis wird in Schritt 1 (11(c)) gezeigt. In diesem Schritt stellt der Algorithmus das neue Verzeichnis der Geber-Verbindung zusammen, das A und C beinhaltet. Die Verbindung B ist nicht in dem Verzeichnis der Geber-Verbindungen enthalten, ihre Bandbreite wird als zu gering für V erachtet. Das Ergebnis wird in Schritt 2 gezeigt (11(c)). In diesem Schritt beinhaltet das neue Verzeichnis der Geber-Verbindungen A, C und D (E ist aus denselben Gründen wie B in dem vorherigen Schritt nicht enthalten), das Endergebnis der Neuzuweisung wird in Schritt 3 (11(d)) gezeigt, wo der Zufriedenheitsindex von V über der Mindestzufriedenheit liegt. Der Algorithmus passt nun die Bandbreiten von A, C, D und V an und informiert diese Verbindungen über ihre neuen Zuweisungen.
Zugangs-Steuerungs-Algorithmus
Um Weich-Qos-Garantien von dem Netzwerk zu erhalten, werden die Anwender aufgefordert, ein Nutzungs-Referenz-Profil zu bestimmen, wenn sie eine Verbindung initiieren.
R(t) sei die Gesamt-Langzeit-Kapazitäts-Anforderung der Verbindungen. Das Ziel unseres Weich-CAC-Algorithmus' ist es, zu garantieren, dass: LSR = Pr[R(t) > C] ≤ δN = LSRmax,wobei δ_N die maximale niedrige Zufriedenheitsrate, LSR_max ist, die in dem Anwender-Netzwerk-Auftrag ausgewiesen ist und C die Verknüpfungsbandbreite ist.
Der in 12 beschriebene Weich-CAC-Algorithmus funktioniert folgendermaßen: Die Verbindung kündigt ihr Referenzprofil in Schritt (1) an, indem sie folgende Parameter verwendet: {RB, Δmax, SH –1(satmin)},wobei R_B eine Basisrate ist, Δ_max, das die maximale angenommene Abweichung von R_B und S_H ^–1(sat_min) ist, ist das härteste Profil, das während der Sitzung verwendet wird. Die Parameter des Referenzprofils können, basierend auf vergangenen Nutzungsmustern und/oder Hardware-Randbedingungen, heuristisch berechnet werden.
Das Referenzprofil wird in Schritt (2) durch die folgenden Formeln in Weich-Parameter UPC = (λ s / p, λ s / s, B s / s) umgewandelt:
wobei T_on eine Periode des „Ein-Aus"-Raten-Ablaufs ist, die die Übertragungsgeschwindigkeit der Quelle modelliert.
Die Weich-QoS-Parameter werden in Schritt (3) verwendet, um das System in ein Zwei-Stadien-Modell umzuwandeln, wobei die Hoch- und Niedrigraten (λ_H und λ_L) jeweils mit der Wahrscheinlichkeit P_on und (1 – P_on) auftreten und folgendes gilt:
wobei C und B die Verknüpfungsbandbreite und der Pufferraum für VBR⁺-Verbindungen sind, und das Basis-Zeit-Intervall ist T_N = B/(2C).
Bei dem nächsten Schritt (4) berechnet der Algorithmus das Inkrement (m_i, s 2 / i) durch folgende Formeln:
wobei i sich auf eine Verbindung bezieht, R_B(i) eine Basisrate für die Verbindung ist, S –1 / H(i)(sat_min) ist ein Bandbreitenverhältnis, das sat_min entspricht, λ S / H und λ S / L sind hohe und niedrige Raten, Δ_max ist eine maximale angenommene Abweichung von R_B(i) und P_on ist eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens von λ S / H.
Wenn die Anforderung eine Speicherzellenabweichung ist (was in Schritt (5) geprüft wird), gibt der Algorithmus in Schritt (6) die Aufrufbandbreite frei und subtrahiert die Parameter in Schritt (7) (m_i, s 2 / i) von den jeweiligen Summen ab.
wobei M new / R und S 2new / R ein neuer Mittelwert und eine neue Abweichung sind, M old / R und S 2old / R ein alter Mittelwert und eine alte Abweichung sind, ϕ eine Gaußsche Verteilungs-Funktion ist, δ_N ist ein maximal niedriger Zufriedenheitsindex und C ist eine Verknüpfungsbandbreite.
Danach wird die Information bezüglich der Aufruffreigabe in Schritt (8) an den Aufruf-Erzeuger gesendet.
Wenn die Anforderung eine Aufruf-Ankunft ist, fügt der Algorithmus andererseits den Mittelwert und die Abweichung in Schritt (9) den jeweiligen Summen folgendermaßen hinzu:
und die Entscheidungs-Funktion L wird in Schritt (10) durch folgende Formel berechnet:
wobei M new / R und S 2new / R ein neuer Mittelwert und eine neue Abweichung sind, M old / R und S 2old / R ein alter Mittelwert und eine alte Abweichung sind, ϕ eine Gaußsche Verteilungs-Funktion ist, δ_N ist ein maximal niedriger Zufriedenheitsindex und C ist eine Verknüpfungsbandbreite.
Die Funktion L wird in dem Haupt-Entscheidungs-Schritt (11) des CAC-Algorithmus verwendet: wenn L = 0 wird der Aufruf anerkannt und andernfalls wird er abgelehnt. Wenn der Aufruf anerkannt ist, wird die Bandbreite in Schritt (12) reserviert und die Quelle wird in Schritt (8) informiert. Andernfalls werden die Parameter (M₂, S 2 / R) in Schritt (7) neu angepasst und die Quelle wird in Schritt 8 informiert, dass ihre Anforderung verweigert wird.
Das Netzwerk verwendet das Referenzprofil für die Aufruf-Zugangs-Steuerung. Zugelassene Anwender können ihre Bandbreiten-Anforderungen und Weichheitsprofile neu aushandeln. Das Netzwerk erklärt sich bereit, für Neuaushandlungs-Anforderungen innerhalb des Referenzprofils eine Weich-QoS bereitzustellen. Eine Anforderung wird sorgfältig geprüft, ob sie innerhalb des Referenzprofils liegt, wenn die entsprechende Bandbreite, die angegliedert ist, um der Anforderung mindestens zu genügen, innerhalb der festgelegten Begrenzungen in dem Referenzprofil liegt.
Die Weich-QoS-Bereitstellung beinhaltet die Zuweisung von Bandbreite, um, gemäß der Erfüllung umfassender (gruppenweiser) Service-Parameter, wie z. B. LSR ≤ LSR_max und der Ausfalldauer der Maximal- und Sperr-Wahrscheinlichkeit P_b ≤ P_bmax, über die Mindestzufriedenheit bei dem Weichheitsprofil zu gelangen.
Versuchsergebnisse
In diesem Bereich wird die Durchführung der vorgeschlagenen Weich-QoS-Steuerung mit VBR⁺-interaktivem Video-Verkehr bei variablen Netzwerklasten bewertet. Zunächst werden die verwendete Versuchsmethodik und die Durchführungsmetrik vorgegeben, gefolgt von den Simulationsergebnissen der Steuerung in einen ATM-Zugangs-Verteiler.
Methodik
Ein realistisches Video-Verkehrs-Modell zur Darstellung von völlig interaktiv verbreiteten Multimedia-Anwendungen wurde entwickelt. MPEG-2-komprimiertes Digital-Video wurde unter Verwendung von handelsüblich erhältlichen Video-Betrieb-Produkten erreicht. Vier 20-minütige Sequenzen von bekannten Action-Filmen wurden verwendet. Jede Sequenz wurde, durch Veränderung der Quantisierungs-Skalierung in 2er Inkrementen von 4 bis 12, in fünf Qualitätsstufen kodiert. Die sich ergebenden MPEG-2-Bild-Level-Bit-Zahlen wurden aus Bit-Datenströmen gewonnen. Beim Verbindungsaufbau wählt jede VBR⁺-Quelle zufällig einen der vier Filme. Während eine Sitzung durchgeführt wird, werden die Original-Bild-Bit-Zahlen dynamisch skaliert, um die Verkehrsmerkmale eines Video-Servers, der die interaktiven Multimedia-On-Demand(MoD)-Clients unterstützt, widerzuspiegeln. Das Modell wählte zufällig interaktive Betriebsarten aus einer gleichmäßigen Verteilung von möglichen Betriebsarten, wie z. B. schnell vorwärts, rückwärts, Abspielen mit verschiedenen Bildfrequenzen, Hintergrund, Vorschau, etc. Eine Exponentialverteilung mit einer durchschnittlichen Belegungsdauer, die für die gewählte Betriebsart sinnvoll war, wurde verwendet, um die Verweilzeit unter den interaktiven Betriebsarten zu modellieren.
Ein Beispiel eines Multimedia-Systems mit mehrfach interaktiven Betriebsarten wird beschrieben in: D. Reininger, M. Ott, G. Michelitsch und G. Welling: „Skalierbare QoS-Steuerung für VBR-Video-Server". Erste IEEE-Konferenz für Multimedia-Signal-Verarbeitung, Princeton University, Princeton, NJ, Juni 1997 und in: M. Ott, G. Michelitsch und G. Welling: „Lernfähige QoS in Multimedia-Systemen". Fünfter internationaler JFIP-Worshop für QoS, 1WQOS'97, Columbia University, New York, Mai 1997. In diesem System können die Video-Anzeige-Fenster von einer Bedieneroberflächen-Landschaft in den Vordergrund oder den Hintergrund bewegt werden, um in Computern, Kommunikationssystemen und insbesondere bei QoS-Fragen aufzutreten, siehe M. Ott, G. Michelitsch, D. Reininger, G. Welling: Eine Architektur für eine lernfähige QoS und deren Anwendung auf Multimedia-Systemgestaltungen".
Wenn ein Video-Fenster im Vordergrund ist, wählt es ein weicheres Profil, als wenn es im Hintergrund ist. Zusätzlich kann ein Hintergrund-Video eine geringere räumliche Auflösung aufweisen als ein Vordergrund-Video. Eine Qualitätsvorrichtung kann an ein Video- Fenster angefügt sein, um ausdrücklich das Steuern der Bild-Anzeige-Frequenz und der Details (vorgegeben als eine Kombination aus Quantisierungs-Level und räumlicher Auflösung) zu steuern. Eine Fernsteuerungs-Vorrichtung ermöglicht „Trick"-Betriebsarten, wie z. B. schnell vorwärts, rückwärts, Sprung zum letzten Bild, Sprung zum ersten Bild, etc.
Ein auf Java basierende verbreitete Software-Simulation wurde verwendet, um eine veränderliche Anzahl von VBR⁺-interaktiven MPEG-Videoquellen in einem Anschluss eines ATM-Verteilers zu bündeln, dessen Bandbreiten-Zuweisung durch die Weich-QoS-Steuerung gehandhabt wird. Jede der VBR⁺-Verbindungen war als getrennter Java-Thread eingebaut und handelte synchron seine Weich-QoS neu aus. Die Neuaushandlungs-Nachrichten zwischen den Verbindungen und der Weich-QoS-Steuerung bestanden aus einer Bandbreiten-Anforderung (in Form eines UPC-Verkehr-Deskriptors vorgegeben) und dem Index eines Weichheitsprofils.
Die folgende Leistungsmetrik wurde verwendet:

• Die ATM-Verteileranschluss-Nutzung (U), gemessen als das Verhältnis durchschnittlich kumulierter Bandbreite, die den VBR⁺-Verbindungen zugewiesen wurde, zu der OC-3-Verknüpfungs-Kapazität.
• Die niedrige Zufriedenheitsrate (LSR) ist das Verhältnis der Zeit (in Video-Bild-Intervallen von 33 ms), die eine durchschnittliche Verbindung in dem Bereich niedriger Zufriedenheit ihres Weichheitsprofils verbringt, zu der Dauer der Verbindung.
• Die mittlere Dauer der niedrigen Zufriedenheit (LSMD) ist die Zeit (in Video-Bild-Intervallen von 33 ms), die eine durchschnittliche Verbindung fortlaufend in dem Bereich niedriger Zufriedenheit ihres Weichheitsprofils verbringt.
• Die niedrige Zufriedenheits-Standardabweichung (LSSD) ist die Standardabweichung der LSMD.
• Die Neuzuweisungs-Rate (RR) ist die Rate der von der Weich-QoS-Steuerung empfangenen Neuaushandlungs-Anforderungen, die eine Neuzuweisung erfordern.
• Der Neuzuweisungs-Signal-Overhead (RSO) misst das Verhältnis der Signale, die erzeugt werden, um den Gebern eine neue Zuweisung zu melden, die sich durch den Neuzuweisungs-Algorithmus ergibt, zu der Anzahl der Signale, die durch die Neuaushandlung der Verbindungen erzeugt werden.

Simulationsergebnisse
13 beschreibt eine Tabelle, die die Durchführung der Weich-QoS-Steuerung bezüglich der oben beschriebenen Metrik beschreibt. Die Simulation lief ca. 20 Echtzeit-Minuten (ca. 85.000 Bilder). Wenn die Anzahl der interaktiven Video-Datenströme sich zwischen 20 bis 32 verändert, verändert sich die Anschlussnutzung von 65% bis 95%. Jeder Video-Datenstrom fordert durchschnittlich ca. alle 3 Sekunden eine QoS-Neuaushandlung an. Deshalb verarbeitet die Weich-QoS-Steuerung 10 Weich-QoS-Anforderungs-Aufträge pro Sekunde (r.p.s.). Von diesen Anforderungen benötigen weniger als 5% eine Bandbreiten-Neuzuweisung, um zu vermeiden, dass sie unter die Mindestzufriedenheit fallen (siehe RR in der Tabelle). Wie in 14 gezeigt, kann die Weich-QoS-Steuerung mit hoher Wahrscheinlichkeit, selbst in einem System mit sehr hoher Auslastung, eine annehmbare Qualität (über 0,95) aufrechterhalten. Man beachte insbesondere, dass die Neuzuweisung in dem System der Auslastung von 80–85% die LSR um ca. eine Zehnerpotenz verbessert. Außerdem zeigt 15, dass der Neuzuweisungs-Algorithmus die Zeit, die eine durchschnittliche Verbindung in dem Bereich niedriger Zufriedenheit verbringt, deutlich verringert. Insbesondere werden eine Nicht-Neuzuweisung und eine Neuzuweisung jeweils in 15 durch eine durchgehende Linie und eine unterbrochene Linie angegeben. Zusätzlich zeigt 16 eine Beziehung zwischen der Anschlussauslastung und der Neuzuweisungs-Rate (RR). Die Neuzuweisungs-Rate (RR) erhöht sich mit einer Zunahme der Anschlussauslastung.
Jede Neuzuweisung erfordert mehrere Signalnachrichten, um die Geber-Verbindungen zu melden, die in die neue Zuweisung eingebunden sind. 17 zeigt, dass der Neuzuweisungs-Signal-Overhead (RSO), der zu diesem Zweck hinzugefügt wird, über 40% liegen kann. Die Signallast ist eine Funktion der Anzahl der Geber, die in die neue Zuweisung eingebunden sind. Wie zuvor beschrieben kann das Ausmaß des Verbindungs-Geber-Verzeichnisses durch den Korrektur-Grenzbereich p gesteuert werden. Je kleiner die Anzahl der potentiellen Geber ist, desto kleiner sind jedoch die Chancen, dass die Neuzuweisung die Empfänger-Verbindung erfolgreich in den Bereich annehmbarer Zufriedenheit bringt.
Die Empfindlichkeit der gegenseitigen Abstimmung zwischen der Signallast, dem Zufriedenheitsindex und den Werten des Korrektur-Grenzbereichs werden als Nächstes untersucht. In diesen Simulationen wurde die Anzahl der gebündelten Datenströme konstant gehalten (bei 24 Datenströmen) und der Korrektur-Grenzbereich wurde verändert. Die Ergebnisse sind in 18 dargestellt.
Da der Korrektur-Grenzbereich (p) sich erhöht, erhöht sich die Anzahl der Verbindungen, die in der Geber-Gruppe beinhaltet sind (und die entsprechende Anzahl der Signale, die sie erzeugen). Unter der Annahme, dass die Bandbreiten-Zuweisungen zufällig und gleichmäßig über irgendeinen Bereich verteilt sind, ist die Abhängigkeit zwischen p und der durchschnittlichen Größe der Geber-Gruppe linear (wegen der Linearität der Verteilungsfunktion). Die Zahlen in 17 und 18 unterstützen diese Vermutung: da p sich erhöht, erhöht sich auch die, durch RSO vorgegebene, durchschnittliche Signallast annähernd linear bis zu einem Sättigungspunkt. Der Sättigungspunkt entspricht dem Fall, in dem alle Verbindungen in dem Geber-Verzeichnis beinhaltet sind.
Wie in 19 gezeigt, erhöht sich die Signallast während sich p erhöht, was die Weich-QoS-Parameter verbessert: LSR nimmt zusammen mit LSMD und LSSD ab. Diese Abnahme setzt sich bis zu dem Sättigungspunkt für die Signallast fort; nach dem Sättigungspunkt beginnt sich der Wert der Weich-QoS-Parameter zu erhöhen. Der Grund liegt darin, dass nach dem Sättigungspunkt zu viele Geber-Verbindungen in die Neuzuweisung eingebunden sind, was die Gesamt-Weich-QoS nach unten bewegt. Diese Analyse und die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass der Korrektur-Grenzbereich p das Angleichen der Signallast und der QoS der Verbindungen ermöglicht, indem eine geeignete Entscheidung bezüglich der gegenseitigen Abstimmung getroffen wird.
Um optisch nachzuweisen, dass der Neuzuweisungs-Algorithmus tatsächlich den Mindest-Zufriedenheitsindex maximiert, wurde der Mindest-Zufriedenheitsindex S aller gebündelten Datenströme berechnet und bei 5 eingezeichnet (gemessen in Video-Bild-Perioden von 33 ms). 20 zeigt einen 500-Bilder-Schnappschuss des Verhaltens des Mindest-Zufriedenheitsindex' S in dem System hoher Auslastung (28 Datenströme). Die Zeichnung stellt zwei Hauptvorteile der Weich-QoS-Neuzuweisung deutlich dar:

• Die Mindest-Zufriedenheit verbringt deutlich mehr Zeit auf dem höchsten Niveau (5);
• die Mindest-Zufriedenheit verbringt deutlich weniger Zeit in dem Bereich niedriger Zufriedenheit.

Die Ablaufanforderungen der vorgeschlagenen Weich-QoS-Steuerung erzeugen die folgenden Ergebnisse: Es wurde beobachtet, dass ca. 160 Neuaushandlungen pro Sekunde erzeugt werden, wenn der Verteileranschluss zu 80% mit der Verwendung von interaktiven MPEG-2-Video-Datenströmen ausgelastet ist. In einer Standardkonfiguration benötigte die Steuerung weniger als 5 ms, um eine Neuaushandlungs-Anforderung zu verarbeiten. Deshalb kann die derzeitige auf Java basierende Durchführung der Steuerung mehr als 200 r.p.s. verarbeiten. Unter Betrachtung, dass die Neuaushandlungs-Verarbeitungs-Kapazität der Verteiler-Steuerung durch die Verwendung von einem bedarfsorientierten Compiler, von Nativ-Verfahren oder von einer Multiprozessor-Steuerung deutlich verbessert werden kann, kann gefolgert werden, dass die Weich-QoS-Steuerung innerhalb der Möglichkeiten derzeitig verfügbarer externer Verteiler-Steuerungen durchgeführt werden kann.
Diese Berechnungen betrachten jedoch nur die Verarbeitungs-Anforderungen zur Berechnung einer Zuweisung, sobald die Aushandlungs-Anforderung die Weich-QoS-Steuerung erreicht.
Fazit
Die momentane Erfindung bringt in die Weich-Dienstgüte (Weich-QoS) ein neuartiges Konzept ein, das die Kluft zwischen der wirkungsvollen Bereitstellung einer Netzwerkebene-QoS und den Erfordernissen der Multimedia-Anwendungen überbrückt. Das Konzept der Weich-QoS stellt für die Durchführung einer flexiblen und wirkungsvollen Bandbreiten-Zuweisung ein Schema für lernfähige Multimedia-Anwendungen bereit. Die Bandbreiten-Zuweisung wird für die VBR⁺-ATM-Netzwerk-Service-Gruppe innerhalb einer Weich-QoS-Steuerung durchgeführt. Die Durchführung der Weich-QoS-Steuerung für MPEG-2 interaktive Video-Darstellung durch ATM erfolgt mit verschiedenartigen Weich-QoS-Erfordernisse.
Die Steuerung verwendet das Weichheitsprofil der Verbindungen, um eine Bandbreiten-Zuweisung zu berechnen, die den Mindest-Zufriedenheitsindex aktiver Verbindungen maximiert.
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der Zufriedenheitsindex aktiver Verbindungen in Systemen mit hoher Auslastung (80–90%) mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit in dem annehmbaren Bereich gehalten wird, während die Verarbeitungs-Erfordernisse innerhalb der Möglichkeiten einer aktuellen PC-basierenden externen Verteiler-Steuerung aufrechterhalten werden. Außerdem kann die zusätzliche Signalisierung, die bei der Bandbreiten-Neuzuweisung während einer Überlastung erzeugt wird, durch den Korrektur-Grenzbereich des Algorithmus' linear gesteuert werden.
Obwohl die dargestellten Ergebnisse auf Weichheitsprofilen für Video basieren, ist die Definition von Weich-QoS für lernfähige Multimedia-Anwendungen allgemein geeignet. Die Simulationen nutzen ein Basisgerät der Weichheitsprofile. Genauere Weichheitsprofile können festgelegt und verfeinert werden, wenn die Erfahrung des Anwenders mit verbreiteten Multimedia-Anwendungen wächst. Sobald sie verfügbar sind, können neue Profile einfach einbezogen werden.
Andere Modifikationen und Änderungen der Erfindung werden für Fachleute durch die vorangegangene Offenlegung und Erläuterung ersichtlich. Obwohl nur bestimmte Ausführungsformen der Erfindung hierin besonders beschrieben wurden, ist es ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Verarbeitung der Neuverhandlung von Dienstgüte oder Quality of Service (QoS) in einem Weich-QoS-Regler (1020), der Bandbreite dynamisch und adaptiv einer anerkannten Verbindung zuweist, welches Folgendes aufweist: a) Empfangen einer Sandbreitenanfrage von der anerkannten Verbindung, welche entweder eine Anfrage nach Bandbreitenerhöhung oder eine Anfrage nach Handbreitenverringerung anzeigt; b) Empfangen von Daten, die ein Weichheitsprofil darstellen, wobei das Weichheitsprofil mit der Bandbreitenanfrage in Zusammenhang steht und durch einen Zufriedenheitsindex, welcher ein Maß der Wahrnehmung der Qualität durch Benutzer darstellt, und ein Handbreitenverhältnis bestimmt wird, welches als Verhältnis zwischen tatsächlich zugewiesener Netzwerkbandbreite und durch eine Anwendung angeforderter Bandbreite definiert ist; c) Gewähren einer Bandbreitenverringerungs-Anfrage; und d) Beurteilen, ob eine Bandbreitenerhöhung möglich wäre oder nicht, wenn eine Bandbreitenerhöhungs-Anfrage vorliegt, basierend auf der verfügbaren Kapazität, durch d1) vorläufiges Zuweisen von Bandbreite an die Handbreitenerhöhungs-Anfrage; und d2) Berechnen des Zufriedenheitsindex, der basierend auf dem empfangenen Weichheitsprofil erhalten wird, wenn die vorläufig zugewiesene Bandbreite auf die Bandbreitenerhöhungs-Anfrage hin zugewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der berechnete Zufriedenheitsindex niedriger ist als ein Mindest-Zufriedenheitsindex, zusätzliche Bandbreite durch Verwendung eines Neuzuweisungs-Algorithmus neu verhandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beurteilungsschritt weiter folgende Schritte aufweist: Beurteilen, auf die Bandbreitenerhöhungs-Anfrage hin, ob alle aktiven Verbindungen einen Mindest-Zufriedenheitsindex erfüllen oder nicht, wenn die Bandbreitenerhöhungs-Anfrage zugelassen würde; und Prüfen, ob die Bandbreitenanfrage zuzulassen ist oder nicht mit Bezug auf ein Ergebnis des vorstehend erwähnten Beurteilungsschritts.