DE69927808T2

DE69927808T2 - Adaptive zuweisungsanlage und-verfahren zur bedienung von mehrstufigen qos in der aal-2 schicht

Info

Publication number: DE69927808T2
Application number: DE69927808T
Authority: DE
Inventors: Sudhir S. Dixit
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: AU2872699A; US6538992B1; DE69927808D1; EP1078550B1; EP1078550A1; WO1999044390A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren und ein System zum Bedienen von Benutzern in einer Umgebung mit asynchroner Übertragungsbetriebsart (ATM, „Asynchronous Transfer Mode"), und insbesondere auf ein Verfahren und ein System zum Bedienen von Benutzern mit Vielebenen-Dienstgüte-(QoS, „Quality of Service")-Erfordernissen in einer ATM-Adaptivschicht 2 (AAL2, „ATM Adaptive Layer").
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Die ATM wurde für das Breitband-ISDN in Netzwerkkommunikationssystemen als ein Weltstandard ausgewählt. ATM-Systeme wurden auf einer globalen Grundlage implementiert und entwickelten sich mit einem rapiden Wachstum. Die ATM-Technologie ist dazu bestimmt, sowohl in öffentlichen als auch in privaten Breitbandnetzwerken eine gewichtige Rolle zu spielen. Die AAL2 ist eine von vier Arten der AAL-(ATM-Adaptivschicht)-Protokolle, die durch die CCITT empfohlen wurden, nämlich AAL1, AAL2, AAL3/4 und ARL5. Im Allgemeinen sind die durch die AAL1 bereitgestellten Schichtdienste Dienste konstanter Bitrate (CBR, „constant bit rate"), die ein Übertragen von Informationen zwischen einer Quelle und einem Ziel bei einer konstanten Bitrate erfordern. Die AAL1-Technologie ist im Allgemeinen ausgelegt, um einer nebenläufigen oder beinahe nebenläufigen Übertragung zu genügen, wie jene, die auf eine eine sehr hohe Übertragungsgeschwindigkeit erfordernde Sprachübertragung bezogen ist. Die RAL2 stellt eine Übertragung von Informationen mit einer variablen Bitrate bereit. Außerdem werden Zeitgabeinformationen zwischen einer Quelle und einem Ziel übertragen. Da die Quelle eine variable Bitrate (VBR) erzeugt, ist es möglich, dass Zellen nicht vollständig ausgefüllt sind, und dass das Füllniveau von Zelle zu Zelle variiert. Die AAL2-Technologie ist im Allgemeinen dazu ausgelegt, einer Übertragung von Paketen mit variablen Bitraten, oft mit niedrigen Bitraten, wie eine Sprach-/Videoübertragungsart, zu genügen. Die AAL3/4 wird zur Übertragung von Daten verwendet, die zwar auf Verlust, aber nicht auf eine Verzögerung empfindlich reagieren. Das ARL3/4-Protokoll kann sowohl zur verbindungsorientierten als auch zur verbindungslosen Datenkommunikation verwendet werden. Die AAL3/4 selbst führt nicht alle für einen verbindungslosen Dienst erforderlichen Funktionen durch, da Funktionen wie Verkehrslenkung und Netzwerkadressierung auf der Netzwerkschicht durchgeführt werden. Die AAL5 ist zum Bereitstellen eines Dienstes mit geringerem Overhead und besserer Fehlererfassung unterhalb der CPCS-Schicht ausgelegt. Die AAL3/4 und AAL5 sind oft dazu ausgelegt, einer gesicherten Übertragung von Datenpaketen zu genügen, beispielsweise Transaktionen im Bankwesen, oder der Flugzeugindustrie.
In einem AAL2-Protokoll ist eine AAL2-Verhandlungsprozedur (ANP, „AAL2 Negotiation Procedure") eine ITU-T-Empfehlung zum Einrichten von Peer-zu-Peer-AAL2-Kanälen auf einer einzelnen ATM-Verbindung, die in der Spezifikation der BISDN-ATM-Adaptivschicht 2 (Annex C Dynamic allocation of AAL type 2 channels) eingeführt ist, die als eine Entwurfsneuempfehlung I.363.2 (Madrid, November 1996) veröffentlicht und im September 1997 gebilligt wurde (hiernach „Empfehlung" genannt).
In letzter Zeit hat der Bedarf an Unterstützung von Niedrig-Bitraten- und verzögerungssensitiven Anwendungen in einer ATM-Umgebung die ITU-T veranlasst, eine neue AAL2 vorzuschlagen, durch die Pakete unterhalb der ATM-Nutzlastgröße effizient gepackt und auf einer einzelnen ATM-Verbindung übertragen werden können. Die neue AAL2 ist im Allgemeinen auf Sprache und Telephonie über ATM gerichtet, in der Sprachpakete von verschiedenen Benutzern auf einer einzelnen ATM-Verbindung gemultiplext werden können. Außerdem kann dieselbe AAL2 zum Transport von Datenpaketen (einzeln oder mit Sprachpaketen) verwendet werden. Die neue AAL2 ist dazu ausgelegt, die Effizienz von Netzwerkressourcen zu verbessern, wie eine Verwendung einer geringeren Anzahl von Warteschlangen, und zur Bereitstellung einer kosteneffizienten Lösung für Kunden.
In einem traditionellen ATM-Netzwerk führt eine einzelne ATM-Zelle ein Paket von einem einzelnen Benutzer. Dies ist zur Bereitstellung einer erforderlichen QoS-Garantie für jeden Benutzer ausgelegt. Ferner ist dieses traditionelle Modell der Art einer ATM-Zelle für einen Benutzer zur selben Zeit zur Steuerung von QoS-Parametern ausgelegt, wie Verzögerung, Verzögerungsvariation und Zellverlust auf der ATM-Zellebene. Die traditionellen ATM-Netzwerke und -Verfahren sind jedoch nicht zur Bereitstellung der QoS in einer AAL2-Umgebung geeignet, da eine ATM-Zelle Pakete von zwei oder mehreren Benutzern auf einer einzelnen ATM-Verbindung führt. Eine typische AAL2-Umgebung stellt im Allgemeinen ungefähr 256 Kanäle bereit (wovon 248 im Allgemeinen für die Benutzer zur Verfügung stehen, und wovon 8 für die Systemverwaltung vorgesehen sind). Das Verwenden einer QoS-Ebene zum Bedienen von Vielebenen-Benutzer-QoS-Erfordernissen zur Übertragung verschiedener Pakete würde verursachen, dass einige Benutzer eine deutliche Verzögerung und/oder eine andere Herabminderung unter ein akzeptables Niveau erfahren. Aufgrund einer rapiden Entwicklung von Kommunikationssystemen in einer AAL2-Umgebung wurde ein Bereitstellen einer Vielebenen-QoS zur Befriedigung verschiedener Benutzer ein sehr wichtiger Problempunkt. Einige Benutzer erfordern womöglich einen schnelleren Dienst von geringerer Verzögerung, wohingegen andere Benutzer womöglich einen weniger kostenintensiven Dienst, aber mit mäßiger Verzögerung erfordern. In existierenden AAL2-Systemen werden die Pakete ohne Rücksichtnahme auf verschiedene, durch die Benutzer auf einer ATM-Zellebene erforderliche QoSen mit einer voreingestellten QoS übertragen, selbst wenn die Benutzer verschiedene QoSen für ihre Übertragung von Paketen erfordern. Im Ergebnis werden verschiedene Benutzer-Vielebenen-QoS-Erfordernisse nicht erfüllt. Eine Lösung des Problems besteht im Hinzufügen von mehr Warteschlangen oder ATM-Zellen. Dieser Ansatz würde jedoch Netzwerkressourcen verschwenden. Außerdem hilft dieser Ansatz nicht, die Kosten für die Benutzer, die eine höhere QoS fordern, von den Kosten für die Benutzer, die eine geringere QoS fordern, zu differenzieren. Deshalb ist es in existierenden Systemen sehr schwierig, eine QoS-Garantie auf einer ATM-Zellebene zu erfüllen, wenn eine einzelne ATM-Zelle Pakete von zwei oder mehreren Benutzern mit unterschiedlichen QoS-Erfordernissen enthalten kann.
Es kann ebenso eine ATM-Zelle während einer Netzwerkblockierung durch das Netzwerk verloren gehen oder verworfen werden. Da die existierenden ATM-Systeme ein Paket mit einem höheren QoS-Erfordernis nicht von einem Paket mit einem niedrigeren QoS-Erfordernis auf der ATM-Zellebene differenzieren können, verursachen die existierenden ATM-Systeme den Verlust oder das Verwerfen beider Paketarten.
Die WO 97 48251 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Paketen, die verschiedene Prioritäten aufweisen. Die WO 97 48251 unterbricht die Verarbeitung eines niederprioren Benutzerdatenpakets und multiplext in einem ATM eine höhere Priorität aufweisende Benutzerdatenpakete. Nachdem das höherpriore Benutzerdatenpaket in den ATM-Strom gemultiplext ist, wird das Multiplexen des Pakets mit niedrigerer Priorität wieder aufgenommen. Die WO 97 48251 bedient jedoch nicht eine Vielebenen-QoS in einem AAL2-Netzwerk, damit verschiedene Anwendungsdienste/-benutzer verschiedene QoS-Erfordernisse spezifizieren können, z.B. Verzögerungsvorgaben, Verzögerungsvariationsvorgaben, Zellverlustvorgaben oder andere QoS-Parametervorgaben, die durch das AAL2-Netzwerk in einer kosteneffizienten Weise unterstützt werden.
Es ist ersichtlich, dass ein Bedarf an einem Verfahren und einem System zum Bedienen einer Vielebenen-QoS in einem AAL2-Netzwerk besteht, um einer einzelnen QoS-Garantie zu genügen und um die Anzahl erforderlicher Warteschlagen oder ATM-Zellen zu verringern.
Es ist ebenso ersichtlich, dass ein Bedarf an einem Verfahren und einem System zum Bedienen einer Vielebenen-QoS in einem AAL2-Netzwerk besteht, damit verschiedene Anwendungsdienste/-benutzer verschiedene QoS-Erfordernisse spezifizieren können, z.B. Verzögerungsvorgaben, Verzögerungsvariationsvorgaben, Zellverlustvorgaben oder andere QoS-Parametervorgaben, die durch das AAL2-Netzwerk in einer kosteneffizienten Weise unterstützt werden.
Es ist ferner ersichtlich, dass ein Bedarf an einem Verfahren und einem System zur Unterstützung einer Vielebenen-QoS in vielen Kommunikationsumgebungen besteht, wie Mobil-, Leitungsbündel- oder Datennetzwerkumgebungen einschließlich Internetanwendungen, oder traditionellen Telephonieumgebungen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Bewältigung der Einschränkungen bei dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik und zur Bewältigung anderer Einschränkungen, die bei Lesen und Verstehen der vorliegenden Beschreibung ersichtlicher werden, offenbart die Erfindung ein Verfahren und ein System zum Bedienen von Benutzern in einer Umgebung mit einer asynchronen Übertragungsbetriebsart (ATM), und insbesondere ein Verfahren und ein System zum Bedienen von Benutzern mit Vielebenen-Dienstgüte-(QoS)-Erfordernissen in einer ATM-Adaptivschicht 2 (AAL2).
Im Allgemeinen löst die Erfindung die vorstehend beschriebenen Probleme durch Erhalten eines QoS-Erfordernisses eines jeden Benutzers entweder von dem Benutzer oder dem Computer auf der Grundlage eines Rufanforderungsaufbaus während einer AAL2-Verhandlungsprozedur (ANP). Die erhaltenen QoS-Erfordernisse werden in einem ANP-Speicher (oder einer Speichertabelle) zusammen mit anderen Parametern gespeichert oder aktualisiert, wie einer Kanalkennung (CID, „Channel Identification"), einem CID-Zustand, usw. Nach einer erfolgreichen Verhandlung bei der ANP wird ein mit der Rufanforderung assoziiertes Paket, wie ein Sprach-/Datenpaket, durch ein AAL2-Vielebenen-QoS-Dienstmodul empfangen. Die Identifizierung des Pakets wird geprüft, und das entsprechende QoS-Erfordernis wird aus dem ANP-Speicher erhalten. Auf der Grundlage des QoS-Erfordernisses aus dem ANP-Speicher wird das Paket in einer Warteschlange platziert, die mit dem durch den Benutzer erforderlichen QoS-Erfordernis übereinstimmt oder nahezu übereinstimmt. Die Wartenschlangen können durch Bereitstellen von Prozeduren auf der Grundlage der vordefinierten QoS-Angebote der Netzwerkbetreiber oder auf der einstellbaren Grundlage der Nachfrage durch die Benutzer konfiguriert werden. Die Warteschlangenbildung („queuing") pro QoS gemäß der Erfindung ermöglicht den AAL2-Netzwerkoperatoren, Benutzer auf der Grundlage des QoS-Erfordernisses zu gruppieren, um eine einzelne QoS-Garantie zu erfüllen, und um die Anzahl erforderlicher Warteschlangen zu verringern. Die Erfindung bedient entsprechend Pakete aus diesen Warteschlangen auf der Grundlage der QoS. Pakete mit harten QoS-Erfordernissen, wie mit einem Erfordernis zur sofortigen Übertragung usw., können entsprechend schneller bedient werden als jene mit flexiblen QoS-Erfordernissen. Dadurch können alle Benutzer gleichmäßig für die Verzögerungen entschädigt werden, deren Antreffen zu ihren jeweiligen Zielen hin erwartet wird.
Gemäß der Erfindung können Verzögerungs- (einer der Haupt-QoS-Parameter) -erfordernisse für verschiedene AAL2-Benutzer durch eine Zeitgeber-CU („Timer Composite unit", in der Empfehlung stellt die Zeitgeber-CU eine Zeitgeberverbundeinheit dar) gesteuert werden, die bei einem Pack- oder Platziervorgang von Paketen in eine ATM-Zelle verwendet wird. Ein Paket, das einem AAL2-Benutzer gehört, der eine harte Verzögerung (d.h. keine Verzögerung) angefordert hat, wird in eine ATM-Zelle zusammengesetzt und unmittelbar auf der ATM-Verbindung oder -Anbindung übertragen. Hat ein AAL2-Benutzer eine Verzögerung spezifiziert, z.B. 4 ms an Packzeit, dann wird ein zu jenem Benutzer gehörendes Paket lediglich 4 ms in einer ATM-Zelle einbehalten, bevor es zu der entfernten Peer-Funktionseinheit übertragen wird. Während dieser durch die Zeitgeber-CU gesteuerten Zellwartezeit wird die lediglich das Paket jenes Benutzers enthaltende ATM-Zelle unmittelbar nach Ablaufen von 4 ms übertragen, wenn keine Pakete von den anderen Benutzern vorliegen. Das QoS-(Verzögerungs-) Erfordernis für jeden einzelnen Benutzer wird entsprechend auf der ATM-Zellebene gesteuert.
Es kann gemäß der Erfindung zusätzlich ein weiterer der Haupt-QoS-Parameter, das Zellverlustverhältnis (CLR, „Cell Loss Ratio"), auf einer individuellen AAL2-Benutzerebene gesteuert werden. Während einer Netzwerkblockierung, in der ein ATM-Zellverlust auftritt, ist die Erfindung zum ausgewählten Verwerfen einiger Pakete gemäß deren QoS-Erfordernissen in der Lage. Das ATM-Dienstmodul kann Pakete aus der Warteschlange mit einem niedrigeren QoS-Erfordernis verwerfen und weiterhin ein Übertragen der Pakete aus der Warteschlange mit einem höheren QoS-Erfordernis zulassen, um beispielsweise eine Netzwerkblockierung zu vermeiden. Die Erfindung lässt ferner eine Überwachung der Details des Zellverlustparameters und eine Identifizierung des Pakets zu, das aus der ATM-Zelle vor der AAL2-Verbindung verworfen wird. Demgemäß lassen Warteschlangen mit verschiedenen QoS-Werten gemäß der Erfindung eine feinere Granularität bei einer Steuerung dieser CLR-QoS-Parameter zu.
Die Erfindung ermöglicht dem AAL2-Netzwerkanbieter ferner, allen Benutzern dieselbe Qualität zu garantieren, während die Auslastung der Netzwerkressourcen verbessert wird. Die Vielebenen-QoS-Unterstützung gemäß der Erfindung kann auch auf ein Unterstützen weiterer Niederbitratenanwendungen erweitert werden, besonders von Mobilendgeräten, Telephonie und Notfalltechnologie, die ein Ver wenden des Internets zur Durchführung von Telefonanrufen, Videokonferenzen, usw. beinhalten.
Die Erfindung erlaubt dem Netzwerkanbieter außerdem, die Verwendung der Netzwerkressourcen zu optimieren, und die Dienstqualitätsgarantien auf der Grundlage der Kundennachfrage bereitzustellen. Ferner würde dieser dienstorientierte Mechanismus gemäß der Erfindung den Netzwerkanbietern auch dahingehend nützen, dass sie in die Lage versetzt werden, den Benutzer auf der Grundlage angeforderter QoS-Parameterwerte mit Kosten zu beaufschlagen.
Die Erfindung stellt ein Verfahren und ein System zum Bedienen von Benutzer-Vielebenen-QoS-(Dienstgüte)-Erfordernissen bereit, wie in den Patentansprüchen 1 und 13 definiert. Weitere Einzelheiten sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung stellt gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zum Bedienen von Benutzer-Vielebenen-QoS-(Dienstgüte)-Erfordernissen bei Übertragung einer Vielzahl von Paketen von einer lokalen Peer-Funktionseinheit zu einer entfernten Peer-Funktionseinheit eines Kommunikationssystems bereit. Es ist eine Vielzahl verschiedene QoS-Erfordernisse aufweisender Übertragungswarteschlangen bereitgestellt. Eine Vielzahl von Rufanforderungen wird von den Benutzern zur Übertragung einer Vielzahl von Paketen empfangen, wobei jede aus der Vielzahl von Rufanforderungen ein mit ihr assoziiertes QoS-Erfordernis aufweist. Ein QoS-Erfordernis wird für jede der Rufanforderungen erhalten. Ein Paket, das mit einem für die Rufanforderung erhaltenen QoS-Erfordernis assoziiert ist, wird von einem Benutzer nach einer erfolgreichen Übertragungsverhandlung zwischen der lokalen Peer-Funktionseinheit und der entfernten Peer-Funktionseinheit empfangen. Das empfangene Paket wird in einer Übertragungswarteschlange platziert, die eine QoS aufweist, die die gleiche wie jene mit dem Paket assoziierte QoS ist. Pakete aus den Übertragungswarteschlangen werden gemäß einer Priorität der QoS-Erfordernisse übertragen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Warteschlangen mit den verschiedenen QoS-Erfordernissen in eine ATM-Zelle gemultiplext und über eine ATM-Verbindung zu der entfernten Peer-Funktionseinheit übertragen werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Pakete mit der gleichen QoS in einer Warteschlange auf der Grundlage der QoS platziert werden. Fordert die QoS, dass das Paket unmittelbar zu übertragen ist, wird das Paket in eine ATM-Zelle platziert und unmittelbar zu der entfernten Peer-Funktionseinheit übertragen. Ansonsten wird das aus der Warteschlange entfernte Paket in eine ATM-Zelle platziert und zu der entfernten Peer-Funktionseinheit übertragen, wenn eine Zeitgeber-CU abläuft.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Pakete Sprachpakete mit verschiedenen QoS-Erfordernissen, oder Datenpakete mit verschiedenen QoS-Erfordernissen oder Videopakete mit verschiedenen QoS-Erfordernissen sind. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen können die Pakete eine Kombination eines Sprachpakets, eines Datenpakets und/oder eines Videopakets mit unterschiedlichen QoS-Erfordernissen sein.
Die Erfindung stellt auch ein System zum Bedienen von Benutzer-Vielebenen-QoS-Erfordernissen bei Übertragen einer Vielzahl von Paketen von einer lokalen Peer-Funktionsein heit zu einer entfernten Peer-Funktionseinheit eines Kommunikationssystems dar. Das System enthält eine Vielzahl von Übertragungswarteschlangen, von denen jede zum Aufweisen eines unterschiedlichen QoS-Erfordernisses eingerichtet ist, ein AAL2-Modul zum Empfangen und zur Verarbeitung einer Vielzahl von Rufanforderungen von den Benutzern zur Übertragung von Paketen von der lokalen Peer-Funktionseinheit zu der entfernten Peer-Funktionseinheit, wobei jede aus der Vielzahl von Rufanforderungen ein QoS-Erfordernis aufweist, und einen Speicher zur Aufzeichnung des QoS-Erfordernisses einer jeden aus der Vielzahl von Rufanforderungen, wobei das erhaltene QoS-Erfordernis der Rufanforderung in dem Speicher aufgezeichnet wird, wenn eine Rufanforderung empfangen wird, und nach einer erfolgreichen Übertragungsverhandlungsprozedur zwischen der lokalen Peer-Funktionseinheit und der entfernten Peer-Funktionseinheit das empfangene Paket in eine Übertragungswarteschlange platziert wird, die eine QoS aufweist, die die gleiche wie die mit dem Paket assoziierte QoS ist, und Pakete aus den Übertragungswarteschlangen gemäß einer Priorität der QoS-Erfordernisse übertragen werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das ATM-Modul eine AAL2-Multiplexeinrichtung zum Multiplexen der Vielzahl von Warteschlangen in eine ATM-Verbindung zum Übertragen der Vielzahl von Paketen zu der entfernten Peer-Funktionseinheit enthält.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass Pakete des gleichen QoS-Erfordernisses in derselben Warteschlange platziert, in eine ATM-Zelle zum Multiplexen gepackt, und zu einer entfernten Peer-Funktionseinheit übertragen werden. Das Packen der Pakete in eine ATM-Zelle wird auch durch das QoS-Erfordernis einer einzelnen Warteschlange bestimmt. Erfordert die QoS eine ge ringere Verzögerungszeit, dann wird das Paket (oder werden die Pakete) in der ATM-Zelle übertragen, ohne darauf zu warten, dass die ATM-Zelle vollständig mit den Paketen aus den anderen Warteschlangen gefüllt ist.
Weitere Ausführungsbeispiele eines Systems gemäß den Prinzipien der Erfindung können alternative oder optionale zusätzliche Ausgestaltungen enthalten. Eine solche Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Pakete Sprachpakete mit unterschiedlicher QoS, oder Datenpakete mit unterschiedlicher QoS, oder Videopakete mit unterschiedlicher QoS, oder eine Kombination aus einem Sprachpaket, einem Datenpaket und/oder einem Videopaket mit unterschiedlicher QoS sind. Es ist ersichtlich, dass andere gleichwertige alternative Ausführungsbeispiele der Pakete verwendet werden können, ohne die Erfindung zu verlassen.
Diese und verschiedene andere Vorteile und Merkmale der Neuheit, die die Erfindung kennzeichnen, sind insbesondere in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt. Zum besseren Verständnis der Erfindung, ihrer Vorteile und der durch ihre Verwendung erhaltenen Aufgaben sollte jedoch Bezug auf die Zeichnungen und auf das beiliegende Beschreibungsmaterial genommen werden, in dem illustrierte und beschriebene, spezifische Beispiele einer Vorrichtung gemäß der Erfindung vorliegen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. Es zeigen:
1 ein QoS-Warteschlangenbildungsmodell zum Bedienen von Benutzer-Vielebenen-QoS-(Dienstgüte)-Erfordernissen bei Übertragung einer Vielzahl von Paketen von einer lokalen Peer-Funktionseinheit zu einer entfernten Peer-Funktionseinheit eines Kommunikationssystems gemäß der Erfindung, und
2 ein Ablaufdiagramm eines Betriebs des QoS-Warteschlangenbildungsmodells zum Bedienen von Benutzer-Vielebenen-QoS-(Dienstgüte)-Erfordernissen bei Übertragung einer Vielzahl von Paketen von einer lokalen Peer-Funktionseinheit zu einer entfernten Peer-Funktionseinheit eines Kommunikationssystems gemäß der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der nachstehenden Beschreibung des beispielhaften Ausführungsbeispiels ist Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, in denen mittels Veranschaulichung das spezifische Ausführungsbeispiel gezeigt ist, gemäß dem die Erfindung verwendet werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass weitere Ausführungsbeispiele verwendet werden können, da Strukturveränderungen ohne ein Verlassen des Schutzbereichs der Erfindung durchgeführt werden können.
Die Erfindung stellt einen neuen Ansatz zum Bedienen einer Vielebenen-QoS in einem AAL2-Netzwerk bereit, insbesondere dort, wo die durch die Benutzer übertragenen Pakete unterhalb der ATM-Nutzlastgröße liegen. Als solche kann die ATM-Nutzlastgröße effizient gepackt und auf einer einzelnen ATM-Verbindung übertragen werden. Diese Art von AAL2-Netzwerk kann auch im Hinblick auf Sprache und Telephonie über ATM verwendet werden, in der Sprachpakete von verschiedenen Benutzern auf eine einzelne ATM-Verbindung gemultiplext werden können. Außerdem kann diese Art von AAL2-Netzwerk zum individuellen Transport von Daten paketen oder zusammen mit Sprachpaketen verwendet werden. Das neue AAL2-Netzwerk verbessert die Effizienz von Netzwerkressourcen deutlich und stellt eine kosteneffiziente Lösung für Kunden bereit.
Die Anwendungen der Erfindung können in einer Mobilumgebung, einer Drahtleitungsbügelumgebung, einem Datennetzwerk wie dem Internet, oder einer Telephonieumgebung stattfinden. Es ist für einen Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung in anderen geeigneten Bereichen verwendet werden kann.
Die in der Erfindung verwendeten Abkürzungen stellen sich wie folgt dar:

QoS:: Dienstgüte
ATM:: Asynchrone Übertragungsbetriebsart
AAL2:: ATM-Adaptivschicht 2
ANP:: AAL2-Verhandlungsprozedur
CID:: Kanalkennung
ITU:: Internationale Telekommunikationsunion
CCITT:: Internationales Telefon- und Telegrafenberatungskomitee („International Telephone and Telegraph Consultative Committee")
CLR:: Zellverlust-Verhältnis
CBR:: Konstante Bitrate
VBR:: Variable Bitrate

1 zeigt ein Modell der Warteschlangenbildung pro QoS, das ein Vielebenen-QoS-Dienstmodul 100 in einer lokalen Peer-Funktionseinheit gemäß den Prinzipien der Erfindung aufweist. 1 zeigt drei Prozeduren. Die erste ist eine Rufanforderungs-ANP-Verhandlungsprozedur. Die Rufanforderung wird durch QoS₁, QoS₂, ..., QoS_n mit den auf ein AAL2-Modul 102 zeigenden Pfeilen dargestellt. Mehrere Benutzer, Benutzer #1, Benutzer #2, ..., Benutzer #n senden Rufanforderungen zu dem Vielebenen-QoS-Dienstmodul 100 für Dienste mit dessen eigenem QoS-Erfordernis. Im Allgemeinen werden die Rufanforderungen asynchron empfangen. Ein Standard-AAL2-Netzwerk vermied das Problem, das sich aus dem synchronen Ankommen der Rufanforderungen ergibt.
Die AAL2-Verhandlungsprozedur (ANP) besteht darin, dass die lokale Peer-Funktionseinheit mit der entfernten Peer-Funktionseinheit bezüglich einer Kanalzuweisung zum Übermitteln des mit der Rufanforderung assoziierten Paketes verhandelt. Die entfernte Peer-Funktionseinheit stimmt der Kanalzuweisung entweder zu, oder weist die Kanalzuweisung zurück, oder räumt für eine weitere Verhandlung eine Wartezeitspanne ein. Während der ANP wird das QoS-Erfordernis für jeden Benutzer entweder von dem entsprechenden Benutzer oder aus der Netzwerk-QoS erhalten. Im ersten Fall spezifiziert ein Benutzer ein QoS-Erfordernis in seiner Rufanforderung. Der letztere Fall tritt ein, wenn die benutzerangeforderte QoS nicht durch das AAL2-Netzwerk bereitgestellt wird, der Benutzer dann entweder eine alternative, durch das Netzwerk bereitgestellte QoS akzeptiert, oder sich eine Weile aufschiebt und es mit dessen weiterer QoS-Alternative wieder versucht. In beiden Fällen wird das erhaltene QoS-Erfordernis in einer ANP-Speichertabelle 106 zusätzlich zu weiteren Informationen hinsichtlich der Rufanforderung gespeichert oder aktualisiert, wie eine Kanalkennung (CID), ein CID-Zustand, usw.
Ein QoS-Parameter kann einen Verzögerungsparameter, einen Verzögerungsvariationsparameter und einen Zellverlustverhältnisparameter, usw. enthalten. Der Verzögerungsparameter definiert eine Zeitverzögerung einer Paketübertragung zwischen der lokalen Peer-Funktionseinheit und der entfernten Peer-Funktionseinheit. Der Verzögerungsvariationsparameter definiert eine Zeitverzögerung bei einer Übertragung zwischen zwei Signalen in dem Paket. Das Zellverlustverhältnis definiert einen Zell-(Paket)-Verlust während einer Netzwerkblockierung.
Die in 1 gezeigte zweite Prozedur ist eine Warteschlangenbildungsprozedur. Ist die ANP erfolgreich, dann wird ein Paket, das mit der Rufanforderung assoziiert ist, durch das Vielebenen-QoS-Dienstmodul 100 wie durch einen Pfeil 108 gezeigt empfangen. Die Identifizierung des Pakets wird geprüft, und sein QoS-Erfordernis wird dann aus der ANP-Speichertabelle 106 erhalten. Auf der Grundlage seiner früher aufgezeichneten QoS-Informationen wird das Paket in einer geeigneten Warteschlange des Dienstmoduls 100 platziert, die nahezu mit der durch den Benutzer erforderlichen QoS übereinstimmt. Die geeigneten Warteschlangen sind auf der Grundlage von operatorspezifizierten QoS-Angeboten oder auf der Grundlage der Nachfrage der Benutzer eingerichtet. Es ist ersichtlich, dass die Warteschlangen auch durch andere Bedingungen eingerichtet werden können, und dass andere Einrichtungen zum QoS-Abgleich zwischen dem Benutzer und der spezifizierten Warteschlange verwendet werden können, ohne die Erfindung zu verlassen. Es kann beispielsweise das Benutzer-QoS-Erfordernis mit jenem der Warteschlange unter Bedingungen abgeglichen werden.
Das Vielebenen-QoS-Dienstmodul 100 bedient die Pakete entsprechend durch Platzieren der Pakete in verschiedenen Warteschlangen auf der Grundlage der QoS. Die die gleiche QoS aufweisenden Pakete werden in eine Warteschlange gruppiert. Somit ist eine geringere Anzahl von Warteschlangen zum Bedienen derselben kategorisierten Benutzer erforderlich. Die Pakete mit einem harten QoS-Erfordernis können schneller als jene Pakete mit einem flexiblen QoS-Erfordernis bedient werden. Einer der Schlüsselpunkte besteht darin, dass alle Benutzer gleichermaßen für die Verzögerungen entschädigt werden können, deren Antreffen zu ihren jeweiligen Zielen hin erwartet wird. Somit erlaubt das Vielebenen-QoS-Dienstmodul 100 gemäß der Erfindung einem Netzwerkanbieter, allen Benutzern die gleiche Qualität zu garantieren, während die Auslastung von Netzwerkressourcen verbessert wird, d.h. eine geringere Anzahl von Warteschlangen. Das Vielebenen-QoS-Dienstmodul 100 gemäß der Erfindung kann außerdem bei einer Klassifizierung von CBR-/VBR-(Konstant-Bitraten-/Variabel-Bitraten-)Diensten über ATM verwendet werden. Fordert beispielsweise ein Benutzer einen CBR-Dienst an, dann können zu jenem bestimmten Benutzer gehörende Sprachpakete in eine einzelne ATM-Zellnutzlast platziert und zur Vermeidung jedweder Verzögerung unmittelbar gesendet werden. Somit stellt die Erfindung für einen Operator die Option bereit, verschiedene Mechanismen zur Rechnungsausstellung für verschiedene Benutzer und Dienste einzustellen.
Es ist ebenso ersichtlich, dass die Vielebenen-QoS-Unterstützung auf eine Unterstützung weiterer Niederbitratenanwendungen, insbesondere von Mobilendgeräten aus, erweitert werden kann. Ein Benutzer kann für verschiedene Anwendungsdienste verschiedene Verzögerungsvorgaben spezifizieren, die durch das Netzwerk in einer kosteneffizienten Weise unterstützt werden. Die Erfindung optimiert für einen Netzwerkanbieter die Verwendung der Netzwerkressourcen und stellt Dienstqualitätsgarantien auf der Grundlage der Kundennachfrage bereit. Ein dienstorientierter Rechnungsausstellungsmechanismus kann einem Netzwerkanbieter außerdem auch dadurch nützen, dass er in die Lage versetzt wird, Kunden auf der Grundlage ihrer angeforderten QoS-Parameterwerte mit Kosten zu beaufschlagen. Eine Pseudo-Codebeschreibung des Vielebenen-QoS-Dienstmoduls bei einer lokalen Peer-Funktionseinheit kann gemäß der vorstehenden Beschreibung wie folgt gezeigt werden:
Bei der Multiplex-Prozedur werden die in die ATM-Zelle gepackten Pakete gemultiplext. Da die AAL2 dazu ausgelegt werden kann, niedrige Bitraten zu bedienen, ist die ATM-Zelle größer als die Größe eines Pakets. Ist die ATM-Zelle entsprechend teilweise gefüllt, dann kann das Vielebenen-QoS-Dienstmodul 100 warten, bis die Zelle mit einigen anderen Paketen auf der Grundlage des QoS-Erfordernisses des bereits in der ATM-Zelle befindlichen Pakets und/oder der anderen Pakete gefüllt ist. Eine Zeitgeber-CU steuert die Verzögerungszeit eines Pakets in der ATM-Zelle auf der Grundlage des QoS-Erfordernisses des Pakets. Läuft die Zeitgeber-CU ab, dann wird das Paket und/oder werden die Pakete in der ATM-Zelle zu der entfernten Peer-Funktionseinheit übertragen. Ist eine QoS eines Pakets hart (d.h. eine geringe oder keine Verzögerung), dann wird das zu der ATM-Zelle gesendete Paket mit anderen, bereits in der ATM-Zelle vorhandenen Paketen falls vorhanden gemultiplext, an eine Ausgabe Q 110 des Vielebenen-QoS-Dienstmoduls 100 ausgegeben und über eine ATM-Verbindung 112 zu der entfernten Peer-Funktionseinheit (oder den Funktionseinheiten) übertragen.
Läuft die ATM-Zelle nach vorangegangenem Hinzufügen eines Pakets über, dann wird eine neue ATM-Zelle zum Platzieren der verbleibenden (übergelaufenen) Daten oder des gesamten letzten Pakets in die neue ATM-Zelle abhängig von der QoS des vorangegangenen Pakets erstellt.
Es ist ebenso ersichtlich, dass andere Pseudo-Codebeschreibungen verwendet werden können, ohne die Prinzipien der Erfindung zu verlassen.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Betriebs eines QoS-Warteschlangenbildungsmodells zum Bedienen von Benutzer-Vielebenen-QoS-(Dienstgüte)-Erfordernissen bei Übertragen einer Vielzahl von Paketen von einer lokalen Peer-Funktionseinheit zu einer entfernten Peer-Funktionseinheit eines Kommunikationssystems gemäß der Erfindung. Das Ablaufdiagramm stellt eine Zusammenfassung des Grundbe triebs bereit. Es dient lediglich dem Zweck der Verdeutlichung, nicht dem Zweck der Einschränkung.
Der Betrieb beginnt mit Kasten 200, in dem das Vielebenen-QoS-Dienstmodul 100 eine Vielzahl unterschiedliche QoS-Erfordernisse aufweisender Warteschlangen bereitstellt. Wird eine Rufanforderung von einem Benutzer zum Übertragen eines Pakets mit einem QoS-Erfordernis wie in Kasten 202 gezeigt empfangen, dann wird das QoS-Erfordernis der Rufanforderung in einem ANP-Speicher wie in Kasten 204 gezeigt aufgezeichnet. Nach einer erfolgreichen Übertragungsverhandlung zwischen der lokalen und der entfernten Peer-Funktionseinheit wird ein mit der Rufanforderung assoziiertes Paket durch das Vielebenen-QoS-Dienstmodul 100 wie in Kasten 206 gezeigt empfangen. Dann wird das Paket in eine der Warteschlangen mit der gleichen QoS wie jene des Pakets wie in Kasten 208 gezeigt platziert. An diesem Punkt kann das Vielebenen-QoS-Dienstmodul 100 bestimmen, ob die QoS des Pakets hart ist, was eine unmittelbare Übertragung von der lokalen Peer-Funktionseinheit zu der entfernten Peer-Funktionseinheit erfordert. Wenn dem so ist, wird das Paket unmittelbar zu der entfernten Peer-Funktionseinheit wie in Kasten 210 gezeigt übertragen (oder mit anderen Paketen, falls vorhanden, gemultiplext und dann übertragen). Wenn dem nicht so ist, wird das Paket für eine spezifizierte Zeitspanne gemäß der durch die QoS des Pakets definierten Zeitgeber-CU in die ATM-Zelle platziert und gemultiplext. Nachdem die durch die Zeitgeber-CU definierte Zeit abläuft, wird das Paket (oder werden die Pakete) von der lokalen Peer-Funktionseinheit zu der entfernten Peer-Funktionseinheit wie in Kasten 210 gezeigt übertragen.
Die vorstehende Beschreibung des beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung wurde zum Zweck der Veran schaulichung und Beschreibung dargelegt. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die offenbarte genaue Form einzuschränken. Im Lichte der vorstehenden Lehre sind viele Modifikationen und Variationen möglich. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzbereich der Erfindung nicht mit dieser ausführlichen Beschreibung, sondern stattdessen durch die beiliegenden Patentansprüche beschränkt wird.

Claims

Verfahren zum Bedienen von Benutzer-Vielebenen-QoS-Erfordernissen (QoS = Dienstgüte, „Quality of Service") bei Übertragen einer Vielzahl von Paketen von einer lokalen Peer-Funktionseinheit zu einer entfernten Peer-Funktionseinheit eines Kommunikationssystems, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen einer Vielzahl von unterschiedliche QoS-Erfordernisse (200) aufweisenden Übertragungswarteschlangen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte umfasst: Empfangen einer Vielzahl von Rufanforderungen von Benutzern zum Übertragen einer Vielzahl von Paketen, wobei jede aus der Vielzahl von Rufanforderungen ein mit ihr assoziiertes QoS-Erfordernis (202) aufweist, wobei jedes QoS-Erfordernis durch einen mit der entsprechenden Rufanforderung assoziierten Benutzer spezifiziert wird, Gewinnen des benutzerspezifizierten QoS-Erfordernisses für jede Rufanforderung (204), Aufzeichnen der gewonnenen benutzerspezifizierten QoS-Erfordernisse in einem Speicher, Empfangen eines Pakets, das mit einem gewonnenen benutzerspezifizierten QoS-Erfordernis für die Rufanforderung assoziiert ist, von einem Benutzer nach einer erfolgreichen Übermittlungsverhandlung zwischen der lokalen Peer-Funktionseinheit und der entfernten Peer-Funktionseinheit (206), Gewinnen des benutzerspezifizierten QoS-Erfordernisses für das empfangene Paket aus dem Speicher, Platzieren des empfangenen Pakets in einer Übertragungswarteschlange, die eine QoS aufweist, die die gleiche wie die benutzerspezifizierte QoS ist, die aus dem Speicher gewonnen wird und mit dem Paket (208) assoziiert ist, und Übertragen von Paketen aus den Übertragungswarteschlangen gemäß einer Priorität der QoS-Erfordernisse (210).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Vielebenen-QoS-Dienste bei Übertragen der Vielzahl von Paketen durch Verwenden der AAL2, „ATM Adaptive Layer 2", unterstützt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner einen Schritt des Multiplexens der Warteschlangen mit den unterschiedlichen QoS-Erfordernissen vor Übertragen zu der entfernten Peer-Funktionseinheit umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei Vielebenen-QoS-Dienste bei Übertragen der Vielzahl von Paketen durch Verwenden der AAL2, „ATM Adaptive Layer 2", unterstützt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Warteschlangen in eine ATM-Verbindung vor Übertragen zu der entfernten Peer-Funktionseinheit gemultiplext werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei jede Warteschlange eine ATM-Zelle aufweist, und der Platzierungsschritt das Platzieren eines jeden Pakets in die ATM-Zelle enthält, bis eine Zeitgebersteuereinheit („Timer CU") abläuft, wobei die Zeitgebersteuereinheit durch die QoS eines der Pakete definiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei jede Warteschlange eine ATM-Zelle aufweist, und der Platzierungsschritt das Platzieren eines jeden Pakets in die ATM-Zelle enthält, bis die ATM-Zelle voll ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Speicher ein ANP-Speicher (ANP = AAL2-Verhandlungsprozedur, „AAL2 Negotiation Procedure") ist, der Parameter aufweist, die CIDs (Kanalkennung, „Channel Identification"), einen CID-Zustand und die QoS-Erfordernisse enthalten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Pakete Sprachpakete enthalten, wobei die Sprachpakete unterschiedliche QoS-Erfordernisse aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Pakete Datenpakete enthalten, wobei die Datenpakete unterschiedliche QoS-Erfordernisse aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Pakete Videopakete enthalten, wobei die Videopakete unterschiedliche QoS-Erfordernisse aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Pakete zumindest zwei Pakete aus der Gruppe umfassen, die aus einem Sprachpaket, einem Datenpaket und einem Videopaket besteht, wobei zumindest die zwei Pakete unterschiedliche QoS-Erfordernisse aufweisen.
System zum Bedienen von Benutzer-Vielebenen-QoS-Erfordernissen (Dienstgüte, „Quality of Service") bei Übertragen einer Vielzahl von Paketen von einer lokalen Peer-Funktionseinheit zu einer entfernten Peer-Funktionseinheit eines Kommunikationssystems, wobei das Bediensystem umfasst: eine Vielzahl von Übertragungswarteschlangen, von denen jede zum Aufweisen eines unterschiedlichen QoS-Erfordernisses eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bediensystem ferner umfasst: ein AAL2-Modul (102) zum Empfang und zur Verarbeitung einer Vielzahl von Rufanforderungen (108) von den Benutzern zur Übertragung von Paketen von der lokalen Peer-Funktionseinheit zu der entfernten Peer-Funktionseinheit, wobei jede aus der Vielzahl von Rufanforderungen (108) ein QoS-Erfordernis aufweist, wobei jedes QoS-Erfordernis durch einen mit der entsprechenden Rufanforderung assoziierten Benutzer spezifiziert wird, und einen Speicher (106) zur Aufzeichnung des benutzerspezifizierten QoS-Erfordernisses einer jeden aus der Vielzahl von Rufanforderungen (108), wobei die benutzerspezifizierten QoS-Erfordernisse von den entsprechenden Benutzern gewonnen werden, wobei bei Empfang einer Rufanforderung (108) das benutzerspezifizierte QoS-Erfordernis der Rufanforderung (108) in dem Speicher (106) aufgezeichnet wird, und nach einer erfolgreichen Übermittlungsverhandlungsprozedur zwischen der lokalen Peer-Funktionseinheit und der entfernten Peer-Funktionseinheit ein empfangenes, mit einem benutzerspezifizierten QoS-Erfordernis für die Rufanforderung assoziiertes Paket in einer Übertragungswarteschlange (110) platziert wird, die eine QoS aufweist, die die gleiche wie die benutzerspezifizierte QoS ist, die aus dem Speicher gewonnen wird und mit dem Paket assoziiert ist, und Pakete aus der Übertragungswarte schlange (110) gemäß einer Priorität der QoS-Erfordernisse übertragen werden.
System gemäß Anspruch 13, wobei eine Übertragung der Vielzahl von Paketen durch Verwendung der AAL2, „ATM Adaptive Layer 2", unterstützt wird.
System gemäß Anspruch 14, wobei die lokale Peer-Funktionseinheit die Vielzahl von Warteschlangen und einen Multiplexer zum Multiplexen der Vielzahl von Warteschlangen in einer ATM-Zelle und zur Übertragung der Vielzahl von Paketen zu der entfernten Peer-Funktionseinheit über eine ATM-Verbindung enthält.
System gemäß Anspruch 13, wobei jedes aus der Vielzahl von Pakten, die mit jeder aus der Vielzahl von Rufanforderungen assoziiert ist, in eine ATM-Zelle platziert wird, bis die ATM-Zelle voll ist.
System gemäß Anspruch 13, wobei jedes aus der Vielzahl von Pakten, die mit jeder aus der Vielzahl von Rufanforderungen assoziiert ist, in eine ATM-Zelle platziert wird, bis eine Zeitgebersteuereinheit abläuft, die durch eines der QoS-Erfordernisse einer der Warteschlangen definiert ist.
System gemäß Anspruch 13, wobei der Speicher eine ANP-Speichertabelle (ANP = AAL2-Verhandlungsprozedur, „AAL2 Negotiation Procedure") ist, die Parameter aufweist, die CIDs (Kanalkennung, „Channel Identification"), einen CID-Zustand und die QoS-Erfordernisse enthalten.
System gemäß Anspruch 13, wobei die Pakete Sprachpakete enthalten, wobei die Sprachpakete unterschiedliche QoS-Erfordernisse aufweisen.
System gemäß Anspruch 13, wobei die Pakete Datenpakete enthalten, wobei die Datenpakete unterschiedliche QoS-Erfordernisse aufweisen.
System gemäß Anspruch 13, wobei die Pakete Videopakete enthalten, wobei die Videopakete unterschiedliche QoS-Erfordernisse aufweisen.
System gemäß Anspruch 13, wobei die Pakete zumindest zwei Pakete aus der Gruppe umfassen, die aus einem Sprachpaket, einem Datenpaket und einem Videopaket besteht, wobei zumindest die zwei Pakete unterschiedliche QoS-Erfordernisse aufweisen.