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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen
von Paketverlusten in einem asynchronen Kommunikationssystem.
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In
Kommunikationsnetzen, die große
Informationsmengen transportieren, werden üblicherweise Überwachungssysteme
für Informationsverluste vorgesehen.
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In
solchen Netzen liegen die Informationen in Form von Datenblöcken entweder
von fester Länge wie
beispielsweise ATM-Zellen oder von variabler Länge wie Paketen vor. Im Folgenden
wird der Begriff "Paket" zur Bezeichnung
beliebiger Arten von Datenblöcken
verwendet. Jeder Datenblock umfasst einerseits die eigentliche Information
und andererseits eine damit verbundene Leitweginformation, genannt Nachrichtenkopf
bzw. "Header", welche es ermöglicht,
die Information zu ihrem endgültigen
Ziel zu übertragen.
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Die Überwachung
und Lokalisierung bedeutender Fehler bereiten im Allgemeinen kein
schwer zu lösendes
Problem, insbesondere weil derartige Fehler auf ausreichend großen Informationsmengen auftreten,
sodass sie durch technisch nicht besonders anspruchsvolle Mittel
oder Programme analysiert werden können. Bedeutende oder sich
wiederholende Fehler sind in der Tat durch klassische Testverfahren
erkennbar, mit denen die Fehler erkannt und lokalisiert werden können.
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Wenn
dagegen die Informationsverluste gering sind, sind sie schwieriger
zu überwachen.
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Derartige
seltene oder eine geringe Wahrscheinlichkeit aufweisende Informationsverluste
können
zwei verschiedenen Typen angehören.
Der erste Typ von Verlusten tritt beim normalen Betrieb auf. Ein Netz
weist nämlich
eine zulässige
Informationsverlustrate auf, die typischerweise höchstens
in der Größenordnung
von 10–10 liegt.
Die Ursache derartiger Verluste im Normalbetrieb ist zum Beispiel
eine Überlastung
oder momentane Sättigung
eines Pufferspeichers, den die Pakete durchlaufen.
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Der
zweite Typ eines seltenen oder eine geringe Wahrscheinlichkeit aufweisenden
Verlusts entspricht bestimmten Betriebsausfalltypen einer bestimmten
Vorrichtung des Netzes, die schwer zu erkennende vorübergehende
Fehler verursachen. Solche vorübergehenden
Fehler werden zum Beispiel durch einen Betrieb im Grenzbereich aufgrund
eines schlechten Kontakts oder einer instabilen Spannung hervorgerufen;
sie können
auch für
bestimmte Daten- oder Adressencodes oder auch für bestimmte Speicherbits oder
-zeilen auftreten. Derartige vorübergehende
Fehler können
relativ geringe Verlustraten wie beispielsweise 10–8 hervorrufen.
Obwohl sie an sich gering ist, ist eine solche Verlustrate nicht
zulässig,
weil sie die maximal zulässige
Rate um einen Faktor 100 überschreitet.
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Für die Überwachung
solcher seltener Verluste beruhen die klassischen Methoden zum Beispiel
auf einer Zählung
der ankommenden Pakete, die man mit der Zählung der abgehenden Pakete
vergleicht, oder auf einer Erkennung der Paketverluste in jedem
Modul.
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Üblicherweise
setzt man in asynchronen Koppelnetzen, die eine Vielzahl von Eingangs-
und Ausgangs-Endmodulen und eine Vielzahl von Koppelelementen umfassen,
beide Überwachungstechniken
ein. Die erste Technik wird als "Ende-zu-Ende-Überwachung" zwischen einem Eingangs-Endmodul
und einem Ausgangs-Endmodul
bezeichnet. Die zweite Technik ist eine Überwachung innerhalb jedes
Moduls, das heißt
in jedem Eingangsmodul, in jedem Ausgangsmodul und in jedem Koppelelement.
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Gemäß der ersten
Technik (Ende-zu-Ende-Überwachung)
kann mit einem Überwachungsprotokoll
zwischen Modulen die Anzahl der am Ausgangsanschluss empfangenen
Pakete mit der Anzahl der am Eingangsanschluss übertragenen Pakete verglichen
werden. Zum Beispiel weist man jedem N-ten am Eingangsanschluss übertragenen
Paket eine Markierung zu und überprüft am Ausgangsanschluss,
dass zwischen zwei aufeinander folgenden Paketen tatsächlich N
Pakete empfangen werden. Eine andere Überwachungsmethode desselben
Typs besteht darin, den Paketen eine fortlaufende Nummer zuzuweisen
und zu überprüfen, dass
die Reihenfolge der empfangenen Pakete der Reihenfolge der gesendeten
Pakete entspricht. Außer
der Erkennung eines Paketverlusts kann man auch einen CRC-Code (Code
zur zyklischen Blockprüfung)
oder ein Paritätsbit
verwenden, um die Integrität
der übertragenen Pakete
zu überprüfen.
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Diese
ersten Verfahren werden genutzt, um die Paketverlustrate zu messen;
sie werden weniger häufig
zur Lokalisierung der Fehler, von denen die Pakete betroffen sind,
genutzt. Außer
der in jedem Eingangsanschluss und in jedem Ausgangsanschluss erforderlichen
Verarbeitung weisen sie den Nachteil auf, dass sie zusätzliche,
jedem einzelnen Paket zugewiesene Daten benötigen.
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Im Übrigen bieten
diese ersten Verfahren der Ende-zu-Ende-Überwachung keine Möglichkeit,
zwischen einem vorübergehenden
Fehler und einer Eliminierung von Informationen aufgrund einer Überlastung
zu unterscheiden. Außerdem
machen sie keine Angaben über
das Modul, von dem der Fehler ausgeht, welcher die Pakete bei ihrer Übertragung
von einem Eingangsmodul zu einem Ausgangsmodul betrifft.
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Gemäß der zweiten
Technik (modulweise Überwachung)
erfolgen die Beobachtungen in jedem einzelnen der Module eines Knotens,
in dem Pakete verloren gehen können.
Man kann auf diese Weise die Module lokalisieren, von denen die
Fehler ausgehen. Da allerdings die Fehler nur lokal beobachtet werden,
kann man nicht feststellen, ob die Ursache des Fehlers in dem betroffenen
Modul liegt oder ob das Paket bei seinem Eintritt in dieses Modul
bereits fehlerhaft war. Die Bestimmung der Paketverlustrate erfordert
dann zusätzliche
Messungen pro Verbindung in allen Modulen. Diese Technik wird im Übrigen aufgrund
der Schwierigkeiten bei der Synchronisation zwischen Modulen im
Allgemeinen nicht zum Messen der Paketverlustraten "von Ende zu Ende" genutzt.
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Der
Artikel von HOI-Y und anderen, "HIERARCHICAL
PERFORMANCE MANAGEMENT USING OAM MIB IN ATM NETWORKS", IEEE3 GLOBAL TELECOMMUNICATIONS
CONFERENCE, PHOENIX, ARIZONA, 3. – 8. NOV. 1997, Band 1 (03.11.1997)
beschreibt ein Verfahren, welches gestattet, ein fehlerhaftes Koppelelement
zu lokalisieren und Informationen über dieses Element zu übertragen.
Es besteht darin, die fehlerhaften Koppelelemente zu erkennen, indem
als Managementinformationsbasis bezeichnete Informationstabellen aufgebaut
werden, wofür
Flüsse
von für
den Transport von Verwaltungs- und Organisationsinformationen spezialisierten
ATM-Zellen verwendet werden. Dieses Verfahren führt folglich zur Erzeugung
von zusätzlichen
Zellenflüssen,
die einen Teil der Bandbreite verbrauchen.
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Die
Erfindung schafft Abhilfe für
die Nachteile der bekannten Techniken. Sie ermöglicht, die zum Messen der
Paketverlustrate und/oder zum Lokalisieren vorübergehender Fehler zu übertragenden
zusätzlichen
Daten zu begrenzen oder ganz darauf zu verzichten. Sie ermöglicht auch,
die Lokalisierung derartiger vorübergehender
Fehler zu verbessern oder den im Speicher erforderlichen zusätzlichen Kontext
für die
Verarbeitung in den Modulen und den Koppelelementen zu begrenzen.
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Zu
diesem Zweck ist das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass man zum Überwachen
der Paketverluste in einem Paketübertragungsnetz
mit asynchronem Übertragungsmodus
dann, wenn ein Paketverlust in mindestens einem Modul oder Koppelelement
eines Knotens des Netzes erkannt wird, für jedes verlorene Paket ein
als Verlustpaket bezeichnetes Signalisierungspaket erzeugt, sowie
dadurch, dass man dieses Signalisierungspaket unter Verwendung derselben
Leitwegdaten wie denen des verlorenen Pakets weiterleitet.
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Obwohl
die Erzeugung eines solchen Paketverlust-Signalisierungspakets in
dem besonderen Fall nicht möglich
ist, in dem die Leitwegdaten des verlorenen Pakets selbst beschädigt sind,
ist das Verfahren gemäß der Erfindung
in der Mehrzahl der Paketverlustsituationen anwendbar. Tatsächlich bleiben in
der Mehrzahl der Fälle
(insbesondere bei Datenstau) die Leitwegdaten intakt.
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Es
ist auf diese Weise möglich,
in einem oder mehreren ausgewählten
Knoten des Netzes die Paketverluste für jede Einzelverbindung zu überwachen,
ohne dass jedes einzelne Paket zusätzliche Daten zu umfassen braucht.
Außerdem
werden die für
die Überwachung
einzurichtenden Mittel minimiert, denn in einer bevorzugten Ausführungsform reicht
es aus, diese Überwachung
in den Ausgangs-Endmodulen des Knotens durchzuführen.
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Um
die Lokalisierung der Module zu ermöglichen, von denen die Fehler
ausgehen, welche die Pakete betreffen, umfasst in einer Ausführungsform das
Paketverlust-Signalisierungspaket eine Information, welche die Identität des Moduls
oder des Koppelelements repräsentiert,
in dem es erzeugt wurde.
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Für eine wirksame Überwachung,
die sowohl für
die Messung der Paketverlustrate als auch für die Lokalisierung des Moduls
oder des Koppelelements gilt, von dem der Verlust ausgeht, ist es
nützlich,
dass das Paketverlust-Signalisierungspaket
auch eine Information umfasst, welche die Ursache des Fehlers repräsentiert,
insbesondere um zwischen einem Fehler aufgrund eines Verkehrsstaus
und einem Verlust aufgrund eines Fehlers zu unterscheiden.
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Da
Paketverlust-Erkennungstechniken im eigentlichen Sinne bekannt sind,
ist es nicht sinnvoll, sie hier zu beschreiben.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
gilt sowohl für
Einweg-Vermittlungsknoten als auch für Mehrwege-Vermittlungsknoten.
Unter "Einweg"-Vermittlung versteht
man, dass die Leitweglenkung der Pakete einer gegebenen Verbindung
nur auf einem einzigen zuvor festgelegten Weg durch einen Vermittlungsknoten
erfolgen kann. Unter "Mehrwege"-Vermittlung versteht
man, dass die Leitweglenkung jedes der Pakete einer gegebenen Verbindung dynamisch
auf einer Vielzahl möglicher
Wege durch einen Vermittlungsknoten erfolgen kann.
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Im
Fall einer Einweg-Vermittlung umfassen die Leitwegdaten des Paketverlust-Signalisierungspakets
die Identität
der einzelnen Verbindung auf dem zuvor festgelegten Weg.
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Im
Fall einer Mehrwege-Vermittlung umfassen die Leitwegdaten des Paketverlust-Signalisierungspakets
nur eine explizite oder implizite Adresse (zum Beispiel die Identität eines
Sendebaums) des (oder der) als Ziele) dienenden Ausgangsanschlusses
(-anschlüsse);
in diesem Fall ist die Identität
der einzelnen Verbindung im Datenteil des Signalisierungspakets
enthalten.
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Das
Paketverlust-Signalisierungspaket hat vorzugsweise eine kleinere
Länge als
die des verlorenen Pakets, sodass die Menge der für diesen
Signalisierungstyp übertragenen
Daten begrenzt wird. Allerdings ist man in Netzen, in denen die übertragenen
Datenpakete eine feste Länge
haben (zum Beispiel in ATM-Zellen-Netzen), gezwungen, diese selbe Länge für die Signalisierungspakete
einzuhalten; da diese Anforderung jedoch nur die externen Verbindungen
zwischen Knoten betrifft, kann man innerhalb eines Vermittlungsknotens
vorteilhafterweise Signalisierungspakete einer kleineren Länge verwenden.
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Das
Signalisierungspaket umfasst als Erstes einen Header, der einerseits
einen Indikator umfasst, der seine Identität als Paketverlust-Signalisierungspaket
angibt, und andererseits Leitwegdaten, die, wie weiter oben gesagt,
dieselben sind wie diejenigen des verlorenen Pakets.
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Das
Paketverlust-Signalisierungspaket umfasst anschließend eigentliche
Daten, die im Fall einer Mehrwege-Vermittlung die Kennung der einzelnen
Verbindung umfassen. Diese Daten können auch einen Datenwert umfassen,
der die Art des Verlusts und/oder die Identität des Moduls und des Knotens
angibt, in dem das Paket verloren wurde.
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Außerdem kann
man auch einen so genannten Paketverlust-Ursprungsindikator vorsehen,
der mit einem ersten Wert, genannt lokaler Ursprung, initialisiert
wird, wenn das Signalisierungspaket in einem Modul oder einem Koppelelement
erzeugt wird, in dem sich der Paketverlust ereignet, und der in
einen zweiten Wert, genannt externer Ursprung, geändert wird,
sobald ein Signalisierungspaket von einem dahinter liegenden Ausgangsmodul
zu einem anderen Knoten des Netzes übertragen wird. Dieser Indikator
ermöglicht,
zwischen lokalen Paketverlusten in dem Knoten und Verlusten zu unterscheiden,
die von einem oder mehreren anderen davor liegenden Knoten des Netzes
kommen. Man kann auf diese Weise in einem Knoten für jede einzelne
Verbindung gleichzeitig die lokale Paketverlustrate (in diesem Knoten) und
die Paketverlustrate für
eine Menge von N Knoten des Netzes messen (N-1 davor liegende Knoten plus
dieser Knoten).
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Die
Erfindung beschränkt
sich nicht auf ein Überwachungsverfahren
in einem Paketübertragungsnetz.
Sie betrifft auch die Verarbeitung jedes Paketverlust-Signalisierungspakets
in den Modulen oder Koppelelementen in jedem einzelnen Knoten dieses
Netzes, um die Anwendung dieser Paketverlustüberwachung zu ermöglichen.
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Die
Erfindung betrifft auch das Signalisierungspaket als solches.
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In
jedem Vermittlungsknoten ist das Ausgangs-Endmodul so gestaltet,
dass es entweder die Paketverlust-Signalisierungspakete, die es
empfangen hat, sowie diejenigen, die es eventuell selbst erzeugt
hat, nach außerhalb
dieses Knotens überträgt, oder
dass es die empfangenen Paketverlust-Signalisierungspakete eliminiert,
wobei in diesem Fall die Gesamtüberwachung
im dahinter liegenden Bereich nicht über dieses Ausgangs-Endmodul
hinaus erfolgt.
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Somit
kann die Beobachtung oder Überwachung
der Paketverlustrate entweder über
einen einzigen Knoten erfolgen oder in einer Gesamtbetrachtung auf
einem Verbindungsabschnitt, der mehrere Vermittlungsknoten umfasst.
Es ist auch möglich, gleichzeitig
die lokale Beobachtung in jedem einzelnen Knoten und die Gesamtbeobachtung über mehrere
Knoten durchzuführen.
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Dagegen
erfolgt die Lokalisierung, das heißt die Identifizierung eines
Moduls oder Koppelelements, das eine übermäßige Anzahl von Verlusten hervorruft,
in der Praxis nur im Innern jedes einzelnen Vermittlungsknotens,
wobei jeder Knoten seine eigenen lokalen Wartungsfunktionen übernimmt.
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Es
ist auch möglich,
die Lokalisierung der Paketverluste in jedem einzelnen Knoten mit
der Überwachung
der Gesamtverlustrate über
mehrere Knoten und/oder lokal in jedem einzelnen Knoten zu kombinieren.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Überwachen der Paketverluste
in einem Transportnetz für
digitale Informationen vor, die im asynchronen Übertragungsmodus übertragen
werden, welches der Art ist, dass dann, wenn ein Paketverlust in
mindestens einem Knoten des Netzes erkannt wird:
für jedes
verlorene Paket ein Paketverlust-Signalisierungspaket erzeugt wird;
und
dieses Signalisierungspaket unter Verwendung derselben
Leitwegdaten geleitet wird wie denen des verlorenen Pakets.
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Nach
einer Ausführungsform
umfasst das Signalisierungspaket in seinem Header einen Indikator, der
die Art des Paketverlust-Signalisierungspakets angibt.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Signalisierungspaket eine Information, welche die Identität des Moduls
oder des Koppelelements des Knotens angibt, in dem das Signalisierungspaket
erzeugt wurde.
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Nach
einer Ausführungsform
umfasst das Signalisierungspaket eine Information, welche die Ursache
des Verlusts angibt.
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Nach
einer Ausführungsform
ermöglicht
die Information, welche die Ursache des Paketverlusts angibt, zwischen
einem Verlust aufgrund von Überlastung,
das heißt
einer Sättigung
eines Pufferspeichers, und einem anderen Verlusttyp zu unterscheiden.
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Nach
einer Ausführungsform,
in der die Überwachung
in einem Einweg-Koppelnetz
erfolgt, umfassen die Leitwegdaten des Signalisierungspakets die
Identität
der Verbindung.
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Nach
einer Ausführungsform,
in der die Überwachung
in einem Mehrwege-Koppelnetz
erfolgt, umfassen die Leitwegdaten des Signalisierungspakets eine
explizite oder implizite Adresse des als Ziel dienenden Ausgangsanschlusses,
wobei die Identität
der Verbindung in dem Signalisierungspaket enthalten ist, insbesondere
in seinem Datenteil.
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Nach
einer Ausführungsform
hat das Signalisierungspaket eine Länge gleich derjenigen des verlorenen
Pakets.
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Nach
einer Ausführungsform
hat das Signalisierungspaket eine kleinere Länge als die des verlorenen
Pakets.
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Nach
einer Ausführungsform,
bei dem das Netz dem Typ mit Paketen oder Zellen von fester Länge im Innern
eines Vermittlungsknotens entspricht, zum Beispiel einem ATM-Netz,
ist die Länge des
Signalisierungspakets kleiner als die feste Länge der Pakete oder Zellen,
die auf den externen Verbindungen im Netz transportiert werden.
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Nach
einer Ausführungsform
besteht die Überwachung
darin, mindestens einen der folgenden Schritte auszuführen: Überwachen
der Paketverlustrate, Erkennen des Moduls (oder der Module) oder Elements
(Elemente), von denen ein Übermaß an Verlusten
ausgeht, und Erkennen der Ursache des Übermaßes an Verlusten.
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Nach
einer Ausführungsform
umfasst das Paketübertragungsnetz
asynchrone Paketvermittlungsknoten, die untereinander durch externe
Verbindungen verbunden sind, welche Pakete in einem asynchronen
Multiplexverfahren übertragen,
wobei jeder Vermittlungsknoten Eingangsmodule und Ausgangsmodule
umfasst, die untereinander durch mindestens ein Koppelelement verbunden
sind, wobei für
jedes Eingangs- oder Ausgangsmodul und jedes Koppelelement die Möglichkeit
besteht, dass es Pakete verliert, wobei die Signalisierungspakete
in einem Eingangsmodul, einem Ausgangsmodul und in einem Koppelelement
erzeugt werden können;
und die in einem Eingangsmodul oder in einem Koppelelement erzeugten
Signalisierungspakete werden zu den Ausgangsmodulen geleitet, wobei
letztere die Überwachung
ausführen
und/oder die Signalisierungspakete zu anderen dahinter liegenden
Knoten weiter übertragen.
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Nach
einer Ausführungsform,
bei der die Überwachung
in einem Ausgangsmodul eines Knotens erfolgt, werden die Signalisierungspakete
in einem solchen Ausgangsmodul eliminiert.
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Nach
einer Ausführungsform
zur Überwachung
der Gesamtpaketverluste über
N aufeinander folgende Knoten übernehmen
die N-1 ersten Knoten die Übertragung
der Signalisierungspakete zum dahinter liegenden folgenden Knoten,
und der letzte Knoten übernimmt
die Überwachung,
wobei die überwachten
Verluste in diesem letzten Knoten einerseits die vor dem Ausgangsmodul
des letzten Knotens erkannten und in den empfangenen Signalisierungspaketen
angegebenen Verluste umfassen und andererseits die lokal in diesem
Ausgangsmodul erkannten Verluste.
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Nach
einer Ausführungsform
umfasst das Signalisierungspaket einen so genannten Paketverlust-Ursprungsindikator,
der mit einem ersten Wert, genannt lokaler Ursprung, initialisiert
wird, wenn das Signalisierungspaket in einem Modul oder einem Koppelelement,
in dem sich der Paketverlust ereignet, initialisiert wird, und der
in einen zweiten Wert, genannt externer Ursprung, geändert wird,
sobald ein Signalisierungspaket von einem dahinter liegenden Ausgangsmodul
zu einem anderen Knoten des Netzes übertragen wird.
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Nach
einer Ausführungsform
wird der Paketverlust-Ursprungsindikator in jedem Signalisierungspaket
dafür verwendet,
einerseits die Überwachung der
gesamten Paketverlustrate über
mehrere aufeinander folgende Knoten durchzuführen und andererseits die selektive Überwachung
der lokalen Paketverlustrate in jedem einzelnen Knoten dieser Folge von
Knoten.
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Nach
einer Ausführungsform
werden die in Endmodulen oder in Koppelelementen erzeugten Signalisierungspakete
in einem spezifischen Pufferspeicher für die Speicherung der Signalisierungspakete
gespeichert, und diese aus dem spezifischen Pufferspeicher kommenden
Signalisierungspakete werden mit den übertragenen normalen Paketen
gemultiplext.
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Nach
einer Ausführungsform
werden die in Endmodulen oder in Koppelelementen erzeugten Signalisierungspakete
im Pufferspeicher dieses Moduls oder Koppelelements zur selben Zeit
gespeichert wie die Datenpakete.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mit der Beschreibung
von bestimmten ihrer Ausführungsform
ersichtlich werden, wobei diese Beschreibung unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen
erfolgt, auf denen:
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1 ein Übersichtsschaltbild
eines Kommunikationsnetzes ist, welches das Verfahren gemäß der Erfindung
einsetzt;
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2 ein Übersichtsschaltbild
eines Vermittlungsknotens ist, der zu dem Netz von 1 gehört;
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3 ein Übersichtsschaltbild
eines der Erfindung entsprechenden Eingangs-Endmoduls des Vermittlungsknotens von 2 ist;
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4 ein Übersichtsschaltbild
eines der Erfindung entsprechenden Koppelelements des Vermittlungsknotens
von 2 ist;
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5 ein Übersichtsschaltbild
eines der Erfindung entsprechenden Ausgangs-Endmoduls des Vermittlungsknotens von 2 ist;
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6 ein Übersichtsschaltbild
analog zu dem von 5 ist, jedoch für eine Variante.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines asynchronen Übertragungsnetzes 10 für Pakete (oder
Zellen). Ein solches Netz umfasst mehrere Vermittlungsknoten 12, 14, 16, 18, 20 und 22.
Jeder Vermittlungsknoten umfasst m Eingänge und n Ausgänge; wie
wir weiter unten sehen werden, beziehen wir uns auf eine Verbindung
durch einen Knoten in der Weise, wie sie die an einem Eingangsanschluss
des Rangs i empfangenen Pakete zu einem Ausgangsanschluss des Rangs
j überträgt.
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In
dem Netz von 1 wird jedes Paket der betrachteten
Verbindung in EA auf einen Eingang des Knotens 12 angewendet
und über
den Knoten 18 zu einem Ausgang SC des
Knoten 22 übertragen.
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Die
betrachtete Verbindung zwischen dem Eingang des Knotens 12 und
dem Ausgang des Knotens 22 stellt einen Verbindungsabschnitt
dar, und in dem Beispiel wird die Paketverlustrate zwischen dem Eingangspunkt
EA und dem Ausgangspunkt SC erkannt.
Mit anderen Worten wird im Knoten 22 eine Paketverlustrate
gemessen, die über
die Knoten 12, 18 und 22 summiert wird.
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In 2 ist
in schematischer Form ein Knoten 24 mit m Eingangsanschlüssen E1 ... Em und n Ausgangsanschlüssen S1 ... Sn dargestellt.
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Um
die Beschreibung zu vereinfachen, wird angenommen, dass die Endmodule
in einem solchen Knoten jeweils einen einzigen Eingangsanschluss und
einen einzigen Ausgangsanschluss umfassen, welcher die Schnittstelle
zu einer einzigen externen Übertragungsverbindung
zwischen Knoten bildet.
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In 2 ist
der Knoten in einer auseinander gezogenen Darstellung gezeichnet,
das heißt
so, dass jedes Endmodul funktionell in zwei Teile getrennt ist:
einerseits in ein "Eingangs-Endmodul" (oder "ankommendes" Modul) 26i (mit einem einzigen "Eingangsanschluss") und andererseits
in ein "Ausgangs-Endmodul" (oder "abgehendes" Modul) 30j (mit einem einzigen "Ausgangsanschluss").
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Jeder
physische Eingangs- oder Ausgangsanschluss kann jedoch mehrere gemultiplexte
virtuelle Kanäle
an diesem Anschluss unterstützen,
die für unterschiedliche
einzelne Verbindungen nutzbar sind.
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Der
Knoten 24 umfasst ferner mindestens ein Koppelelement 28p . Wenn man mehrere Koppelelemente vorsieht,
sind diese in einer oder mehreren Stufen angeordnet.
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Es
sei hier daran erinnert, dass ein Endmodul generell je nach der
betrachteten Architektur des Koppelnetzes eine oder mehrere interne
Verbindungen umfassen kann. In diesem letztgenannten Fall sind,
wenn der Knoten ein einziges Koppelelement umfasst, die internen
Verbindungen alle an dieses Element angeschlossen. Wenn man mehrere
Koppelelemente vorsieht (angeordnet in einer oder mehreren Stufen),
können
die Verbindungen jedes Endmoduls entweder an ein einziges der Elemente
angeschlossen sein oder über
mehrere Koppelelemente verteilt werden. Die Erfindung schließt alle
diese Möglichkeiten
ein und ist generell von der Konfiguration des Koppelnetzes unabhängig.
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Im
Folgenden wird, ebenfalls zur Vereinfachung der Beschreibung, angenommen,
dass wie in dem dargestellten Beispiel jedes (Eingangs- und Ausgangs-)
Endmodul eine einzige interne Verbindung zu dem Netz umfasst und
dass der Knoten ein einziges Koppelelement umfasst. In diesem Fall weist
das Koppelelement 28p m Eingänge auf,
die mit den entsprechenden Ausgängen
der Module 26i verbunden sind,
und n Ausgänge,
die mit den entsprechenden Eingängen
von Ausgangs-Endmodulen 30j verbunden
sind. Ein Beispiel eines Koppelelements wird zusammen mit 4 beschrieben,
und zwei Ausführungsformen
von Modulen 30j werden in Verbindung
mit den 5 und 6 beschrieben.
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Wir
beziehen uns nun auf 3, die ein Ausführungsbeispiel
eines Eingangs-Endmoduls 26i darstellt.
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Die
vom Eingangsanschluss Ei kommenden Pakete
werden auf den Eingang einer Vorrichtung 32 angewendet,
mit der die eigentlichen Daten von den Steuerungsinformationen der
empfangenen Pakete getrennt werden können. Diese Steuerungsinformationen
befinden sich im Header der Pakete.
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Die
Daten werden vorübergehend
in einem Pufferspeicher 34 gespeichert, während die
Steuerungsinformationen von einem Block 36 verarbeitet werden,
der die Interpretation eines Übertragungsprotokolls über die
externe Verbindung ermöglicht. Der
Block 36 wird als "ankommender
Abschluss des externen Paketübertragungsprotokolls" bezeichnet.
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Der
Ausgang von Block 36 ist mit dem Eingang eines Blocks 38 verbunden,
der als "Interne
Paketvorbereitung" bezeichnet
wird und der die Aufgabe hat, einerseits das Protokoll für die Übertragung außerhalb
des Knotens in ein Protokoll für
die Übertragung
im Innern des Knotens zu konvertieren und andererseits gemäß der Erfindung
die verlorenen Pakete zu erkennen.
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Die
an dem Paket vorgenommenen Veränderungen
gemäß dem Protokoll
im Innern des Knotens erscheinen an einem Ausgang 381 von Block 38 und werden auf
einen Eingang 342 von Block 34 zur vorübergehenden
Speicherung der Pakete angewendet. Die Daten, die am Ausgang 381 von Block 38 erscheinen,
umfassen insbesondere Daten für
die Leitweglenkung im Innern des Knotens zu dem als Ziel dienenden
Ausgangsanschluss.
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Die
Information über
ein verlorenes Paket erscheint an einem zweiten Ausgang 382 von Block 38 und wird auf
einen Eingang 401 eines Blocks 40 angewendet,
der die Aufgabe hat, ein Paketverlust-Signalisierungspaket zu erzeugen,
das an einen Eingang 343 von Block 34 übertragen
wird.
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Die
Erkennung eines verlorenen Pakets, die in Block 30 erfolgt,
kann durch verschiedene bekannte Mittel wie die Anwendung eines
CRC- oder Paritätscodes
realisiert werden, der sich in dem am Eingangsanschluss Ei ankommenden Paket befindet, oder aber bei
der Eliminierung eines Pakets im Fall von Überlastung in einem Pufferspeicher.
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Das
von Block 40 erzeugte Paketverlust-Signalisierungspaket
weist in einer Ausführung
ein Format analog zu dem eines üblichen
Pakets auf. Es umfasst einen Header mit einem Indikator, der seine Identität als Paketverlust-Signalisierungspaket
kennzeichnet, und Leitweglenkungsdaten, welche dieselben sind wie
die des verlorenen Pakets. Im Fall einer Mehrwege-Vermittlung umfasst
dieses Paket auch eine Verbindungskennung. Im Fall einer Einweg-Vermittlung
ist die Verbindungskennung Teil der Leitweglenkungsdaten des Pakets.
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Diese
Daten reichen für
eine Überwachung der
Paketverlustrate aus. Für
die Fehlerlokalisierung muss dagegen in den Header außerdem eine
Information eingefügt
werden, die das Endmodul oder das Koppelelement angibt, in dem der
Fehler entstanden ist (in dem Beispiel in Modul 26i ).
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Unabhängig von
der Nutzung (Überwachung der
Paketverlustrate und/oder Fehlerlokalisierung) kann es im Übrigen nützlich sein,
in dieses Paketverlust-Signalisierungspaket
eine Information einzufügen,
die den Typ des Verlustes charakterisiert, indem zum Beispiel angegeben
wird, ob er auf eine Überlastung
des Pufferspeichers oder aber auf einen anderen Fehler zurückzuführen ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel
werden die Paketverlust-Signalisierungspakete in demselben Pufferspeicher
von Block 34 gespeichert, der auch für die normalen Datenpakete
vorgesehen ist.
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In
einer Variante sieht man einen zusätzlichen Pufferspeicher speziell
für die
Signalisierungspakete sowie einen Multiplexer vor, der die Möglichkeit
bietet, abwechselnd die normalen Datenpakete und die Paketverlust-Signalisierungspakete
zu übertragen
(die im weiteren Verlauf als "Signalisierungspakete" bezeichnet werden).
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Ebenso
kann man für
die Koppelelemente und die Ausgangs-Endmodule entweder einen einzigen
Pufferspeicher vorsehen oder zusätzlich
zum üblichen
Pufferspeicher einen Pufferspeicher speziell für die Signalisierungspakete.
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Wir
beziehen uns nun auf 4, die ein Koppelelement 28p darstellt. Dieses Element 28p umfasst m Eingänge und n Ausgänge, wobei
jeder Eingang mit einem Ausgang eines Eingangs-Endmoduls verbunden
ist und jeder Ausgang mit einem Eingang eines Ausgangs-Endmoduls
verbunden ist (in dem vereinfachten Beispiel zu einem einzigen Koppelelement
gehörend).
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Das
Koppelelement 28p umfasst somit
eine Verbindungsmatrix 44 mit m Eingängen 461 ... 46m und n Ausgängen 481 ... 48n . Jeder der Eingänge 46i ist
mit einer Vorrichtung 50; verbunden, deren Aufgabe analog
zu jener der Vorrichtung 32 von 3 ist, nämlich darin
bestehend, dass sie die eigentlichen Daten von den Steuerungsinformationen
trennt, die sich im Header jedes Pakets befinden. Die eigentlichen
Daten werden an die entsprechenden Eingänge 46i der
Matrix 44 übertragen,
während
die im Header befindlichen Steuerungsinformationen zu einem Block 52 zur
Steuerung der Paketleitweglenkung übertragen werden. Dieser Block 52,
der m Eingänge, 541 bis 54m umfasst,
wertet die in den Headern enthaltenen Leitweglenkungsinformationen
in der Weise aus, dass die Verbindungsmatrix 44 so gesteuert
wird, dass jedes Paket zum geeigneten Ausgang des Knotens 24 übertragen
wird. Hierfür
wird das von Block 52 erzeugte Steuerungssignal auf einen
Eingang 55 der Matrix 44 angewendet.
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Außerdem erfolgt
in Block 52 in Übereinstimmung
mit der Erfindung eine Erkennung verlorener Pakete. Diese Erkennung
verlorener Pakete wird so durchgeführt, wie oben für Block 38 von 3 beschrieben.
Die Information über
ein verlorenes Paket wird von einem Ausgang 521 von
Block 52 zum Eingang eines Blocks 56 übertragen,
der Signalisierungspakete erzeugt. Die Signalisierungspakete erscheinen
am Ausgang von Block 56 und werden auf den Eingang 58 der
Matrix 44 angewendet. Block 56 entspricht Block 40 des
im Zusammenhang mit 3 beschriebenen Eingangs-Endmoduls.
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Das
in 5 dargestellte Ausgangs-Endmodul wird verwendet,
wenn in dem betrachteten Knoten die Signalisierungspakete lokal
ausgewertet werden, ohne dass sie zu einem dahinter liegenden anderen
Knoten des Netzes weiter übertragen
werden. Das in 6 dargestellte Ausgangs-Endmodul
entspricht dem in 5 dargestellten; es umfasst
jedoch ein zusätzliches
Mittel zum Übertragen
der Signalisierungspakete zu einem dahinter liegenden nächsten Knoten.
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Das
in 5 dargestellte Modul 30j umfasst einen
Pufferspeicher 60, der in dem betrachteten Beispiel einen
Eingang 62j umfasst, der mit dem
Ausgang 48j des Koppelelements 28p (4) verbunden ist.
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Der
Eingang 62j empfängt die
Daten des Pakets über
eine Vorrichtung 64j analog zur
Vorrichtung 32 von 3, das heißt einer
Vorrichtung, die für
jedes Paket die Daten des Headers trennt. Die Header werden ihrerseits
an einen Block 66 übertragen,
der einerseits ermöglicht,
die Paketverlust-Signalisierungspakete zu erkennen und andererseits
sämtliche Header
zu einem Block 68 für
die externe Paketvorbereitung zu übertragen, dessen Aufgabe darin
besteht, diesen Header in ein Format rückzukonvertieren, das für die Übertragung
der Pakete auf den externen Leitungen im Netz mit einem externen Übertragungsprotokoll
geeignet ist, welches zum folgenden Knoten verwendet wird.
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Außerdem sieht
man in Block 68 ein Mittel zur Paketverlusterkennung vor.
Block 68 erzeugt Signalisierungspakete, die zu einem Eingang 70 von Block 66 zur
Verlusterkennung übertragen
werden.
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Block 66 umfasst
zwei Ausgänge 72 und 74. Der
erste Ausgang 72 liefert eine Information über ein lokal
im Modul 30j verlorenes und von
Block 68 erkanntes Paket, und der zweite Ausgang 74 liefert eine
Information über
ein davor (das heißt
außerhalb des
betrachteten Endmoduls) verlorenes Paket im Anschluss an den Empfang
eines Signalisierungspakets.
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Wie
man weiter unten sehen wird, umfasst jedes dieser Signalisierungspakete
zur Unterscheidung zwischen einem im betrachteten Knoten gesendeten
Signalisierungspaket und einem Signalisierungspaket, das in einem
anderen Knoten vor demjenigen Knoten gesendet wurde, in dem die
Beobachtung erfolgt, außerdem
auch einen binären
sogenannten Paketverlust-Ursprungsindikator. Der erste Wert, genannt
lokaler Ursprung, wird initialisiert, wenn das Signalisierungspaket
in einem Modul oder in einem Koppelelement erzeugt wird, in dem
sich der Paketverlust ereignet (lokaler Ursprung in dem Knoten,
in dem sich der Paketverlust ereignet). Dieser erste Wert wird in
einen zweiten Wert, genannt externer Ursprung, geändert, sobald
ein Signalisierungspaket von einem dahinter liegenden Ausgangsmodul zu
einem anderen Knoten des Netzes übertragen wird
(externer Ursprung in einem Knoten vor dem betrachteten Konten).
Dieser Paketverlust-Ursprungsindikator ändert den Wert so lange nicht,
wie sich das Signalisierungspaket in dem Knoten bewegt, in dem es
erzeugt wurde.
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Die
Ausgänge 72 und 74 sind
mit Eingängen 761 bzw. 762 eines
Blocks 76 zur Beobachtung der Paketverlustrate verbunden,
während
der Ausgang 74 mit dem Eingang eines Blocks 78 zur
Identifizierung des Moduls verbunden ist, das eine übermäßige Anzahl
von Verlusten verursacht. Man sieht somit, dass die Paketverlustrate,
die über
einen davor liegenden Verbindungsabschnitt beobachtet wird, einen oder
mehrere Knoten umfassen kann und sowohl von den davor erfolgten
Verlusten als auch von den lokalen Verlusten im Ausgangs-Endmodul
abhängt.
Zur Identifizierung der Module oder Elemente eines Knotens, die
eine übermäßige Anzahl
von Verlusten verursachen, brauchen nur die Verluste identifiziert
zu werden, die in den Modulen oder Elementen vor diesem Knoten aufgetreten
sind, da die lokalen Verluste bereits in Block 68 identifiziert
wurden. In einer Variante kann das Modul 68 jedoch auch
die lokale Identifizierung in Block 78 übertragen.
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Das
in 6 dargestellte Ausgangs-Endmodul 30'j unterscheidet
sich von dem in 5 dargestellten lediglich durch
den Umstand, dass Block 66 einen Ausgang 80 umfasst,
der die Signalisierungspakete an einen Eingang 82 des Pufferspeichers 60 überträgt, wobei
dieses Modul 30'j dem Ziel dient, die Übertragung
der Signalisierungspakete am entsprechenden Ausgang des Knotens
zum folgenden Knoten zu ermöglichen.
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Die
Anwendungen der in Verbindung mit den 2 bis 6 beschriebenen
Vorrichtungen können
in zwei Kategorien eingeteilt werden. Die erste Kategorie ist die Überwachung
auf einer Verbindung nur im Innern eines einzigen Vermittlungsknotens. Die
zweite Kategorie (wie in 1 dargestellt) ist die Überwachung
eines Verbindungsabschnitts über mehrere
aufeinander folgende Vermittlungsknoten in dem Netz. Es ist auch
möglich,
die beiden Anwendungskategorien zu kombinieren.
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Für die erste
Anwendungskategorie wird man ein Ausgangs-Endmodul des Typs einsetzen, wie
es in 5 dargestellt ist, bei dem die empfangenen Signalisierungspakete
lokal eliminiert werden.
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Die
auf einen einzigen Vermittlungsknoten begrenzte Überwachung (erste Kategorie)
kann drei Aspekte umfassen:
Der erste Aspekt betrifft die Lokalisierung
des Moduls oder Elements, das eine übermäßige Anzahl von Verlusten hervorruft.
Diese Identifizierung erfolgt lokal in dem Knoten.
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Der
zweite Aspekt bezieht sich auf die Erkennung der Paketverlustrate
bei Übertragung
der Pakete durch den Knoten.
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Der
dritte Aspekt ist die Kombination der beiden ersten mit Hilfe derselben
Signalisierungspakete, das heißt
er betrifft in dem betrachteten Knoten gleichzeitig die Lokalisierung
des Moduls oder Elements, das ein Übermaß an Verlusten hervorruft,
und die Erkennung der Paketverlustrate.
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Das
in 5 dargestellte Modul 30j entspricht
diesem dritten Aspekt. Falls nur die Lokalisierung zum Einsatz kommt,
wird Block 76 deaktiviert; als Variante kann man ein vereinfachtes
Modul vorsehen, dem ein solcher Block 76 fehlt.
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Wenn
man umgekehrt lediglich eine Beobachtung oder Erkennung der Paketverlustrate
durchführen
möchte,
wird Block 78 zur Identifizierung des Moduls, welches ein Übermaß an Verlusten
hervorruft, deaktiviert, oder man verwendet ein vereinfachtes Modul 30j , das keinen Block 78 umfasst.
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Für die zweite
Anwendungskategorie, das heißt
die Überwachung
oder Erkennung der summierten Paketverlustrate auf einem Verbindungsabschnitt über mehrere
aufeinander folgende Knoten wie die Knoten 12, 18 und 22 von 1,
gehört
der letzte Knoten 22 zu dem Typ, welcher der ersten Kategorie
entspricht; das heißt,
dass er ein Ausgangs-Endmodul des in 5 dargestellten
Typs umfasst, in dem die Signalisierungspakete eliminiert werden.
Die anderen Knoten 12 und 18 umfassen dagegen
ein Ausgangs-Endmodul des Typs, wie er in 6 dargestellt
ist.
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Es
gibt mindestens sieben Überwachungsmöglichkeiten
in dieser zweiten Kategorie:
Die erste Möglichkeit besteht darin, nur
die summierte Paketverlustrate auf dem von den Knoten 12, 18 und 22 gebildeten
Verbindungsabschnitt zu erkennen.
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Die
zweite Möglichkeit
betrifft – zusätzlich zur Überwachung
der Paketverlustrate auf dem Abschnitt 12, 18 und 22 – die Lokalisierung
der Module oder Elemente, die ein Übermaß an Verlusten in mindestens
einem Knoten hervorrufen.
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Die
dritte Möglichkeit
besteht darin, eine lokale Erkennung (zusätzlich zu derjenigen auf dem Verbindungsabschnitt)
der Paketverlustrate in mindestens einem anderen Knoten als dem
Knoten 22 durchzuführen.
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Die
vierte Möglichkeit
ist eine Kombination der dritten und der vierten Möglichkeit.
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Die
fünfte
Möglichkeit
besteht darin, die Lokalisierung des Moduls oder Elements, das ein Übermaß an Verlusten
im letzten Knoten 22 hervorruft, durchzuführen (zusätzlich zur
Erkennung der Paketverlustrate auf dem Abschnitt).
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Die
sechste Möglichkeit
besteht darin, eine Erkennung der Paketverlustrate innerhalb des
letzten Knotens durchzuführen
(ebenfalls zusätzlich
zur Erkennung der Paketverlustrate auf dem Abschnitt).
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Die
siebente Möglichkeit
ist eine Kombination der fünften
und sechsten Möglichkeit.
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Für die Überwachung
eines Verbindungsabschnitts, der mehrere Knoten umfasst, nutzt man
je nach Übertragungstyp
entweder Pakete mit variabler Länge
oder Pakete mit fester Länge.
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Im
ersten Fall (Pakete mit variabler Länge) kann man dem Signalisierungspaket
eine kleinere Länge
als die des verlorenen Pakets zuweisen.
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Im
zweiten Fall (zum Beispiel im ATM-Übertragungsmodus) müssen die
Pakete oder Zellen zwischen Knoten mit einer konstanten Länge übertragen werden.
Im Rahmen dieser Hypothese kann man diese konstante Länge im Innern
des Knotens beibehalten; man kann im Innern des Knotens auch eine
geringere Länge
verwenden und im Ausgangs-Endmodul jede Zelle so konvertieren, dass
sie außerhalb des
Knotens die erforderliche konstante Länge aufweist.
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Für die Lokalisierung
der Module oder Elemente, die ein Übermaß an Verlusten hervorrufen,
ist man im Allgemeinen nur an der Lokalisierung der Fehler interessiert,
die ihren Ursprung in dem betroffenen Knoten haben, während die
Beobachtung der Paketverlustrate möglicherweise über sämtliche
Paketverluste erfolgen muss, die auf einem davor liegenden Verbindungsabschnitt
eingetreten sind, wobei dieser Abschnitt mehrere Knoten umfasst.
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Um
gleichzeitig diese beiden Überwachungstypen
auf der Basis von unterschiedlichen Signalisierungspaketmengen durchführen zu
können, weist
man, wie weiter oben erläutert,
dem Signalisierungspaket einen sogenannten Paketverlust-Ursprungsindikator
zu, der angibt, ob das Paket in dem betrachteten Knoten verloren
wurde (erster Wert, genannt lokaler Ursprung) oder aber in einem
anderen Knoten des Netzes vor dem betrachteten Knoten (zweiter Wert,
genannt externer Ursprung).
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Auf
diese Weise kann man, um in Block 78 des Ausgangs-Endmoduls
die Überwachung
der Module durchzuführen,
die in dem betrachteten Knoten eine übermäßige Paketverlustrate aufweisen,
eine Auswahl so treffen, dass nur die empfangenen Signalisierungspakete
berücksichtigt
werden, die lokalen Ursprungs sind. Gleichzeitig kann in Modul 76 des
Ausgangs-End[moduls] die Überwachung
der Paketverlustrate auf einem Verbindungsabschnitt unter Berücksichtigung
sämtlicher
empfangenen Signalisierungspakete erfolgen, seien sie lokalen Ursprungs
oder externen Ursprungs.
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Ebenso
ist dieser Ursprungsindikator (lokal oder extern) des Knotens, in
dem das Paket verloren wurde, auch nützlich für die Durchführung der
gleichzeitigen und selektiven Beobachtung der Paketverlustrate im
Innern eines Knotens sowie der Gesamtverlustrate auf einem mehrere
Knoten umfassenden Verbindungsabschnitt.
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In
diesem Fall nutzt Block 76 (5) im Ausgangs-Endmodul
des letzten Knotens in selektiver Weise die empfangenen Informationen
der Ausgänge 72 und 74 von
Block 66. Um die Paketverlustrate nur im Innern des entsprechenden
Kotens zu bestimmen, nutzt Block 76 die Informationen über das
defekte Modul, die am Ausgang 72 von Block 66 erscheinen,
sowie einen Teil der Informationen, die am Ausgang 74 von
Block 66 erscheinen, nämlich
diejenigen, die empfangenen Signalisierungspaketen mit einem Paketverlust-Ursprungsindikator
entsprechen, welcher den Wert "lokaler
Ursprung" aufweist.
Dagegen nutzt diese Vorrichtung 76 alle Informationen,
die an den Ausgängen 72 und 74 von
Block 66 erscheinen, um die Gesamtverlustrate auf dem Verbindungsabschnitt
zu bestimmen.