EP2039175A2 - Netzsteuerungseinheit mit tageszeit-historie und vorhersagemöglichkeit - Google Patents

Netzsteuerungseinheit mit tageszeit-historie und vorhersagemöglichkeit

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EP2039175A2
EP2039175A2 EP07765603A EP07765603A EP2039175A2 EP 2039175 A2 EP2039175 A2 EP 2039175A2 EP 07765603 A EP07765603 A EP 07765603A EP 07765603 A EP07765603 A EP 07765603A EP 2039175 A2 EP2039175 A2 EP 2039175A2
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EP
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traffic
limits
network
time intervals
Prior art date
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EP07765603A
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Joachim Charzinski
Karl Schrodi
Uwe Walter
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Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
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Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a method for the automatic readjustment of limits for access controls for restricting the traffic onsnetz in a space formed with node / router and connecting these links / links communications in which data packets according to the internet protocol are forwarded white ⁇ and which supervisory to carry out the Has access controls.
  • the operator also has the option of optimizing the transmission or distribution of traffic in his network by setting so-called link weights.
  • link weights The setting of limits for access control and link weights represents a considerable effort in larger networks. If, in addition, parameters must be specifiable by the operator, for example to comply with economic agreements and track the settings in the event of changed traffic conditions, the operator with considerable effort is required and considerable complexity.
  • the object of the invention is to optimize the tracking of boundaries for access controls in a communication network.
  • periodic changes in traffic ⁇ offer to be already treated for the time of day from the network control unit NCS not just reactive to the metrological monitoring of change but with foresight.
  • a configuration system is placed in the network.
  • the traffic matrix and the link weights of the network are detected. These can be determined as a reaction to the triggering of the new setting and then recorded or also regularly and periodically re-determined and delivered to the configuration system.
  • the invention permits the automatic calculation and configuration of operating parameters, such as e.g. Limits for access controls and link weights.
  • operating parameters such as e.g. Limits for access controls and link weights.
  • This automatic calculation configuration of operating parameters saves the operator the use of external optimization programs, the conversion of the parameters between different formats and the manual import of the parameters and thus lowers the
  • Cost of introducing access controls for traffic restriction or traffic engineering in packet networks Cost of introducing access controls for traffic restriction or traffic engineering in packet networks.
  • the configuration system according to the invention is designed for the transmission of newly determined limits for access controls to control authorities. It may also be adapted to activate the transmitted limits at the control authorities. If the newly determined link weights are to be transmitted to routers and activated there, the configuration system can also be designed for these purposes.
  • NCS budgets and link metrics may already be allocated to a recurring special service
  • Adapting the time of day before the change of the traffic offer on the respective day can be measured.
  • the invention will be explained in more detail below in the context of an embodiment with reference to figures.
  • budget is used for the transport of traffic by setting the limits for access controls.
  • Figure 1 shows an inventive configuration system with input and output variables.
  • Figure 2 representation of a reaction according to the inventive approach to the failure of a link.
  • FIG. 1 schematically shows an inventive CONFIGURIN ⁇ assurance system.
  • modules are arranged for the following functions:
  • Input variables of the system are the load of the links (link load) 3 on the network side, the utilization of the available bandwidth or the bandwidth still available for the individual limits 4, the topology of the network 5 and events 6 , such as B. Power failures, which can lead to a recalculation of limits.
  • On the part of the operator it is possible to specify a traffic matrix 7. However, it is also conceivable to determine a traffic matrix at regular intervals by automated measurements and to forward it to the configuration system. termont.
  • the operator may impose rules or boundary conditions (operator policies) 8, which are due to economic considerations, eg. As the preferential ⁇ tion of traffic of certain customers or additional prioritization.
  • the operator can configure a threshold for the number of link failures in which the budgets are to be calculated preventively so that, in the event of further failures, the QoS (quality of service) assurances or the promised quality of service to the approved reservations are known - be observed terhin. Any preventative reduction of
  • the configuration system provides optimized link weights (optimized link metrics) 9 and the limits (budgets with resilience) 10 for the perennialskontrol ⁇ len NAC (NAC: network access control) which can be set so that the failure of network elements redundant bandwidth to intercept the failure is given.
  • optimized link weights optimal link metrics
  • limits targets with resilience
  • FIG. 2 schematically shows the progression of the available network capacity 11, the available budget 12 and the budget utilization of the budget 13.
  • the budgets 12 are calculated in such a way that the allocated budget ⁇ sene traffic even after the failure (failure) 14 a (belie ⁇ bigen) links in the network can still be transported with the given QoS commitments or with the promised quality of service.
  • a failure occurs 14 (symbolized by the arrow in Fig. 2), then you have nothing to happen next in the network by a fast Feh ⁇ lererkennung and a corresponding fast re-routing in addition to the restoration of accessibility.
  • FIG. 2 shows that, after this adaptation, at first more budget 12 can be reserved than actually exists. While this is the case, all new reservation requests are blocked on the affected budgets. Due to the natural fluctuation of the reservations this transient or temporary state is left after some time, if enough reservations have been finished. From this point on, the Resource ⁇ censcient operating normally again, and there are new Reservierun- approved if they still fit into the respective budget.
  • the blocking frequency, ie, the through-average ⁇ rate of rejections of reservation requests is, with the reduced budget of course somewhat larger than before, but this is a natural consequence of the absence of the failed network resources.
  • the budgets can be recalculated accordingly and the new values can be configured in the Konfigur istssys ⁇ tem or the NAC components again.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Neueinstellung von Grenzen für Zugangskontrollen zur Beschränkung des Verkehrs in einem mit Netzknoten/Router und diese verbindende Verbindungsstrecken/Links gebildeten Kommunikationsnetz, in dem Datenpakete nach dem Internet Protokoll weitergeleitet werden und welches Kontrollinstanzen zur Durchführung der Zugangskontrollen aufweist. Für ein periodisch wiederkehrendes Zeitintervall werden die Linkgewichte und Grenzen für die Zugangskontrollen berechnet sowie abgespeichert und bei der periodischen Wiederkehr des Zeitintervalls die für dieses Zeitintervall abgespeicherten Grenzen an zugehörige Kontrollinstanzen zur Durchführung der Zugangsbeschränkung übermittelt und aktiviert. Die Erfindung erlaubt eine Anpassung der Grenzen für die Zugangskontrolle während eines periodisch wiederkehrenden Zeitintervalls bevor die Änderung des Verkehrsangebotes in diesem Zeitintervall messtechnisch erfassbar wird.

Description

Beschreibung
Netzsteuerungseinheit mit Tageszeit-Historie und Vorhersage¬ möglichkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Neueinstellung von Grenzen für Zugangskontrollen zur Beschränkung des Verkehrs in einem mit Netzknoten/Router und diese verbindende Verbindungsstrecken/Links gebildeten Kommunikati- onsnetz, in dem Datenpakete nach dem Internet Protokoll wei¬ tergeleitet werden und welches Kontrollinstanzen zur Durchführung der Zugangskontrollen aufweist.
Eine der derzeit wichtigsten Entwicklungen auf dem Gebiet der Netze ist die Weiterentwicklung von Datennetzen für die Übertragung von Echtzeitverkehr, d. h. Sprache, Videoinformationen und Audioinformationen. Um ein Datennetz echtzeitfähig zu machen, müssen Mechanismen bereitgestellt werden, die die Einhaltung von so genannten Dienstgütemerkmalen, wie z. B. die Übertragungsdauer, den so genannten Jitter und die Paketverlustrate gewährleisten. In einem echtzeitfähigen Netz muss verhindert werden, dass Situationen auftreten, in denen zugesagte Dienstgütemerkmale nicht mehr gewährleistet werden kön¬ nen. Herkömmliche Datennetze weisen das Handicap auf, dass Überlastsituationen auftreten können, die zu langen Paketlaufzeiten oder sogar Paketverlusten führen können. Daher wird bei echtzeitfähigen Datennetzen oder Paketnetzen - herkömmliche Datennetze basieren in der Regel auf der Übertra¬ gung von IP Paketen, wie z.B. das Internet - mit Verkehrsbe- schränkung zumindest für Echtzeitverkehr gearbeitet, um dem Echtzeitverkehr die erforderliche Dienstgüte zur Verfügung stellen zu können. Verkehrsbeschränkung basiert meist auf Zugangskontrollen am Netzrand, im Zuge derer zu übertragender Verkehr angemeldet und je nach verfügbarer Bandbreite zuge¬ lassen oder abgewiesen wird.
Bei der Einrichtung von Zugangskontrollen soll einerseits eine dienstgerechte Dienstgüte garantiert werden, anderer¬ seits hat der Netzbetreiber das Interesse, möglichst viel Verkehr zu übertragen, um so möglichst hohe Einkünfte zu erzielen. Bei der Wahl der Grenzen muss daher ein Kompromiss gefunden werden, der eine Übertragung von möglichst viel Ver- kehr erlaubt, ohne dass dadurch die Dienstgüte beeinträchtigt würde .
In Datennetzen hat der Betreiber zusätzlich die Möglichkeit, durch Festsetzen von so genannten Linkgewichten die Übertra- gung bzw. Verteilung von Verkehr in seinem Netz zu optimieren. Die Festsetzung von Grenzen für die Zugangskontrolle und Linkgewichten stellt in größeren Netzen einen beträchtlichen Aufwand dar. Wenn zusätzlich noch betreiberseitig Parameter vorgebbar sein sollen, um beispielsweise wirtschaftlichen Vereinbarungen nachzukommen und die Einstellungen bei veränderten Verkehrsbedingungen nachführbar sein sollen, ist der Betreiber mit Konfigurieren von beträchtlichem Aufwand und beträchtlicher Komplexität konfrontiert.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, die Nachführung von Grenzen für Zugangskontrollen in einem Kommunikationsnetz zu optimieren. Insbesondere sollen periodische Änderungen im Verkehrs¬ angebot über der Tageszeit von der Netzsteuerungseinheit NCS nicht erst reaktiv nach der messtechnischen Beobachtung der Änderung, sondern bereits vorausschauend behandelt werden.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst . Zur automatischen Konfigurierung von Grenzen wird ein Konfigurierungssystem im Netz angeordnet. In dem Konfigurierungs¬ system des Kommunikationsnetzes werden die Verkehrsmatrix und die Linkgewichte des Netzes erfasst. Diese können als Reak- tion auf das Auslösen der Neueinstellung ermittelt und dann erfasst werden oder auch regelmäßig bzw. periodisch neu ermittelt und an das Konfigurierungssystem geliefert werden.
Die Erfindung erlaubt die automatische Berechnung und Konfi- guration von Betriebsparametern, wie z.B. Grenzen für Zugangskontrollen und Linkgewichte. Diese automatische Berechnungskonfiguration von Betriebsparametern erspart dem Betreiber die Benutzung externer Optimierungsprogramme, die Konversion der Parameter zwischen verschiedenen Formaten und das manuelle Einspielen der Parameter und senkt damit die
Kosten für die Einführung von Zugangskontrollen für Verkehrsbeschränkung oder Traffic Engineering in Paketnetzen.
Das erfindungsgemäße Konfigurierungssystem ist für die Über- mittelung von neu ermittelten Grenzen für Zugangskontrollen an Kontrollinstanzen ausgestaltet. Es kann zudem zur Aktivierung der übermittelten Grenzen bei den Kontrollinstanzen angepasst sein. Falls die neu ermittelten Linkgewichte an Router zu übermitteln sind und dort aktiviert werden sollen, kann das Konfigurierungssystem auch für diese Zwecke ausgebildet sein.
Durch die Tageszeitabhängige Erfassung von Verkehrsmatrizen kann der NCS Budgets und ggf. Linkmetriken bereits auf ein wiederkehrendes besonderes Verkehrsangebot zu bestimmten
Tageszeiten anpassen, bevor die Änderung des Verkehrsangebotes am jeweiligen Tage messtechnisch erfassbar wird. Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren näher erläutert. Dabei wird der Begriff Budget für die durch die Festsetzung von Grenzen für die Zugangskontrollen vorhandene Bandbreite für den Transport von Verkehr verwendet .
Es zeigen
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Konfigurierungssystem mit Eingangs- und Ausgangsgrößen.
Figur 2 Darstellung einer Reaktion entsprechend dem erfindungsgemäßen Vorgehen auf den Ausfall eines Links.
Figur 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Konfigurie¬ rungssystem. In diesem System sind Module für folgende Funktionen angeordnet:
1: Optimierung der Metrik und Berechnung neuer Linkgewichte (Link Metrie Optimisation) .
2: Berechnung neuer Grenzen für die Zugangskontrollen (NAC Budget Computation) .
Eingabegrößen des Systems sind netzseitig die Last der Links (link load) 3, die Auslastung der verfügbaren Bandbreite bzw. die bei den einzelnen Grenzen noch verfügbare Bandbreite (budget usage) 4, die Topologie des Netzes (topology) 5 und Ereignisse (events) 6, wie z. B. Netzausfälle, welche zu einer Neuberechnung von Grenzen führen können. Auf Seite des Betreibers ist es möglich, eine Verkehrsmatrix (traffic matrix) 7 vorzugeben. Es ist aber auch denkbar, eine Verkehrsmatrix durch automatisierte Messungen in regelmäßigen Abständen zu ermitteln und an das Konfigurierungssystem wei- terzugeben. Daneben können vom Betreiber Regeln oder Randbedingungen (Operator policies) 8 vorgegeben werden, die durch wirtschaftliche Überlegungen bedingt sind, z. B. die Bevorzu¬ gung von Verkehr bestimmter Kunden oder zusätzliche Priori- sierungen. So kann der Betreiber z.B. eine Schwelle für die Anzahl der Linkausfälle konfigurieren, bei denen noch präventiv die Budgets so berechnet werden sollen, dass bei weiteren Ausfällen die QoS-Zusagen (QoS: quality of Service) bzw. die zugesagte Dienstgüte an die zugelassenen Reservierungen wei- terhin eingehalten werden. Jede präventive Reduktion der
Budgets erhöht naturgemäß die Blockierungshäufigkeit und ver¬ ringert damit die Einnahmen des Netzbetreibers, während sie andererseits eine Sicherheit gegen Verletzung der QoS-Zusagen bietet .
Als Ausgangsgrößen liefert das Konfigurierungssystem optimierte Linkgewichte (optimized link metrics) 9 und die Grenzen (budgets with resilience) 10 für die Zugangskontrol¬ len NAC (NAC: network access control), welche so festgesetzt werden können, dass für den Ausfall von Netzelementen redundante Bandbreite zum Abfangen des Ausfalls gegeben ist.
Für die Aktivierung von Grenzen bzw. Budgets kann ein weiteres Protokoll eingesetzt werden, um eine konsistente Budget- anpassung zu erreichen. Zunächst werden von den Budgetänderungen nur die Budgetverringerungen aktiviert. Die Zugangskontrollinstanzen (NACs) geben dem Konfigurierungssystem (z.B. Network Control Server NCS) bescheid, sobald jeweils das reservierte Budget sich im Rahmen des neu vorgegebenen Budgets bewegt. Wenn alle NACs für alle geänderten Budgets dem NCS signalisiert haben, dass die Budgets jetzt eingehal¬ ten werden, kann der NCS die restlichen (zu erhöhenden) Budgets erhöhen. Während des Netzbetriebes werden Link- und Budgetauslastungen sowie Topologieänderungen (Ausfälle, Wiederinbetriebnahmen, Netzerweiterungen) und sonstige Ereignisse beobachtet und ggf. neue Budgets bzw. Link-Kostenmetriken berechnet. Im Folgenden wird auf die Reaktion auf Ausfälle näher eingegangen. Die Verarbeitung der Auslastungs-Messdaten ist Gegenstand einer separaten Erfindungsmeldung.
Fig. 2 zeigt schematisch den Verlauf der verfügbaren Netzka- pazität (capacity) 11, des verfügbaren Budgets (budget) 12 und der Auslastung des Budgets über der Zeit (budget utiliza- tion) 13. Die Budgets 12 sind so berechnet, dass der zugelas¬ sene Verkehr auch nach dem Ausfall (failure) 14 eines (belie¬ bigen) Links im Netz noch mit den gegebenen QoS-Zusagen bzw. mit der zugesagten Dienstgüte transportiert werden kann. Wenn nun tatsächlich ein solcher Ausfall 14 eintritt (symbolisiert durch den Pfeil in Fig. 2), dann muss außer der Wiederherstellung der Erreichbarkeit im Netz durch eine schnelle Feh¬ lererkennung und ein entsprechendes schnelles Re-Routing nichts weiter geschehen.
Um allerdings auch bei weiteren Linkausfällen wieder den Erhalt der Dienstgüte (QoS) sicherstellen zu können, wird das Konfigurierungssystem (NCS: network control Server) 15 dennoch die Budgets auf die jetzt gültige neue Topologie anpassen (NCS reaction) . Fig. 2 zeigt, dass nach dieser Anpassung zunächst mehr Budget 12 reserviert sein kann als tatsächlich vorhanden ist. Während dies der Fall ist, werden auf den betroffenen Budgets alle neuen Reservierungs-Anfragen blockiert . Durch die natürliche Fluktuation der Reservierungen wird dieser transiente bzw. vorübergehende Zustand nach einiger Zeit wieder verlassen, wenn genügend Reservierungen beendet wurden. Von diesem Zeitpunkt an arbeitet die Ressour¬ cenverwaltung wieder normal, und es werden neue Reservierun- gen zugelassen, falls sie noch in das jeweils betroffene Budget passen. Die Blockierungshäufigkeit, d.h. die durch¬ schnittliche Rate für Abweisungen von Reservierungsanfragen, ist mit den reduzierten Budgets natürlich etwas größer als vorher, aber das ist die natürliche Konsequenz des Fehlens der ausgefallenen Netzressourcen.
Wenn ein einmal ausgefallener Link wieder in Betrieb geht, können die Budgets entsprechend wieder neu berechnet werden und die neuen Werte können wieder in dem Konfigurierungssys¬ tem bzw. den NAC-Komponenten konfiguriert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur automatischen Neueinstellung von Grenzen für Zugangskontrollen zur Beschränkung des Verkehrs in einem mit Netzknoten/Router und diese verbindende Verbindungsstre¬ cken/Links gebildeten Kommunikationsnetz, in dem Datenpakete nach dem Internet Protokoll weitergeleitet werden und welches Kontrollinstanzen zur Durchführung der Zugangskontrollen aufweist, demzufolge - in einem Konfigurierungssystem des Kommunikationsnetzes eine Verkehrsmatrix des Netzes erfasst wird,
- nach Maßgabe der Verkehrsmatrix Linkgewichte für die einzelnen Verbindungsstrecken/Links berechenbar sind,
- für ein periodisch wiederkehrendes Zeitintervall die Linkgewichte und Grenzen für die Zugangskontrollen ermittelt und abgespeichert werden,
- bei der periodischen Wiederkehr des Zeitintervalls die für dieses Zeitintervall abgespeicherten Grenzen für die Zugangskontrollen an zugehörige Kontrollinstanzen zur Durchführung der Zugangsbeschränkung übermittelt und aktiviert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, das wiederkehrende Zeitintervall ein Tagesabschnitt eines Wochentages (MO, DI, MI, DO, FR, SA, SO) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tagesabschnitt einen Zeitraum von 15 Minuten umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in einem Zeitintervall ermittelte maximale Verkehr als Verkehrsmatrix für das wiederkehrende Zeitintervall zugrunde gelegt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verkehrsmatrix die in dem entsprechenden früheren Zeitintervall und die in einer Anzahl diesem folgenden Zeitintervallen ermittelten Maximalwerte je Matrixelement gebil- det wird.
6. Verfahren nach nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Mehrzahl von Zeitintervallen eine Aus- wähl und Zusammenfassung für die herangezogenen Zeitintervalle insbesondere nach Maßgabe ihrer Varianzen erfolgt .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl und Zusammenfassung für die herangezogenen Zeitintervalle über lange Zeit adaptiv nachgeführt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die augenblickliche Zusammenfassung für die herangezogenen
Zeitintervalle zusammen mit einer Statistik über das mittlere Verkehrsangebot in den Zeitintervallen und die Blockierwahrscheinlichkeit je Intervall angezeigt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem gemittelten, wiederkehrenden Zeitintervall das aktuelle Verkehrsangebot berücksichtigt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verkehrsmatrix in einem Zeitintervall das in den vorausgehenden wiederkehrenden Zeitintervallen festgestellte Maximum verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das festgestellte Maximum ausgealtert wird, beispielsweise über einen Monat.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verkehrsmatrix in einem Zeitintervall das in den vorausgehenden wiederkehrenden Zeitintervallen festgestellte Quantil, insbesondere 99%Quantil, verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen in Aussicht genommenen, besonderen Zeitraum die Verkehrsmatrix vorgegeben wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine für ein wiederkehrendes Zeitintervall ermittelte Ver¬ kehrsmatrix vorauseilend aktiv geschaltet wird.
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