FI105970B

FI105970B - Menetelmä ja järjestelmä reitittämiseksi

Info

Publication number: FI105970B
Application number: FI981297A
Authority: FI
Inventors: Jukka Suominen
Original assignee: Nokia Networks Oy
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 2000-10-31
Also published as: WO1999065195A1; AU4618799A; US6954426B2; US20030002510A1; FI981297A; EP1084552A1; FI981297A0

Description

105970

MENETELMÄ JA JÄRJESTELMÄ REITITTÄMISEKSI

Esillä olevan keksinnön kohteena on patentti-' vaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä reitittämiseksi ATM-verkossa, sekä patenttivaatimuksen 5 7 johdanto-osassa määritelty järjestelmä reitittämi seksi ATM-verkossa.

Entuudestaan tunnetaan useita ATM-verkoissa (Asynchronous Transfer Mode, ATM) käytettyjä reititys-menetelmiä, kuten ATM Forumin PNNI -standardi (Private 10 Network-Node Interface, PNNI), sekä patenttijulkaisussa EP 0 814 583 A2 esille tuotu menetelmä. Tunnetut menetelmät voidaan jakaa kahteen ryhmään. Esimerkiksi edellä mainitut menetelmät edustavat lyhimmän polun reititysmenetelmiä, jotka periytyvät dataverkoissa 15 käytetyistä reititysmenetelmistä. Niissä pyritään määrittämään kahden solmupisteen välinen lyhin reitti, ts. esimerkiksi reitti, jonka viive on pienin. ATM-verkoissa viiveen minimointi ei kuitenkaan ole niin olennaista kuin perinteisissä dataverkoissa, sillä 20 ATM:n palveluluokat määrittelevät puitteet viiveelle.

Toinen tunnettu reititysmenetelmien ryhmä on t · · nykyisessä puhelinverkossa käytössä oleviin LLR- « · . algoritmeihin perustuvat menetelmät (Least Loaded Rou- • 1 « ’· ting, LLR) . Niissä on ongelmana se, että verkon kaik- * 1 25 kien solmujen välille oletetaan suora yhteys. Edelleen m « :.V ne eivät ota huomioon ATM-yhteyksille tyypillistä epä- • · 1 · symmetrisyyttä. ATM-yhteyksissä lähtevä liikenne on usein vain murto-osa tulevasta liikenteestä.

Molemmissa menetelmissä epäkohtana on, että • · 30 verkon jokaisessa solmussa joudutaan suorittamaan vaa- • 1 · tivia ja aikaavieviä optimointilaskuja. Tällöin sol-muihin tarvitaan suuri määrä prosessointikapasiteettia V 1 1 ja niiden ohjelmistoista tulee monimutkaisia. Lisäksi verkon jokaisessa solmussa joudutaan ylläpitämään täy-35 dellistä tietoa verkon jokaisen linkin tilasta. Tämän tiedon kerääminen ja ajantasalla pitäminen vaatii pal- 105970 jon signalointi-liikennettä ja tuhlaa siten verkon resursseja.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tuo-' da esiin uudenlainen menetelmä ja järjestelmä, joka 5 poistaa edellä mainitut epäkohdat.

Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin reititysmenetelmä ja järjestelmä, jossa optimaalisten reittien määrittäminen suoritetaan keskitetysti, ja solmut soveltavat tämän keskitetyn optimoinnin 10 tuloksia oman tilansa mukaisesti.

Esillä olevan keksinnön tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan patenttivaatimuksiin.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä reitittämiseksi ATM-verkossa, johon kuuluu jouk-15 ko solmupisteitä, jotka on yhdistetty toisiinsa lin keillä; ja johon ATM-verkkoon on yhdistetty verkonhal-lintakeskus, reititetään ATM-puhelu lähtöpisteenä toimivasta solmusta päätepisteenä toimivaan solmuun. ATM-puhelu on esimerkiksi äänipuhelu, dataa, reaaliaikais-20 ta videota tai muuta vastaavaa. Keksinnön mukaisesti optimointitieto määritetään keskitetysti esimerkiksi j·.’·'· verkonhallintakeskuksessa. Optimointitiedolla tarkoi- : tetaan kapasiteetin optimaalista allokointia käytettä- vissä olevien reittien kesken. Tämä optimointitieto • m ..··! 25 siirretään solmuille, jotka soveltavat sitä reitityk- sessä oman tilansa mukaisesti.

i i ·

Esillä olevan keksinnön etuna tunnettuun tek- • · · nilkkaan verrattuna on, että yksittäisten solmujen , . toiminta yhteyksien muodostamisessa on erittäin nope- » « · '·’·* 30 aa, sillä niiden ei tarvitse suorittaa monimutkaisia ··· v * optimointilaskuja, eikä niiden tarvitse kerätä ja yl- . läpitää verkon kaikkien muiden linkkien tilatietoja.

• · .···. Lisäksi koska kaikki vaativat tehtävät suoritetaan • · ’·* keskitetyssä paikassa, on valvonta helpompaa. Silti ·.·.· 35 yksittäiset solmut toimivat niin itsenäisesti, että » · 9 vaikka optimointiin käytetyt välineet lamaantuisivat, jatkaisi verkko kuitenkin toimintaansa.

3 105970

Edelleen keskitetyn optimoinnin etuna on, että tilannetta voidaan optimoida koko verkon kannalta käyttäen hyväksi myös verkon odotettavissa olevaa tilaa. Näin vältytään tilanteelta, jossa yksittäinen 5 solmu pääsisi tukkimaan koko verkon, mikä on täysin mahdollista tunnetuissa menetelmissä. Lisäksi keksinnön mukaisessa menetelmässä yhteyspyyntö hylätään, jos globaali optimointitulos niin määrää. Tämän ansiosta saavutetaan verkon resurssien oikeudenmukainen jako 10 käyttäjien kesken. Lisäksi esillä oleva keksintö vaatii vain pieniä muutoksia olemassaoleviin solmuihin.

Keksinnön eräässä sovelluksessa verkon liikenne jaetaan luokkiin, joiden parametreinä ovat lii-kennematriisi, symmetriamatriisi, palvelun laatu sekä 15 kunkin yhteyden eli lähtöpiste-päätepiste parin tuotto (operaattori voi saada eri yhteyksiltä eri tuotot). Liikennematriisi sisältää arvion yhteyksien vaatimasta kapasiteetista, ja operaattori määrittelee sen kokemuksen perusteella. Symmetriamatriisi määrittelee tu-20 levän ja lähtevän datan suhteen. Optimoinnissa pyritään siihen, että kaikkien liikenneluokkien ja kuhun- : ’* kin luokkaan kuuluvien yhteyksien hylätyn kapasiteetin • · * •V J summa painotettuna yhteyksistä saatavilla tuotoilla minimoituu. Hylätyllä kapasiteetilla tarkoitetaan pyy- ·:··; 25 detyn ja allokoidun kapasiteetin erotusta. Lisäksi verkon linkkien kapasiteetti ei saa ylittyä.

f ·

Keksinnön eräässä sovelluksessa määritetään t · · optimointitieto siten, että kunkin liikenneluokan yh- .. teyksien hylätyn kapasiteetin summa ei ylitä kyseisel- • » · *;[·' 30 le luokalle ennalta määrättyä raja-arvoa.

• · · *·' * Keksinnön eräässä sovelluksessa määritetään : optimointitieto siten, että kunkin yhteyden hylätty ··· .**·. kapasiteetti ei ylitä ennalta määrättyä raja-arvoa.

Il»

Keksinnön eräässä sovelluksessa solmut tilas- · • i · *·’·’ 35 toivat saamiensa yhteyspyyntöjen vaatiman kapasitee- • · · ·...* tin. Nämä tilastotiedot lähetetään verkonhallintakes- 4 105970 kukselle, ja niitä käytetään hyväksi optimointitiedon määrittämisessä.

Seuraavassa keksintöä selostetaan oheisten / sovellusesimerkkien avulla viittaamalla oheiseen pii-5 rustukseen, jossa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen järjestelmän erästä sovellusta.

Kuviossa 1 esitetään keksinnön eräs sovellus. ATM-verkko 1 ja verkonhallintakeskus 2 on yhdistetty 10 toisiinsa. ATM-verkkoon kuuluu joukko solmupisteitä 100,101,...,10η, jotka on yhdistetty toisiinsa linkeillä 110,111,...,Iin. Kun esimerkiksi solmusta 100 pitää käynnistää ATM-puhelu esimerkiksi solmuun 103, pyritään määrittämään optimaalinen reitti, jota pitkin 15 ATM-puhelu reititetään. Keksinnön mukaisesti optimaalisten reittien määrittäminen suoritetaan keskitetysti verkonhallintakeskuksessa 2, ja solmut 100,101,...,10η soveltavat tämän keskitetyn optimoinnin tuloksia oman tilansa mukaisesti. Lisäksi solmut tilastoivat saa-20 miensa yhteyspyyntöjen määrät, jotka sitten siirretään verkonhallintakeskukseen. Näitä tilastotietoja käytetään hyväksi seuraavissa optimointilaskelmissa.

Optimoinnissa pyritään määrittämään kapasi-teetin optimaalinen allokointi käytettävissä olevien .·. : 25 reittien kesken. Operaattorin tiedossa on verkon topo- logia ja verkon linkkien kapasiteetit. Lisäksi on mää- • · . . ritetty liikenteen palveluluokat K, joiden parametrei- na ovat liikennematriisi T, symmetriamatriisi S, pal- • · · ’·* ’ velun laatu Q sekä kunkin yhteyden eli lähtöpiste- 30 päätepiste parin tuotto R, sekä eri palveluluokille • · :.V käytettävissä olevat reitit. Optimointi voidaan il- :’i : maista matemaattisessa muodossa esimerkiksi seuraavas- , sa esitetyllä tavalla, minkä ratkaisemisessa voidaan • · · käyttää apuna esimerkiksi sinänsä tunnettua Simplex- • · *"** 35 algoritmia. Kunkin solmun saamien yhteyspyyntöjen vaa- • · timaa kapasiteettia voidaan käyttää liikennematriisin estimaatin päivittämiseen.

5 105970 min ΣΣ (Ο'Ο + ί,Λ siten, että C V(j,£/) f

V

Σ(ώ'=('-)' -(^r v(5,rf),vc k 5

(i,rf),jfc ,C

Σ(Μ'* *·!('-) (*.<0 (*,<0

10 (bsäY<fsd{t5dY V(s,d),\/C

, missä

Parametrit: 15 N solmujen joukko A linkkien joukko 20 Tc = {(i^)'7} luokan c liikennematriisi » · ·

Sc = {(•si*)'7} luokan c symmetriamatriisi • · • · · (r^Y luokan c yhteyden s-d tuotto : 25 fSd tasapuolisuusraja, ts. yläraja • · • · · yksittäisten yhteyksien • * · - ·.· · hylätylle kuormalle » • · · • · f • .···. 30 F luokan tasapuolisuusraja, ts. yläraja • * ·’ kunkin luokan hylätylle kuormalle • · m t « · :>m>: ((ah)iJ)c linkki-polku tapausparametri: 6 105970 / */ jos luokan c yhteyden s-d polku k käyttää linkkiä (/,/) (.(ahy)e~'ssd' jos luokan c yhteyden s-d polku k käyttää linkkiä (y',zj 0, muuten

Muuttujat: 5 (pksd)c kapasiteetti, joka on varattu etenemissuunnassa luokan c polun k yhteydelle s-d 10 (b5d)c hylätty kuorma luokan c yhteydelle s-d

Pyritään siis siihen, että kaikkien liikenne- . luokkien ja kuhunkin luokkaan kuuluvien yhteyksien hy- 15 lätyn kapasiteetin summa painotettuna yhteyksistä saa- • * * *’ ‘ tavilla tuotoilla minimoituu. Lisäksi pyritään siihen,

• I

·.*'! että kunkin liikenneluokan yhteyksien hylätyn kapasi- teetin summa ei ylitä kyseiselle luokalle ennalta mää-:V: rättyä raja-arvoa, ja että kunkin yhteyden hylätty ka- 20 pasiteetti ei ylitä ennalta määrättyä raja-arvoa.

Edelleen verkon linkkien kapasiteetti ei saa ylittyä.

Optimointitulos siirretään solmuille, jotka • · · soveltavat sitä reitityksessä oman tilansa mukaisesti.

i ( ·

Reititys suoritetaan esimerkiksi seuraavan algoritmin : : ’ 25 mukaisesti.

• * m »M » « *

Vaihe 0: Asetetaan nolliksi tilamuuttujat rt, * » · I.' jotka ilmoittavat i :nnen optimaalisen reitin kapasi- *···’ teetista käytetyn määrän.

7 105970

Vaihe 1: Tulevan ATM-puhelun tapauksessa siirrytään vaiheeseen 2, olemassaolevan ATM-puhelun päättyessä vaiheeseen 4.

Vaihe 2: Reititetään tuleva ATM-puhelu sitä 5 polkua pitkin, jolle pi-ri maksimoituu, missä p, on polulle i optimointivaiheessa allokoitu kapasiteetti.

Vaihe 3: Jos ATM-puhelu hyväksytään, lisätään sen kapasiteetti ^:hin ja siirrytään vaiheeseen 1.

Muuten toistetaan vaihe 1 seuraavan polun löytämisek-10 si. Jos optimiratkaisun kaikkia polkuja on yritetty, estetään tuleva ATM-puhelu.

Vaihe 4: Vähennetään η :stä päättyvän ATM- puhelun kapasiteetti ja siirrytään vaiheeseen 1.

15 Yhteyspyyntö siis hylätään, jos globaali op- timointitulos niin määrää. Tämän ansiosta verkon resurssit jakautuvat oikeudenmukaisesti käyttäjien kesken .

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitet-20 tyjä sovellusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimuksien määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteis-sa. Optimoinnissa voidaan esimerkiksi käyttää epäline- ·’”· aarista kohdefunktiota.

• · · f · i · i • · # « « f • » « • · · · · • · ··« f · * » * * f * · * · · I I » • · » · · • · · • · * * • · · « · · • · · • · · * » f f • f < m ·

I · I

I t » « f « * « · • · ·

Claims

1. Menetelmä reitittämiseksi ATM-verkossa / (1), johon kuuluu joukko solmuja (100, 101, 102,..., y 10n) , jotka on yhdistetty toisiinsa linkeillä (110, 5 111, 112,..., Iin); ja johon ATM-verkkoon (1) on yh distetty verkonhallintakeskus (2), jossa menetelmässä reititetään ATM-puhelu lähtöpistesolmusta päätepiste-solmuun, tunnettu siitä, että - määritetään keskitetysti optimointitieto; 10. siirretään optimointitieto solmuille (100, 101, 102,..., 10η); ja - reititetään ATM-puhelu lähtöpistesolmussa käyttäen optimointitietoa ja paikallista tilatietoa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että määritetään optimointitieto siten, että liikenneluokkien ja kuhunkin luokkaan kuuluvien yhteyksien hylätyn kapasiteetin summa painotettuna yhteyksien tuotoilla minimoituu.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mene-20 telmä, tunnettu siitä, että määritetään optimointitieto siten, että kunkin liikenneluokan yhteyksien . hylätyn kapasiteetin summa ei ylitä kyseisen luokan 9 · • ’* ennalta määrättyä raja-arvoa.

• · · *.* * 4. Jonkin edellä olevista patenttivaatimuk- • · V*i 25 sista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, *ί**ί että määritetään optimointitieto siten, että kunkin :V: yhteyden hylätty kapasiteetti ei ylitä ennalta määrät- • ♦ ·*·*· tyä raja-arvoa.

5. Jonkin edellä olevista patenttivaatimuk- . . 30 sista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • ♦ · että käytetään optimointitiedon määrittämisessä solmu- • « · ’•j ' jen saamien yhteyspyyntöjen vaatimaa kapasiteettia.

: 6. Jonkin edellä olevista patenttivaatimuk- • · * sista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, III .·. 35 että optimointitiedon määrittäminen suoritetaan ver- • · I konhallintakeskuksessa (2) . • · • * III 9 105970

7. Järjestelmä reitittämiseksi ATM-verkossa (1), johon kuuluu joukko solmuja (100, 101, 102,..., ^ 10n), jotka on yhdistetty toisiinsa linkeillä (110, 111, 112,..., Iin); ja johon ATM-verkkoon (1) on yh- 5 distetty verkonhallintakeskus (2), jossa järjestelmässä reititetään ATM-puhelu lähtöpistesolmusta päätepis-tesolmuun, tunnettu siitä, että - järjestelmään kuuluu optimointivälineet (21), joilla määritetään keskitetysti optimointitieto; 10. järjestelmään kuuluu välineet (21), joilla siirretään optimointitieto solmuille (100, 101, 102.. .., 10η); ja - järjestelmään kuuluu välineet (100, 101, 102.. .., 10η), joilla reititetään ATM-puhelu lähtöpis- 15 tesolmussa käyttäen optimointitietoa ja paikallista tilatietoa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu välineet (21) , joilla määritetään optimointitieto siten, 20 että liikenneluokkien ja kuhunkin luokkaan kuuluvien yhteyksien hylätyn kapasiteetin summa painotettuna yh-. teyksien tuotoilla minimoituu. I

· : 9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen jär- * · « * jestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuu- 25 luu välineet (21), joilla määritetään optimointitieto * siten, että kunkin liikenneluokan yhteyksien hylätyn kapasiteetin summa ei ylitä kyseisen luokan ennalta • · määrättyä raja-arvoa.

10. Jonkin edellä olevista patenttivaatimuk- '.t.' 30 sista 7-9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, • · · M että järjestelmään kuuluu välineet (21), joilla määri- I I I _ ’·’ * tetään optimointitieto siten, että kunkin yhteyden hy- *t lätty kapasiteetti ei ylitä ennalta määrättyä raja- arvoa. • · a ,·. 35

11. Jonkin edellä olevista patenttivaatimuk- • » · *·]·* sista 7-10 mukainen järjestelmä, tunnettu sii- • · tä, että järjestelmään kuuluu välineet (21), joilla 10 1059.70 käytetään solmujen (100, 101, 102,..., 10η) saamien yhteyspyyntöjen vaatimaa kapasiteettia optimointitie-don määrittämisessä. /

12. Jonkin edellä olevista patenttivaatimuk- 5 sista 7-11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että optimointivälineet (21) on järjestetty ver-konhallintakeskuksen (2) yhteyteen. • · 1 «t· • · # • · · • · • · 9 • · I • « f • · 1 • ta «vt t « · V · t I · 105970 11