FI87715B - Foerfarande foer behandling av servicebegaeran i databehandlingssystem, saosom i telefoncentraler och ett foerdelat system som tillaempar foerfarandet - Google Patents

Description

1 87715

Menetelmä palvelupyyntöjen käsittelemiseksi tietojenkäsittelyjärjestelmissä, kuten puhelinkeskuksissa, sekä menetelmää soveltava hajautettu järjestelmä 5 Keksinnön kohteena on menetelmä palvelupyyntöjen käsittelemiseksi tietojenkäsittelyjärjestelmissä, kuten puhelinkeskuksissa, jossa menetelmässä päästetään palveltavaksi samanaikaisesti vain rajoitettu määrä palvelupyyntöjä ja loput palvelupyynnöt kerätään tulojärjestyksessä 10 palvelupyyntöjonoon odottamaan palvelua.

Yleisesti keksintö liittyy palvelupyyntöjä käsittelevien prosessorien, ohjelmien tai muiden käsittely-yksi-köiden ylikuormituksen kontrollointiin rajoittamalla niille tulevia palvelupyyntöjä. Erityisesti esillä oleva kek-15 sintö liittyy kutsuyritysten rajoittamiseen digitaalisten puhelinkeskusten ylikuormitustilanteissa. Puhelinkeskuksissa pyritään ylläpitämään mahdollisimman korkea läpi-syöttötaso (throughput) koko järjestelmän tasolla ja pienet viiveet järjestelmän eri osissa (esim. merkinantoyk-20 siköissä). Korkean läpisyöttötason ylläpitäminen tarkoit taa, että kutsuyritykset estetään ainoastaan tarvittaessa. Pitkät valintaäänen odotusajat ovat asiakkaan kannalta ikäviä ja ne saattavat johtaa siihen, että asiakkaat peruuttavat kutsun (sulkevat linjan) tai suorittavat muun 25 toimenpiteen, joka johtaa myöhemmän palvelun epäonnistumiseen ja sitä kautta alentuneeseen läpisyöttötasoon ja suorituskykyyn. Valintaäänen odotusajalle on annettu tietyt suositusarvot CCITT-suosituksissa. Tämän vuoksi tarvitaan ohjausmenetelmä rajoittamaan liikennettä puhelinkeskukseen 30 ja sen vasteaikaa. Nykyisin tällaisen ylikuormituksen ohjausmekanismin täytyy reagoida aikaisempaa nopeammin äkillisiin ylikuormitushuippuihin, koska uusissa järjestelmissä on nopeammat prosessorit ja suurempi kapasiteetti kuin aikaisemmissa.

35 Eräässä tunnetussa menetelmässä palvelupyynnöt 2 87715 (kutsuyritykset) kerätään FIFO (first in-first out)-tyyppiseen jonoon tulojärjestyksessä odottamaan palvelua. Jonon ollessa ylikuormitustilanteessa täysi jonoon ei oteta lisää palvelupyyntöjä. Koska tässä menetelmässä pyritään 5 palvelemaan kauimmin odottaneet, on seurauksena pitkiä jonotusaikoja ja pitkä keskimääräinen valintaääniviive ylikuormitustilanteessa. Myös jonossa olevista palvelupyynnöistä osa menetetään, koska tilaaja ehtii pitkään odotukseen kyllästyneenä sulkea linjan.

10 Toisessa menetelmässä muodostetaan LIFO (last in - first out)-tyyppinen jono, jossa viimeisenä jonoon tullut palvellaan ensiksi. Tällaisessakin järjestelmässä saattaa osa palvelupyynnöistä joutua odottamaan jonossa hyvin pitkään tulematta hylätyksi tai palvelluksi ja tällöin esi-15 merkiksi puhelinkeskuksen tapauksessa asiakas itse saattaa hylätä palvelupyynnön. Myös tämä laskee läpisyöttötasoa koko järjestelmän kannalta katsottuna.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada menetelmä ja järjestelmä, joissa saavutetaan samanaikai-20 sesti mahdollisimman korkea läpisyöttötaso ilman että vasteajat ylittävät asetettuja vaatimuksia.

Tämä saavutetaan ensimmäisessä kappaleessa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että uuden palvelupyynnön tullessa palvelu-25 pyyntöjonoon jonosta hylätään yksi tai useampi jonossa pisimpään odottanut palvelupyyntö, jos sen arvioitu yh-teenlaskettu jonotus- ja käsittelyaika palvelupyyntöjen lasketun keskimääräisen käsittelyäjän mukaan arvioituna ylittää määrätyn raja-arvon.

30 Keksinnössä jokaiselle palvelupyynnölle mitataan käsittelyaika, joka on aika palvelupyynnön siirtymisestä palvelupyyntöjonosta käsiteltäväksi keskuskäsittely-yk-sikköön kyseisen palvelupyynnön käsittelyn loppuun saattamiseen. Käsittelyajoista laskettua keskimääräistä 35 käsittelyaikaa käytetään yhdessä jonotusajan kanssa hyväk- 3 87715 si palvelupyyntöjen hylkäämisessä. Tämä tapahtuu siten, että uuden palvelupyynnön saapuessa jonoon, jonossa pisimpään odottaneista palvelupyynnöistä hylätään yksi kerrallaan ne, joiden jonotusajan ja mainitun keskimääräisen 5 käsittelyäjän summa ylittää ennalta määrätyn raja-arvon, kuten järjestelmälle sallitun maksimivastejan. Tällä tavoin voidaan aikaansaada kuormituksen mukaan säätyvä jonon pituus eli pituudeltaan säätyvä pääsyikkuna keskuskäsitte-ly-yksikköön. Keksinnön mukaista menetelmää voidaankin 10 kutsua pääsyikkunamenetelmäksi (access window method).

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla saadaan automaattisesti palvelupyyntöjen kannalta reilu aikarajaan perustuva hylkäyssääntö, jonka ansiosta esimerkiksi puhelinkeskuksessa kutsuyrityksille ei synny pitempiä valin-15 taääniviiveitä kuin mitä CCITT-suositukset (Consultive Committee of International Telephone and Telegraph) sallivat. Jos tarjottu liikenne (kutsuyritysten lukumäärä aikayksikköä kohti) ylittää puhelinkeskuksen käsittelyka-pasiteetin, ylimääräiset kutsuyritykset tulevat automaat-20 tisesti hylätyiksi ilman merkittävää välitetyn liikenteen määrän pienenemistä. Toisin sanoen keskuskäsittely-yksik-köä voidaan hyödyntää 100-prosenttisella teholla jopa jatkuvan ylikuormituksen aikana.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 4 25 mukainen hajautettu järjestelmä.

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin suori tusesimerkkien avulla viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1 havainnollistaa lohkokaaviomuodossa erästä keksinnön mukaista hajautettua järjestelmää, ja kuviot 2 30 ja 3 esittävät kuvion 1 järjestelmässä sovellettujen keksinnön mukaisten palvelupyyntöjonojen tiloja kahdella peräkkäisellä ajan hetkellä.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa missä tahansa yhteydessä, jossa palvelupyyntöjen käsittelyn 35 ylikuormittumista halutaan kontrolloida. Tällöin palvelu- 4 87715 pyynnöt voi olla tarkoitettu prosessorille, ohjelmalle tai muulle vastaavalle tiedon tai signaalin käsittely-yksikölle. Keksinnön ensisijainen sovellutusalue on kuitenkin puhelinkeskuksissa, joiden yhteydessä keksintö tullaan 5 seuraavassa esimerkinomaisesti kuvaamaan.

Digitaalinen puhelinkeskus voi olla laitteistoarkkitehtuuriltaan joko keskitetty tai hierarkisesti hajautettu. Kuviossa 1 on esitetty hajautettu digitaalinen puhelinkeskus, joka käsittää ainakin yhden keskitetyn yksilö kön 1 (CP - central processor), joka käsittelee keskitettyä älykkyyttä vaativia toimintoja, sekä hajautetun osan, jonka muodostavat merkinannon ohjainyksiköt eli merkinan-toyksiköt 2, 3 ja 4 (PC * peripheral controller processors). Laitteisto arkkitehtuuriltaan keskitetyssä puhelin-15 keskuksessa yksiköt 1, 2, 3 ja 4 on tyypillisesti toteutettu saman tietokoneen eri ohjelmina. Tähtimäisessä hajautetussa puhelinkeskuksessa merkinantoyksiköt 2, 3 ja 4 ja keskuskäsittely-yksikkö 1 kommunikoivat keskenään sano-maväylän 5 kautta. Sanomaväylää (Message Bus) kutsutaan 20 toisinaan myös sanomakytkimeksi (MS = message switch).

Keksintö liittyy keskuskäsittely-yksikön 1 ylikuormituksen kontrollointiin. Kontrollointimenetelmän päämääränä on rajoittaa keskusyksikölle 1 menevää liikennettä. Järjestelmän luonteenomaisia suorituskykyparametrejä ovat 25 keskusyksikön 1 läpisyöttötaso, keskusyksikön 1 keskimääräinen käsittelyaika ja keskimääräinen kutsuyrityksen vasteaika (esim. valintaääniviive).

Kuvion 1 tapauksessa tilaajalinjat ja muihin keskuksiin menevät yhdysjohdot on kytketty merkinantoyksi-30 köihin 2, 3 ja 4. Kun jokin tilaajalinja aktivoituu (off-hook), merkinantoyksikkö, johon tämä linja on kytketty, havaitsee aktivoitumisen, muodostaa tila-automaatin ja muodostaa palvelupyyntöviestin ja lähettää sen sanomaväy-län 5 kautta keskusyksikölle 1. Keskusyksikkö palvelee 35 palvelupyynnön (esim. kytkee äänivaiintavastaanottimen) ja 5 87715 lähettää kuittausviestin takaisin samalle merkinantoyksi-kölle. Kuten edellä mainittiin, jokaiselle uudelle kutsu-yritykselle varataan merkinantoyksikössä 2, 3, 4 tila-automaatti, jonka tilaa päivitetään puhelun muodostuksen 5 edetessä peräkkäisesti vaiheesta toiseen tilaajajohdon tai yhdysjohdon tai muun vastaavan merkinannon ohjaamana. Uudella kutsuyrityksellä tarkoitetaan tässä yhteydessä sellaista signaalia, merkkiä tai merkinantosanomaa, joka tulee tilaajaliitynnästä tai toisesta puhelinkeskuksesta tai 10 jostakin muusta puhelinverkon elementistä tarkasteltavaan puhelinkeskukseen.

Keksinnön mukaisesti jokaisessa merkinantoyksikössä 2, 3 ja 4 on vastaava palvelupyyntöjonon muodostava puskuri 21, 31 ja 41, johon merkinantoyksikkö uuden kutsuyri-15 tyksen vastaanottaessaan ja siitä vastaavan tila-automaatin muodostaessaan sijoittaa tila-automaattia vastaavan tunnuksen. Palvelupyyntöpuskurit 21, 31 ja 41 ovat FIFOT (first in-first out-time out)-tyyppisiä puskureita, joissa ensimmäisenä sisäänmennyt palvelupyyntö otetaan myös en-20 simmäisenä ulos hyväksyttäväksi tai hylättäväksi.

Keskusyksikössä 1 voi olla samanaikaisesti käsiteltävänä rajoitettu määrä palvelupyyntöjä kutakin merkinan-toyksikköä kohti. Tämä maksimimäärä muodostaa kullekin merkinantoyksikölle eräänlaisen pääsyikkunan keskusyksik-25 köön, jota pääsyikkunaa voidaan haluttaessa säätää muuttamalla mainittua rajoitettua määrää esim. kuormituksesta ·· riippuvaisesti. Seuraavassa ajatellaan selityksen yksin- . . kertaistamiseksi, että jokaiselle keskusyksikössä käsitel tävänä olevalle palvelupyynnölle on annettu lippu. Liput 30 eivät kuitenkaan edusta keskusyksikön 1 kapasiteettia kuvaavia resurssiyksiköitä. Jokaisella merkinantoyksiköllä on määrätty, ei välttämättä sama tai vakio, määrä lippuja käytettävissään. Tällöin merkinantoyksikössä 2, 3 tai 4 olevasta palvelupyyntöpuskurista pääsee keskusyksikköön 1 35 käsiteltäväksi uusi palvelupyyntö vasta sitten, kun yhden 6 87715 jo keskusyksikössä olevan palvelupyynnön käsittely on saatettu loppuun ja sitä vastaava lippu vapautuu ja palautuu merkinantoyksiköille. Tämä lipun palauttamistapahtuma voi olla käytännössä esimerkiksi kuittaussignaali keskusyk-5 siköltä 1 vastaavalle merkinantoyksikölle. Tämän vuoksi merkinantoyksiköissä olevia palvelupyyntöjonoja 21, 31 ja 41 kutsutaan tästä eteenpäin lipunodotusjonoiksi.

Toisin sanoen keksinnön pääperiaatteena on pitää uusia kutsuyrityksiä odottamassa lippujonoissa ja antaa 10 niille pääsyliput aloituspalvelua varten sitä mukaan kun lippuja vapautuu ja palautuu aloituspalveluiden loppuunsaattamisen seurauksena. Lippujen lukumäärä on sellainen, että pullonkaulaksi muodostuvalla keskusyksiköllä 1 ei ole joutoaikaa ylikuormitustilanteessa ja että suurempi määrä 15 lippuja ei enää parantaisi kokonaisläpisyöttötasoa.

Keksinnön mukaisesti uuden palvelupyynnön saapuessa palvelupyyntöjonoon tarkistetaan ainakin kauimmin siellä jonottaneen palvelupyynnön mitatun jonotusajan sekä lasketun keskimääräisen käsittelyäjän summa ja hylätään pal-20 velupyyntö, mikäli kyseinen summa ylittää ennalta määrätyn raja-arvon. Kuviossa 2 on esitetty lipunodotusjonoissa 21, 31 ja 41 eri palvelupyyntöjä vastaavien tila-automaattien tunnuksia RQ9-RQN. Lipunodotusjonoon 41 on tulossa uusi kutsuyritys tai palvelupyyntö RQ(N+2). Tällöin merkinanto-25 yksikkö 4 muodostaa tätä kutsuyritystä varten uuden tila-automaatin, jota vastaava tunnus RQ(N+2) viedään lipunodo-tusjonon viimeiseksi ja samalla poistetaan edellä mainitun . . aikakriteerin täyttymisen perusteella jonossa 41 ensimmäi senä ollut tunnus RQ10, kuten kuviossa 3 on esitetty. Mer-30 kinantoyksikkö 4 hylkää tätä tunnusta vastaavan kutsuyri-tyksen. Kutsuyrityksen hylkääminen tapahtuu kyseessä olevan merkinantotavan mukaisesti; esimerkiksi tilaajan kut-suyrltykselle lähetetään hylättäessä varattu ääni ja yhdys johdolle tulevalle kutsuyritykselle lähetetään yh-35 teiskanavamerkinannon tapauksessa sopiva sanoma sekä odo- 7 87715 tetaan tilaajan purkamista.

Aina uuden kutsuyrityksen saapuessa ja sitä vastaavan tila-automaatin muodostamisen yhteydessä aloitetaan kyseisen palvelupyynnön jonotusajan laskenta esimerkiksi 5 käynnistämällä aikalaskuri. Aikalaskentaa jatketaan koko jonossaolon ajan. Kun jonottava palvelupyyntö saa lipun ja siirtyy jonosta käsiteltäväksi keskusyksikköön, käynnistetään käsittelyaikalaskenta, joka päätetään vasta kun kutsuyrityksen aloituspalvelun käsittely on päättynyt ja sitä 10 vastaava lippu palautuu keskusyksiköltä merkinantoyksik-köön. Näistä eri palvelupyynnöille mitatuista käsittely-ajoista lasketaan sitten palvelupyynnöille keskimääräinen käsittelyaika, jota käytetään keksinnön mukaisesti hyväksi jonossa olevia kutsuyrityksiä tai palvelupyyntöjä hylät-15 täessä. Jonosta voidaan hylätä samanaikaisesti useita palvelupyyntöjä, joilla hylkäysehto täyttyy, jolloin palvelupyyntö jonossa olevien palvelupyyntöjen lukumäärä muuttuu dynaamisesti keskimääräisestä käsittelyajasta riippuvaisesti. Esimerkiksi kuviossa 2 lipunodotusjonoon 21 on tu-20 lossa uusi kutsuyritys RQ(N+1). Jonossa 21 on kaksi palvelupyyntöä RQ7 ja RQ8, joiden palveluaika keskimääräisen käsittelyäjän perusteella arvioituna muodostuu liian pitkäksi. Tämän vuoksi jonosta 21 hylätään kuvion 3 mukaisesti molemmat palvelupyynnöt RQ7 ja RQ8. Näin jono 21 lyhenee 25 yhden paikan verran. Lippujen vapautuminen keskusyksiköstä 1 hidastuu silloin, kun tämän yksikön kuormitus kasvaa. Näin ollen muun kuormituksen (esim. puheluiden purkamista-pahtumat) aiheuttamat kuormituksen vaihtelut keskusyksikössä heijastuvat myös merkinantoyksikköihin 2, 3 ja 4 30 uusien kutsuyritysten odotusaikojen pitenemisenä ja liian kauan viivästyneiden kutsuyritysten hylkäämisenä. Keksinnön mukaisesti on siten saatu eräänlainen automaattinen takaisinkytkentä. Toisaalta mitä tiheämmin uusia kutsuyrityksiä tulee täynnä oleviin jonoihin sitä tiheämmin kutsu-35 yrityksiä hylätään automaattisesti ilman, että hylkäämis- 8 87715 toiminta tarvitsisi mitenkään ajoittaa. Toisaalta kuvion 1 mukaisessa hajautetussa järjestelmässä merkinantoyksiköis-sä toteutettu keksinnön mukainen jonotusmenetelmä ei rajoita keskusyksikön 1 prosessorin käyttöastetta. Siten 5 ylikuormituksen rajoitusmekanismin takia ei jouduta alentamaan pullonkaulayksiköksi muodostuvan keskusyksikön 1 käyttöastetta alle 100 prosentin.

Vaikka jonoilla 21, 31 ja 41 ei keksinnössä periaatteessa tarvitsisi olla mitään maksimipituutta, käy-10 tännössä niillä kuitenkin on jokin äärellinen pituus. Mikäli tämä jonon 21, 31 tai 41 äärellinen pituus jossain äärimmäisessä kuormitustilanteessa saavutetaan eli kaikki jonotuspaikat ovat käytössä, ei keksinnön mukaista kriteeriä voida soveltaa vaan uuden palvelupyynnön saapuessa 15 joudutaan aina hylkäämään vanhin palvelupyyntö.

Keskusyksikön 1 ylikuormitustasoa voidaan keksinnön mukaisessa menetelmässä tarkkailla laskemalla palvelupyyntö jonoista hylättyjen palvelupyyntöjen suhteellinen osuus kaikista palvelupyynnöistä tietyillä aikaväleillä. Tämän 20 informaation perusteella voidaan tarvittaessa lähettää esimerkiksi naapurikeskukseen viesti käsiteltävänä olevan keskuksen lievästä tai voimakkaasta ylikuormituksesta.

Myös keskusyksikössä 1 voi olla kuvioiden 2 ja 3 mukaisesti puskurijono 11, jossa palvelupyynnöt edelleen 25 jonottavat palvelua. Puskurissa 11 ei edullisesti käytetä minkäänlaista hylkäysmenetelmää.

Palvelupyynnöllä pyydetty palvelu voi muodostua useista osapalveluista, joita suoritetaan eri yksiköissä. Esimerkiksi kutsuyrityksen aloituspalvelun ensimmäinen 30 osapalvelu voi tapahtua merkinantoyksikössä ja sitä seu-raavat osapalvelut peräkkäisesti tarkoituksenmukaisella tavalla sekä keskitetyissä yksiköissä että asianomaisessa merkinantoyksikössä. Aloituspalveluun ei kuitenkaan sisällytetä kutsuyrityksen kannalta puhelinkeskuksen lähtöpuo-35 lella (B-puoli) tapahtuvaa palvelua.

9 87715

Oheiset kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu ainoastaan havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen menetelmä ja hajautettu järjestelmä voivat vaihdella oheisten pa-5 tenttivaatimusten puitteissa.

• ...

Claims (8)

10 8771 5

1. Menetelmä palvelupyyntöjen käsittelemiseksi tiedonkäsittelyjärjestelmissä, kuten puhelinkeskuksissa, jos- 5 sa menetelmässä päästetään palveltavaksi samanaikaisesti vain rajoitettu määrä palvelupyyntöjä ja loput palvelupyynnöt kerätään tulojärjestyksessä palvelupyyntöjonoon odottamaan palvelua, tunnet tu siitä, että uuden palvelupyynnön tullessa palvelupyyntöjonoon jonosta hylä-10 tään yksi tai useampi jonossa pisimpään odottanut palvelupyyntö, jos sen arvioitu yhteenlaskettu jonotus- ja käsittelyaika palvelupyyntöjen lasketun keskimääräisen käsittelyä jän mukaan arvioituna ylittää määrätyn raja-arvon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-15 n e t t u siitä, että jokaiselle palvelupyynnölle mitataan käsittelyaika palvelupyynnön käsittelyn alkamisesta käsittelyn loppuunsaattamiseen, ja että eri palvelupyynnöille mitatuista käsittelyajoista lasketaan mainittu palvelupyyntöjen keskimääräinen käsittelyaika.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jokaiselle palvelupyynnölle mitataan jonotusaika jonossa alkaen palvelupyynnön saapumisesta jonoon.

4. Hajautettu järjestelmä, joka käsittää useita ha-25 jautettuja oheiskäsittely-yksiköitä (2,3,4) sekä ainakin yhden niitä yhteisesti palvelevan keskuskäsittely-yksikön (1), kunkin oheiskäsittely-yksikön (2,3,4) käsittäessä palvelupyyntöpuskurin (21,31,41), johon keskuskäsittely-yksikölle tarkoitetut palvelupyynnöt (RQ1-RQN) kerätään 30 odottamaan keskuskäsittely-yksikölle siirtämistä, tun nettu siitä, että uuden palvelupyynnön tullessa pal-velupyyntöpuskuriin (21,31,41) palvelupyyntöpuskurista hylätään yksi tai useampi kauimmin odottanut palvelupyyntö, mikäli palvelupyynnön arvioitu yhteenlaskettu jonotus-35 ja käsittelyaika palvelupyyntöjen lasketun keskimääräisen il 8771 5 käsittelyäjän mukaan arvioituna ylittää määrätyn raja-arvon.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen hajautettu järjestelmä, tunnettu siitä, että oheiskäsittely- 5 yksikkö (2,3,4) käsittää laskuvälineet palvelupyyntöjen keskimääräisen käsittelyäjän laskemiseksi, käsittelyäjän ollessa se aika, joka kuluu palvelupyynnön siirtymisestä jonosta käsiteltäväksi keskuskäsittely-yksiköissä käsittelyn päättymiseen keskuskäsittely-yksiköissä, sekä välineet 10 kunkin palvelupyynnön jonotusajan mittaamiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen hajautettu järjestelmä, tunnettu siitä, että oheiskäsittely-yksikössä on kutakin jonossa olevaa palvelupyyntöä varten tila-automaatti, joka on palvelunodotustliassa.

7. Patenttivaatimuksen 4, 5 tai 6 mukainen järjes telmä, tunnettu siitä, että järjestelmä on digitaalinen puhelinkeskus.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että palvelupyyntö on ulkopuolelta 20 puhelinkeskukseen tuleva kutsuyritys. « 12 8771 5