FI95637B

FI95637B - Menetelmä pakettimuotoisen datayhteyden reitin vaihtamiseksi

Info

Publication number: FI95637B
Application number: FI940938A
Authority: FI
Inventors: Heikki Almay
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-11-15
Also published as: ATE257989T1; FI940938A0; AU695184B2; FI95637C; JPH09507735A; CN1082299C; DE69532440D1; EP0748544B1; WO1995024084A3; AU1813195A; CN1142297A; FI940938A; DE69532440T2; US5809011A; JP2991501B2; WO1995024084A2; EP0748544A1

Description

95637

Menetelmä pakettimuotoisen datayhteyden reitin vaihtamiseksi 5 Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä pakettimuotoisen datayhteyden reitin vaihtamiseksi.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan periaatteessa soveltaa missä tahansa yhteydellisessä pakettikytkentäi-10 sessä tietoliikenneverkossa (esim. X.25 tai Frame Relay), mutta keksintö on kuitenkin tarkoitettu ensisijaisesti (nopeat yhteydet mahdollistavaan) ATM-verkkoon (Asynchronous Transfer Mode), johon se soveltuu sisäisten ominai-suuksiensa puolesta erityisen hyvin.

15 ATM on uusi yhteydellinen (connection-oriented) pa- kettikytkentätekniikka, jossa perinteisten pakettiverkkojen ongelmat on ratkaistu siirtymällä käyttämään lyhyitä, vakiomittaisia (53 tavua) paketteja, joita kutsutaan soluiksi (cell). Jokainen solu koostuu 48 tavun mit-20 täisestä hyötykuormaosasta ja 5 tavun pituisesta otsikosta. ATM-tekniikkaa ei kuitenkaan kuvata tässä yhteydessä tämän enempää, koska keksinnön mukainen menetelmä ei edellytä mitään ATM-teknisiä erikoisratkaisuja. Tarkemman kuvauksen ATM-tekniikasta voi saada esim. viitteistä [1] 25 ja [2] (viiteluettelo on selitysosan lopussa).

ATM-verkossa (kuten muissakin yhteydellisissä pakettiverkoissa) voidaan yhteyksiä varmistaa siten, että pääreitin lisäksi solmujen välillä voi olla yksi tai useampi varareitti. Liikenne voidaan tällöin tarpeen vaatiessa 30 siirtää reitiltä toiselle. ATM-verkolle asetettaviin vaatimuksiin kuuluu lisäksi mm. se, että yhteyden solujen järjestys säilyy verkossa muuttumattomana. Koska solujen edellä mainituissa otsikoissa ei ole järjestysnumeroa, joka mahdollistaisi niiden uudelleen järjestelyn vastaan-35 ottopäässä, merkitsee tämä sitä, että yhteyden on aina 2 95637 kuljettava verkon läpi samaa reittiä.

Liikenteen siirtäminen reitiltä toiselle johtaa kuitenkin, ainakin siinä tapauksessa, että uuden reitin viive on pienempi kuin vanhan, suurella todennäköisyydellä 5 solujen järjestyksen muuttumiseen ja näin ollen datan menettämiseen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainittu epäkohta ja saada aikaan menetelmä, jossa pakettimuotoista dataa välittävä (virtuaali)yhteys siirtyy 10 reitiltä toiselle menettäen mahdollisimman vähän dataa.

Tämä päämäärä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä kuvataan oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön ajatuksena on toteuttaa siirtymä tietyssä 15 aikaikkunassa siten, että molemmat solmut vastaanottavat jonkin aikaa molemmilta reiteiltä vastapään lähetyksen toimiessa kuitenkin siten, että vain toiselta reitiltä tulee kerrallaan dataa. Aikaikkuna käynnistyy reitinvaih-don aloittavan solmun aloittaessa myös uuden yhteyden 20 kuuntelun ja aikaikkuna sulkeutuu vastapään solmun lopettaessa käytöstä poistettavan reitin kuuntelun. Reitinvaih-to päättyy kummankin solmun osalta samalla tavalla eli solmun lakatessa itsenäisesti (aikavalvotusti) kuuntelemasta käytöstä poistettavaa reittiä.

25 Keksinnön mukaista menetelmää käytettäessä voivat yhteyden eri päät, jotka ovat tyypillisesti kaukana toisistaan, siirtyä uudelle reitille eri aikaan, koska molemmat päät vastaanottavat jonkin aikaa yhden yhteyden liikennettä kahdelta eri reitiltä. Tällainen eriaikaisuus 30 johtaa käyttökatkoon sellaisissa järjestelmissä, joissa siirtyminen reitiltä toiselle tapahtuu kerralla. Eriaikaisuutta on lisäksi vaikea estää, sillä tyypillisessä verkossa siirtopyyntö kulkee useiden verkkoelementtien kautta. Näiden vasteaika ei ole deterministinen (lisäksi 35 siirtopyynnöt käsitellään tyypillisesti ohjelmallisesti),

II

3 95037 mistä johtuen tarkkaa siirtymisajanhetkeä on vaikea määrätä. Myös tarkan reaaliajan ylläpitäminen koko verkossa on vaikeata.

Kuten jäljempänä vielä kuvataan, keksinnön mukaisel-5 la menetelmällä on myös helppo hallita yhteyden eri päiden käsityseroista aiheutuvat konfliktitilanteet.

Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia suoritusmuotoja kuvataan tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa 10 kuvio 1 esittää pakettikytkentäisen verkon osaa, jossa kahden solmun välillä on kaksi mahdollista reittiä, kuvio 2 on aikadiagrammi, joka havainnollistaa keksinnön mukaisesta menetelmää reitin päätepisteissä olevien solmujen suorittamien toimenpiteiden osalta, ja 15 kuvio 3 esittää tarkemmin reitin päätepisteessä olevan solmun tilaajaliitäntäyksikköä, solmun ollessa siis tässä tapauksessa tilaajasolmu.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu käytettäväksi erityisesti puolikiinteitä virtuaaliyhteyksiä (PVC) välit-20 tävässä verkossa: - verkon uudelleenkonfiguroinnin yhteydessä, esim. kun linkkejä otetaan pois käytöstä kunnossapitotoimenpiteiden takia, tai - palattaessa tilapäisesti käytössä olleelta va- 25 rayhteydeltä takaisin varsinaiselle yhteydelle.

Kuviossa 1 on esitetty pakettikytkentäisen tietoliikenneverkon osaa, jossa A-tilaajan (joka on datayhteyden ensimmäinen osapuoli) ja B-tilaajan (joka on datayhteyden toinen osapuoli) välisellä yhteydellä on solmujen A ja B 30 välillä kaksi mahdollista reittiä, A-B ja a-b siten, että - A-»B ja a-*b ovat yksisuuntaiset reitit, joilla A-tilaajan data voi kulkea B-tilaajalle (edellinen reitti solmun A2 kautta ja jälkimmäinen solmun AI kautta), ja - B-»A ja b-»a ovat yksisuuntaiset reitit, joilla B- 35 tilaajan data voi kulkea A-tilaajalle (edellinen reitti 95637 4 solmun A2 kautta ja jälkimmäinen solmun AI kautta).

Seuraavassa kuvataan keksinnön mukainen siirtyminen reitiltä toiselle olettaen, että alkutilanteessa aktiivisina ovat reitit a-*b ja b-»a (eli kaksisuuntainen reitti 5 a-b solmun AI kautta). Näiltä reiteiltä siirrytään käyttämään reittejä A-*B ja B-*A (eli kaksisuuntaista reittiä A-B solmun A2 kautta). Tässä esimerkissä oletetaan lisäksi, että siirtyminen tapahtuu A-tilaajan pään (solmun A) aloitteesta. Tässä yhteydessä viitataan myös kuvioon 2, 10 jossa pystyakselilla on kuvattu aikaa ja vinoviivoite-tuilla pystypalkeilla sekä solmun A että solmun B lähetys-ja vastaanottojaksoja reitinvaihdon yhteydessä.

Alkutilanteessa kumpikin solmu käyttää reittiä a-b, kuten voidaan havaita kuvion 2 pystypalkkien yläosista. 15 Reitinvaihto käynnistyy siten, että aloittava pää (tässä tapauksessa siis solmu A) lähettää vastapäälle (solmussa B olevalle B-tilaajan tilaajaliitäntäyksikölle, olettaen, että solmu B on verkon laidalla oleva tilaajasolmu) sanoman, jolla ilmoitetaan siirtymisestä uudelle reitille A-B. 20 Samanaikaisesti solmu A aktivoi yhteyden B-*A eli aloittaa uuden reitin kuuntelun. Tätä hetkeä on merkitty viitemer-killä Ta. Tämän jälkeen ovat siis reitit a-*b ja A-»B aktiivisia, toisin sanoen solmu A vastaanottaa yhteyden liikennettä (mikäli sellaista tulisi) molemmilta reiteiltä.

25 Tämän jälkeen solmu A odottaa (pitää tilanteen • ennallaan) ennalta määrätyn ajan T0+T1, joka on verkkokoh- tainen parametri siten, että TO kuvaa solmujen A ja B yhteenlaskettuja prosessointiviiveitä ja Tl kuvaa ilmoituksessa käytetyn reitin (a-*b) maksimiviivettä. Odotusajan 30 tarkoituksena on varmistaa, että vastapään solmu on saanut . prosessoitua reitinvaihtoa koskevan ilmoituksen.

Kun mainittu aika on kulunut, solmu A passivoi reitin a-*b, toisin sanoen lopettaa lähetyksen reitille a-b.

35 Tämän jälkeen solmu odottaa vielä ennalta määrätyn 95637 5 ajan T2, minkä jälkeen se passivoi myös reitin b-1a eli lopettaa vastaanoton käytöstä poistettavalta reitiltä sekä aktivoi reitin A-»B eli aloittaa lähetyksen uudelle reitille A-B. Tämä aika T2, jonka kuluessa solmu A joutuu pusku-5 roimaan A-tilaajalta mahdollisesti tulevaa liikennettä, kuvaa reittien välisen viive-eron maksimiarvoa (reitin a-b maksimiviive vähennettynä reitin A-B minimiviiveellä). Tämä puskurointiaika varmistaa sen, etteivät paketit pääse väärään järjestykseen, toisin sanoen uutta reittiä pitkin 10 lähetettävät paketit eivät pääse ohittamaan viimeisiä vanhaa reittiä pitkin kulkevia paketteja. Puskurointia ei suoriteta, mikäli edellä mainittu viive-ero on pienempi tai yhtäsuuri kuin nolla, koska siinä tapauksessa paketit eivät voi mennä väärään järjestykseen.

15 Näin on solmu A lakannut käyttämästä reittiä a-b ja siirtynyt käyttämään pelkästään reittiä A-B sekä lähetyksessä että vastaanotossa.

Solmun B kannalta katsottuna reitinvaihto etenee seuraavasti (kuvio 2) .

20 Hetkellä Tb solmu B saa solmulta A edellä mainitun ilmoituksen siirtymisestä uudelle reitille A-B, jolloin solmu B aktivoi välittömästi reitin A-1B, jolloin siis sekä reitti a-»b että reitti A-»B ovat aktiivisia ja solmu kuun-telee molempia reittejä. Samalla solmu B passivoi reitin . 25 b-1a eli lopettaa lähetyksen käytöstä poistettavalle rei- • tille.

Tässä vaiheessa solmu B puskuroi B-tilaajalta mah dollisesti tulevaa liikennettä verkon viivevaihtelun T2 verran, jotta voidaan jälleen varmistaa pakettien saapumi-30 nen vastapäähän oikeassa järjestyksessä. Kun aika T2, joka on maksimissaankin vain muutaman millisekunnin luokkaa, on kulunut, aktivoi solmu B reitin B-1A, toisin sanoen aloittaa lähetyksen uudelle reitille.

Tämän jälkeen solmu B odottaa (pitää tilanteen 35 ennallaan) ajan Tl verran, minkä jälkeen voidaan olla 95637 6 varmoja, ettei käytöstä poistettavalta reitiltä voi enää tulla paketteja. Tällöin solmu B passivoi reitin a-1b, eli se lakkaa myös kuuntelemasta käytöstä poistettavaa reittiä .

5 Näin on myös solmu B lakannut käyttämästä reittiä a-b ja siirtynyt käyttämään reittiä A-B sekä lähetyksessä että vastaanotossa. Liikenne siirtyy siis uudelle reitille tietyssä aikaikkunassa (hetkestä Ta hetkeen Te) . Siirtyminen tapahtuu edellä kuvatulla siten, ettei eri reiteiltä 10 tule samanaikaisesti dataa reitinvaihdon päättyessä kummankin solmun osalta siihen, että se itsenäisesti (aika-ohjatusti) lakkaa kuuntelemasta käytöstä poistettavaa reittiä.

Kuviossa 2 on esitetty eräs esimerkki solmujen 15 suorittamien siirtymien keskinäisistä ajallisista suhteista. Periaatteessa voivat solmujen suorittamien toimintojen keskinäiset ajalliset suhteet kuitenkin vaihdella tietyissä rajoissa. Tätä voitaisiin kuvata kuviossa 2 leikkaamalla esim. solmua B kuvaava puoli irti kuviosta ja 20 liu'uttamalla sitä pystysuunnassa (aika-akselin suunnassa) . Tällöin keksinnön mukainen menetelmä toimisi toisaalta vielä, kun B-puolen ylin katkoviiva Llb nousee samalle tasolle kuin A-puolen ylin katkoviiva Lla (viiveetön verkko) ja toisaalta vielä, kun B-puolen ylin katkoviiva 25 Llb laskee samalle tasolle kuin A-puolen katkoviiva L2a.

Edellä kuvattuun menettelyyn voidaan myös lisätä erilaisia varmennuksia, esimerkiksi reittien A-1B ja B-1A kunnossaolo voidaan testata solmujen välisellä sanoman-vaihdolla ennen siirtymistä kyseisille reiteille. Reitin-30 vaihdon aloittava siirtymisilmoitus ja sitä seuraava odotusaika, joka varmistaa vastapään saaneen tiedon reitin-vaihdosta, voidaan myös muuttaa pyynnöksi, johon odotetaan vastapäältä kuittausta, ja vasta tämän jälkeen siirrytään seuraavaan vaiheeseen.

35 Konfliktitilanteista, joissa molemmat solmut aloit- • · 95637 7 tava siirtymisen lähettämällä edellä mainitun ilmoituksen tai pyynnön, selvitään siirtymisilmoitukseen tai -pyyntöön sisällytettävällä numerotunnisteella, joka ilmaisee, kumman solmun mielipide on määräävä. Tunnisteena voidaan 5 käyttää esim. verkkosolmun numeroa (jokaisella verkon solmulla on oma numeronsa, joka ilmaisee solmun määräysvallan muihin solmuihin nähden) tai satunnaislukua.

Kuviossa 3 on esitetty lohkokaaviona ATM-solmun A (tai B), joka on tässä tapauksessa tilaajasolmu, tilaaja-10 liitäntäyksikköä 30. Solmuun A-tilaajalta tilaajajohdon SL · kautta tuleva data puskuroidaan ensin tulopuskuriin 31, mistä se syötetään ATM-sovitinyksikölle 32, joka suorittaa sovitettavaan yhteyskäytäntöön liittyvät toiminnot, jotka riippuvat siis siitä, minkä tyyppinen tilaajaliitäntä on 15 kysymyksessä. Mikäli tilaajalta vastaanotetaan esim. HDLC-tyyppisiä kehyksiä (jotka voivat peräisin esim. tilaajan lähiverkosta), suoritetaan sovitinyksikössä kehysten pilkkominen soluiksi sekä solujen otsikkojen asetus. Valmiit ATM-solut puskuroidaan lähtöpuskuriin 33, josta ne syöte-20 tään edelleen solmun kytkentäkentän (ei esitetty) ja joh-toliitäntäyksikön (ei esitetty) kautta solmujen väliselle yhdys j ohdol1e.

Sovitinyksikkö 32, samoin kuin vastaanottosuunnan tunnistusyksikkö 35, toteuttaa käytännössä ATM-kerrosmal-25 Iin sovituskerroksen AAL (ATM Adaptation Layer) tehtäviä, • jolloin se siis toimii käytännössä suositusten 1.362 (-B- ISDN ATM Adaptation Layer (AAL) functional description) ja 1.363 (B-ISDN ATM Adaptation Layer (AAL) specification) kuvaamalla tavalla. Se, minkä AAL-protokollan 30 (AAL1...AAL5) mukaan toimitaan, riippuu sinänsä tunnetulla tavalla tilaajan yhteyden tyypistä (palveluluokasta).

Lähetyssuunnassa reitinvaihto toteutetaan käytännössä siis sovitinyksikössä 32 muuttamalla lähetettävien solujen otsikossa VPI/VCI-tunnistepari uuden reitin link-35 kiä vastaavaksi. 1 • « 95637 8

Vastaanottosuunnassa vastaanotetaan kytkentäkentältä ATM-soluja tulopuskuriin 34, josta ne syötetään solujen tunnistusyksikölle 35, joka suorittaa tilaajadatan, esim. HDLC-kehysten muodostuksen. Samalle tilaajalle (tilaaja-5 johdolle SL) voi tulla dataa useammalta eri yhteydeltä, mikä tarkoittaa sitä, että ATM-solujen otsikoissa useampi eri virtuaalikanava- tai virtuaalipolkutunniste (VCI, VPI) voi merkitä samaa tilaajalinjaa SL. Muodostetusta datake-hyksestä lasketaan tunnistusyksikössä lopuksi tarkistus- 10 summa, ja mikäli se on oikein, laitetaan kehykseen osoite (esim. DLCI-tunniste, Data Link Connection Identifier), ja se syötetään lähtöpuskurin 36 kautta tilaajajohdolle.

Vastaanottosuunnassa tietyn yhteyden aktivointi tarkoittaa siis käytännössä sitä, että solmu alkaa välit- 15 tää uutta linkkiä vastaavan virtuaalipolku/virtuaalikana-va-tunnisteparin omaavia ATM-soluja tilaajayhteydelle, ja passivointi vastaavasti sitä, että solmu lakkaa välittämästä vanhaa linkkiä vastaavan virtuaalipolku/virtuaali-kanava-tunnisteparin omaavia ATM-soluja tilaajayhteydelle.

20 Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella edellä ja oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Kuten edellä . 25 esitetystä myös ilmenee, ei keksinnön mukainen menetelmä • edellytä solmun sisäiseltä rakenteelta mitään erikoista, vaan keksinnön mukaiset piirteet voidaan toteuttaa ohjaus-toimenpiteinä sinänsä tunnetun tyyppisessä ATM-solmussa.

30

Viiteluettelo: tl]. Recommendation 1.610: B-ISDN operation and maintenance principles and functions, CCITT Study Group XVIII Geneva, 9-19 June 1992.

35 [2]. Recommendation 1.361: B-ISDN ATM Layer Specifi cation, CCITT; ANSI T1.617 Annex D.

II

Claims

95637 9

1. Menetelmä yhteydellisen pakettimuotoisen datayhteyden, erityisesti ATM-verkon datayhteyden, reitin vaih- 5 tamiseksi, jossa menetelmässä siirretään verkon kahden solmun (A, B) välillä siirrettävä liikenne ensimmäiseltä, käytöstä poistettavalta reitiltä (a-b) toiselle, uudelle reitille (A-B), tunnettu siitä, että - reitinvaihdon aloittava solmu (A) lähettää ilmoi- 10 tuksen reitinvaihdosta vastapään solmulle (B) ja ryhtyy samalla vastaanottamaan liikennettä molemmilta reiteiltä, vastapään solmu (B) ryhtyy vastaanottamaan liikennettä molemmilta reiteiltä saatuaan reitinvaihtoa koskevan ilmoituksen, 15. kumpikin solmu vaihtaa lähetyksen uudelle reitille (A-B) siten, että vastapää vastaanottaa dataa vain yhdeltä reitiltä kerrallaan, ja että - reitinvaihto päättyy kummankin solmun osalta siihen, että se itsenäisesti lakkaa kuuntelemasta käytöstä 20 poistettavaa reittiä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastapään solmu (B) vaihtaa ennen aloittavaa solmua (A) lähetyksensä uudelle reitille, vaihdon tapahtuessa vasteena mainitun reitinvaihtoa koske- 25 van ilmoituksen vastaanotolle, ja että datan lähetys uu- • delle reitille (A-B) alkaa tarvittaessa vasta ennalta määrätyn pituisen puskurointijakson (T2) jälkeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reitinvaihdon aloittava solmu 30 (A) suorittaa reitinvaihtoa koskevan ilmoituksen lähetyk sen jälkeen aikavalvonnan, minkä jälkeen se lopettaa lähe-tyksen käytöstä poistettavalle reitille (a-b).

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reitinvaihdon aloittava solmu 35 (A) odottaa reitinvaihtoa koskevan ilmoituksen lähetyksen » • < 95637 10 jälkeen vastapään solmun (B) kuittausta vastaanotetusta ilmoituksesta, minkä jälkeen se (A) lopettaa lähetyksen käytöstä poistettavalle reitille (a-b).

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että reitinvaihdon aloittava solmu (A) aloittaa lähetyksen uudelle reitille (A-B) tarvittaessa vasta ennalta määrätyn pituisen puskurointijakson (T2) päätyttyä siitä, kun se on lopettanut lähetyksen käytöstä poistettavalle reitille (a-b). « • * II 11 95637