WO1997049260A1 - Verfahren zur zugangskontrolle für eine atm-verbindungsanforderung in einem atm-netz - Google Patents

Verfahren zur zugangskontrolle für eine atm-verbindungsanforderung in einem atm-netz Download PDF

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WO1997049260A1
WO1997049260A1 PCT/DE1997/001071 DE9701071W WO9749260A1 WO 1997049260 A1 WO1997049260 A1 WO 1997049260A1 DE 9701071 W DE9701071 W DE 9701071W WO 9749260 A1 WO9749260 A1 WO 9749260A1
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atm
connection
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atm connection
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PCT/DE1997/001071
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Inventor
Matthias Nissel
Johannes Hellendoorn
Rudolf Seising
Christoph Thomas
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/54—Store-and-forward switching systems 
    • H04L12/56—Packet switching systems
    • H04L12/5601—Transfer mode dependent, e.g. ATM
    • H04L12/5602—Bandwidth control in ATM Networks, e.g. leaky bucket
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/04—Selecting arrangements for multiplex systems for time-division multiplexing
    • H04Q11/0428—Integrated services digital network, i.e. systems for transmission of different types of digitised signals, e.g. speech, data, telecentral, television signals
    • H04Q11/0478—Provisions for broadband connections
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    • H04L2012/5629—Admission control
    • H04L2012/5631—Resource management and allocation
    • H04L2012/5632—Bandwidth allocation

Definitions

  • Traffic load regulation in ATM networks is necessary in order to avoid overloads in ATM networks and thus to counteract loss of information.
  • Traffic load regulation in ATM networks comprises two large sections, access control (Call Admission Control, CAC) and regulation of user parameters (Usage Parameter Control, UPC).
  • CAC Common Admission Control
  • UPC User Parameter Control
  • a so-called traffic contract is negotiated in the context of every connection setup between two participants in an ATM network. This specifies the characteristics of the
  • a so-called source traffic descriptor has a list of traffic parameters. These can be qualitative or quantitative descriptions of traffic profiles, for example the peak cell rate, the average cell rate, the duration of traffic peaks, the type of transmitter, such as video, fax, etc.
  • the traffic contract is composed of the traffic parameters of the source traffic descriptor, the requested quality of service (QoS) and the tolerance for line delay fluctuations (cell delay variation).
  • QoS quality of service
  • cell delay variation cell delay variation
  • fuzzy logic methods are used to carry out access control (CAC).
  • the invention is based on the problem of specifying a method for access control which enables fast and accurate access control with the aid of a computer.
  • a computer with which the method is carried out receives an ATM connection request which has connection parameters which characterize the requested ATM connection. Furthermore, the bandwidth available in the ATM network at the time the ATM connection request is received is determined. On the basis of the connection parameters and on the basis of a fuzzy rule base, with which a mapping of the connection parameters to an effective bandwidth is described, an effective bandwidth for the requested ATM connection determined. If the available bandwidth is sufficient to reserve the requested ATM connection with the determined effective bandwidth for the ATM connection, the requested ATM connection is permitted, otherwise the ATM connection request is rejected.
  • this method is very robust and transparent in comparison with the known method for access control, since the effective bandwidth required in each case is determined for each potential ATM connection and thus forms the basis for every decision regarding access control. Disclosure of the variables considered and the rules used, as is possible when using a fuzzy rule base without problems, makes every decision about the approval or rejection of an ATM connection request comprehensible.
  • the bandwidth available in the ATM network is determined by subtracting the sum of all reserved bandwidths. relaxed ATM connections and the maximum available bandwidth.
  • an average load is measured in at least a part of the ATM network, preferably in the part that is requested by the requested ATM connection.
  • the respective effective bandwidth is determined based on the connection parameters of the respective permitted ATM connection and on the basis of the fuzzy rule base, as well as the effective bandwidth for the requested ATM connection ATM connection determined.
  • Total ATM connection parameters are also determined from the connection parameters of the approved ATM connections and the connection parameters of the ATM connection request.
  • a correction variable is determined from the determined load and part of the total ATM connection parameters, which are supplied to an overall fuzzy rule base that describes a mapping of the connection parameters onto a correction variable.
  • An effective bandwidth is determined from the correction size and the total ATM connection parameters, depending on which the respective ATM connection request is allowed or rejected.
  • connection parameters it is advantageous to add a separate fuzzy rule base adapted to the respective quality of service class for each quality of service class that is generally made available by the ATM network form.
  • the fuzzy rule base adapted to the requested service class is then selected from these different fuzzy rule bases, depending on the requested service class, with the aid of which the effective bandwidth for the requested ATM connection is determined.
  • the arrangement according to claim 10 makes access control for an ATM connection request possible for the first time using a fuzzy rule base, which enables ATM access control, the advantages of which have been described above.
  • Figure 1 is a block diagram showing two ATM switching units in which access control is performed;
  • Figure 2 is a sketch showing the basic process of access control;
  • Figure 3 is a sketch showing the principle of a fuzzy controller;
  • Figure 4 is a block diagram showing the basic structure of the access control arrangement;
  • Figure 5 is a diagram showing the burst factor parameter in the form of a linguistic variable;
  • Figure 6 is a diagram in which a first variable MBS in
  • Figure 7 is a diagram showing a second variable ratio in the form of a linguistic variable
  • Figure 8 is a diagram in which the determined effective
  • FIG. 9 shows a flow chart in which the method steps according to patent claim 1 are shown;
  • Figure 10 is a flow chart in which the method according to Patent claim 3 is shown in its procedural steps;
  • FIG. 11 shows a sketch in which a large number of fuzzy rule bases specific to quality of service classes and their interaction to determine the effective ones
  • FIG. 12 shows a block diagram in which the basic sequence of the access control of the second exemplary embodiment is shown;
  • Figure 13 is a diagram showing a third variable meanSCRPCR in the form of a linguistic variable;
  • Figure 14 is a diagram showing a fourth variable
  • OneDivNoS is presented in the form of a linguistic variable
  • Figure 15 is a diagram showing a fifth variable
  • LoadDiff is represented in the form of a linguistic variable
  • FIG. 16 is a diagram in which the correction quantity Correct is shown in the form of a linguistic variable
  • FIG. 17 shows a diagram in which the corrected variable Correct of an ATM connection is shown as a function of the fifth variable LoadDiff and the third variable meanSCRPCR;
  • FIG. 18 shows a diagram in which the corrected variable Correct of an ATM connection is shown as a function of the fourth variable OneDivNoS and the third variable meanSCRPCR;
  • FIG. 19 shows a diagram in which the determined effective bandwidth of an ATM connection as a function of the average load and the total permanent cell rate SumSCR is shown;
  • FIG. 20 shows a sketch in which the data flow during the further development of the method, in which both the fuzzy
  • FIG. 1 an ATM connection V between a transmitter S and a receiver E is shown, which is generally carried out over several nodes, in this example, over two ATM switching units A, B.
  • each node can be connected to another node, hereinafter referred to as ATM switching units A, B
  • the load situation in each ATM switching unit A, B can be very different .
  • the receiver E is routed via a first ATM switching unit A and a second ATM switching unit B, it may be the case that on a section of the route behind the first ATM switching unit A there is still sufficient capacity, ie. H. Bandwidth is available for this ATM connection V, but would be overloaded on a route section behind the second ATM switching unit B by accepting the ATM connection request AV and thus the ATM connection V.
  • an access control arrangement CAC it is advantageous, as indicated by an access control arrangement CAC, to make the isolated decision in each ATM switching unit A, B as to whether an ATM connection request AV and thus the ATM connection V are still accepted and can thus be permitted or whether acceptance of the ATM connection request AV is refused. It is therefore advantageous to integrate both the arrangement for access control CAC and the method for access control CAC in each ATM switching unit A, B.
  • the basic sequence of an ATM access control CAC is outlined in FIG.
  • the ATM connection request AV is sent to an ATM switching unit VE, e.g. B. the first ATM switching unit A or the second ATM switching unit B, for example sent by the transmitter S or another ATM switching unit.
  • the ATM connection request AV is received by the switching unit VE and connection parameters which the ATM Connection request AV and which characterize the requested ATM connection V are evaluated by the access control arrangement CAC. It is checked whether the current state, ie the currently reserved bandwidth for already authorized ATM connections V, is still sufficient from the absolutely available bandwidth, which is referred to below as the available bandwidth to ensure sufficient bandwidth for the requested ATM connection.
  • the requested ATM connection is accepted, ie permitted, or, if a plurality of ATM switching units A, B cooperate in the ATM connection V, the ATM connection request AV to the further ATM switching units A, B which participate in the virtual, requested ATM connection V, forwarded.
  • An access control CAC is again advantageously carried out in the further ATM switching units A, B, and in the event that all ATM switching units A, B which are contained in the requested ATM connection have sufficient bandwidth available, the ATM connection V approved and switched through after carrying out a customary ATM connection establishment protocol.
  • connection parameters which the ATM connection request AV can have and which characterize an ATM cell stream. Since there is no definitive guideline for the connection parameters to be used, only recommendations from the ITU-T, the following overview can only be of a non-conclusive character.
  • Other connection parameters which are not listed in this document, are known to the person skilled in the art and can easily be taken into account in the context of the method.
  • Bandwidth W specifies the maximum amount of information that can be transported on a physical line per unit of time.
  • the unit is common
  • the bandwidth W represents the absolute upper physical limit for transmission rates
  • Second specified bandwidth W is hereinafter referred to as a line capacity KL.
  • the continuous cell rate SCR is to be understood in the following as a measure of the average transmission quantity during an ATM connection. This measure can be defined in several ways, but they are basically equivalent.
  • the average cell rate SCR has not yet been standardized.
  • the first possibility is that the permanent cell rate SCR results from the reciprocal of the sum of average intermediate arrival times Tg ⁇ between two basic events. These times are measured at the source output, since these average intermediate arrival times Tsi can change in the ATM network even through multiplexing and switching processes and no longer allow any conclusions to be drawn about the source itself. For the first possibility for determining the average cell rate, this results in:
  • I n n 1 ⁇ 0r 31
  • i denotes a running index
  • n a number of average intermediate arrival times Tsi-
  • a second possibility for determining the permanent cell rate SCR is to form the ratio of the ATM cells actually sent to the total duration of the ATM connection.
  • the result for the permanent cell rate SCR is:
  • NB indicates a number of ATM cells that "enter" the network during an ATM connection and ty indicates the duration of the ATM connection V.
  • the upper limit of the permanent cell rate SCR represents the bandwidth W of the transmission medium.
  • the peak cell rate PCR (Peak Cell Rate) of an ATM connection is as the inverse value of the minimum arrival time T mj _ zwi ⁇ n's two consecutive basic events defined.
  • a basic event is a request to send an ATM protocol data unit in the equivalent terminal.
  • the time interval between two ATM cells is considered, that is to say the time between the first bit of a first ATM cell and the first bit of the next ATM cell.
  • the point of view lies in or at the source, because through the
  • the peak cell rate PCR thus directly indicates the minimum distance between two ATM cells that occurs at the source output during an ATM connection.
  • T min denotes the minimum duration of the emission of two ATM cells at the source output .
  • the Burstiness BU provides information about how strong the fluctuations in the transmission image of an ATM cell stream are and how quickly these fluctuations follow one another.
  • the Burstiness BU is thus a measure of how frequently burst phases and inter-burst phases alternate in an ATM cell stream within a fixed time interval.
  • a burst phase is to be understood in such a way that it begins at the point in time at which an ATM cell stream exceeds the average cell rate and ends at the point in time at which the actual ATM cell rate is again at or below the through rate average cell rate SCR decreases. All other periods are referred to as the inter-burst phase.
  • Alternativecastsde ⁇ chorusen the burstiness BU to the expert are known and can be taken into readily be in the inventive method ⁇ . Another definition is, for example, that a burst phase is only the time period in which a source sends PCR with the peak cell rate.
  • burstiness BU as the ratio of the peak cell rate PCR to the average cell rate SCR, that is to say:
  • burst bursts BU Another possibility for determining the burst bursts BU is to take the average burst length into account.
  • an average burst length MBL is determined.
  • the burstiness BU can be determined from the peak cell rate PCR as well as an average service rate MBR of the buffer used and the average burst length MBL.
  • the effective bit rate R e ff is defined as a fraction of the peak cell rate PCR, in the following way:
  • a denotes a constant that is determined by traffic characteristics.
  • the aim is to use the value of the effective bit rate R e ff to indicate how high the actual one is
  • Bandwidth W is required on the physical medium for an ATM connection. Thus, for example, one would have a clue as to how many connections find space on a physical line.
  • the cell loss rate CLR Cell Loss Ratio
  • the cell loss rate CLR is defined as the ratio of lost ATM cells to the transmitted ATM cells.
  • the cell loss rate CLR results in:
  • CLR (7; SZ where VZ denotes a number of lost ATM cells and SZ denotes a number of transmitted ATM cells.
  • the proportion of incorrectly transmitted ATM cells EC of an ATM connection V is designated by the cell error rate CER.
  • the cell error rate CER results from the regulation:
  • GC describes the total number of transmitted ATM cells of the ATM connection V.
  • An ATM cell block is referred to as a badly faulty ATM cell block SE if a predeterminable number M of ATM cells from N successively transmitted ATM cells is lost or has errors.
  • the rate of badly faulty ATM cell blocks SEC results according to the following rule:
  • the cell delay time CD (Cell Delay) indicates how long an ATM cell after "entering” the ATM network on the
  • the cell delay time CD is composed of various delays which occur during the switching, for example waiting times etc., and transmission times via the lines.
  • the Cell Delay Variation CDV describes the extent of the fluctuation in the time between the arrival of two ATM cells of a specific connection . These fluctuations are e.g. B. justified by different waiting times for the Atm cells in the switching nodes.
  • the Maximim Burst Size MBS the maximum size of a burst, represents the maximum number of ATM cells that can be sent at once at the peak cell rate PCR.
  • the burst tolerance makes a statement about the time frame in which deviations from the average cell rate SCR are permitted. If a burst phase of maximum size (ie with a number of ATM cells of the maximum burst size) is sent at peak cell rate PCR and the ATM connection has been agreed with an average cell rate SCR, a certain period of time must be waited for until another
  • Maximum size burst at peak cell rate PCR may be sent so as not to exceed the agreed average cell rate SCR.
  • the burst tolerance BT results in the following way:
  • the ratio between the peak cell rate PCR and the permanent cell rate SCR is referred to as the burst factor BF.
  • the burst factor BF results from the following rule: PCR
  • connection parameters are known to the person skilled in the art and can be used without further ado in the method according to the invention.
  • connection parameters presented in the previous embodiment is taken into account in the further exemplary embodiment.
  • neglect of some connection parameters in no way limits the general usability of other connection parameters.
  • the starting point is a process P to be controlled, which delivers a control variable RG which is fed to the fuzzy controller FC.
  • a setpoint value SW is also fed to the fuzzy controller FC.
  • the control variable RG is fuzzified in the fuzzy controller FC FF and fed to an inference engine IM, in which rules of a fuzzy control base FR are evaluated using the fuzzy control variable RG, and a fuzzified one that results from the rules of the fuzzy control base FR
  • the output value is defuzzified DF and fed to process P as manipulated variable SG.
  • the control variable SG compensates for disturbances ST to which the process P is subject.
  • control variables RG which are fed to the fuzzy controller FC, are initially mapped to a logistic value on the scale.
  • FR generally consists of a finite set of linguistic rules of the form:
  • the fuzzy control variable SG is calculated from the fuzzified control variables RG.
  • Two common methods of linking the rules of the fuzzy rule base FR are the so-called maximum-minimum method and the maximum product method. Let k be the number of rules of the fuzzy rule base FR that act on an unsharp set b and ⁇ l ... ' ⁇ k degrees of fulfillment of the rules for a given
  • the sharp manipulated variable SG for the control of the process P is determined from the unsharp variables delivered by the inference machine IM. This determination can be done in different ways. Various procedures are known for this purpose, for example the so-called max method, the so-called left-max method or also the so-called right-max method, the mean value max method or the so-called centeroid method.
  • centeroid method was used to defuzzify DF.
  • all other Their defuzzification methods can easily be used in the method according to the invention.
  • the arrangement for access control CAC is outlined in a block diagram.
  • variables are symbolized by rectangles rounded off at the corners, arithmetic operations by triangles and the fuzzy rule base FR by a circle (cf. FIG. 4).
  • connection parameters in the corresponding variables SCR and the peak cell rate PCR are taken into account as connection parameters in the corresponding variables.
  • the other connection parameters described above, which can also be taken into account, have not been taken into account in this embodiment in order to make the method easier to present. However, this limits the general usability of all other, e.g. B. the connection parameters described above in a convenient manner.
  • both the peak cell rate PCR and the duration cell rate SCR are standardized to a value between 0 and 1, for example by dividing the peak cell rate PCR or the duration cell rate SCR by the line capacity KL.
  • the burst factor variable mSCRPCR is a linguistic variable.
  • a term set A (mSCRPCR) is given, for example, by:
  • a basic set X (mSCRPCR) of the burst factor variable mSCRPCR is given, for example, by:
  • the membership functions for the burst factor variable mSCRPCR are shown in FIG. 5.
  • the membership functions for the individual areas of the term set are given, for example, by the following function:
  • ⁇ low (mSCRPCR, x) g (x, 0, 0.07, 0, 0.3)
  • ⁇ MED (mSCRPCR, x) f (x, 0.3, 0.07, 1) (13).
  • ⁇ high ( raSCRPCR ' x ) f (x, l, 0.3, l)
  • the individual trapezoid functions are generally given by g (x, XQ, x ⁇ > an, a l) accordingly
  • a first variable MBS is determined from the respective value of the maximum burst size (MBS).
  • MBS maximum burst size
  • a basic set X (MBS) of the first variable MBS is given, for example, by:
  • X (MBS) ⁇ x e 9t
  • the membership functions for the first variable MBS are shown in FIG. 6.
  • the individual membership functions for the individual areas of the term set are given, for example, by the following function:
  • the burst factor variable mSCRPCR and the first variable MBS are fed as input variables to the fuzzy rule base FR. Fuzzy rule base FR
  • a second variable ratio is determined in the fuzzy rule base FR as a function of the input variables.
  • the second variable ratio is a linguistic variable whose term set results, for example, from:
  • a basic set X (ratio) of the second variable ratio is given, for example, by:
  • the membership functions for the second variable ratio are shown in FIG. 7.
  • the effective bandwidth EffBW is determined from the second variable ratio in the Set_EffBW procedure. This is done by denormalization, for example by multiplying by the line capacity KL.
  • the available bandwidth is also determined and, depending on the available bandwidth in the ATM network, a predefinable barrier is determined which results from at least the available bandwidth.
  • the predeterminable barrier can, but does not have to correspond to the available bandwidth. If the effective bandwidth EffBW is larger than the specifiable barrier, the requested ATM
  • Connection V requires more bandwidth than is available at this time m in the ATM switching unit VE. For this reason, the requested ATM connection V is not permitted in this case. However, if the effective bandwidth EffBW is not greater than the barrier, the ATM switching unit VE has enough bandwidth available and the requested ATM connection is permitted.
  • the effective bandwidth EffBW as a function of the first variable MBS and the duration cell rate SCR as an example.
  • the first variable MBS is plotted over the axis marked with the symbol X, the permanent cell rate SCR over the axis marked with the symbol Y and the effective bandwidth EffBW over the axis marked with the symbol Z.
  • the ATM connection request AV with any number of connection parameters characterize the requested ATM connection, received by the access control arrangement described below (see FIG. 9).
  • the bandwidth available in the ATM network is also determined 902.
  • the effective bandwidth EffBW for the requested ATM connection is determined 903 on the basis of the connection parameters and on the basis of the fuzzy rule base FR. In addition, it is checked 904 whether the effective bandwidth EffBW is greater than a predeterminable barrier which results from at least the effective bandwidth available. If the effective bandwidth EffBW is greater than the predefinable barrier, there is currently insufficient bandwidth available in the ATM network and the requested ATM connection is not permitted 905. If the effective bandwidth EffBW is not above the barrier, then the requested ATM connection is permitted 906.
  • the ATM connection request AV is received 901 with the connection parameters.
  • an average load measure is measured 1001 in at least one part of the ATM network.
  • an average load is, for example, the average load in the connection sections likely to be used by the requested ATM connection for the ATM connection V. to understand.
  • a simple way of determining the average load measure is to determine a time interval in which the number of occupied ATM cells is measured. The ratio between the occupied ATM cells and the total number of ATM cells sent gives the mean load measured for this simple possibility. re.
  • a further possibility for determining the average load measure consists, for example, of combining any number of time measurement intervals with a length of I ATM cells for the tth measurement period to form an average load At. Any natural number is denoted by t. In this case, the average utilization At results from the ratio of the occupied ATM cells to the sent ATM cells.
  • a first load value which corresponds to the total permanent cell rate SumSCR as the starting value for the t-th measurement period. Iteratively is determined, for example, according to the following algorithm.
  • the next interaction step is designated t + 1.
  • the reliability to be placed in the measurements is described with ⁇ .
  • total ATM connection parameters described below are determined 1003 from the connection parameters of the approved ATM connections V and the connection parameters of the ATM connection request AV.
  • the correction quantity Correct is determined 1004.
  • the effective bandwidth EffBW is determined 1005 from at least part of the total ATM connection parameters and the correction quantity Correct. Again, the effective bandwidth EffBW determined in this way is compared 1006 with a predefinable second barrier and the requested ATM connection is established not permitted if the effective bandwidth EffBW is greater than the second barrier 1007. However, if the effective bandwidth EffBW is not greater than the second barrier, the requested ATM connection is permitted 1008.
  • the available bandwidth from the sum of all reserved bandwidths at the time of approved ATM connections V in the ATM network or also of all approved ATM connections V in the Part that is required by the requested ATM connection is determined.
  • At least one of the reserved bandwidths of the approved ATM connections V is determined using the fuzzy rule base FR on the basis of the connection parameters of the respectively approved ATM connection.
  • FIG. 11 shows a further embodiment of the method, which can be used for both exemplary embodiments.
  • the ATM connection request AV with the connection parameters is received 901.
  • the ATM connection request necessarily contains a parameter which contains an indication of the requested quality of service class DKo.
  • an index o becomes any natural Number between 1 and b denotes that uniquely identifies each quality of service considered.
  • B denotes a number of total quality of service classes DKo taken into account.
  • a special fuzzy rule base adapted to the service quality class DKo is formed and used for each service grade class DKo, which is referred to below as the special fuzzy rule base FRDKo.
  • FRDKo special fuzzy rule base
  • the further connection parameters that the ATM connection request AV has, and the special fuzzy rule base FRDKo determine the effective bandwidth EffBW 1102. Again, the effective bandwidth EffBW is compared with either the barrier or the second barrier Chen 904, 1006 and either the ATM connection is permitted 906, 1008 or rejected 905, 1007.
  • the total permanent cell rate SumSCR, a total peak cell rate SumPCR and a total bandwidth SumEffBW are determined (see FIG. 12). These result, for example, from the sum of the individual values of the permanent cell rate SCR, the peak cell rate PCR, and the effective bandwidth EffBW of the respectively approved ATM connections V. Furthermore, as described above, the average load measure is determined.
  • a fifth variable LoadDiff is determined from the mean load measure and from the total permanent cell rate SumSCR, for example by subtracting CalcDiff from the total permanent cell rate SumSCR and the mean load. It is assumed that the value of the average load measure cannot exceed the value of the total permanent cell rate SumSCR; the measurement intervals for determining the average load measure must be chosen to be sufficiently large.
  • the fifth variable LoadDiff is a linguistic variable, for example with the term set:
  • a basic set X (LoadDiff) of the fifth variable LoadDiff is given, for example, by:
  • the membership functions for the fifth variable LoadDiff are shown in FIG. 15.
  • the individual membership functions for the individual areas of the term set are given, for example, by the following function:
  • a third variable meanSCRPCR is determined, which is an indicator for the effects of a so-called statistical multiplexing on the entire traffic flow.
  • the third variable meanSCRPCR results, for example, from the mean of all ratios of the respective permanent cell rates of all ATM connections to the peak cell rates PCR of the ATM connections, weighted according to the average ATM cell rate.
  • the third variable meanSCRPCR results for example, from:
  • a basic set X (meanSCRPCR) of the third variable meanSCRPCR is given, for example, by:
  • the membership functions for the third variable meanSCRPCR are shown in FIG.
  • the individual membership functions for the individual areas of the term set are given, for example, by the following function:
  • Fs denotes an S function which is formed according to the following rule, parameters which can be specified as an, ai, bn and bi:
  • Fz denotes a Z function which results from the S function fs by the following rule:
  • f ⁇ (x, a 0 , ai, b 0 , bi) min (f s (x, a 0 , ai), f z (x, b 0 , bi)) (27).
  • a fourth variable OneDivNoS is determined by specifying the number of ATM sources that are to be multiplexed, including the potential new ATM connection. Since no upper limit is initially to be set for the number of ATM sources, the reciprocal of the number of ATM sources is advantageously used.
  • the fourth variable OneDivNoS is a linguistic variable, for example with the term set:
  • a basic set X (OneDivNoS) of the fourth variable OneDivNoS is given, for example, by:
  • the third variable meanSCRPCR, the fourth variable OneDivNoS and the fifth variable LoadDiff are added to the overall fuzzy rule base GFR. With the total fuzzy rule base GFR the mapping of the traffic parameters to a correction variable Correct is described.
  • the overall fuzzy rule base has the following structure, for example:
  • the correction quantity Correct is a linguistic variable with the term set:
  • a basic amount X (Correct) of the correction amount is Correct ge ⁇ given by:
  • the membership functions for the correction quantity Correct are shown in FIG. 16.
  • the individual affiliations Functions for the individual areas of the term set are given by the following function:
  • the correction size Correct depends on the fifth variable LoadDiff over the axis designated by the symbol X, and the third variable meanSCRPCR shown above the axis denoted by the symbol Y.
  • FIG. 18 shows the correction quantity Correct as a function of the fourth variable OneDivNoS over the axis labeled with the symbol X and the third variable meanSCRPCR over the axis labeled with the symbol Y.
  • An EffLoad load variable is determined, for example, according to the following rule:
  • intermediate sizes for example the fifth variable LoadDiff or the burst factor parameter.
  • this is not necessary in the process. It is also provided that the method is carried out without the formation of intermediate sizes, only the fuzzy control bases having to be adapted accordingly in this case. However, this is easily possible for the person skilled in the art.
  • connection parameters permanent cell rate SCR, peak cell rate PCR and effective bandwidth for all permitted connections are stored in a matrix M.
  • the connection parameters are added according to the arrows and linked to the overall connection parameters with the connection parameters of the ATM connection request AV, the permanent cell rate SCR and the peak cell rate PCR.
  • the effective bandwidth EffBW is determined for the requested ATM connection on the basis of the fuzzy rule base FR.
  • the consideration of the average load measure and the sizes of the second exemplary embodiment described above result from the use of the rules described above and are fed to the overall fuzzy rule base GFR. The result is the effective Last EffLoad.

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Abstract

Anhand einer Fuzzy-Regelbasis (FR), die eine Abbildung von Verbindungsparametern einer ATM-Verbindungsanforderung (AV) auf eine effektive Bandbreite (EffBW) beschreibt, wird für eine ATM-Verbindungsanforderung (AV) überprüft, ob in dem ATM-Netz genug Bandbreite zur Verfügung steht, um die ATM-Verbindungsanforderung zuzulassen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Zugangskontrolle für eine ATM- Verbindungsanforderung in einem ATM-Netz
Eine Verkehrslastregelung in ATM-Netzwerken ist erforderlich, um Überlasten in ATM-Netzwerken zu vermeiden und somit Infor¬ mationsverlust entgegenzuwirken. Die Verkehrslastregelung in ATM-Netzwerken umfaßt zwei große Teilbereiche, die Zugangs- kontrolle (Call-Admission-Control, CAC) und die Regelung der Benutzerkenngrößen (Usage Parameter Control, UPC) .
Ein sogenannter Verkehrsvertrag wird im Rahmen jedes Verbin¬ dungsaufbaus zwischen zwei Teilnehmern in einem ATM-Netzwerk ausgehandelt. Dieser spezifiziert die Charakteristiken des
Datenverkehrs, der über die ATM-Verbindung ablaufen soll. Ein sogenannter Source Traffic Descriptor weist hierbei eine Li¬ ste von Verkehrsparametern auf. Dies können qualitative oder quantitative Beschreibungen von Verkehrsprofilen sein, bei- spielsweise die Spitzenzellrate, die durchschnittliche Zell¬ rate, die Dauer von Verkehrsspitzen, der Typ des Sendegeräts wie beispielsweise Video, Fax, usw.
Da bisher für die zu verwendenden Parameter oft nur Empfeh- lungen, jedoch keinerlei Richtlinien existieren, wie und auf welche Weise Verkehrsprofile eindeutig zu beschreiben sind, sind selbstverständlich weitere Parameter als die oben ge¬ nannten durchaus möglich. Eine Übersicht über mögliche Para¬ meter, die jedoch in keinster Weise als abschließend verstan- den werden sollte, wird im weiteren gegeben. Der Verkehrsver¬ trag setzt sich aus den Verkehrsparametern des Source Traffic Descriptors, der angeforderten Quality of Service (QoS) sowie der Toleranz für Zeilverzögerungsschwankungen (Cell Delay Va¬ riation) zusammen. Das Aushandeln dieses Verkehrsvertrages ist immer am Anfang einer ATM-Verbindung erforderlich. Hier¬ bei sind nicht nur die Wünsche und die Leistungsfähigkeit der Endgeräte ausschlaggebend, sondern auch die Auslastung und der Zustand des ATM-Netzwerks sind zu beachten. Die Entschei¬ dung, ob eine ATM-Verbindung in der gewünschten Weise zustan¬ dekommt, ist Aufgabe der Zugangskontrolle (CAC) .
Es werden bei dem hier vorgestellten Verfahren Methoden der sogenannten Fuzzy Logic zur Durchführung der Zugangskontrolle (CAC) eingesetzt.
Grundlagen über ATM-Netze sind beispielsweise aus dem Doku- ment [1] bekannt.
Aus dem Dokument [2] sind Grundlagen über die Fuzzy Logic be¬ kannt.
Ferner sind verschiedene Verfahren zur Zugriffskontrolle in ATM-Netzen bekannt [3] .
Aus dem Dokument [4] ist es bekannt, Fuzzy Logic im Rahmen von ATM-Netzen einzusetzen, jedoch nicht in dem sehr bedeu- tenden Bereich der Zugangskontrolle.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Zugriffskontrolle anzugeben, welches eine schnelle und genaue Zugangskontrolle mit Hilfe eines Rechners ermöglicht.
Das Problem wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Dabei wird von einem Rechner, mit dem das Verfahren durchge- führt wird, eine ATM-Verbindungsanforderung, die Verbindungs¬ parameter aufweist, die die angeforderte ATM-Verbindung cha¬ rakterisieren, empfangen. Ferner wird die in dem ATM-Netz zur Zeit des Empfangs der ATM-Verbindungsanforderung zur Verfü¬ gung stehende Bandbreite ermittelt. Anhand der Verbindungspa- rameter und anhand einer Fuzzy-Regelbasis, mit der eine Ab¬ bildung der Verbindungsparameter auf eine effektive Bandbrei¬ te beschrieben wird, wird eine effektive Bandbreite für die angeforderte ATM-Verbindung ermittelt. Reicht die zur Verfü¬ gung stehende Bandbreite aus, um die angeforderte ATM- Verbindung mit der ermittelten effektiven Bandbreite für die ATM-Verbindung zu reservieren, so wird die angeforderte ATM- Verbindung zugelassen, sonst wird die ATM- Verbindungsanforderung abgelehnt.
Durch den Einsatz von Expertenwissen, welches sich in der Fuzzy-Regelbasis widerspiegelt, wird eine sehr flexible und genaue Aussage möglich, ob die angeforderte ATM-Verbindung noch in dem ATM-Netz zugelassen werden kann. Dadurch wird auch eine höhere Ausnutzung und eine Reduktion von Zurückwei¬ sungen von sonst bei üblichen zur Verfahrenszugangskontrolle oftmals zurückgewiesenen ATM-Verbindungsanforderungen mög- lieh.
Ferner ist dieses Verfahren im Vergleich mit dem bekannten Verfahren zur Zugangskontrolle sehr robust und transparent, da für jede potentielle ATM-Verbindung die jeweils benötigte effektive Bandbreite ermittelt wird und somit die Grundlage für jede Entscheidung der Zugangskontrolle bildet. Eine Of- fenlegung der berücksichtigten Größen und der verwendeten Re¬ geln, wie das bei Einsatz einer Fuzzy-Regelbasis ohne Proble¬ me möglich ist, macht jede Entscheidung über die Zulassung oder Zurückweisung einer ATM-Verbindungsanforderung nachvoll¬ ziehbar.
Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Ermittlung der in dem ATM-Netz zur Verfügung stehenden Bandbreite ist es vorteil¬ haft, die zur Verfügung stehende Bandbreite aus der Summe al¬ ler reservierten Bandbreiten zugelassener ATM-Verbindungen zu ermitteln. Die Ermittlung der in dem ATM-Netz zur Verfügung stehenden Bandbreite erfolgt bei dieser Weiterbildung durch Differenzbildung der Summe aller reservierten Bandbreiten zu- gelassener ATM-Verbindungen und der maximal verfügbaren Band¬ breite.
Ferner ist es zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit vor- teilhaft, auch die reservierten Bandbreiten der zugelassenen ATM-Verbindungen anhand der Verbindungsparameter der jeweili¬ gen zugelassenen ATM-Verbindung und anhand der Fuzzy- Regelbasis zu ermitteln.
Bei dem Verfahren zur Zugangskontrolle gemäß Patentanspruch 4 wird nach einer empfangenen ATM-Verbindungsanforderung eine mittlere Last in zumindest einem Teil des ATM-Netzes gemes¬ sen, vorzugsweise in dem Teil, der durch die angeforderte ATM-Verbindung angefordert wird. Für jede zu dem Zeitpunkt des Empfangs der ATM-Verbindungsanforderung zugelassene ATM- Verbindung wird die jeweilige effektive Bandbreite anhand der Verbindungsparameter der jeweiligen zugelassenen ATM- Verbindung und anhand der Fuzzy-Regelbasis sowie für die an¬ geforderte ATM-Verbindung die effektive Bandbreite für die angeforderte ATM-Verbindung ermittelt. Aus den Verbindungspa¬ rametern der zugelassenen ATM-Verbindungen und den Verbin¬ dungsparametern der ATM-Verbindungsanforderung werden ferner Gesamt-ATM-Verbindungsparameter ermittelt. Aus der ermittel¬ ten Last und einem Teil der Gesamt-ATM-Verbindungsparameter, die einer Gesamt-Fuzzy-Regelbasis zugeführt werden, die eine Abbildung der Verbindungsparameter auf eine Korrekturgröße beschreibt, wird eine Korrekturgröße ermittelt. Aus der Kor¬ rekturgröße und den Gesamt-ATM-Verbindungsparametern wird ei¬ ne effektive Bandbreite ermittelt, von der abhängig die je- weilige ATM-Verbindunganforderung zugelassen oder abgelehnt wird.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, auch eine gemessene mittlere Last in dem ATM-Netz in der Fuzzy-Regelbasis zu be- rücksichtigen. Dadurch wird die Genauigkeit weiter erhöht, da der reale Zustand des Netzes zu dem Zeitpunkt des Empfangs der ATM-Verbindungsanforderung ermittelt werden kann. In einer Weiterbildung des Verfahrens ist es vorteilhaft, aus den Verbindungsparametern Zwischengroßen zu ermitteln, und diese Zwischengroßen bei der Ermittlung der effektiven Band- breite in der Fuzzy-Regelbasis zu berücksichtigen. Dadurch, daß die Zwischengroßen der Fuzzy-Regelbasis zugeführt werden, können weitere Parameter aus den ATM-Verbindungsparametern ermittelt werden, die eine für die Fuzzy-Regelbasis unter Um¬ standen bedeutende Aussagekraft besitzen, wodurch zum einen die Regeln der Fuzzy-Regelbasis einfacher gestaltet werden können und zum anderen die Durchführung des Verfahrens durch eine geringere Anzahl von Regeln, die teilweise auf Zwischen¬ großen und nicht mehr ausschließlich auf den Verbindungspara¬ metern selbst beruhen, möglich wird.
Für den Fall, daß in den Verbindungsparametern eine angefor¬ derte Dienstgüteklasse enthalten ist, ist es vorteilhaft, für jede Dienstgüteklasse, die von dem ATM-Netz generell zur Ver¬ fugung gestellt wird, jeweils eine eigene, der jeweiligen Dienstguteklasse angepaßte Fuzzy-Regelbasis zu bilden. Aus diesen verschiedenen Fuzzy-Regelbasen wird dann abhangig von der angeforderten Dienstguteklasse die der angeforderten Dienstguteklasse angepaßte Fuzzy-Regelbasis ausgewählt, mit deren Hilfe die effektive Bandbreite für die angeforderte ATM-Verbindung ermittelt wird. Durch diese Weiterbildung wird die Genauigkeit des Verfahrens weiter erhöht, da die verwen¬ deten Fuzzy-Regelbasen genauer auf die einzelnen Anforderun¬ gen der ATM-Verbindungen der jeweiligen Dienstguteklasse an¬ gepaßt werden können.
Ferner ist es zur schnelleren Durchführbarkeit des Verfahrens vorteilhaft, für zumindest einen Teil der zugelassenen ATM- Verbindungen die effektive Bandbreite zu Beginn des Verfah¬ rens zu ermitteln, um somit frei zur Verfugung stehende Zeit vor der eigentlichen Ermittlung der effektiven Bandbreite für die ATM-Verbindungsanforderung zu nutzen, um im Verfahren be¬ notigte Berechnungen durchzuführen, wodurch eine Beschleuni- gung der Durchführung des eigentlichen Verfahrens erreicht wird.
Durch die Anordnung gemäß Patentanspruch 10 wird eine Zu- gangskontrolle für eine ATM-Verbindungsanforderung erstmals unter Verwendung einer Fuzzy-Regelbasis möglich, wodurch eine ATM-Zugangskontrolle ermöglicht wird, deren Vorteile oben be¬ schrieben wurden.
Ein Ausführungsbeispiel ist in den Figuren dargestellt und wird im weiteren näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 ein Blockdiagramm, in dem zwei ATM-Vermittlungs einheiten dargestellt sind, in denen eine Zugangskontrolle durchgeführt wird; Figur 2 eine Skizze, in der der prinzipielle Ablauf der Zugangskontrolle dargestellt ist; Figur 3 eine Skizze, in der das Prinzip eines Fuzzy-Reglers dargestellt ist; Figur 4 ein Blockdiagramm, in dem der prinzipielle Aufbau der Anordnung zur Zugangskontrolle dargestellt ist; Figur 5 ein Diagramm, in dem der Burstfaktorparameter in Form einer linguistischen Variable dargestellt ist;
Figur 6 ein Diagramm, in dem eine erste Variable MBS in
Form einer linguistischen Variable dargestellt ist; Figur 7 ein Diagramm, in dem eine zweite Variable Ratio in Form einer linguistischen Variable dargestellt ist; Figur 8 ein Diagramm, in dem die ermittelte effektive
Bandbreite einer ATM-Verbindung in Abhängigkeit von der Dauerzellrate und der ersten Variable dargestellt ist; Figur 9 ein Ablaufdiagramm, in dem das Verfahren gemäß Patenanspruch 1 in seinen Verfahrensschritten dargestellt ist; Figur 10 ein Ablaufdiagramm, in dem das Verfahren gemäß Patenanspruch 3 in seinen Verfahrensschritten dargestellt ist; Figur 11 eine Skizze, in der eine Vielzahl für Dienstgüte¬ klassen spezifische Fuzzy-Regelbasen und deren Zusammenwirken zur Ermittlung der effektiven
Bandbreite für eine ATM-Verbindung dargestellt ist; Figur 12 ein Blockdiagramm, in dem der prinzipielle Ablauf der Zugangskontrolle des zweiten Ausführungsbei- spiels dargestellt ist; Figur 13 ein Diagramm, in dem eine dritte Variable meanSCRPCR in Form einer linguistischen Variable dargestellt ist; Figur 14 ein Diagramm, in dem eine vierte Variable
OneDivNoS in Form einer linguistischen Variable dargestellt ist;
Figur 15 ein Diagramm, in dem eine fünfte Variable
LoadDiff in Form einer linguistischen Variable dargestellt ist; Figur 16 ein Diagramm, in dem die Korrekturgröße Correct in Form einer linguistischen Variable dargestellt ist; Figur 17 ein Diagramm, in dem die ermittelte Korrekturgröße Correct einer ATM-Verbindung in Abhängigkeit von der fünften Variable LoadDiff und der dritten Variable meanSCRPCR dargestellt ist;
Figur 18 ein Diagramm, in dem die ermittelte Korrekturgröße Correct einer ATM-Verbindung in Abhängigkeit von der vierten Variable OneDivNoS und der dritten Variable meanSCRPCR dargestellt ist; Figur 19 ein Diagramm, in dem die ermittelte effektive Band¬ breite einer ATM-Verbindung in Abhängigkeit von der mittleren Last und der Gesamt-Dauerzellrate SumSCR dargestellt ist; Figur 20 eine Skizze, in der der Datenfluß bei der Weiter- bildung des Verfahrens, bei der sowohl die Fuzzy-
Regelbasis als auch die Gesamt-Fuzzy-Regelbasis verwendet wird, dargestellt wird. In Fig. 1 ist eine ATM-Verbindung V zwischen einem Sender S und einem Emfpänger E dargestellt, der allgemein über mehrere Knoten, in diesem Beispielsfall über zwei ATM- Vermittlungseinheiten A, B geführt wird. In einem allgemeinen komplexen ATM-Netz, in dem jeder Knoten mit einem anderen Knoten, die im weiteren als ATM-Vermittlungseinheiten A, B bezeichnet werden, verbunden sein kann, kann die Lastsituati¬ on in jeder ATM-Vermittlungseinheit A, B sehr unterschiedlich sein. Soll eine ATM-Verbindung V von dem Sender S nach dem
Empfänger E über eine erste ATM-Vermittlungseinheit A und ei¬ ne zweite ATM-Vermittlungseinheit B geführt werden, so kann es sein, daß auf einem Streckenabschitt hinter der ersten ATM-Vermittlungseinheit A noch genügend Kapazität, d. h. Bandbreite für diese ATM-Verbindung V zur Verfügung steht, auf einem Streckenabschitt hinter der zweiten ATM- Vermittlungseinheit B jedoch durch eine Annahme der ATM- Verbindungsanforderung AV und somit der ATM-Verbindung V überlastet werden würde. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wie durch eine Anordnung zur Zugriffskontrolle CAC angedeu¬ tet, in jeder ATM-Vermittlungseinheit A, B isoliert die Ent¬ scheidung zu treffen, ob eine ATM-Verbindungsanforderung AV und somit die ATM-Verbindung V noch angenommen und somit zu¬ gelassen werden kann, oder ob die Annahme der ATM- Verbindungsanforderung AV verweigert wird. Somit ist es vor¬ teilhaft, sowohl die Anordnung zur Zugangskontrolle CAC als auch das Verfahren zur Zugangskontrolle CAC in jeder ATM- Vermittlungseinheit A, B zu integrieren.
In Fig. 2 ist der prinzipielle Ablauf einer ATM- Zugangskontrolle CAC skizziert. Die ATM- Verbindungsanforderung AV wird an eine ATM-Vermittlungeinheit VE, z. B. der ersten ATM-Vermittlungeinheit A oder der zwei¬ ten ATM-Vermittlungeinheit B, beispielsweise von dem Sender S oder einer weiteren ATM-Vermittlungseinheit gesendet. Von der Vermittlungseinheit VE wird die ATM- Verbindungsanforderung AV empfangen und Verbindungsparameter, die die ATM- Verbindungsanforderung AV aufweist und die die angeforderte ATM-Verbindung V charakterisieren, werden von der Anordnung zur Zugangskontrolle CAC ausgewertet. Dabei wird überprüft, ob der aktuelle Zustand, d. h. die aktuell reservierte Band- breite für schon zugelassene ATM-Verbindungen V, von der ab¬ solut verfügbaren Bandbreite, die im weiteren als zur Verfü¬ gung stehende Bandbreite bezeichnet wird, noch ausreichend ist, um genügend Bandbreite für die angeforderte ATM- Verbindung zu gewährleisten. Ist dies der Fall, so wird die angeforderte ATM-Verbindung akzeptiert, d. h. zugelassen oder, falls mehrere ATM-Vermittlungseinheiten A, B bei der ATM-Verbindung V zusammenwirken, die ATM- Verbindungsanforderung AV an die weiteren ATM- Vermittlungseinheiten A, B, die in der virtuellen, angefor- derten ATM-Verbindung V mitwirken, weitergesendet. In den weiteren ATM-Vermittlungseinheiten A, B wird vorteilhafter¬ weise wiederum eine Zugangskontrolle CAC durchgeführt und für den Fall, daß alle ATM-Vermittlungseinheiten A, B, die in der angeforderten ATM-Verbindung enthalten sind, ausreichend Bandbreite zur Verfügung haben, wird die ATM-Verbindung V zu¬ gelassen und nach Durchführung eines üblichen ATM- Verbindungsaufbauprotokolls durchgeschaltet.
Verbindungsparameter
Im weiteren wird eine nicht abschließende Übersicht über mög¬ liche Verbindungsparameter gegeben, die die ATM- Verbindungsanforderung AV aufweisen kann und die einen ATM- Zellstrom charakterisieren. Da noch keine endgültige Richtli- nie für die zu verwendenden Verbindungsparameter existiert, sondern lediglich Empfehlungen der ITU-T, kann die folgende Übersicht nur einen nicht abschließenden Charakter haben. Weitere Verbindungsparameter, die in diesem Dokument nicht aufgezählt werden, sind dem Fachmann bekannt und können ohne weiteres im Rahmen des Verfahrens berücksichtigt werden.
Bandbreite W Die Bandbreite W gibt an, wieviel Information im Höchstfall auf einer physikalischen Leitung pro Zeiteinheit transpor- tiert werden kann. Die Einheit ist üblicherweise
Sekunde, im Rahmen von ATM-Netzwerken wäre es aber auch sinnvoll, die
. ^ „ • Zellen Bandbreite W in
Sekunde anzugeben. Die Bandbreite W stellt die absolute physikalische Obergrenze für Übertragungsraten
Zellen dar. Die in
Sekunde angegebene Bandbreite W wird im weiteren als eine Leitungskapazität KL bezeichnet.
Dauerzellrate SCR
Unter der Dauerzellrate SCR ist im weiteren ein Maß für die durchschnittliche Übertragungsmenge während einer ATM- Verbindung zu verstehen. Dieses Maß kann auf mehrere Weisen definiert werden, die jedoch im Grunde äquivalent sind. Die durchschnittliche Zellrate SCR ist bisher noch nicht einheit¬ lich genormt.
Im Folgenden werden zwei Möglichkeiten zur Ermittlung der Dauerzellrate SCR gegeben. Die erste Möglichkeit besteht dar¬ in, daß sich die Dauerzellrate SCR ergibt aus dem Kehrwert der Summe von Durchschnitts-Zwischenankunftszeiten Tg^ zwi- sehen jeweils zwei Grundereignissen. Diese Zeiten werden am Quellausgang gemessen, da im ATM-Netzwerk selbst durch Multi- plexing- und Vermittlungsvorgänge sich diese Durchschnitts- Zwischenankunftszeiten Tsi verändern können und keinen Rück¬ schluß auf die Quelle selbst mehr zulassen. Daraus ergibt sich für die erste Möglichkeit zur Ermittlung der durch¬ schnittlichen Zellrate:
SCR = = (i:
I n n 1∑=0r31 Hierbei bezeichnet i einen Laufindex und n eine Anzahl von berücksichtigten Durchschnitts-Zwischenankunftszeiten Tsi-
Eine zweite Möglichkeit zur Ermittlung der Dauerzellrate SCR liegt darin, das Verhältnis der tatsächlich gesendeten ATM- Zellen zur gesamten Zeitdauer der ATM-Verbindung zu bilden. Damit ergibt sich für die Dauerzellrate SCR in diesem Fall:
NB SCR = (2) .
-V
Hierbei gibt NB eine Anzahl von ATM-Zellen an, die während einer ATM-Verbindung das Netzwerk „betreten" und ty gibt die Zeitdauer der ATM-Verbindung V an.
Die obere Grenze der Dauerzellrate SCR stellt die Bandbreite W des Übertragungsmediums dar.
Spitzenzellrate PCR
Die Spitzenzellrate PCR (Peak Cell Rate) einer ATM-Verbindung wird als der Kehrwert der minimalen Ankunftszeit Tmj_n zwi¬ schen zwei aufeinanderfolgenden Grundereignissen definiert. Dabei ist ein Grundereignis eine Anforderung, eine ATM- Protokolldateneinheit in dem äquivalenten Terminal zu senden.
Es wird der zeitliche Abstand zweier ATM-Zellen betrachtet, also die Zeit zwischen dem ersten Bit einer ersten ATM-Zelle und dem ersten Bit der zeitlich nächsten ATM-Zelle. Der Be- trachtungspunkt liegt in oder an der Quelle, da durch das
Multiplexen mit mehreren ATM-Strömen der zu betrachtende Wert verfälscht werden könnte. Die Spitzenzellrate PCR gibt somit direkt den minimalen Abstand zweier ATM-Zellen an, der wäh¬ rend einer ATM-Verbindung am Quellausgang auftritt. Die Spit- zenzellrate PCR ergibt sich aus: PCR = 131
Lmιn
wobei mit Tmιn die Mindestdauer der Emission zweier ATM- Zellen am Quellausgang bezeichnet wird.
Burstiness BU
Die Burstiness BU gibt Auskunft darüber, wie stark die Schwankungen im Übertragungsbild eines ATM-Zellstromes sind und wie schnell diese Schwankungen aufeinander folgen.
Damit ist die Burstiness BU ein Maß dafür, wie häufig sich in einem ATM-Zellstrom innerhalb eines festen Zeitintervalles Burst-Phasen und Inter-Burst-Phasen abwechseln. Hierbei ist eine Burst-Phase so zu verstehen, daß sie zu dem Zeitpunkt beginnt, zu dem ein ATM-Zellstrom die durchschnittliche Zell¬ rate überschreitet und zu dem Zeitpunkt endet, zu dem die tatsächliche ATM-Zellrate wieder auf bzw. unter die durch¬ schnittliche Zellrate SCR sinkt. Alle anderen Zeiträume wer- den als Inter-Burst-Phase bezeichnet. Alternative Begriffsde¬ finitionen der Burstiness BU sind dem Fachmann bekannt und können ohne weiteres in dem erfindungsgemaßen Verfahren be¬ rücksichtigt werden. Eine weitere Begriffsdefinition liegt beispielsweise darin, daß eine Burstphase nur der Zeitab- schnitt ist, in dem eine Quelle mit der Spitzenzellrate PCR sendet .
Somit ergibt sich eine Möglichkeit zur Definition der Bursti¬ ness BU als Verhältnis der Spitzenzellrate PCR zu der durch- schnittlichen Zellrate SCR, also zu:
BU pCR (4 ) .
= SCR
Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Burstinnes BU liegt in der Berücksichtigung der durchschnittlichen Burst- länge . In einer dritten Alternative zur Bestimmung der Burstiness BU wird eine mittlere Burst-Länge MBL ermittelt. Die Burstiness BU läßt sich in dieser Variante aus der Spitzenzellrate PCR sowie einer mittleren Bedienrate MBR des verwendeten Puffers und der mittleren Burst-Länge MBL ermitteln. Somit ergibt sich bei dieser Begriffsdefinition die Burstiness BU zu:
BU = (PCR - MBR) • MBL (5) .
Effektive Bitrate Reff
Die effektive Bitrate Reff ist definiert als ein Anteil der Spitzenzellrate PCR, und zwar auf folgende Weise:
Reff ~ PCR ' a <6) •
Hierbei bezeichnet a eine Konstante, die durch Verkehrscha- rakteristika bestimmt wird. Ziel ist es, durch den Wert der effektiven Bitrate Reff anzugeben, wie hoch der tatsächliche
Bedarf an Bandbreite W auf dem physikalischen Medium für eine ATM-Verbindung ist. Somit hätte man zum Beispiel einen An¬ haltspunkt, wieviele Verbindungen auf einer physikalischen Leitung Platz finden.
Zellverlustrate CLR
Die Zellverlustrate CLR (Cell Loss Ratio) gibt an, wieviele ATM-Zellen bei einer ATM-Verbindung verlorengegangen sind, bzw. im Sinne des Verkehrsvertrages maximal verlorengehen dürfen. Die Zellverlustrate CLR ist definiert als das Ver¬ hältnis verlorengegangener ATM-Zellen zu den gesendeten ATM- Zellen, es ergibt sich für die Zellverlustrate CLR:
VZ
CLR (7; = SZ wobei mit VZ eine Anzahl verlorengegangener ATM-Zellen be¬ zeichnet wird und mit SZ eine Anzahl gesendeter ATM-Zellen bezeichnet wird.
Zellfehlerrate CER
Mit der Zellfehlerrate CER wird der Anteil fehlerhaft über¬ tragener ATM-Zellen EC einer ATM-Verbindung V bezeichnet. Die Zellfehlerrate CER ergibt sich nach der Vorschrift:
EC
CER (8) ,
= GC
wobei mit GC die gesamte Anzahl übertragener ATM-Zellen der ATM-Verbindung V beschrieben wird.
Rate schwer fehlerhafter ATM-Zellblöcke SEC
Ein ATM-Zellblock wird als ein schwer fehlerhafter ATM- Zellblock SE bezeichnet, wenn eine vorgebbare Anzahl M von ATM-Zellen von N hintereinander übertragenen ATM-Zellen ver¬ lorengehen oder fehlerbehaftet sind. Die Rate schwer fehler¬ hafter ATM-Zellblöcke SEC ergibt sich nach folgender Vor¬ schrift:
SE SEC — (9) .
= GC
Zellverzögerungszeit CD
Die Zellverzögerungszeit CD (Cell Delay) gibt an, wie lange eine ATM-Zelle nach dem „Betreten" des ATM-Netzes an der
Quelle bis zur Senke benötigt. Die Zellverzögerungszeit CD setzt sich zusammen aus verschiednen Verzögerungen, die wäh¬ rend der Vermittlung auftreten, beispielsweise Wartezeiten etc., und aus Ubertragungszeiten über die Leitungen.
Cell Delay Variation CDV Aufgrund des stattfindenden Multiplexens mehrerer ATM- Zellströme auf einer Leitung kann es in den ATM-Zellströmen immer wieder zu Verzögerungen der ATM-Zellübertragung kommen, Die Cell Delay Variation CDV bezeichnet das Ausmaß der Schwankung der Zeitspanne zwischen dem Eintreffen zweier ATM- Zellen einer bestimmten Verbindung. Diese Schwankungen sind z. B. begründet durch verschiedenen Wartezeiten für die Atm- Zellen in den Vermittlungsknoten.
Maximum Burst Size MBS
Die Maximim Burst Size MBS, also die maximale Größe eines Bursts, stellt die maximale Anzahl an ATM-Zellen dar, die auf einmal bei der Spitzenzellrate PCR gesendet werden darf.
Burst Toleranz BT
Die Burst Toleranz trifft eine Aussage über den Zeitrahmen, in dem Abweichung von der durchschnittlichen Zellrate SCR er¬ laubt sind. Wenn eine Burst-Phase maximaler Größe (also mit einer Anzahl von ATM-Zellen der Maximum Burst Size) bei Spit¬ zenzellrate PCR gesendet wird und die ATM-Verbindung mit ei¬ ner durchschnittlichen Zellrate SCR vereinbart wurde, so muß ein bestimmter Zeitraum abgewartet werden, bis ein weiterer
Burst maximaler Größe bei Spitzenzellrate PCR gesendet werden darf, um die vereinbarte durchschnittliche Zellrate SCR nicht zu überschreiten. Die Burst Toleranz BT ergibt sich auf fol¬ gende Weise:
BT (MBS - 1) • + (10)
SCR PCR
Burst-Faktor BF
Als Burst-Faktor BF wird das Verhältnis zwischen der Spitzen¬ zellrate PCR und der Dauerzellrate SCR bezeichnet. Der Burst- Faktor BF ergibt sich nach folgender Vorschrift: PCR
BF ( 11 ) .
= SCR
Weitere Möglichkeiten von Verbindungsparametern sind dem Fachmann geläufig und können ohne weiteres in dem erfindungs¬ gemäßen Verfahren eingesetzt werden.
Zur einfacheren Darstellung des erfmdungsgemaßen Verfahrens wird im weiteren Ausfuhrungsbeispiel nur eine kleine Auswahl der im vorigen vorgestellten möglichen Verbmdungsparameter- berucksichtigt. Die Vernachlässigung einiger Verbindungspara¬ meter schrankt jedoch die allgemeine Verwendbarkeit anderer Verbindungsparameter in keinster Weise ein.
In Fig. 3 ist das allgemeine Prinzip eines Fuzzy-Reglers dar¬ gestellt. Dabei wird von einem zu steuernden Prozeß P ausge¬ gangen, der eine Regelgroße RG liefert, die dem Fuzzy-Regler FC zugeführt wird. Ferner wird dem Fuzzy-Regler FC ein Soll¬ wert SW zugeführt. Die Regelgroße RG wird in dem Fuzzy-Regler FC fuzzifiziert FF, einer Inferenzmaschme IM zugeführt, in der Regeln einer Fuzzy-Regelbasis FR unter Verwendung der fuzziflzierten Regelgroße RG ausgewertet werden, und ein sich aus den Regeln der Fuzzy-Regelbasis FR ergebender fuzzifi- zierter Ausgangswert wird defuzziflziert DF und als Stellgro- ße SG dem Prozeß P zugeführt. Mit der Steuergroße SG werden Störungen ST, denen der Prozeß P unterliegt, ausgeglichen.
Bei der Fuzziflzierung FF werden die Regelungsgroßen RG, die dem Fuzzy-Regler FC zugeführt werden, zunächst auf einen lin- guistischen Wert der Skala abgebildet. Die Fuzzy-Regelbasis
FR besteht allgemein aus einer endlichen Menge linguistischer Regeln der Form:
If (Menge von Bedingungen) Then (Menge von Konsequenzen)
Diese Regeln lassen auch mit Hilfe von Implikationen be¬ schreiben: Seien u, v zwei linguistische Variablen, α, ß deren Terme und sei folgende Regel gegeben:
If p Then q
mit p: u = α und q : v = ß
dann lautet die entsprechende Implikation (u = α) -> (v = ß) .
In der Inferenzmaschine IM wird mit Hilfe der Fuzzy- Regelbasis FR aus den fuzzifizierten Regelungsgrößen RG die unscharfe Stellgröße SG berechnet. Zwei übliche Methoden, die Regeln der Fuzzy-Regelbasis FR miteinander zu verknüpfen, sind die sogenannten Maximum-Minimum-Methode und die Maximum- Produkt-Methode. Sei k die Anzahl die Regeln der Fuzzy- Regelbasis FR, die auf eine unscharfe Menge b wirken und αl ... ' αk Erfülltheitsgrade der Regeln zu einem gegebenen
Meßgrößentupel . Dann ergeben sich die Zugehörigkeitsfunktio- nen μmaχmin(x) und l%axprot(x) mit x e X, wobei mit X ein Universum der Variablen beschrieben wird zu:
^maxmin^) = πcin{max{α]_ , ••■ , αj.},μ(x)} Umax prodO) = μ(x) • max{αι, ••■ , αk}
Bei der Defuzzifizierung DF werden aus den unscharfen Größen, die von der Inferenzmaschine IM geliefert werden, die scharfe Stellgröße SG für die Regelung des Prozesses P ermittelt. Diese Ermittlung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Dazu sind verschiedene Vorgehensweisen bekannt, beispielswei- se die sogenannte Max-Methode, die sogenannte Links-Max- Methode oder auch die sogenannte Rechts-Max-Methode, die Mit¬ telwert-Max-Methode oder die sogenannte Centeroiden-Methode.
In den Ausführungsbeispielen wurde zur Defuzzifizierung DF die Centeroiden-Methode eingesetzt. Jedoch können alle ande- ren DefuzziflZierungs-Methoden ohne weiteres in dem erfin- dungsgemaßen Verfahren verwendet werden.
Die Anordnung zur Zugangskontrolle CAC ist in einem Blockdia- gramm skizziert. In diesem Blockdiagramm sind durch an den Ecken abgerundete Rechtecke Variablen, durch Dreiecke Re¬ chenoperationen und durch einen Kreis die Fuzzy-Regelbasis FR symbolisiert (vgl. Fig. 4) .
In diesem Ausfuhrungsbeispiel werden nur die Dauerzellrate
SCR sowie die Spitzenzellrate PCR als Verbindungsparameter in den entsprechenden Variablen berücksichtigt. Die weiteren, oben beschriebenen Verbindungsparameter, die ebenfalls be¬ rücksichtigt werden können, wurden in diesem Auεfuhrungbei- spiel zur besseren Darstellbarkeit des Verfahrens nicht be¬ rücksichtigt. Dies schrankt jedoch die allgemeine Verwendbar¬ keit aller weiteren, z. B. der oben beschriebenen Verbin¬ dungsparameter m kemster Weise ein.
In einer ersten Prozedur SCRdivPCR wird eine Burst-Faktor- Variable mSCRPCR gebildet.
Da für alle ATM-Verbindungen V gelten muß: SCRy < PCRy und somit PCRy/SCRy > 1, wird der Kehrwert des Burst-Faktors BF verwendet, um diesen Wert m das Intervall [0,1] zu projezieren. Allgemein werden sowohl die Spitzenzellrate PCR als auch die Dauerzellrate SCR auf einen Wert zwischen 0 und 1 normiert, beispielsweise durch Division der Spitzenzellrate PCR bzw. der Dauerzellrate SCR durch die Leitungskapazitat KL.
Die Burst-Faktor-Variable mSCRPCR ist eine linguistische Va¬ riable. Eine Termmenge A(mSCRPCR) ist beispielsweise gegeben durch:
A(mSCRPCR) = {low, med, high} = = {low, MED, high}. Eine Grundmenge X (mSCRPCR) der Burstfaktorvariable mSCRPCR ist beispielsweise gegeben durch:
X (mSCRPCR ) = {χ e <R | 0 < x < 1? : i2 :
Die Zugehörigkeitsfunktionen für die Burstfaktorvariable mSCRPCR sind in Figur 5 dargestellt. Die Zugehörigkeitsfunk¬ tionen für die einzelnen Bereiche der Termmenge sind bei- spielsweise durch folgende Funktion gegeben:
μlow (mSCRPCR ,x) = g(x, 0, 0.07, 0, 0.3) μMED(mSCRPCR, x) = f(x, 0.3, 0.07, 1) (13) . μhigh(raSCRPCR'x) = f(x,l,0.3,l)
Die einzelnen Trapezoidfunktionen sind allgemein gegeben durch g(x, XQ, xι> an, al) entsprechend
x - a0 für a < x < XQ xo - - a0 0
1 für XQ ≤ X ≤ Xl
, XQ , xi , ao / ai > = al - X für < x < ai aι - - X !
0 sonst
(14;
Es sind a± mit i=0, 1 die rechte bzw. linke Ecke der Trape- zoidfunktion g(x, xn, xj/ an./ a]_) und Xj_ mit i=0, 1 ist die rechte bzw. linke Breite des monotonen Teils der Trapezoids- funktion g(x, X Q , X \ , an, a]_) .
Ferner wird eine Triangularfunktion f(x, XQ, aQ, a^) verwen¬ det, die sich allgemein ergibt aus x - a0 a < x < XQ x0 - a0 ' für 0 1 : für x = x0 f( :, x0 , a0, &ι (15) a^ - x
XQ < X < ai ai - XQ. für 0 : sonst
Es sind ai mit i=0,l die rechte bzw. linke Ecke der Triangu¬ larfunktion f (x, XQ, aQ/ ^i) und XQ ist der Mittelpunkt der Triangularfunktion f(x, XQ, aQ, ai) .
Ferner wird eine erste Variable MBS aus dem jeweiligen Wert des Maximum Burst Size (MBS) ermittelt. Die erste Variable MBS ist eine linguistische Variable, deren Termmenge sich beispielsweise ergibt aus:
A(MBS)= {very low, low, med, high, very high} = {VL, low, MED, high, VH} .
Eine Grundmenge X(MBS) der ersten Variable MBS ist beispiels¬ weise gegeben durch:
X(MBS) ={x e 9t|0 < x < l} 16) .
Die Zugehörigkeitsfunktionen für die erste Variable MBS sind in Figur 6 dargestellt. Die einzelnen Zugehörigkeitsfunktio¬ nen für die einzelnen Bereiche der Termmenge sind beispiels¬ weise durch folgende Funktion gegeben:
μVL(MBS,x) = f(x, 0, 0, 0.005) μlow(MBS,x) = f(x, 0.005, 0, 0.025) HMEDCMBS' x) = f(x' °- 025' °-005, 0.075) (17) . μhigh(MBS,x) = f(x, 0.075, 0.025, 0.25) μyH(MBS,x) = g(x, 0.2, 1, 0.075, 1)
Die Burstfaktorvariable mSCRPCR und die erste Variable MBS werden als Eingangsgrößen der Fuzzy-Regelbasis FR zugeführt. Fuzzy-Regelbasis FR
In der Fuzzy-Regelbasis FR wird in diesem Spezialfall in Ab- hängigkeit der Eingangsgrößen eine zweite Variable Ratio er¬ mittelt.
Die Regeln der Fuzzy-Regelbasis FR sind in der folgenden Ta¬ belle angegeben:
Figure imgf000023_0001
Alle Regeln gehen mit einer Gewichtung von 100 % in den Ent- scheidungsprozeß mit ein.
Die zweite Variable Ratio ist eine linguistische Variable, deren Termmenge sich beispielsweise ergibt aus:
A(Ratio)= {very low, low, med, high, very high} = = {VL, low, MED, high, VH} .
Eine Grundmenge X (Ratio) der zweiten Variable Ratio ist bei¬ spielsweise gegeben durch:
X(Ratio) ={x e 5R|0 < x < l} (is;
Die Zugehörigkeitsfunktionen für die zweite Variable Ratio sind in Figur 7 dargestellt. Die einzelnen Zugehörigkeits¬ funktionen für die einzelnen Bereiche der Termmenge sind bei¬ spielsweise durch folgende Funktion gegeben: μyL(Ratιo,x) = f(x, 0, 0, 0.025) μlow (Ratio, x) = f(x, 0.25, 0, 0.5) μMED(Ratio, x) = f(x,0.5,0.25,0.75) (19) .
^high (Ratio, x) = f(x, 0.75, 0.5, 1) μVH (Ratio, x) = f(x, 1, 0.75, 1)
Aus der zweiten Variable Ratio wird in der Prozedur Set_EffBW die effektive Bandbreite EffBW ermittelt. Dies erfolgt durch Denormierung, beispielsweise also durch Multiplikation mit der Leitungskapazitat KL.
In dem Verfahren wird ferner die zur Verfügung stehende Band¬ breite ermittelt, und abhangig von der zur Verfugung stehen- den Bandbreite in dem ATM-Netz eine vorgebbare Schranke er¬ mittelt, die sich ergibt aus mindestens der zur Verfugung stehenden Bandbreite. Die vorgebbare Schranke kann, muß je¬ doch nicht der zur Verfugung stehenden Bandbreite entspre¬ chen. Ist die effektive Bandbreite EffBW großer als die vor- gebbare Schranke, so wird von der angeforderten ATM-
Verbindung V mehr Bandbreite benotigt, als zu diesem Zeit¬ punkt m der ATM-Vermittlungseinheit VE zur Verfugung steht. Aus diesem Grunde wird in diesem Fall die angeforderte ATM- Verbmdung V nicht zugelassen. Ist jedoch die effektive Band- breite EffBW nicht größer als die Schranke, so steht der ATM- Vermittlungseinheit VE genügend Bandbreite zur Verfugung und die angeforderte ATM-Verbindung wird zugelassen.
In Fig. 8 ist beispielhaft die effektive Bandbreite EffBW ab- hangig von der ersten Variable MBS sowie der Dauerzellrate SCR dargestellt. Dabei ist die erste Variable MBS über der mit dem Symbol X bezeichneten Achse, die Dauerzellrate SCR über der mit dem Symbol Y bezeichneten Achse und die effekti¬ ve Bandbreite EffBW über mit dem Symbol Z bezeichneten Achse aufgetragen.
Es wird bei dem Verfahren die ATM-Verbindungsanforderung AV mit einer beliebigen Anzahl von Verbindungsparametern, die die angeforderte ATM-Verbindung charakterisieren, von der im weiteren beschriebenen Anordnung zur Zugangskontrolle empfan¬ gen 901 (vgl. Figur 9) . Ferner wird die in dem ATM-Netz zur Verfügung stehende Bandbreite ermittelt 902.
Anhand der Verbindungsparameter und anhand der Fuzzy- Regelbasis FR wird die effektive Bandbreite EffBW für die an¬ geforderte ATM-Verbindung ermittelt 903. Ferner wird über¬ prüft 904, ob die effektive Bandbreite EffBW größer ist als eine vorgebbare Schranke, die sich aus mindestens der zur Verfügung stehenden effektiven Banddbreite ergibt. Ist die effektive Bandbreite EffBW größer als die vorgebbare Schran¬ ke, so steht nicht genügend Bandbreite in dem ATM-Netz aktu¬ ell zur Verfügung und die angeforderte ATM-Verbindung wird nicht zugelassen 905. Liegt die effektive Bandbreite EffBW nicht über der Schranke, so wird die angeforderte ATM- Verbindung zugelassen 906.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 10 in seinen Verfahrensschritten dargestellt ist, wird die ATM- Verbindungsanforderung AV mit den Verbindungsparametern emp¬ fangen 901.
Ferner wird eine mittlere Last measure in mindestens einem Teil des ATM-Netzes gemessen 1001. Unter einer mittleren Last ist in diesem Zusammenhang beispielsweise die mittlere Last in den von der angeforderten ATM-Verbindung voraussichtlich für die ATM-Verbindung V in Anspuch genommenen Verbindungsab¬ schnitten zu verstehen.
Für das Verfahren ist es nicht von Bedeutung, wie die mittle¬ re Last measure ermittelt wird. Eine einfache Möglichkeit zur Ermittlung der mittleren Last measure besteht jedoch darin, ein zeitliches Meßintervall festzulegen, in dem die Anzahl belegter ATM-Zellen gemessen wird. Das Verhältnis zwischen belegten ATM-Zellen und insgesamt gesendeten ATM-Zellen er¬ gibt für diese einfache Möglichkeit die mittlere Last measu- re. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der mittleren Last measure besteht beispielsweise darin, eine beliebige An¬ zahl h zeitlicher Meßintervalle mit einer Lange von I ATM- Zellen zur t-ten Meßperiode zu einer mittleren Auslastung At zusammenzufassen. Mit t ist eine beliebige natürliche Zahl bezeichnet. Die mittlere Auslastung At ergibt sich in diesem Fall aus dem Verhältnis der belegten ATM-Zellen zu den gesen¬ deten ATM-Zellen. Für jeden weiteren Zeitschritt werden aus¬ gehend von einem ersten Lastwert, der als Startwert der Ge- samt-Dauerzellrate SumSCR zu der t-ten Meßperiode, ent¬ spricht, iterativ beispielsweise nach dem folgenden Algorith¬ mus ermittelt. Hierbei mit t+1 jeweils der nächste Interati- onsschritt bezeichnet.
Mit α wird die Zuverlässigkeit, die in die Messungen gelegt werden soll, beschrieben. Die Variable α ist eine Zahl zwi¬ schen 0 und 1 und ein Wert gleich 0 für die Variable α bedeu¬ tet, daß kein "Vertrauen" in die Messungen existiert. Wird in einer Meßperiode t=t1 eine ATM-Verbindung V zugelassen, d. h. angenommen, oder beendet, so muß die Last Ltι+ι neu auf einen für diese Meßperiode neu zu ermittelnde Gesamt-Dauerzellrate SumSCR gesetzt werden. Für jede ATM-Verbindung V und für die angeforderte ATM-Verbindung AV werden anhand der jeweiligen Verbindungsparameter und anhand der Fuzzy-Regelbasis FR die effektive Bandbreite EffBW für die angeforderte ATM- Verbindung und die schon zugelassenen ATM-Verbindungen ermit¬ telt 1002.
Ferner werden aus den Verbindungsparametern der zugelassenen ATM-Verbindungen V und den Verbindungsparametern der ATM- Verbindungsanforderung AV im weiteren beschriebene Gesamt- ATM-Verbindungsparameter ermittelt 1003.
Anhand mindestens eines Teils der Gesamt-ATM- Verbindungsparameter, der mittleren Last und einer Gesamt-
Fuzzy-Regelbasis GFR, mit der eine Abbildung der Verbindungs- Parameter auf eine Korrekturgröße Correct beschrieben wird, wird die Korrekturgröße Correct ermittelt 1004.
Aus mindestens einem Teil der Gesamt-ATM-Verbindungsparameter und der Korrekturgröße Correct wird die effektive Bandbreite EffBW ermittelt 1005. Wiederum wird ein Vergleich der auf diese Weise ermittelten effektiven Bandbreite EffBW mit einer vorgebbaren zweiten Schranke durchgeführt 1006 und die ange¬ forderte ATM-Verbindung wird nicht zugelassen, wenn die ef- fektive Bandbreite EffBW größer ist als die zweite Schranke 1007. Ist die effektive Bandbreite EffBW jedoch nicht größer als die zweite Schranke, so wird die angeforderte ATM- Verbindung zugelassen 1008.
In einer Weiterbildung des Verfahrens des ersten Ausführungs- beispiels ist es vorgesehen, daß die zur Verfügung stehende Bandbreite aus der Summe aller reservierten Bandbreiten schon zu dem Zeitpunkt zugelassener ATM-Verbindungen V in dem ATM- Netz oder auch aller zugelassenen ATM-Verbindungen V in dem Teil, der von der angeforderten ATM-Verbindung benötigt wird, ermittelt wird.
Ferner ist es in einer Weiterbildung vorgesehen, daß minde¬ stens eine der reservierten Bandbreiten der zugelassenen ATM- Verbindungen V unter Verwendung der Fuzzy-Regelbasis FR an¬ hand der Verbindungsparameter der jeweilig zugelassenen ATM- Verbindung ermittelt wird.
In Fig. 11 ist eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens, die für beide Ausfuhrungsbeispiele eingesetzt werden kann, darge¬ stellt.
Dabei wird die ATM-Verbindungsanforderung AV mit den Verbin¬ dungsparametern empfangen 901. Die ATM-Verbindungsanforderung enthält bei dieser Weiterbildung notwendigerweise einen Para¬ meter, der eine Angabe über die angeforderte Dienstgüteklasse DKo enthält. Mit einem Index o wird eine beliebige natürliche Zahl zwischen 1 und b bezeichnet, die jede berücksichtigte Dienstgüteklasse eindeutig identifiziert. Mit b wird eine An¬ zahl insgesamt berücksichtigter Dienstgüteklassen DKo be¬ zeichnet.
In dieser Weiterbildung wird für jede Dienstguteklasse DKo eine spezielle, auf die Dienstgüteklasse DKo angepaßte Fuzzy- Regelbasis gebildet und verwendet, die im weiteren als Spezi- al-Fuzzy-Regelbasis FRDKo bezeichnet werden. Für die ATM- Verbindungsanforderung AV wird anhand der entsprechenden
Dienstgüteklasse DKo, der weiteren Verbindungsparameter, die die ATM-Verbindungsanforderung AV aufweist, sowie der Spezi- al-Fuzzy-Regelbasis FRDKo die effektive Bandbreite EffBW er¬ mittelt 1102. Wiederum wird die effektive Bandbreite EffBW mit entweder der Schranke oder der zweiten Schranke vergli¬ chen 904, 1006 und entweder wird die ATM-Verbindung zugelas¬ sen 906, 1008 oder abgelehnt 905, 1007.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Gesamt- Dauerzellrate SumSCR, eine Gesamt-Spitzenzellrate SumPCR so¬ wie eine Gesamt-Bandbreite SumEffBW ermittelt (vgl. Fi¬ gur 12) . Diese ergeben sich beispielsweise aus der Summe der einzelnen Werte der Dauerzellrate SCR, der Spitzenzellrate PCR, sowie der effektiven Bandbreite EffBW der jeweils zuge- lassenen ATM-Verbindungen V. Ferner wird, wie oben beschrie¬ ben, die mittlere Last measure ermittelt. Aus der mittleren Last measure sowie aus der Gesamt-Dauerzellrate SumSCR wird, beispielsweise durch Subtraktion CalcDiff der Gesamt- Dauerzellrate SumSCR und der mittleren Last eine fünfte Va- riable LoadDiff ermittelt. Es wird dabei angenommen, daß der Wert der mittleren Last measure nicht über dem Wert der Ge¬ samt-Dauerzellrate SumSCR liegen kann, die Meßintervalle zur Bestimmung der mittleren Last measure müssen hinreichend groß gewählt werden. Wenn dies der Fall ist, soll durch eine soge- nannte. Usage Parameter Control (UPC) verhindert werden, daß im Mittel mehr gesendet wird, als angefordert wurde. Die Be¬ stimmung einer geeigneten Meßintervallgröße muß also in Ab- Stimmung mit der Usage Parameter Control erfolgen. Die fünfte Variable LoadDiff ist eine linguistische Variable beispiels¬ weise mit der Termmenge:
A(LoadDiff) = {low, med, high} = = {low, MED, high }.
Eine Grundmenge X (LoadDiff) der fünften Variable LoadDiff ist beispielsweise gegeben durch:
X (LoadDiff) ={x e <R|0 < x < l} (20;
Die Zugehörigkeitsfunktionen für die fünfte Variable LoadDiff sind in Figur 15 dargestellt. Die einzelnen Zugehörigkeits- funktionen für die einzelnen Bereiche der Termmenge sind bei¬ spielsweise durch folgende Funktion gegeben:
μiow(LoadDiff , x) = f(x,0,0,0.5) μMED(LoadDiff, x) = f(x,0.5,0,l) (21) . r^high (LoadDiff , x) = f(x,l,0.5,1)
Ferner wird eine dritte Variable meanSCRPCR ermittelt, die einen Indikator für die Auswirkungen eines sogenannten stati¬ stischen Multiplexens auf den gesamten Verkehrsstrom dar¬ stellt. Die dritte Variable meanSCRPCR ergibt sich beispiels¬ weise aus dem nach der mittleren ATM-Zellrate gewichteten Mittel aller Verhältnisse der jeweiligen Dauerzellraten aller ATM-Verbindungen zu den Spitzenzellraten PCR der ATM- Verbindungen. Die dritte Variable meanSCRPCR ergibt sich bei¬ spielsweise aus:
meanSCRPCR SumSCR (22)
Figure imgf000029_0001
(
Die dritte Variable meanSCRPCR ist eine linguistische Varia¬ ble, deren Termmenge sich beispielsweise ergibt aus: A(meanSCRPCR)= {low, med, high} = = {low, MED, high}.
Eine Grundmenge X (meanSCRPCR) der dritten Variable meanSCRPCR ist beispielsweise gegeben durch:
X (meanSCRPCR )
Figure imgf000030_0001
ε 9.|0 ≤ x ≤ l} :23;
Die Zugehoπgkeitsfunktionen für die dritte Variable meanSCRPCR sind in Figur 13 dargestellt. Die einzelnen Zuge- horigkeitsfunktionen für die einzelnen Bereiche der Termmenge sind beispielsweise durch folgende Funktion gegeben:
μiow (meanSCRPCR , x) = fz(x,0,0.5) μMED(meanSCRPCR , x) = fjrj(x, 0, 0.5, 0.5, 1) (24; μhιgh(meanSCRPCR' x) = fsC*'0-5'1)
Mit fs wird eine S-Funktion bezeichnet, die nach folgender Vorschrift gebildet wird, wobei mit an, ai, bn und bi vorgeb¬ bare Parameter bezeichnet werden:
Figure imgf000030_0002
Mit fz wird eine Z-Funktion bezeichnet, die sich aus der S- Funktion fs durch folgende Vorschrift ergibt:
fz(x, a0, ai) = 1 - fs(x, a0 , ax ) (26; Mit fπ wird eine π-Funktion bezeichnet, die sich aus der S- Funktion fs durch folgende Vorschrift ergibt:
fπ(x, a0, ai, b0, bi) = min(fs(x, a0, ai ), fz(x, b0, bi)) (27) .
Weiterhin wird in diesem Ausführungsbeispiel eine vierte Va¬ riable OneDivNoS ermittelt, indem die Anzahl von ATM-Quellen, die einschließlich der potentiellen, neuen ATM-Verbindung zu Multiplexen sind, angegeben. Da für die Anzahl der ATM- Quellen zunächst keine Obergrenze festgelegt werden soll, wird vorteilhafterweise der Kehrwert der Anzahl der ATM- Quellen verwendet.
Die vierte Variable OneDivNoS ist eine linguistische Variable beispielsweise mit der Termmenge:
A(OneDivNoS) = {low, med, high} = = {low, MED, high} .
Eine Grundmenge X (OneDivNoS) der vierten Variable OneDivNoS ist beispielsweise gegeben durch:
X(0neDivNoS ) ={x € <R|0 < x < l} (28) .
Die Zugehörigkeitsfunktionen für die vierte Variable
OneDivNoS sind in Figur 14 dargestellt. Die einzelnen Zugehö¬ rigkeitsfunktionen für die einzelnen Bereiche der Termmenge sind beispielsweise durch folgende Funktionen gegeben:
μiow (OneDivNoS, x) = f(x,0,0,0.1) μMED(°neDivNoS' x) = f(X/ 0.1, 0,0.24) (29) . μhigh (OneDivNoS, x) = g(x, 0.24, 0.5, 0.1, 0.5)
Die dritte Variable meanSCRPCR, die vierte Variable OneDivNoS sowie die fünfte Variable LoadDiff werden der Gesamt-Fuzzy- Regelbasis GFR zugeführt. Mit der Gesamt-Fuzzy-Regelbasis GFR wird die Abbildung der Verkehrsparameter auf eine Korrektur¬ größe Correct beschrieben.
Die Gesamt-Fuzzy-Regelbasis weist beispielsweise folgenden Aufbau auf:
Figure imgf000032_0002
Die Korrekturgröße Correct ist eine linguistische Variable mit der Termmenge:
A(Correct)= {very low, low, med, high, very high} = = {VL, low, MED, high, VH} .
Eine Grundmenge X (Correct) der Korrekturgröße Correct ist ge¬ geben durch:
X (Correct) € 9t|0 < x < l} :3o;
Figure imgf000032_0001
Die Zugehörigkeitsfunktionen für die Korrekturgröße Correct sind in Figur 16 dargestellt. Die einzelnen Zugehörigkeits- funktionen für die einzelnen Bereiche der Termmenge sind durch folgende Funktion gegeben:
μyL (Correct, x) = f(x, -0.3, -0.3, 0.14) μiow (Correct, x) = f(x, 0.14, -0.3, 0.6) μMED(Correct, x) = f(x, 0.6, 0.14, 0.9) (31) .
^high (Correct, x) = f(x, 0.9, 0.6, 1) μyH (Correct, x) = f(x,l,0.9,l)
In Fig. 17 ist ein Diagramm dargestellt, in dem für die bei¬ spielhaft dargestellte Gesamt-Fuzzy-Regelbasis GFR die Kor¬ rekturgröße Correct abhängig von der fünften Variable Load¬ Diff über der mit dem Symbol X bezeichneten Achse, sowie der dritten Variable meanSCRPCR über der mit dem Symbol Y be¬ zeichneten Achse dargestellt.
In Fig. 18 ist die Korrekturgröße Correct in Abhängigkeit von der vierten Variable OneDivNoS über der mit dem Symbol X be- zeichneten Achse und der dritten Variable meanSCRPCR über der mit dem Symbol Y bezeichneten Achse dargestellt. Die Korrek¬ turgröße Correct sowie die Gesamtverbindungsparameter, in diesem Beispiel die Gesamt-Dauerzellrate SumSCR, die Gesamt- Spitzenzellrate SumPCR sowie die Gesamtbandbreite SumEffBW sind in Fig. 19 beispielhaft mit der effektive Bandbreite EffBW für speziell gewählte Werte, hier mit den Werten der Gesamtbandbreite SumEffBB=l sowie der dritten Variable me- andSCRPCR=0, 3, der vierten Variable OneDivNoS=0, 1 sowie der Gesamt-Spitzenzellrate SumPCR=l,5 aufgetragen.
Eine Lastvariable EffLoad wird beispielsweise nach folgender Vorschrift ermittelt:
If Correct > 0 Then EffLoad = SumEffBW - (SumEffBW - SumSCR) * Correct
und If Correct < 0 Then EffLoad = SumEffBW + (SumPCR - SumEffBW) * (-Correct)
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen werden Zwi- schengrößen, beispielsweise die fünfte Variable LoadDiff oder auch der Burst-Faktor-Parameter ermittelt. Dies ist jedoch in dem Verfahren nicht notwendig. Es ist ebenso vorgesehen, das Verfahren ohne Bildung von Zwischengroßen durchzuführen, wo¬ bei für diesen Fall lediglich die Fuzzy-Regelbasen entspre- chend angepaßt werden müssen. Dies ist jedoch für den Fach¬ mann leicht möglich.
In Fig. 20 ist in Form einer Skizze der Datenfluß einer wei¬ teren Ausgestaltung des Verfahrens dargestellt. Dabei werden die Verbindungsparameter Dauerzellrate SCR, Spitzenzellrate PCR sowie effektive Bandbreite für alle zugelassenen Verbin¬ dungen in einer Matrix M gespeichert. In den mit Σ bezeichne¬ ten Elementen werden die Verbindungsparameter entsprechend den Pfeilen aufaddiert und mit den Verbindungsparametern der ATM-Verbindungsanforderung AV, der Dauerzellrate SCR sowie der Spitzenzellrate PCR zu den Gesamt-Verbindungs-Parametern verknüpft. Ferner wird für die angeforderte ATM-Verbindung die effektive Bandbreite EffBW anhand der Fuzzy-Regelbasis FR ermittelt. Die Berücksichtigung der mittleren Last measure sowie der oben beschriebenen Großen des zweiten Ausfuhrungs¬ beispiels ergeben sich unter Verwendung der oben beschriebe¬ nen Vorschriften und werden der Gesamt-Fuzzy-Regelbasis GFR zugeführt. Das Ergebnis ist die effektive Last EffLoad.
Zur Beschleunigung des Verfahrens ist es vorteilhaft, die Ge- samtverbmdungsparameter zu Beginn des Verfahrens zu ermit¬ teln. In dieser Schrift wurden folgende Veröffentlichungen zitiert;
[1] C. von Altrock, Über den Daumen gepeilt, c't, Heft 3, S. 188 - 200, 1991
[2] G. Siegmund, ATM - Die Technik des Breitband-ISDN, 2. Auflage, R. v. Decker' s Verlag, Heidelberg, S. 145 - 147, 1994
[3] J. Roberts, Performance Evaluation and Design of
Multiservice Networks, COST Final Report for COST 224 Seminar, 1991
[4] Chung-Ju Chang and Ray-Guang Cheng, Traffic Control in an ATM-Network Using Fuzzy Set Theory, IEEE, 1994

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Zugangskontrolle für eine ATM- Verbindungsanforderung in einem ATM-Netz,
- bei dem die ATM-Verbindungsanforderung Verbindungsparameter aufweist, die die angeforderte ATM-Verbindung charakterisie¬ ren,
- bei dem eine in dem ATM-Netz zur Verfügung stehende Band- breite gemessen wird,
- bei dem anhand der Verbindungsparameter und anhand einer Fuzzy-Regelbasis, mit der eine Abbildung der Verbindungspara¬ meter auf eine effektive Bandbreite beschrieben wird, eine effektive Bandbreite für die angeforderte ATM-Verbindung er- mittelt wird,
- bei dem für den Fall, daß die effektive Bandbreite größer ist als eine vorgebbare Schranke, die sich ergibt aus minde¬ stens der zur Verfügung stehenden Bandbreite, die angeforder¬ te ATM-Verbindung nicht zugelassen wird, und - bei dem für. den Fall, daß die effektive Bandbreite nicht größer ist als die Schranke, die angeforderte ATM-Verbindung zugelassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zur Verfügung stehende Bandbreite ermittelt wird aus der Summe aller reservierten Bandbreiten zugelassener ATM-Verbindungen in dem ATM-Netz.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem mindestens eine der reservierten Bandbreiten der zu¬ gelassenen ATM-Verbindungen anhand der Verbindungsparameter der jeweiligen zugelassenen ATM-Verbindung und anhand der Fuzzy-Regelbasis ermittelt wird.
4. Verfahren zur Zugangskontrolle für eine ATM- Verbindungsanforderung in einem ATM-Netz, - bei dem die ATM-Verbindungsanforderung Verbindungsparameter aufweist, die die angeforderte ATM-Verbindung charakterisie¬ ren,
- bei dem eine mittlere Last in mindestens einem Teil des ATM-Netzes gemessen wird,
- bei dem für jede zugelassene ATM-Verbindung und die ange¬ forderte ATM-Verbindung anhand der Verbindungsparameter und anhand einer Fuzzy-Regelbasis, mit der eine Abbildung der Verbindungsparameter auf eine effektive Bandbreite beschrie- ben wird, eine effektive Bandbreite für die angeforderte ATM- Verbindung und die zugelassenen ATM-Verbindungen ermittelt wird,
- bei dem aus Verbindungsparametern der zugelassenen ATM- Verbindungen und den Verbindungsparametern der ATM- Verbindungsanforderung Gesamt-ATM-Verbindungsparamter ermit¬ telt werden,
- bei dem mindestens anhand eines Teils der Gesamt-ATM- Verbindungsparamter, der mittleren Last und einer Gesamt- Fuzzy-Regelbasis, mit der eine Abbildung der Verbindungspara- meter auf eine Korrekturgröße beschrieben wird, eine Korrek¬ turgröße ermittelt wird,
- bei dem aus den Gesamt-ATM-Verbindungsparamtern und der Korrekturgröße eine effektive Bandbreite ermittelt wird,
- bei dem für den Fall, daß die effektive Bandbreite größer ist als eine vorgebbare zweite Schranke, die angeforderte
ATM-Verbindung nicht zugelassen wird, und
- bei dem für den Fall, daß die effektive Bandbreite nicht größer ist als die zweite Schranke, die angeforderte ATM- Verbindung zugelassen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Verbindungsparameter mindestens eine der folgen¬ den Angaben enthalten:
- eine Spitzenzellrate (PCR) der angeforderten ATM- Verbindung,
- eine Dauerzellrate (SCR) der angeforderten ATM-Verbindung, - eine maximale Burst-Große (MBS) der angeforderten ATM- Verbmdung,
- einen Burst-Faktor der angeforderten ATM-Verbindung,
- eine effektive Bitrate der angeforderten ATM-Verbmdung, - eine maximale Burst-Lange der angeforderten ATM-Verbmdung,
- eine Angabe einer zu erwartenden Burstiness der angeforder¬ ten ATM-Verbmdung,
- eine Angabe über Zellverzogerungszeiten bei der angeforder¬ ten ATM-Verbmdung, und - eine Angabe über eine Zellverzogerungsvariation bei der an¬ geforderten ATM-Verbmdung,
- eine angeforderte Zellverlustrate bei der angeforderten ATM-Verbmdung,
- eine angeforderte Zellfehlerrate bei der angeforderten ATM- Verbindung,
- eine Angabe über eine angeforderte Dienstgüteklasse.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
- bei dem aus den Verbindungsparametern Zwischengroßen ermit- telt werden, und
- bei dem die Zwischengroßen bei der Ermittlung der effekti¬ ven Bandbreite in der Fuzzy-Regelbasis berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - bei dem die Verbindungsparameter mindestens eine Angabe über eine angeforderte Dienstguteklasse aufweisen,
- bei dem entsprechend der angeforderten Dienstguteklasse ei¬ ne jeweils spezifische, der angeforderten Dienstgüteklasse angepaßte Fuzzy-Regelbasis ausgewählt wird, anhand der die effektive Bandbreite für die angeforderte ATM-Verbindung er¬ mittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem mindestens eine der reservierten Bandbreiten der zu- gelassenen ATM-Verbmdungen anhand der Verbindungsparameter der jeweiligen zugelassenen ATM-Verbmdung und anhand der je- weils für die Dienstgüteklasse der zugelassenen ATM- Verbindung spezifische Fuzzy-Regelbasis ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem für mindestens einen Teil der zugelassenen ATM- Verbindungen anhand der Verbindungsparameter der zugelassenen ATM-Verbindungen und anhand der Fuzzy-Regelbasis die effekti¬ ve Bandbreite für die zugelassenen ATM-Verbindungen zu Beginn des Verfahrens ermittelt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5341366A (en) * 1992-03-18 1994-08-23 Fujitsu Limited Connection admission control system
EP0673138A2 (de) * 1994-03-17 1995-09-20 Fujitsu Limited Steuerungsmethode für die Verbindungszulassung in einem ATM-Netz

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Title
CHENG R -G ET AL: "DESIGN OF A FUZZY TRAFFIC CONTROLLER FOR ATM NETWORKS", IEEE / ACM TRANSACTIONS ON NETWORKING, vol. 4, no. 3, 1 June 1996 (1996-06-01), pages 460 - 469, XP000591085 *

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