WO2000072527A1 - Verfahren zur auswahl einer route in einem kommunikationsnetz - Google Patents

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WO2000072527A1
WO2000072527A1 PCT/DE2000/001591 DE0001591W WO0072527A1 WO 2000072527 A1 WO2000072527 A1 WO 2000072527A1 DE 0001591 W DE0001591 W DE 0001591W WO 0072527 A1 WO0072527 A1 WO 0072527A1
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Harald Heiske
Norbert Mersch
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04L2012/5629—Admission control
    • H04L2012/5631—Resource management and allocation
    • H04L2012/5632—Bandwidth allocation

Definitions

  • Communication networks are usually designed either as packet-oriented or as line-oriented networks.
  • packet-oriented networks are more for the transmission of information without real-time character, e.g. Data, email or files are suitable, while line-oriented networks are well suited for the transmission of information with real-time character, e.g. Speech or moving images are designed.
  • voice and moving image information is also increasingly being transmitted in packet-oriented networks.
  • ATM Asynchronous Transfer Mode
  • B-ISDN Broadband Integrated Services Digital Network
  • the packet-oriented transmission of information is characteristic of packet-oriented networks.
  • the information is divided, for example, into packets of the same length - also called "ATM cells" - which have a 5-byte cell header and a 48-byte information part (payload).
  • the individual cells are assigned to certain information flows - also called “virtual connections" - by the cell heads.
  • virtual connections - by the cell heads.
  • the information streams arriving at an ATM interface are segmented into the 53-byte cells mentioned and then these cells are sequentially arranged in the order in of which they were generated.
  • the route of a requested connection in packet-oriented networks is dependent on the remaining capacity available on a route, whereas in line-oriented networks it is in principle independent of the utilization of the individual transmission paths.
  • a route in a line-oriented network along which e.g. According to a TDM method 30 connections can be made in dedicated time slots with a capacity of 64 kbit / s each, and in any case a further connection can be set up if 29 connections have already been set up because the further connection does not have a higher data rate due to its constant data rate required as the remaining capacity of 64 kbit / s still available.
  • routing in which starting from an initial switching node, the complete route to a destination Switching node is determined.
  • source routing In which starting from an initial switching node, the complete route to a destination Switching node is determined.
  • PNNI Private Network Network Interface
  • the route is determined by the initial switching node and the calculated route is then transmitted to the switching nodes along the route when the connection is established with the aid of the signaling.
  • hop-by-hop routing In which the remainder or the next section of each of the switching nodes along a route
  • Route is recalculated. This method is used for example on the Internet or in ATM networks without source routing.
  • So-called flood g methods are proposed in order to eliminate those routes which use overloaded or interrupted transmission paths during routing.
  • the traffic values of the transmission paths connected to them are measured by all switching nodes at defined times and passed on to all other switching nodes within a group. This information transfer is called "flooding".
  • the flood mg can also be initiated if the market values of the transmission paths change significantly - e.g. if the current load of a transmission path with a total capacity of 150 Mbit / s deviates by more than 10 Mbit / s from the load that was passed on last.
  • ATM networks are proposed as part of the PNNI specification, which provide a routing algorithm with the traffic values last measured in the switching nodes of the ATM network of the transmission paths directly connected to them.
  • Routing is known m line-oriented, public telephone networks.
  • the routing usually takes place in several steps, since these networks are usually hierarchically structured due to the usually large number of switching nodes.
  • connections are made in an First step from an initial switching node on a lower hierarchy level to a switching node on the top hierarchical level, then in a second step within the top hierarchy level to a switching node representing the connection destination and finally a third step to the destination switching - routing nodes routed at a lower hierarchical level.
  • the first and third steps are generally effected by fixed routes or, if these are interrupted, for example, by fixed alternative routes, while the second step often merely involves the selection of the transmission path between the two switching nodes concerned at the top hierarchical level Required, since the switching nodes on the top level are usually largely completely meshed.
  • the signaling method no. 7 standardized for line-oriented telephone networks does not support source routing, ie the initial switching node cannot forward a route calculated by it.
  • the switching nodes along the route also do not know the route already covered, so that this routing method can only be used to a limited extent in networks which are not hierarchically structured or only partially ashes, for example the Internet. This can result in loops in the routes.
  • German patent DE 4441356 For routing m packet-oriented networks, a dynamic routing method is disclosed in German patent DE 4441356, in which blockages of transmission paths are detected and the frequency of which determines the state of occupancy of the transmission paths.
  • the probability of occupancy of transmission paths can be calculated off-lime from target traffic data by using a routing management processor.
  • the “Forward Lookmg Routmg” algorithm according to KR Krishnan, TJ Ott m Forward Lookmg Routing, A New State-Dependent Routing Scheme, Teletraffic Science for New Cost-Effective Systems, Networks and Services, ITC is suitable for such a calculation -12 (1989).
  • the method only takes into account connections of the same and constant bandwidth as are typical for conventional telephone connections in circuit-switched networks, ie the bandwidth of a connection is, for example, 64 kbits / s.
  • bandwidth of a connection is, for example, 64 kbits / s.
  • packet-oriented networks such as ATM networks (Asynchronous
  • a constant bit rate is the exception, because connections can be made with different and time-variable bandwidths according to the connection requests of the participants.
  • connection requests from participants often also contain information regarding the required connection quality.
  • the invention has for its object to improve the routing for communication networks.
  • the object is achieved by the features of patent claim 1.
  • the essential aspect of the invention consists in the selection of a route through a communication network consisting of switching nodes and transmission paths, in which several routes suitable for information transmission are determined and the route along which the information transmission takes place, by at least partially selecting any one of the suitable ones Routes is determined.
  • the main advantage of the invention can be seen in the fact that the traffic load caused by the information transmissions in the communication network is distributed on average evenly over the suitable routes. This reduces the probability of rejection, i.e. the probability that the information is not transmitted.
  • the number of routes to be evaluated and consequently the processing time for evaluating the routes is advantageously reduced, since only the suitable routes are evaluated.
  • the communication network tert is - Claim 2.
  • the invention is applied, for example, to m ATM networks.
  • the suitable routes are designed as optimal routes, which have identical, minimal route costs determined as a function of the link costs assigned to the transmission paths. Claim 3 is thus advantageously further reduced in the number of routes to be evaluated .
  • the communication network is minimally burdened by the transmission of information.
  • the routes suitable for this are numbered in ascending order and cyclically selected as the route .
  • the route is determined by randomly selecting one of the suitable routes — claim 6.
  • the random selection is effected particularly efficiently, for example with the aid of a random number generator.
  • no knowledge of previous selection decisions is required.
  • the communication network is connectionless - claim 7. This advantageously applies the invention, for example, to IP networks, such as the Internet.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a communication network with switching nodes and transmission paths
  • FIG. 2 shows a table of all routes which go from the switching node Ki to the other switching nodes of the communication network shown in FIG. 1, and evaluation rules for determining their route costs
  • the route costs RK (Ri-jk) of the routes R ⁇ -, _ k each result from the sum of the link costs L of the transmission paths U used in each case by the routes.
  • all transmission paths U are bidirectional and the link costs L are independent of the direction of the information transmission V.
  • two switching nodes K_, K- possibly through two transmission paths O_ 3 , U-, 0 . connected to which individual link costs!> __-_, 3 _ would be assigned depending on the transmission direction.
  • the route costs RK of a bi-directional route R would be, for example, the sum of the route costs RK for the unidirectional outward and the unidirectional return direction of the route R, possibly reduced by a correction term.
  • the correction term would take into account, for example, that a certain portion of the route costs RK is counted twice by the summation.
  • link costs L for the transmission paths U.
  • link costs should not be interpreted literally in the sense of "costs”. Any values suitable for the transmission paths U can be used to form the link costs L, for example traffic values or quality-of-service values. The choice of everyone
  • the routes R i4 - ⁇ and R i4 - 2 are suitable routes R (V) and at the same time the optimal routes R MIN (V), since they are minimal in comparison of all suitable routes R (V) Show route costs RK.
  • routes R12-1 / R13-2 and R14-3 are the optimal route R M IN with the lowest route costs RK of all routes R.
  • routes R 12 _ 1 and R 13 - 2 are not routes R (V) suitable for the transmission of information V.
  • the routes R 4 - ⁇ , R_ are for the requested information transmission V to the switching node K 4 . 4 - 2 and R ⁇ - 3 the suitable routes R (V).
  • the route R ⁇ 4 - 3 is in this case the optimum route for the transmission of information V IN R M (V), because it has a hop - ⁇ less than the routes 4 and R ⁇ R ⁇ 4 _. 2
  • the switching node Ki requests the establishment of an information transmission V to the information transmission destination VZ by the request VA.
  • This information transfer target VZ is designed as the switching node K 4 , the information transfer V thus as information transfer V 14 .
  • the appropriate for this information transfer routes R V 14 (V 14) are consequently the routes R ⁇ 4 - ⁇ , R ⁇ 4 - 2 and optionally
  • connection-oriented networks with source routing There are beautiful advantages when using the invention in connection-oriented networks with source routing.
  • these Networks are transmitted with the aid of connections established in advance along the selected route R, the entire route R v being determined in the switching node K from which the information transmission V is requested - for example in the switching node Ki.
  • a route R can be determined with minimal route costs RK.
  • the suitable optimal routes R M IN (Nu) are determined, for example with the aid of a Di kstra algorithm, ie taking into account the possibly overloaded and / or interrupted transmission path U.
  • the route R v is determined, for example, by randomly selecting one of the suitable routes R (V).
  • the suitable routes R (V) are, for example, numbered in ascending order and cyclically selected as the route R v for each further requested information transmission V to the same information transmission destination VZ.
  • the switching node Ki requests the establishment of a connection, the route R v being signaled to all switching nodes K along the route R. After the connection has been established, the requested information transmission N 14 takes place along the route R v (Nu) selected for the information transmission V 14 .
  • the invention can of course be used in any communication networks KN, in particular connectionless communication networks KN such as the packet-oriented Internet.
  • each individual packet is transmitted along a packet-specific route R, ie the route of an information transmission V effected with a packet to an information transmission destination VZ is independent of the routes R of the processor and successor packets to the same information transmission destination VZ;
  • the switching nodes K which are designed, for example, as Internet routers, determine in each case only the next switching node K - m, also referred to as "hop", for each packet for the same information transmission destination VZ.
  • successive packets sent to the same information transmission destination VZ are optionally distributed over a plurality of transmission paths U as a result of a random selection of a suitable transmission path U to a next switching node K leading to the information transmission destination VZ.
  • the transmission paths U connected to a router are advantageously utilized uniformly on average. Different runtimes of the individual packages can lead to changes in the original order of the packages. In this case, the the original order of the packets sent to the same information transmission destination VZ is restored by a higher protocol layer.
  • Several methods are known for this, for example the Transport Control Protocol TCP.

Abstract

In einem aus Vermittlungsknoten K und Übertragungswegen U bestehenden Kommunikationsnetz KN wird für eine Informationsübermittlung V, für die mehrere Routen R(V) geeignet sind, die Route RV, entlang der die Informationsübermittlung V, erfolgt, durch zumindest teilweise beliebige Auswahl einer der geeigneten Routen R(V) bestimmt. Somit wird, insbesondere bei zufallsgesteuerter Auswahl der Route RV, aus sehr einfacher Weise eine statistisch günstige Verteilung der durch mehrere Informationsübermittlungen V verursachten Verkehrslast in dem Kommunikationsnetz KN bewirkt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Auswahl einer Route in einem Kommunikationsnetz
Kommunikationsnetze werden üblicherweise entweder als paketorientierte oder als leitungsorientierte Netze ausgebildet. Hierbei sind paketorientierte Netze eher für die Übermittlung von Informationen ohne Echtzeitcharakter wie z.B. Daten, EMail oder Dateien geeignet, während leitungsorientierte Netze gut auf die Übermittlung von Informationen mit Echtzeitcharakter wie z.B. Sprache oder Bewegtbilder ausgelegt sind. Im Zuge der Konvergenz von leitungs- und paketorien- tierten Netzen werden jedoch in paketorientierten Netzen zunehmend auch Sprach- und Bewegtbildinformationen übermittelt. Beispiele für paketorientierte Netze sind das Internet oder ATM (= Asynchronous Transfer Modus), wobei die Bezeichnung ATM gelegentlich auch als Synonym für B-ISDN (= Broadband In- tegrated Services Digital Network) verwendet wird. Am Beispiel von ATM sei die paketorientierte Netztechnologie im weiteren näher erläutert.
Charakteristisch für paketorientierte Netze ist die paket- orientierte Übermittlung der Informationen. In ATM-Netzen werden hierbei die Informationen beispielsweise in Pakete gleicher Länge - auch "ATM-Zellen" genannt - aufgeteilt, die einen 5 Bytes umfassenden Zellenkopf (Header) und einen 48 Bytes umfassenden Informationsteil (Payload) aufweisen. Dabei werden die einzelnen Zellen durch die Zellenköpfe bestimmten Informationsströmen - auch "virtuelle Verbindungen" genannt - zugeordnet. Im Gegensatz zu beispielsweise einem leitungsorientierten TDMA-Verfahren, bei welchem Zeitschlitze verschiedenen Typen von Datenverkehr im vorhinein zugeordnet sind, werden die bei einer ATM-Schnittstelle ankommenden Informationsströme in die erwähnten 53-Byte-Zellen segmentiert und anschließend diese Zellen sequentiell in der Reihenfolge, in der sie erzeugt wurden, weiter gesandt. Das bei TDMA zum Einsatz kommende Multiplexverfahren wird auch als "statisches Multiplexing" und das bei ATM zum Einsatz kommende als "statistisches Multiplexing" bezeichnet. In Folge der Flexibilität des statistischen Multiplexing können die Informationsströme bei ATM beliebige Datenraten aufweisen, während bei statischem Multiplexing die Datenrate der einzelnen Informationsströme - auch "Verbindungen" genannt - wegen der festes Zuordnung der Zeitschlitze zu den Informationsströmen festgelegt ist - z.B. auf 64 kbit/s bei ISDN.
In Folge dieses Unterschieds ist in paketorientierten Netzen das Routen einer beantragten Verbindung abhängig von der auf einer Route verfügbaren Restkapazität, während sie in lei- tungsorientierten Netzen prinzipiell unabhängig von der Aus- lastung der einzelnen Übertragungswege ist. Beispielsweise kann auf einer Route in einem leitungsorientierten Netz, entlang der z.B. gemäß einem TDM Verfahren 30 Verbindungen in fest zugeordneten Zeitschlitzen mit je 64 kbit/s Kapazität geführt werden können, auch dann in jedem Fall eine weitere Verbindung aufgebaut werden, wenn bereits 29 Verbindungen aufgebaut sind, da die weitere Verbindung wegen ihrer konstanten Datenrate keine höhere Datenrate erfordert als die noch verfügbare Restkapazität von 64 kbit/s. Entlang einer Route in einem paketorientierten Netz mit einer angenommenen Restkapazität von 30 Mbit/s können jedoch lediglich Verbindungen aufgebaut werden, für die eine Datenrate kleiner als 30 Mbit/s beantragt worden ist. Verbindungen mit einer höheren Datenrate werden jedoch zurückgewiesen. Sofern alternative Routen existieren, können sie ersatzweise entlang einer Alternativroute mit ausreichender Restkapazität aufgebaut werden. Zur Ermittlung einer Alternativroute ist jedoch ein erneutes Routen erforderlich.
Es sind verschiedene Routing-Verfahren bekannt, mit denen Routen in Netzen ermittelt werden können. Eine Möglichkeit ist das sog. "Source-Routing", bei dem ausgehend von einem Anfangs-Vermittlungsknoten die komplette Route zu einem Ziel- Vermittlungsknoten ermittelt wird. Für ATM-Netze ist beispielsweise seitens des ATM-Forums im Rahmen der sogenannten in der PNNI (= Private Network-Network Interface) -Spezifikation Source-Routmg gefordert. Hierbei wird die Route von dem Anfangs-Vermittlungsknoten ermittelt und anschließend beim Verbindungsaufbau die berechnete Route an die Vermittlungsknoten entlang der Route mit Hilfe der Signalisierung übermittelt. Eine weitere Möglichkeit stellt das sog. "Hop-by- Hop-Routmg" dar, bei dem von jedem Vermittlungsknoten ent- lang einer Route der Rest bzw. das nächste Teilstuck der
Route neu berechnet wird. Dieses Verfahren kommt beispielsweise im Internet oder in ATM-Netzen ohne Source-Routmg zur Anwendung.
Um beim Routen diejenigen Routen auszuscheiden, die überlastete oder unterbrochene Ubertragungswege verwenden, sind sog. Flood g-Verfahren vorgeschlagen. Dabei werden von allen Vermittlungsknoten zu definierten Zeitpunkten die Verkehrswerte der an sie angeschlossenen Ubertragungswege gemessen und an alle anderen Vermittlungsknoten innerhalb einer Gruppe weitergegeben. Diese Informationsweitergabe wird "Floodmg" genannt. Das Floodmg kann zusätzlich auch dann veranlaßt werden, wenn sich die Verkehrswerte der Ubertragungswege signifikant verandern - z.B. wenn die aktuelle Auslastung eines Ubertragungsweges mit einer Gesamtkapazitat von 150 Mbit/s um mehr als 10 Mbit/s von der zuletzt weitergegebenen Auslastung abweicht. Beispielsweise sind ATM-Netzen im Rahmen der PNNI-Spezifikation Verfahren vorgeschlagen, welche einem Rou- tmg-Algorithmus die m den Vermittlungsknoten des ATM-Netzes jeweils zuletzt gemessenen Verkehrswerte der direkt an diese angeschlossenen Ubertragungswege zur Verfugung stellen.
Bekannt ist das Routen m leitungsoπentierten, öffentlichen Telephonnetzen. Hierbei erfolgt das Routen üblicherweise mehreren Schritten, da diese Netze aufgrund der meist großen Zahl von Vermittlungsknoten üblicherweise hierarchisch aufgebaut sind. Verbindungen werden in diesen Netzen in einem er- sten Schritt von einem Anfangs-Vermittlungsknoten auf einer unteren Hierarchie-Ebene zu einem Vermittlungsknoten auf der obersten Hierarchie-Ebene, anschliessend in einem zweiten Schritt innerhalb der obersten Hierarchie-Ebene zu einem das Verbindungsziel repräsentierenden Vermittlungsknoten und schließlich einem dritten Schritt bis zum Ziel-Vermitt- lungsknoten auf einer unteren Hierarchie-Ebene geroutet. Hierbei werden der erste und der dritte Schritt im allgemeinen durch fix eingestellte Routen oder, falls diese z.B. un- terbrochen sind, durch fix eingestellte Alternativrouten bewirkt, wahrend der zweite Schritt häufig lediglich die Auswahl des Ubertragungsweges zwischen den beiden betroffenen Vermittlungsknoten der obersten Hierarchie-Ebene erfordert, da die Vermittlungsknoten auf der obersten Ebene untereman- der üblicherweise weitgehend vollständig vermascht sind. Das für leitungsorientierte Telephonnetze standardisierte Signal- lsierungsverfahren Nr.7 unterstutzt jedoch kein Source-Routmg, d.h. der Anfangs-Vermittlungsknoten kann eine von ihm berechnete Route nicht weitergeben. Folglich kennen die Ver- mittlungsknoten entlang der Route auch die bereits zurückgelegte Route nicht, so daß dieses Routing-Verfahren m nicht hierarchisch strukturierten bzw. nur teilweise ver aschten Netzen - z.B. dem Internet - nur bedingt angewandt werden kann. Hierbei können m den Routen Schleifen entstehen.
Für das Routen m paketorientierten Netzen ist dem deutschen Patent DE 4441356 ein dynamisches Routmg-Verfahren offenbart, bei dem Blockaden von Ubertragungswegen erfaßt und aus deren Häufigkeit der Belegungszustand der Ubertragungs- wege ermittelt wird. Aus Zielverkehrsdaten kann durch den Einsatz eines Routing-Management Prozessors die Wahrscheinlichkeit der Belegung von Ubertragungswegen off-lme berechnet werden. Für eine solche Berechnung eignet sich beispielsweise der "Forward-Lookmg-Routmg" Algorithmus nach K. R. Krishnan, T. J. Ott m Forward-Lookmg Routing, A New State- Dependent Routing Scheme, Teletraffic Science for New Cost- Effektive Systems, Networks and Services, ITC-12 (1989) . Das Verfahren berücksichtigt jedoch nur Verbindungen gleicher und konstanter Bandbreite, wie sie für herkömmliche Telefonver- bmdungen in leitungsvermittelnden Netzen typisch sind, d.h. die Bandbreite einer Verbindung betragt z.B. 64 kbits/s. Für paketorientierte Netze wie z.B. ATM-Netze (Asynchronous
Transfer Mode) ist hingegen eine konstante Bitrate der Ausnahmefall, denn Verbindungen können entsprechend der Verbindungswunsche der Teilnehmer mit unterschiedlicher und zeitlich variabler Bandbreite durchgeführt werden. Neben der ge- wünschten Bandbreite, z. B. 1 Mbit/s, enthalten Verbindungsanforderungen von Teilnehmern oft auch noch Information hinsichtlich der geforderten Verbmdungsqualitat .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Routing für Kommunikationsnetze zu verbessern. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung besteht m der Auswahl einer Route durch ein aus Vermittlungsknoten und Ubertra- gungswegen bestehendes Kommunikationsnetz, bei der mehrere für eine Informationsubermittlung geeignete Routen ermittelt werden und die Route, entlang der die Informationsubermittlung erfolgt, durch zumindest teilweise beliebige Auswahl einer der geeigneten Routen bestimmt wird. Der wesentliche Vor- teil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die durch die In- formationsubermittlungen m dem Kommunikationsnetz hervorgerufene Verkehrslast im Mittel gleichmäßig auf die geeigneten Routen verteilt wird. Hierdurch sinkt die Zuruckweisungswahr- schemlichkeit, d.h. die Wahrscheinlichkeit, daß _dιe Informa- tionsubermittlung nicht erfolgt. Zudem wird die Anzahl der zu bewertenden Routen und folglich die Bearbeitungszeit für die Bewertung der Routen vorteilhaft reduziert, da lediglich die geeigneten Routen bewertet werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfmdungsgemaßen Verfahrens ist vorgesehen, daß das Kommunikationsnetz verbmdungsorien- tert ist - Anspruch 2. Hierdurch wird die Erfindung beispielsweise m ATM-Netzen angewendet.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die geeigneten Routen als optimalen Routen ausgebildet s nd, die identische, m Abhängigkeit von den Ubertragungswegen zugewiesenen Linkkosten ermittelte, minimale Routekosten aufweisen - Anspruch 3. Somit wird vorteilhaft die Anzahl der zu bewertenden Routen weiter reduziert. Zudem wird das Kommunikationsnetz durch die Informationsubermittlungen minimal belastet.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens wird wahrend einer Zeitspanne mit unveränderten Linkkosten für mehrere zur demselben Verbindungsziel angeforderte Infor- mationsubermittlungen jede der für diese geeigneten Routen höchstens einmal mehr ausgewählt als die übrigen der für diese geeigneten Routen - Anspruch 4. Hierdurch wird eine weitgehende Gleichverteilung der Verkehrslast auf die geeig- neten Routen bewirkt, wodurch die Zuruckweisungswahrschein- lichkeit minimiert wird.
Entsprechend einer Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfahrens ist vorgesehen, daß bei mehreren Informationsuber- mittlungen zu demselben Informationsubermittlungsziel die hierfür geeigneten Routen aufsteigend numeriert und zyklisch als die Route ausgewählt werden - Anspruch 5. Hierdurch wird eine besonders gleichmaßige und faire Verteilung der Verkehrslast auf die geeigneten Routen bewirkt.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemaßen Verfahrens wird die Route durch zufällige Auswahl einer der geeigneten Routen bestimmt - Anspruch 6. Die zufallige Auswahl wird beispielsweise mit Hilfe eines Zufallszahlengenerators besonders effi- zient bewirkt. Zudem ist keinerlei Wissen über vorausgegangene Auswahlentscheidungen erforderlich. Gemäß einer Variante des erfindungsgemaßen Verfahrens ist vorgesehen, daß das Kommunikationsnetz verbmdungslos ist - Anspruch 7. Hierdurch wird die Erfindung vorteilhaft z.B. in IP-Netzen, wie z.B. dem Internet, angewendet.
Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfahrens wird m den Vermittlungsknoten durch zufällige Auswahl eines für die Informationsubermittlung geeigneten Ubertragungswegs zu einem nächsten Vermittlungsknoten die Route schrittweise bestimmt - Anspruch 8. Somit wird auch m verbindungslosen Netzen vorteilhaft im statistischen Mittel eine Gleichver- teilung der Verkehrslast bewirkt.
Das erfmdungsgemaße Verfahren wird im folgenden anhand von mehreren Figuren naher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 einem Blockschaltbild ein Kommunikationsnetz mit Vermittlungsknoten und Ubertragungswegen,
Figur 2 einer Tabelle alle Routen, die von dem Vermittlungsknoten Ki zu den übrigen Vermittlungsknoten des m Figur 1 dargestellten Kommunikationsnetzes ausgehen sowie Bewertungsvorschriften zur Ermittlung deren Routekosten,
Figur 3a in einer Tabelle den Ubertragungswegen zugewiesene Linkkosten, und
Figur 3b in einer Tabelle eine Bewertung der Routen m Ab- hangigkeit von den Linkkosten entsprechend der Bewertungsregeln.
In Figur 1 ist em Kommunikationsnetz KN mit vier Vermittlungsknoten K_ , 1 <= l <= 4 dargestellt. Der Vermittlungskno- ten Ki ist mit dem Vermittlungsknoten K2 durch einen Ubertra- gungsweg Ui2 und mit dem Vermittlungsknoten K3 durch einen Ubertragungsweg Ui. verbunden; Der Vermittlungsknoten K ist mit dem Vermittlungsknoten K2 durch einen Ubertragungsweg U2, und mit dem Vermittlungsknoten K3 durch einen Ubertragungsweg U34 verbunden; zwischen den Vermittlungsknoten Ki und K4 ist zudem ein Ubertragungsweg Ui4 vorgesehen, der ist in der Zeichnung gepunktet dargestellt ist. Hierdurch sei angedeutet, daß Ubertragungswege U - beispielsweise der Ubertragungsweg Ui - temporär überlastet und/oder unterbrochen sein können. Jedem der Vermittlungsknoten K sind Routinginformationen RINF (K_ ) zugeordnet. Durch einen dem Vermittlungskno- ten Ki zugeführten Pfeil wird zudem angedeutet, daß diesem Vermittlungsknoten Ki eine Anforderung VA für eine Informationsübermittlung V zu einem Informationsübermittlungsziel VZ - beispielsweise dem Vermittlungsknoten K. - übermittelt wird.
In Figur 2 ist beispielhaft die dem Vermittlungsknoten Ki zugeordnete Routinginformation RINF (Ki) dargestellt. Sie enthält beispielsweise die von dem Vermittlungsknoten Kx zu den Vermittlungsknoten K-, , 2 <= j <= 4 führenden Routen R1: sowie deren Routekosten RK (Ri-,) . Die Routen Rl3 sind hierbei als eine von gegebenenfalls mehreren unterschiedlichen Möglichkeiten definiert, von dem Vermittlungsknoten Kα unter Einbeziehung der Vermittlungsknoten KD, 2 <= j <= 4 und der Ubertragungswege U zu dem Vermittlungsziel VZ - im Beispiel dem Vermittlungsknoten K4 - zu gelangen. Im Beispiel führen unter Einbeziehung des optionalen Ubertragungsweges UX4 jeweils drei Routen Rι-,_k 1 <= k <= 3 von dem Vermittlungsknoten Ki zu den Vermittlungsknoten K-, und zwar ausgehend von dem Vermittlungsknoten Ki die Route Rα2-ι direkt, die Route R12-2 über die Vermittlungsknoten K3 und K und die Route R12-3 über den Vermittlungsknoten K4 zu dem Vermittlungsknoten K2; die Route R13-1 über die Vermittlungsknoten K2 und K4, die Route Rι3_2 direkt und die Route R13-3 über den Vermittlungsknoten K zu dem Vermittlungsknoten K3; die Route R14_1 über den Vermittlungs- knoten K2, die Route Rι4_2 über den Vermittlungsknoten K3 und die Route R14-2 direkt zu dem Vermittlungsknoten K_ . Die Routekosten RK (Ri-j-k) der Routen Rι-,_k ergeben sich jeweils aus der Summe der Linkkosten L der jeweils von den Routen verwenden Ubertragungswege U. In diesem Beispiel wird aus Gründen der Einfachheit angenommen, daß alle Ubertragungswege U bidirektional und die Linkkosten L unabhängig von der Richtung der Informationsübermittlung V sind. Im Falle einer differenzierteren Sichtweise mit uni-direktionalen Ubertragungswegen U würden zwei Vermittlungsknoten K_, K-, ggf. durch zwei Ubertragungswege O_3 , U-,0. verbunden, denen jeweils individuelle Linkkosten !>__-_ , 3_ in Abhängigkeit von der Übertragungsrich- tung zugewiesen würden. Die Routenkosten RK einer bi-direk- tionalen Route R wären in diesem Fall beispielsweise die Summe der Routenkosten RK für die uni-direktionale Hin- und die uni-direktionale Rückrichtung der Route R, ggf. vermindert um einen Korrekturterm. Der Korrekturterm würde z.B. berücksich- tigen, daß ein gewisser Anteil der Routekosten RK durch das Summieren doppelt gezählt wird.
In Figur 3a sind für die Ubertragungswegen U Linkkosten L angegeben. Beispielsweise seien für die Ubertragungswege O___ , ij = 12, 13, 14, 24, 34 die Linkkosten L (U1D) = 1 definiert. Es sei hierbei angemerkt, daß der Begriff "Linkkosten" nicht wörtlich im Sinne von "Kosten" zu interpretieren ist. Zur Bildung der Linkkosten L können beliebige, für die Ubertragungswege U geeignete Werte herangezogen werden wie z.B. Ver- kehrswerte oder Quality-of-Service-Werte . Die Wahl aller
Linkkosten L gleich 1 hat den Vorteil, daß bei Anwendung eines Dijkstra-Algorithmus diejenigen Routen R optimale Routekosten RK aufweisen, die ihr Informationsübermittlungsziel VZ über möglichst wenige Vermittlungsknoten K erreichen - diese Optimierungsmetrik wird in der Fachwelt auch "Least Hops" genannt. Es werden gemäß dieser Optimierungsmetrik die Routen R bevorzugt, die ihr Informationsübermittlungsziel VZ mit den geringsten Verzögerungszeiten erreichen, da üblicherweise die Gesamtverzögerungszeit einer Route R im wesentlichen durch die Summe der Verzögerungszeiten der Vermittlungen durch die Vermittlungsknoten K bestimmt ist, sofern die Übertragungs- wege U terrestrisch und nicht über Satelliten geführt sind. In Figur 3b sind beispielhaft die Routekosten RK der in Figur 2 aufgeführten Routen RιD-k aufgelistet, die entsprechend der in Figur 2 für die Ermittlung der Routekosten RK angege- benen Berechnungsvorschriften auf Basis der in Figur 3a angegebenen Linkkosten L ermittelt worden sind. Ohne Berücksichtigung des optionalen Ubertragungsweges Ui4 sind die Routen R12-1 und R13-2 die optimale Routen RMIN mit den geringsten Rou¬ tenkosten RK aller Routen R. Sie sind jedoch keine für die Informationsübermittlung V geeigneten Routen R(V) . Für die angeforderte Informationsübermittlung V zum Vermittlungsknoten K4 sind die Routen Ri4-ι und Ri4-2 geeignete Routen R (V) und zugleich die optimale Routen RMIN (V) , da sie im Vergleich aller geeigneten Routen R(V) minimale Routekosten RK aufweisen. Unter Berücksichtigung des optionalen Ubertragungsweges Ui4 sind die Route R12-1/ R13-2 und R14-3 die optimale Route RMIN mit den geringsten Routenkosten RK aller Routen R. Die Routen R12_ 1 und R13-2 sind jedoch keine für die Informationsübermittlung V geeigneten Routen R(V). Für die angeforderte Informations- Übermittlung V zum Vermittlungsknoten K4 sind in diesem Fall die Routen Rι4-ι, R_.4-2 und Rι-3 die geeigneten Routen R (V) . Die Route Rι4-3 ist hierbei die für die Informationsübermittlung V optimale Route RMIN (V) , da sie einen Hop weniger aufweist als die Routen Rι4-ι und Rι4_2.
Für das Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß von dem Vermittlungsknoten Ki durch die Anforderung VA der Aufbau einer Informationsübermittlung V zu dem Informationsübermittlungsziel VZ angefordert wird. Dieses Informatiσnsübermittlungs- ziel VZ sei als der Vermittlungsknoten K4, die Informationsübermittlung V somit als Informationsübermittlung V14 ausgebildet. Die für diese Informationsübermittlung V14 geeigneten Routen R (V14) sind folglich die Routen Rι4-ι, Rι4-2 und ggf.
Schöne Vorteile ergeben sich bei Verwendung der Erfindung in verbindungsorientierten Netzen mit Source-Routing. In diesen Netzen erfolgt die Informationsubermittlung V mit Hilfe von vorab entlang der ausgewählten Route R aufgebauten Verbindungen, wobei m dem Vermittlungsknoten K, von dem die Infor- mationsubermittlung V angefordert wird - beispielsweise in dem Vermittlungsknoten Ki - die gesamten Route Rv bestimmt wird. Hierdurch kann, im Gegensatz zu Hop-by-Hop basierten Routing, eine Route R mit minimalen Routekosten RK ermittelt werden. Auf Basis der Linkkosten L werden m einer Variante der Erfindung zudem - z.B. mit Hilfe eines Di kstra-Algorith- mus - lediglich die geeigneten optimalen Routen RMIN (Nu ) bestimmt, d.h. bei Berücksichtigung des ggf. überlasteten und/oder unterbrochenen Ubertragungswegs Ui4 die Route Rι4-3, ansonsten die Routen Rι4-ι und R14-2, womit die Anzahl der von dem Vermittlungsknoten Ki zu bewertenden geeigneten Routen R (V) weiter reduziert wird. Die Route Rv wird z.B. durch zufällige Auswahl einer der geeigneten Routen R (V) bestimmt. Alternativ werden die geeigneten Routen R (V) z.B. aufsteigend numeriert und bei jeder weiteren angeforderten Informationsubermittlung V zu demselben Informationsubermittlungs- ziel VZ zyk-lisch als die Route Rv ausgewählt. Im Anschluß an diese Auswahl wird von dem Vermittlungsknoten Ki der Aufbau einer Verbindung beantragt, wobei die Route Rv allen Vermittlungsknoten K entlang der Route R. signalisiert wird. Nach Aufbau der Verbindung erfolgt die angeforderte Informations- Übermittlung N14 entlang der für die Informationsubermittlung V14 ausgewählten Route Rv (Nu ) .
In leitungsorientierten Netzen kann somit zumindest im statistischen Mittel eine weitgehend gleichmaßige Verteilung von angeforderten Informationsubermittlungen V auf mehrere geeignete Routen R (V) , insbesondere optimale Routen RMIN (V) , erreicht werden. Ein wesentlicher Vorteil dieser weitgehend gleichmäßigen Verteilung ist darin zu sehen, daß hierdurch im Mittel die Zuruckweisungswahrschemlichkeit von Verbindungen für mehrere, in ihrer angeforderten Datenrate im allgemeinen beliebig variierenden Informationsubermittlungen signifikant gesenkt wird. Die Zuruckweisungswahrsche lichkeit wird vorteilhaft noch weiter gesenkt, sofern in dem Netz zusätzlich ein Flooding- Verfahren, beispielsweise das PNNI-Verfahren, eingesetzt wird, um überlastete und/oder unterbrochene Ubertragungswege, z.B. der Ubertragungsweg Ui4, zumindest wahrend des Zeitraum der Überlastung und/oder Unterbrechung für das Routen auszuscheiden. Dies erfolgt z.B. dadurch, daß dem Ubertragungsweg Üi4 für die Dauer der Überlastung und/oder Unterbrechung im Vergleich zu den Lmkkosten L der nicht überlasteten und/oder unterbrochenen Ubertragungswege U deutlich erhöhte Lmkkosten L zugewiesen werden.
Die Erfindung kann naturlich m beliebige Kommunikationsnet- zen KN, insbesondere verbindungslosen Kommunikationsnetzen KN wie z.B. dem paketorientierten Internet verwendet werden. Im Internet wird beispielsweise jedes einzelne Paket entlang einer paketindividuellen Route R übermittelt, d.h. die Route einer mit einem Paket bewirkten Informationsubermittlung V zu einem Informationsübermittlungsziel VZ ist unabhängig von den Routen R der Vorganger- und Nachfolger-Pakete zu demselben Informationsübermittlungsziel VZ; die Vermittlungsknoten K, die beispielsweise als Internet Router ausgebildet sind, ermitteln hierbei für jedes Paket zu demselben Informations- ubermittlungsziel VZ jeweils lediglich den nächsten Vermittlungsknoten K - m der Fachwelt auch als "Hop" bezeichnet. Von jedem Router werden gemäß dem erfindungsgemaßen Verfahren aufeinanderfolgende, zu demselben Informationsübermittlungsziel VZ gesendete Pakete infolge einer zufallsges-teuerten Auswahl eines geeigneten Ubertragungswegs U zum einem nächsten, zu dem Informationsübermittlungsziel VZ fuhrenden Vermittlungsknoten K ggf. auf mehrere Ubertragungswege U verteilt. Vorteilhaft werden hierbei die an einen Router angeschlossen Ubertragungswege U im Mittel gleichmaßig ausgela- stet. Hierbei kann es z.B. durch unterschiedliche Laufzeiten der einzelnen Pakete zu Änderungen der ursprunglichen Reihenfolge der Pakete kommen. In diesem Fall wird im Empfanger die ursprüngliche Reihenfolge der zu demselben Informationsübermittlungsziel VZ gesendeten Pakete durch eine höhere Protokollschicht wiederhergestellt. Hierfür sind mehrere Verfahren bekannt, z.B. das Transport Control Protocol TCP.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Auswahl einer Route (R) durch ein aus Vermittlungsknoten (K) und Ubertragungswegen (U) bestehendes Kommunikationsnetz (KN) , bei dem
- für eine Informationsübermittlung (V) mehrere Routen (R(V)) geeignet sind, und
- die Route (Rv) , entlang der die Informationsübermittlung (V) erfolgt, durch zumindest teilweise beliebige Auswahl einer der geeigneten Routen (R(V)) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Kommunikationsnetz (KN) verbindungsorientiert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die geeigneten Routen (R(V)) als optimale Routen (RMIN) ausgebildet sind, die identische, in Abhängigkeit von den
Ubertragungswegen (U) zugewiesenen Linkkosten (L) ermittelte, minimale Routekosten (RK) aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, während einer Zeitspanne mit unveränderten Linkkosten (L) für mehrere zur demselben Informationsübermittlungsziel (VZ) angeforderte Informationsübermittlungen (V) jede der für diese geeigneten Routen (R(V)) höchstens einmal mehr ausgewählt wird als die übrigen der für diese geeigneten Routen (R(V)).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Informationsübermittlungen (V) zu demselben Informationsübermittlungsziel (VZ) die hierfür geeigneten Routen (R(V)) aufsteigend numeriert und zyklisch als die Route (Rv) ausgewählt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Route (Rv) durch zufällige Auswahl einer der geeigneten Routen (R(V)) bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Kommunikationsnetz (KN) verbindungslos ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß in den Vermittlungsknoten (K) durch zufällige Auswahl ei- nes für die Informationsübermittlung (V) geeigneten Übertragungswegs (U) zu einem nächsten Vermittlungsknoten (K) die Route (Rv) schrittweise bestimmt wird.
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