Verwendung von Ende-zu-Ende-Verfügbarkeitsberechnungen beim Verbindungsaufbau
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau einer Verbin¬ dung zwischen einem Quellknoten und einem Senkknoten eines Kommunikationsnetzes, wobei die Verbindung über einen oder mehrere weitere Knoten verläuft.
In Kommunikationsnetzen werden Informationen übertragen. Ein Kommunikationsnetz umfasst Knoten und Einzelverbindungen zwi¬ schen jeweils zwei Knoten. Eine Informationsübertragung zwi¬ schen zwei Knoten, welche nicht durch eine Einzelverbindung miteinander verbunden sind, erfolgt über einen oder mehrere weitere Knoten, welche jeweils paarweise eine Einzelverbin¬ dung untereinander aufweisen. Die Informationsübertragung kann hierbei paket- (packet switched) oder verbindungsorien- tiert (circuit switched) erfolgen. Die Einzelverbindungen zwischen den Knoten können z.B. über Funk, über elektronische oder optische Übertragungsmedien realisiert sein. Beispiele für in Kommunikationsnetzen eingesetzte Technologien sind SDH (Synchronous Digital Hierarchy) , ATM (Asynchronous Transfer Mode), OSPF (Open Shortest Path First), MPLS (Multi-Protocol Label Switching) .
Um ein Kommunikationsnetz gegen den Ausfall von Netzkomponen¬ ten, d.h. von Knoten und/oder Einzelverbindungen, zu schüt¬ zen, werden Ersatzschaltmechanismen eingesetzt, bei denen Re¬ servekapazitäten im Kommunikationsnetz vorgehalten und im Fehlerfall genutzt werden, um die Informationen um die ausge¬ fallen Netzkomponenten herum zu transportieren. Oftmals wer¬ den den Vertragspartnern von Netzbetreibern durch als Service Level Agreement (SLA) bezeichnete Übereinkommen eine bestimm¬ te Ausfallsicherheit von Verbindungen garantiert. Aus Sicht der Netzbetreiber müssen trotz Einhaltung der SLA-Werte die
Reservekapazitäten des Kommunikationsnetzes gering gehalten werden, um die Kosten zu reduzieren.
Ein Netzbetreiber muss beim Verbindungsaufbau auf die Einhal¬ tung der SLA-Werte achten. Dies gilt sowohl für den Aufbau von Verbindungen im Rahmen der Netzplanung, als auch für den Aufbau einer Verbindung in einem bereits aufgebauten Kommuni¬ kationsnetz. Üblicherweise werden hierfür Wahrscheinlichkei¬ ten für das Auftreten von typischen Fehlerbildern, wie z.B. für einen einfachen oder mehrfachen Fehler der Einzelverbin¬ dungen oder für einfache Knotenfehler, berechnet. Diese Wahr¬ scheinlichkeiten sind abhängig von der Anzahl und Verfügbar¬ keit aller Knoten und Einzelverbindungen des Kommunikations¬ netzes. Als Konsequenz wird das Kommunikationsnetz mit SchutzSchemata gegen das Auftreten bestimmter wahrscheinli¬ cher Fehlerbilder geschützt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Verfahren zum Aufbau einer Verbindung zwischen zwei Knoten eines Kommunikationsnetzes aufzuzeigen, welches die Betrach¬ tung von Fehlerbildern zum Schutz einer Verbindung unnötig macht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegens¬ tand von Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Aufbau einer Verbin¬ dung zwischen einem Quellknoten und einem Senkknoten eines Kommunikationsnetzes. Neben dem Quellknoten und dem Senkkno¬ ten stellen eine oder mehrere weitere Knoten die Knoten der Verbindung dar. Erfindungsgemäß wird aus jeweils einem Ver¬ fügbarkeitswert von zumindest dem oder den weiteren Knoten der Verbindung und einer jeden Einzelverbindung zwischen je-
weils zwei Knoten der Verbindung eine Ende-zu-Ende- Verfügbarkeit der Verbindung bestimmt.
Der Verbindungsaufbau kann ein bestehendes, bereits aufgebau¬ tes Kommunikationsnetz betreffen. In diesem Fall kann im Rah¬ men des Verbindungsaufbaus zum Beispiel eine Bestimmung der Knoten der Verbindung, welche zwischen dem Quell- und dem Zielknoten liegen, erfolgen, und/oder ein Festlegen eines zu verwendenden SchutzSchemas für die Verbindung. Der Verbin¬ dungsaufbau kann jedoch auch den Aufbau einer Verbindung zwi¬ schen Knoten in der Phase des Aufbaus eines Kommunikations¬ netzes, z.B. im Rahmen der Netzplanung, betreffen, beispiels¬ weise in dem Fall, wenn entschieden werden muss, welche bzw. wie viele Knoten mit welchen Einzelverbindungen untereinander existieren müssen, um Verbindungen gegebenenfalls einer be¬ stimmten Verbindungsgüte zu realisieren.
Zur Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit der Verbindung werden Verfügbarkeitswerte eingesetzt, wobei es sich bei ei¬ nem Verfügbarkeitswert um ein quantitatives Maß für die Wahr¬ scheinlichkeit handelt, dass ein Knoten bzw. bzw. eine Ein¬ zelverbindung ausfällt. Ein Knoten kann z.B. ausfallen auf¬ grund eines Hardware-Fehlers, eines Software-Fehlers, auf¬ grund falscher Bedienung, wie z.B. durch eine Misskonfigura¬ tion, durch die Beschädigung der Anbindung des Knotens, wie z.B. durch einen Bagger, welcher ein Kabel durchreist. In der Regel werden Statistiken über die aufgetretenen Fehler bzw. Ausfälle geführt, so dass die Wahrscheinlichkeiten für Aus¬ fälle bekannt sind.
In die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit können die Verfügbarkeits¬ werte von allen Knoten der Verbindung eingehen, dass heißt von dem Quellknoten, dem Zielknoten, und dem oder den weite¬ ren Knoten, oder auch lediglich die Verfügbarkeitswerte der weiteren Knoten. Weiterhin gehen Verfügbarkeitswerte aller Einzelverbindungen zwischen jeweils zwei Knoten der Verbin¬ dung in die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit ein. Zur Bestimmung
der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit aus den Verfügbarkeitswerten können verschiedene Rechenvorschriften verwendet werden.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der En¬ de-zu-Ende-Verfügbarkeit der Verbindung durch eine Multipli¬ kation der jeweiligen Verfügbarkeitswerte. Gemäß dieser Re¬ chenvorschrift zur Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit werden alle Verfügbarkeitswerte, welche in die Ende-zu-Ende- Verfügbarkeit eingehen, miteinander multipliziert.
Einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß wird die bestimmte Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit mit einem Schwellenwert vergli¬ chen. Ein positives Zeichen für die Verbindung ist es, wenn die bestimmte Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit den Schwellenwert überschreitet. Ein Schwellenwert kann zum Beispiel aus einem Service Level Agreement (SLA) stammen. Der Schwellenwert kann gegebenenfalls dynamisch geändert werden.
Es ist vorteilhaft, wenn abhängig von der bestimmten Ende-zu— Ende-Verfügbarkeit ein Schutzschema oder auch mehrere Schutz— Schemata für die Verbindung realisiert werden. Eine Realisie¬ rung eines Schutzschemas kann aus der Auswahl eines Schutz¬ schemas aus verschiedenen SchutzSchemata bestehen, wie zum Beispiel aus den SchutzSchemata 1+1 und 1:1, oder auch in der konkreten Anwendung eines Schutzschemas oder einer Kombinati¬ on mehrerer SchutzSchemata. Weitere anwendbare SchutzSchemata sind z.B. pfadbasierte SchutzSchemata wie 1:N, !+l, Fast- Reroute, Haskin, Local-2-Egress, Regional, oder ringbasierte SchutzSchemata wie z.B. Ringe, p-Cycles, oder verteilte Me- chanmismen wie z.B. Rerouting. Eine konkrete Anwendung eines Schutzschemas kann zum Beispiel darin bestehen, dass abhängig von der bestimmten Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit eine oder meh¬ rere weitere Verbindungen zwischen dem Quellknoten und dem Senkknoten zur Verfügung gestellt werden. Eine solche weitere Verbindung kann zum Beispiel eine Zusatzverbindung sein, so dass für eine Kommunikation zwischen dem Quell- und dem Senk¬ knoten beide Verbindungen gleichzeitig zur Informationsüber-
tragung genutzt werden, oder auch eine Ersatzverbindung, die nur im Falle des Ausfalls der Verbindung benötigt und zur In¬ formationsübertragung verwendet wird. Ein Teil einer solchen ErsatzVerbindung kann eine ErSatzverbindung für mehrere Ver¬ bindungen zwischen verschiedenen Quell- und Senkknoten dar¬ stellen. Ein zur Verfügung stellen eines oder mehrerer weite¬ rer Verbindungen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die bestimmte Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit unter einem Schwellen¬ wert liegt.
In Weiterbildung der Erfindung wird abhängig von der bestimm¬ ten Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit eine Ende-zu-Ende- Verfügbarkeit einer anderen Verbindung zwischen dem Quellkno¬ ten und dem Senkknoten bestimmt. Es erfolgt eine Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit für eine Mehrzahl von Verbin¬ dungen zwischen dem Quell- und dem Senkknoten. Hierdurch kann eine besonders geeignete Verbindung zwischen dem Quell- und dem Senkknoten ermittelt werden, welche zukünftig für eine Informationsübertragung genutzt werden kann. Auf diese Weise kann eine Verbindung oder auch mehrere Verbindungen bestimmt werden, deren Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit bzw. - Verfügbarkeiten einen bestimmten Schwellenwert überschreiten.
Einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß werden abhängig von der bestimmten Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit der Verfügbarkeitswert einer oder mehrerer Knoten der Verbindung und/oder einer oder mehrerer Einzelverbindungen geändert. Soll die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit der Verbindung gesteigert werden, so können Verfügbarkeitswerte des Quellknoten und/oder des Senkknotens und/oder einer oder mehrerer weite¬ rer Knoten der Verbindung und/oder einer oder mehrerer Ein¬ zelverbindungen erhöht werden. Eine Änderung eines Verfügbar¬ keitswertes eines Knotens kann z.B. erfolgen über die Einfüh- rung von Redundanz oder Kontrollsoftware oder Software, wel¬ che Misskonfigurationen vermeidet. Eine Änderung eines Ver¬ fügbarkeitswertes einer Einzelverbindung kann z.B. erfolgen über die Änderung der Grabungstiefe oder Mantelung der Ver-
bindung, über die Änderung der Qualität oder Belastung der Verbindung.
In Ausgestaltung der Erfindung erfolgt neben der Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit der Verbindung die Bestimmung einer Ende-zu-Ende-Dienstgüte der Verbindung. Eine Ende-zu¬ Ende-Dienstgüte kann zum Beispiel aus der Verfügbarkeit einer Ende-zu-Ende-Bitrate bestehen. Die Bestimmung der Ende-zu¬ Ende-Dienstgüte kann insbesondere unter Verwendung einer ana¬ log zur Bestimmung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit ausgestal¬ teten Rechenvorschrift erfolgen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1: ein Kommunikationsnetz.
Das in Figur 1 dargestellte Kommunikationsnetz umfasst die Knoten A, B, C, D, E, F, G, H und I. Eine direkte Kommunika¬ tion ist jeweils zwischen zwei Knoten möglich, welche durch eine Einzelverbindung, in Figur 1 durch eine Linie zwischen den jeweiligen Knoten gekennzeichnet, verbunden sind. Es soll der Fall betrachtet werden, dass eine Verbindung zwischen den beiden Knoten A und I, sowie zwischen den beiden Knoten C und G aufgebaut werden soll. Hierzu wird angenommen, dass der Netzbetreiber garantiert, dass eine Verbindung nicht länger als 48 Stunden im Jahr ausfallen darf. Dies bedeutet, dass die Verfügbarkeit einer jeden Verbindung 0,995 betragen muss, bzw. dass ein Ausfall einer Verbindung nur mit einer Wahr¬ scheinlichkeit von 0,005 auftreten darf.
Es sind Verfügbarkeitswerte für alle Knoten und alle Einzel¬ verbindungen des Kommunikationsnetzes bekannt. In den folgen¬ den Ausführungen wird zur Vereinfachung davon ausgegangen, dass diese Verfügbarkeitswerte sowohl für die Knoten als auch für die Einzelverbindungen 0,999 beträgt. Die Erfindung ist jedoch auch auf den Fall anwendbar, dass für verschiedene
Knoten und Einzelverbindungen unterschiedliche Verfügbar¬ keitswerte gelten.
Um die Verfügbarkeit einer Verbindung von 0,995 zu gewähr¬ leisten, wird gemäß dem Stand der Technik auf Basis der Größe des Kommunikationsnetzes, welches aus 9 Knoten und 14 Einzel¬ verbindungen besteht, die Wahrscheinlichkeit für das Auftre¬ ten bestimmter Fehlerbilder berechnet. Die Wahrscheinlichkeit Pi, dass zu einem Zeitpunkt genau ein Fehler auftritt, be¬ trägt:
Pl=I 23j•0,99922•0,00I1=0,0225.
Dies liegt über der erlaubten Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten eines Ausfalls von 0,005.
Die Wahrscheinlichkeit P2, dass sich mehr als ein gleichzei¬ tiger Fehler im Kommunikationsnetz ereignet, beträgt:
23^ f23\
• 0,999^ • 0,001° - • 0,99922 ■ 0,00I1 = 0,00025 .
Die Wahrscheinlichkeit, dass gleichzeitig zwei oder mehr Feh¬ ler auftreten, liegt mit einem Wert von 0,00025 unter der er¬ laubten Wahrscheinlichkeit für einen Ausfall von 0,005. Daher wird jede Verbindung zwischen zwei Knoten des Kommunikations- systems, welche die Verfügbarkeit von 0,995 aufweisen soll, durch eine weitere Verbindung in Form einer Zusatz- oder Er¬ satzverbindung zwischen den selben Knoten abgesichert. Soll eine Verbindung zwischen den Knoten A und I aufgebaut werden, so existiert beispielsweise eine Verbindung über die Knoten C und F, und eine weitere Verbindung über die Knoten B, E und H, jeweils durch Pfeile symbolisiert. Für einen Verbindungs¬ aufbau zwischen den beiden Knoten C und G existiert eine Ver¬ bindung über den Knoten F und eine weitere Verbindung über den Knoten D, jeweils durch Pfeile symbolisiert.
Wird ein 1+1 SchutzSchema verwendet, so werden Informationen bzw. Nachrichten zwischen zwei Knoten gleichzeitig über zwei verschiedene Verbindungen zwischen diesen Knoten übertragen. So würde eine Nachrichtenübertragung zwischen den Knoten A und I sowohl über die Knoten C und F, als auch über die Kno¬ ten B, E und H erfolgen. Zusätzlich zu der Verbindung, welche über die Knoten C und F verläuft, wird die Zusatzverbindung über die Knoten B, E und H zur Verfügung gestellt und zur Nachrichtenübertragung eingesetzt. Zwischen den Knoten C und G würde eine Nachrichtenübertragung sowohl über den Knoten F, als auch über die Zusatzverbindung über den Knoten D erfol¬ gen. Dies bedeutet eine doppelte Belegung von Ressourcen für eine Nachrichtenübertragung, so dass der Gesamtnachrichtenum¬ satz vermindert wird.
Bei einer Verwendung eines 1:1 Schutzschemas wird eine Nach¬ richt zwischen zwei Knoten nur über eine Verbindung zwischen diesen Knoten übertragen, wobei jedoch eine Ersatzverbindung zur Verfügung steht, über welche bei Ausfall der Verbindung die Nachrichtenübertragung erfolgt. So stellt die Verbindung zwischen den Knoten A und I, welche über die Knoten B, E und H verläuft, eine Ersatzverbindung für die Verbindung über die Knoten C und F dar. Verbindungen zwischen verschiedenen Kno¬ ten können zumindest teilweise die gleiche Ersatzverbindung- zur Verfügung haben, da die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von mehr als einem Fehler, d.h. die Wahrscheinlichkeit, dass beide Verbindungen gleichzeitig die ErSatzverbindung benöti¬ gen, den niedrigen Wert von 0,00025 aufweist.
Erfindungsgemäß werden Ende-zu-Ende-Verfügbarkeiten von Ver¬ bindungen bestimmt. Für die Verbindung zwischen den Knoten A und I, welche über die beiden Knoten C und F verläuft, ergibt sich für die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit AAI:
AΛ/=0,9997=0,993.
Für die Verbindung zwischen den Knoten C und G, welche über den Knoten F verläuft, ergibt sich für die Ende-zu-Ende- Verfügbarkeit ACG:
ACG=0,9993=0,997.
Die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit von 0,997 für die Verbindung zwischen den Knoten C und F übersteigt den minimal erforder¬ lichen Wert von 0,995. Daher ist es nicht nötig, für die Ver¬ bindung zwischen den Knoten C und G, welche über den Knoten F verläuft, eine Ersatz- oder Zusatzverbindung zu realisieren. Der Knoten D kann daher uneingeschränkt für andere Verbindun¬ gen genutzt werden.
Die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit von 0,993 für die Verbindung zwischen den Knoten A und I hingegen liegt unter dem minimal erforderlichen Wert von 0,995. Daher wird neben der Verbin¬ dung zwischen den Knoten A und I, welche über die Knoten C und F verläuft, eine weitere Verbindung zur Verfügung ge¬ stellt, welche über die Knoten B, E und H verläuft. Als Schutzschema kann z.B. wie oben beschrieben ein 1+1 qder 1:1 Schema eingesetzt werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik beeinflussen die Größe des Kommunikationssystems und alle Verfügbarkeits¬ werte die benötigten Reservekapazitäten. Reservekapazitäten werden entsprechend für alle Verbindungen in gleichem Ausmaß zur Verfügung gestellt. Durch das erfindungsgemäße Vorgehen hingegen werden Reservekapazitäten nur für diejenigen Verbin¬ dungen benötigt und zur Verfügung gestellt, deren Ende-zu¬ Ende-Verfügbarkeit einen vorgegebenen Schwellenwert unter¬ schreiten. Somit ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Unterscheidung zwischen Eigenschaften spezieller Knoten und Einzelverbindungen, welche Teil einer Verbindung zwischen zwei Knoten sind, möglich. Dies führt zu einer Einsparung von Ressourcen und somit zu Kosteneinsparungen bei den Netzkos¬ ten.
Die beschriebene Berechnung der Ende-zu-Ende-Verfügbarkeiten kann beim Verbindungsaufbau auf verschiedene Weisen einge¬ setzt werden. So kann beim Routing, d.h. bei der Bestimmung derjenigen Knoten, welche Bestandteil der Verbindung sind, die Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit einbezogen werden, indem die¬ jenigen Verbindungen bevorzugt werden, welche eine möglichst hohe Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit aufweisen. In dem oben be¬ schriebenen Beispiel, in welchem alle Knoten und Einzelver¬ bindungen die gleichen Zuverlässigkeitswerte aufweisen, re¬ sultiert dies in einer Bevorzugung der kürzesten Verbindungen zwischen zwei Knoten. Wenn Redundanz bzw. Ersatzschaltever¬ fahren eingesetzt werden, sowie wenn ein Sharing von Ressour¬ cen einbezogen wird, werden für die kostengünstigste Gesamt¬ konstellation in der Regel nicht die kürzesten Pfade verwen¬ det.
Ein weiterer Anwendungsfall der Berechnung der Ende-zu-Ende- Verfügbarkeiten liegt darin, bei einer mangelhaften Ende-zu¬ Ende-Verfügbarkeit die Verfügbarkeitswerte von Knoten und/oder Einzelverbindungen zu erhöhen. u Schließlich ist es, wie oben beschrieben, möglich, abhängig von den bestimmten Ende-zu-Ende-Verfügbarkeiten Reservekapazitäten zur Verfügung zu stellen.
Als Zusatzkriterium neben den Ende-zu-Ende-Verfügbarkeiten können auch Ende-zu-Ende-Dienstgüten verwendet werden. So kann z.B. eine erste Verbindung zwischen zwei Knoten, welche eine geringfügig niedrigere Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit auf¬ weist als eine zweite Verbindung zwischen den gleichen Kno¬ ten, jedoch eine höhere Ende-zu-Ende-Dienstgüte, bevorzugt werden.