WO2007113022A1 - Verfahren zur ermittlung eines pfaddistanzwertes - Google Patents

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WO2007113022A1
WO2007113022A1 PCT/EP2007/050781 EP2007050781W WO2007113022A1 WO 2007113022 A1 WO2007113022 A1 WO 2007113022A1 EP 2007050781 W EP2007050781 W EP 2007050781W WO 2007113022 A1 WO2007113022 A1 WO 2007113022A1
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path
link
distance value
node
route
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PCT/EP2007/050781
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English (en)
French (fr)
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Matthias Kutschenreuter
Christian SCHWINGENSCHLÖGL
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Siemens Aktiengesellschaft
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Priority to US12/225,818 priority patent/US7881212B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12—Shortest path evaluation
    • H04L45/123—Evaluation of link metrics
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12—Shortest path evaluation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a path distance value as well as a network node.
  • a network enables the transmission of messages between its nodes.
  • not all nodes of the network are directly connected to all other nodes. Therefore, a message from a sending node to a receiving node often needs to be forwarded through one or more intermediate nodes to get from the sending node to the receiving node.
  • the path from the sending node via the intermediate nodes to the receiving node is referred to as path or route.
  • the routing method first determines at least one, but expediently a plurality of path candidates along which the message could be transmitted.
  • the path candidates are each assigned a path distance value, a so-called route metric.
  • the path distance value is a measure of the quality of a path candidate.
  • the path distance value is usually determined from link distance values, which in turn are a measure of the quality of individual links of the particular path candidate.
  • a link is the direct connection of two nodes of the network.
  • the path distance value may include, for example, usage costs for a link of the path or the number of links of a path. Furthermore, it is possible that values for a transmission quality along the path candidate or a link of the path candidate or values for the transmission speed of the path candidate or a link of the path candidate are received. The path candidate with the optimal path distance value is selected as path in the sequence. The message can now be transmitted along this path.
  • routing metrics The methods for determining the path distance value are referred to as routing metrics.
  • a known routing metric is ETX (Expected Transmission Count). With the routing metric ETX, the path is selected where the expected number of transmissions is the lowest. Transfers here are to be understood as both first transmission (transmissions) and repeated transmissions (retransmissions). A first transmission is the transmission of a packet via a link. A repeated transmission takes place if the first transmission was unsuccessful. The first transfers and the retransmissions are treated the same way at ETX.
  • ETX has the disadvantage of not finding the optimal path for certain types of data transfers in certain scenarios.
  • Such data transmissions may be, for example, Voice over IP (VoIP) or video telephony.
  • VoIP Voice over IP
  • video telephony Other examples of such types of data transfers are all types of time-critical data transfers.
  • the object on which the invention is based is to provide a method for determining a path distance value and a network node which permits or can carry out improved path selection for time-critical data transmissions.
  • the path distance value is determined based on a first probability.
  • the first probability indicates the likelihood that a data packet must be transmitted multiple times during a transmission along the path in at least one link of the path. This means that the first probability indicates the probability that at least one link requires repeated transmission.
  • the metric obtained by the method has the advantage of having a better one
  • a link distance value is determined for at least two links of the path, preferably for each link of the path. Furthermore, it is expedient to determine the path distance value from at least two of the thus determined link distance values, particularly preferably from all link distance values determined in this way.
  • a number of links of the path are taken into account when determining the path distance value.
  • the link distance value is determined based on a second probability that a data packet is successfully transmitted during a transmission via the link.
  • the link distance value is determined on the basis of a first data packet arrival rate, which enters into the second probability, for a first transmission direction of the link.
  • the link distance value is additionally or alternatively determined on the basis of a second data packet arrival rate, which enters into the second probability, for a second transmission direction of the link opposite to the first transmission directions.
  • the first and second data packet arrival rates essentially indicate a frequency with which a message sent via the link in the respective transmission direction is received by its destination.
  • the link distance value is determined on the basis of a first product from the first and second data packet arrival rate. Furthermore, at least two link distance values are preferably determined and the path distance value is determined on the basis of a second product from the link distance values.
  • the second product contains an additional factor based on the number of links of the path.
  • the network node has processing means for determining a path distance value that is configured to perform a path distance determination for a path, wherein the path distance value is based on a first probability of a data packet being transmitted along the path at least a link of the path must be transmitted multiple times, is determined.
  • the network has at least one such network node.
  • the method can be used, for example, in a routing method such as AODV. Further details and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawing. Shown
  • FIG. 1 shows a network section of three nodes
  • Figure 2 is a schematic network with three path candidates.
  • FIG. 1 shows an exemplary network segment consisting of an eleventh to thirteenth node KI1. Furthermore, FIG. 1 shows a first link L1 between the eleventh node K1 and the twelfth node K2, a second link L2 between the eleventh node K1 and the thirteenth node K3 and a third link L3 between the twelfth node K2 and the thirteenth node K3 ,
  • the first link L1 has a link metric of 0.7
  • the second link L2 and the third link L3 each have a link metric of 0.9.
  • a data transmission from the eleventh node K1 to the twelfth node K2 can take place in this exemplary network section via two possible paths.
  • the first path consists of the first link Ll.
  • the second path consists of the second link L2 and the third link L3.
  • the first path thus leads directly from the eleventh node K1 to the twelfth node K2, while the second path leads from the eleventh node K1 via the thirteenth node K3 to the twelfth node K2.
  • the route metric for a path is shown in an exemplary embodiment of the routing metric, i. Determining a path distance value for the path, calculated according to the following formula:
  • the route metric is the product of the link metrics
  • the link metrics are again the product of data packet arrival rates of a link for both links of a link.
  • the second path thus has the much lower probability of repeated transmission of a data packet on at least one of its links, namely 19%.
  • a routing protocol based on this exemplary embodiment of the routing metric would hereby select the second path as the path since it is more suitable for time-critical data transmissions.
  • routing metric it is possible for a very long path having a length of, for example, 10 links to have a better route metric than another path having only two links.
  • routing metric therefore, one of the following formulas is used:
  • a punishment factor is introduced, which is expediently between 0 and 1, preferably between 0.6 and 0.95.
  • the punishment factor of the link metric is multiplied.
  • the punishment factor, multiplied by the number of links of the route metric reduced by 1, is multiplied.
  • the first path has already been preferred to the second path because of the larger length of the second path.
  • routing metric is based on the following fourth and fifth formula:
  • the ad hoc network includes a first to seventh node Kl ... 7 and a gateway G.
  • the first node K1 might send a message to the gateway G. It is assumed for this example that none of the nodes Kl ... 7 knows a path to the gateway G and therefore such a path must be completely determined.
  • AODV Ad-hoc On-Demand Distance Vector
  • AODV provides that the first node K1 sends a so-called route request message via broadcast to other nodes in its environment. These in turn forward the Route Request message.
  • a route is determined when the RREQ reaches the destination. This route is unicast via so-called route reply message back to the origin of the route request message, i. sent to the first node Kl.
  • route reply message back to the origin of the route request message, i. sent to the first node Kl.
  • the first path candidate Pl leads from the first node Kl via the second, third and fourth nodes K2, 3, 4 to the gateway G.
  • the second path candidate P2 leads from the first node Kl via the second and fifth nodes K2, 5 to the gateway G.
  • the third path candidate P3 leads from the first node Kl via the second and sixth nodes K2, 6 to the gateway G.
  • the seventh node K7 does not occur in any of the path candidates Pl.
  • route reply messages along the path candidates are now sent back to the first node K1.
  • the gateway G sends a route reply message for the first path candidate Pl to the fourth node K4. This one sends
  • Route Reply message to the third node K3.
  • the receiving node K1... 7 determines a respective route metric for the respective path candidate P1... 3. This refers to the part of the path candidate Pl ... 3 from the target, i. in this example, the gateway G to the respective node Kl ... 7.
  • the route metric is then passed on in the route reply message, so that the first node K1 can finally determine the total route metric for each of the path candidates Pl ... 3.
  • a routing metric i.
  • a route metric is used in which a data packet arrival rate is used as the link metric. This in turn is determined by the nodes Kl ... 7 from so-called Hello messages or metric messages that are sent at regular intervals. If the fifth node K5, for example, has received the last n from the last m Hello messages from the gateway G, it determines the data packet arrival rate with respect to the link between itself and the gateway G to n / m. From the
  • Link metrics of links the route metric is again determined by the product of the link metrics. This is for everyone Link adds a punishment factor to the product, resulting in a formula for the route metric:
  • each node Kl ... 7 which receives a route reply message, compares the route metric of the respective path candidate Pl ... 3 with a
  • Threshold The threshold should be 0.2. If the route metric of the respective path candidate Pl ... 3 determined at a node K1... 7 drops below the threshold value, then the respective path candidate Pl ... 3 is discarded. This means that the node Kl ... 7 no longer sends a route reply message with respect to the respective path candidate Pl ... 3. As a result, the rejected path candidate Pl ... 3 does not reach the first node K1 and thus can not be used to transmit the message to the gateway G.
  • the first node K1 itself also compares the route metric of a path candidate P1 ... 3 transmitted to it by a route reply message with the threshold value and rejects the path candidate P1 ... 3 if its route metric reaches or falls below the threshold value.
  • the first node K l chooses the path candidate with the best, i. highest route metric.
  • Linkmetric Gateway G, fourth node K4 0,8
  • the path candidate P1 is then not discarded because its route metric is greater than 0.2.
  • the first path candidate Pl is therefore discarded at the first node K1 since its route metric there is less than 0.2.
  • the second path candidate P2 at the fifth, second and first node each has a route metric of 0.72 or 0.58 or 0.41.
  • the third path candidate P3 results in route metrics of 0.48 and 0.19 at the sixth node K6 and at the second node K2, respectively.
  • the third path candidate P3 is thus already at the second node K2 discarded because already there its route metric is smaller than the threshold of 0.2.
  • the third path candidate P3 therefore does not reach the first node K1.
  • the first node becomes the second
  • Path candidate P2 the only one has a suitable route metric, to transmit the message to the gateway G choose.
  • An alternative embodiment of the routing method results from the fact that the link metrics are already transmitted with the route request messages. This embodiment of the routing method already allows the gateway G to make a decision about the path.

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Abstract

Zur Ermittlung eines optimalen Pfades für zeitkritische Übertragungen wie Videotelefonie oder VoIP wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Pfaddistanzwertes zum Einsatz in Routing- Protokollen angegeben. Der Pfaddistanzwert berechnet sich als Produkt von Linkmetriken für Links einer Route, wobei die Linkmetriken wiederum das Produkt aus Datenpaketankunftsraten sind. Er ist für die Route optimal, die die geringste Anzahl an wiederholte Paketübertragungen (Retransmissions) erfordert. Optional kann ein zusätzlicher Faktor in die Linkmetriken eingefügt werden, der dafür sorgt, dass auch die Länge eines Pfades berücksichtigt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Ermittlung eines Pfaddistanzwertes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Pfaddistanzwertes sowie einen Netzwerkknoten.
Ein Netzwerk ermöglicht das Übermitteln von Nachrichten zwischen seinen Knoten. In einem Netzwerk sind nicht alle Knoten des Netzwerks mit allen weiteren Knoten direkt verbunden. Eine Nachricht von einem sendenden Knoten zu einem empfangenden Knoten muss daher oftmals über einen oder mehrere Zwischenknoten weitergeleitet werden, um vom sendenden Knoten zum empfangenden Knoten zu gelangen. Der Weg vom sendenden Knoten über die Zwischenknoten zum empfangenden Knoten wird dabei als Pfad oder Route bezeichnet.
Um aus einer großen Menge von theoretisch möglichen Pfaden im Netzwerk für eine Nachricht einen geeigneten Pfad auszuwah- len, kommt ein Routing-Verfahren zum Einsatz. Das Routing- Verfahren ermittelt zuerst wenigstens einen, zweckmäßig aber eine Mehrzahl von Pfadkandidaten, entlang derer die Nachricht übermittelt werden konnte. Im Folgenden wird den Pfadkandidaten jeweils ein Pfaddistanzwert, eine sog. Routen-Metrik, zu- geordnet. Der Pfaddistanzwert ist ein Maß für die Qualität eines Pfadkandidaten. Der Pfaddistanzwert wiederum wird üblicherweise aus Linkdistanzwerten bestimmt, die wiederum ein Maß für die Qualität von einzelnen Links des jeweiligen Pfadkandidaten sind. Als Link wird hierbei die direkte Verbindung zweier Knoten des Netzwerks bezeichnet.
In den Pfaddistanzwert können beispielsweise Nutzungskosten für einen Link des Pfades oder die Anzahl der Links eines Pfades eingehen. Weiterhin ist es möglich, dass Werte für ei- ne Ubertragungsqualitat entlang des Pfadkandidaten oder eines Links des Pfadkandidaten oder Werte für die Ubertragungsge- schwindigkeit des Pfadkandidaten oder eines Links des Pfadkandidaten eingehen. Der Pfadkandidat mit dem optimalen Pfad- distanzwert wird in der Folge als Pfad ausgewählt. Die Nachricht kann nun entlang dieses Pfades übermittelt werden.
Die Verfahren zur Ermittlung des Pfaddistanzwertes werden als Routing-Metriken bezeichnet. Eine bekannte Routing-Metrik ist ETX (Expected Transmission Count) . Mit der Routing-Metrik ETX wird derjenige Pfad ausgewählt, bei dem die zu erwartende Anzahl an Übertragungen am geringsten ist. Unter Übertragungen sind hierbei sowohl Erstubertragungen (Transmissions) als auch wiederholte Übertragungen (Retransmissions) zu verstehen. Eine erste Übertragung ist die Übertragung eines Pakets über einen Link. Eine wiederholte Übertragung findet statt, wenn die erste Übertragung nicht erfolgreich war. Die ersten Übertragungen und die wiederholten Übertragungen werden bei ETX gleich behandelt.
Wiederholte Übertragungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie mehr Zeit erfordern können, als erste Übertragungen. Daher weist ETX den Nachteil auf, für bestimmte Arten von Da- tenubertragungen in bestimmten Szenarien nicht den optimalen Pfad zu ermitteln. Solche Datenübertragungen können beispielsweise Voice over IP (VoIP) oder Videotelefonie sein. Andere Beispiele für solche Arten von Datenübertragungen sind alle Arten von zeitkritischen Datenübertragungen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Ermittlung eines Pfaddistanzwertes sowie einen Netzwerkknoten anzugeben, die eine verbesserte Pfadauswahl für zeitkritische Datenübertragungen erlaubt bzw. durchfuhren kann.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und hinsichtlich des Netzwerkknotens durch einen Netzwerkknoten gemäß Anspruch 10 gelost. Die wei- teren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Netzwerkknotens sowie ein auf dem erfindungs- gemaßen Netzwerkknoten beruhendes Netzwerk. Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren zur Ermittlung eines Pfaddistanzwertes für einen Pfad wird der Pfaddistanzwert basierend auf einer ersten Wahrscheinlichkeit ermittelt. Die erste Wahrscheinlichkeit gibt die Wahrscheinlichkeit an, dass ein Datenpaket bei einer Übertragung entlang des Pfades bei wenigstens einem Link des Pfades mehrfach übertragen werden muss. Das bedeutet, dass die erste Wahrscheinlichkeit die Wahrscheinlichkeit angibt, dass bei wenigstens einem Link eine wiederholte Übertragung notwendig ist. Die mit dem Verfah- ren ermittelte Metrik weist den Vorteil auf, eine bessere
Pfadauswahl zu ermöglichen für zeitkritische Datenübertragungen .
Es ist zweckmäßig, wenn bei dem Verfahren folgende Schritte durchgeführt werden:
- Ermittlung von jeweils einem in die erste Wahrscheinlichkeit eingehenden Linkdistanzwert für wenigstens einen Link des Pfades;
- Ermittlung des Pfaddistanzwertes aus dem Linkdistanzwert.
Zweckmäßig wird dabei für wenigstens zwei Links des Pfades, bevorzugt für jeden Link des Pfades, jeweils ein Linkdistanzwert ermittelt. Weiterhin ist es zweckmäßig, aus wenigstens zwei der so ermittelten Linkdistanzwerte, besonders bevorzugt aus allen so ermittelten Linkdistanzwerten, den Pfaddistanzwert zu ermitteln.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird bei der Ermittlung des Pfaddistanzwertes zu- satzlich eine Anzahl von Links des Pfades berücksichtigt.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass kürzere Pfade bevorzugt gegenüber längeren Pfaden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil- düng der Erfindung wird der Linkdistanzwert basierend auf einer zweiten Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Datenpaket bei einer Übertragung über den Link erfolgreich übertrage wird, ermittelt . Bevorzugt wird der Linkdistanzwert auf Grundlage einer ersten Datenpaketankunftsrate, die in die zweite Wahrscheinlichkeit eingeht, für eine erste Ubertragungsrichtung des Links ermit- telt . In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird der Linkdistanzwert zusatzlich oder alternativ auf Grundlage einer zweiten Datenpaketankunftsrate, die in die zweite Wahrscheinlichkeit eingeht, für eine der ersten Ubertragungsrich- tungen entgegengesetzte zweite Ubertragungsrichtung des Links ermittelt. Die erste und zweite Datenpaketankunftsrate geben hier jeweils im Wesentlichen eine Häufigkeit an, mit der eine über den Link in der jeweiligen Ubertragungsrichtung gesendeten Nachricht von ihrem Ziel empfangen wird.
Bevorzugt wird der Linkdistanzwert auf Grundlage eines ersten Produktes aus der ersten und zweiten Datenpaketankunftsrate ermittelt. Weiterhin werden bevorzugt wenigstens zwei Linkdistanzwerte ermittelt und der Pfaddistanzwert auf Grundlage eines zweiten Produktes aus den Linkdistanzwerten ermittelt.
Zweckmäßig enthalt das zweite Produkt einen zusatzlichen Faktor, der auf der Anzahl der Links des Pfades basiert.
Der Netzwerkknoten weist eine Verarbeitungseinrichtung zur Ermittlung eines Pfaddistanzwertes auf, die derart ausgestaltet ist, dass sie für einen Pfad eine Ermittlung eines ihm zugeordneten Pfaddistanzwertes durchfuhrt, wobei der Pfaddistanzwert basierend auf einer ersten Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Datenpaket bei einer Übertragung entlang des Pfades bei wenigstens einem Link des Pfades mehrfach übertragen werden muss, ermittelt wird.
Das Netzwerk weist wenigstens einen solchen Netzwerkknoten auf .
Das Verfahren kann bspw. in einem Routing-Verfahren wie z.B. AODV zum Einsatz kommen. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1 einen Netzwerkausschnitt aus drei Knoten;
Figur 2 ein schematisches Netzwerk mit drei Pfadkandidaten.
Figur 1 zeigt einen beispielhaften Netzwerkausschnitt, bestehend aus einem elften bis dreizehnten Knoten KIl...13. Wei- terhin zeigt Figur 1 einen ersten Link Ll zwischen dem elften Knoten Kl und dem zwölften Knoten K2 , einen zweiten Link L2 zwischen dem elften Knoten Kl und dem dreizehnten Knoten K3 sowie einen dritten Link L3 zwischen dem zwölften Knoten K2 und dem dreizehnten Knoten K3. Der erste Link Ll weist eine Linkmetrik von 0,7 auf, wahrend der zweite Link L2 und der dritte Link L3 jeweils eine Linkmetrik von 0,9 aufweisen.
Eine Datenübertragung vom elften Knoten Kl an den zwölften Knoten K2 kann in diesem beispielhaften Netzwerkausschnitt über zwei mögliche Pfade erfolgen. Der erste Pfad besteht aus dem ersten Link Ll . Der zweite Pfad besteht aus dem zweiten Link L2 und dem dritten Link L3. Der erste Pfad fuhrt somit direkt vom elften Knoten Kl zum zwölften Knoten K2, wahrend der zweite Pfad vom elften Knoten Kl über den dreizehnten Knoten K3 zum zwölften Knoten K2 fuhrt.
Die Routen-Metrik für einen Pfad wird in einer beispielhaften Ausfuhrungsform der Routing-Metrik, d.h. der Ermittlung eines Pfaddistanzwertes für den Pfad, gemäß folgender Formel be- rechnet:
Figure imgf000007_0001
wobei : R Routen-Metrik LM Linkmetrik Df Datenpaketankunftsrate in einer ersten Ubertragungsrich- tung
Dr Datenpaketankunftsrate in einer zweiten Ubertragungs- richtung
Das bedeutet, die Routen-Metrik ist das Produkt aus den Linkmetriken, wobei die Linkmetriken wiederum das Produkt aus Da- tenpaketankunftsraten eines Links für beide Ubertragungsrich- tungen eines Links sind.
Die Routen-Metrik für den ersten Pfad ist in diesem Fall gleich der Linkmetrik für den ersten Link Ll, also R = 0,7. Die Routen-Metrik für den zweiten Pfad ist in hier gleich dem Produkt aus den Linkmetriken für den zweiten Link L2 und den dritten Link L3. Das heißt, die Routen-Metrik für den zweiten Pfad ist R = 0,9 x 0,9 = 0,81.
Der zweite Pfad weist somit die deutlich geringere Wahrscheinlichkeit für eine wiederholte Übertragung eines Daten- pakets bei wenigstens einem seiner Links auf, nämlich 19%.
Ein Routing-Protokoll, das auf dieser beispielhaften Ausfuhrungsform der Routing-Metrik basiert, wurde hierbei den zweiten Pfad als Pfad auswählen, da dieser geeigneter für zeitkritische Datenübertragungen ist.
Bei der beispielhaften Routing-Metrik ist es möglich, dass ein sehr langer Pfad mit einer Lange von bspw. 10 Links eine bessere Routen-Metrik aufweist als ein weiterer Pfad mit nur zwei Links. In weiteren beispielhaften Ausfuhrungsmoglichkei- ten der Routing-Metrik wird deshalb die eine der folgenden Formeln verwendet :
Figure imgf000008_0001
oder = pLιnks-1
( 3 ) R = L UinksLM Links ' D.)
wobei :
P Be stra fungs faktor Links An zahl der Links
Hierbei wird ein Bestrafungsfaktor eingeführt, der zweckmäßig zwischen 0 und 1 liegt, bevorzugt zwischen 0,6 und 0,95. In der zweiten Formel (2) wird der Bestrafungsfaktor der Link- metrik zumultipliziert. In der dritten Formel (3) wird der Bestrafungsfaktor, potenziert mit der um 1 verringerten Anzahl der Links der Routen-Metrik zumultipliziert.
In einer beispielhaften Ausfuhrungsmoglichkeit der Routing- Metrik gemäß der zweiten Formel (2) wird als Bestrafungsfaktor P = 0,8 gewählt. Damit ergeben sich für den Netzwerkausschnitt gemäß Figur 1 die folgenden Routen-Metriken:
für den ersten Pfad R = 0,7 x 0,8 = 0,56; - für den zweiten Pfad R = 0,9 x 0,8 x 0,9 x 0,8 ~ 0,52.
Bei dieser Ausfuhrungsform der Routing-Metrik wurde also bereits der erste Pfad dem zweiten Pfad aufgrund der größeren Lange des zweiten Pfades vorgezogen werden.
Weitere Ausfuhrungsvarianten der Routing-Metrik ergeben sich anhand der folgenden vierten und fünften Formel:
( 4 ) R = L UinksLM = L Uinks(D>p)
(5) R = Y[LM πw pLιnks-1
Bei diesen Varianten wird lediglich die Datenpaketankunftsra- te in der zweiten Ubertragungsrichtung verwendet. Bei einer Variante wird diese quadriert. Es ist möglich, die verschiedenen Möglichkeiten gemäß der zweiten und dritten Formel, den Bestrafungsfaktor in die Berechnung einzubringen, und die verschiedenen Möglichkeiten, die Datenpaketankunftsraten zu verwenden zu vermischen.
Im Folgenden soll die Anwendung einer Ausfuhrungsform der er- findungsgemaßen Routing-Metrik in einem Routing-Verfahren gezeigt werden. Dabei wird das in Figur 2 gezeigte Ad-hoc- Netzwerk zugrunde gelegt. Das Ad-hoc-Netzwerk enthalt einen ersten bis siebten Knoten Kl ...7 und ein Gateway G.
In diesem Beispiel mochte der erste Knoten Kl eine Nachricht an das Gateway G senden. Es wird für dieses Beispiel davon ausgegangen, dass keiner der Knoten Kl ...7 einen Pfad zum Gateway G kennt und deshalb ein solcher Pfad vollständig ermittelt werden muss.
Zur Ermittlung des Pfades wird das Routing-Protokoll AODV (Ad-hoc On-Demand Distance Vector) verwendet. AODV sieht vor, dass der erste Knoten Kl eine sog. Route-Request-Nachricht per Broadcast an weitere Knoten in seiner Umgebung sendet. Diese wiederum leiten die Route-Request-Nachricht weiter. Eine Route wird bestimmt, wenn der RREQ das Ziel erreicht. Die- se Route wird per sog. Route-Reply-Nachricht per Unicast zurück an den Ursprung der Route-Request-Nachricht, d.h. an den ersten Knoten Kl geschickt. Dazu hat jeder Knoten Kl...7, der die Anfrage empfangen und weitergeleitet hat, den Knoten Kl ...7 gespeichert, von dem er die Route-Request-Nachricht erhalten hat.
Auf diese Weise ergeben sich in diesem Beispiel beim ersten Knoten Kl drei Pfadkandidaten Pl...3, entlang derer die Nachricht von diesem an das Gateway G übermittelt werden kann. Der erste Pfadkandidat Pl fuhrt dabei vom ersten Knoten Kl über den zweiten, dritten und vierten Knoten K2, 3, 4 zum Gateway G. Der zweite Pfadkandidat P2 fuhrt vom ersten Knoten Kl über den zweiten und fünften Knoten K2 , 5 zum Gateway G. Der dritte Pfadkandidat P3 fuhrt vom ersten Knoten Kl über den zweiten und sechsten Knoten K2, 6 zum Gateway G. Der siebte Knoten K7 kommt in diesem Beispiel in keinem der Pfadkandidaten Pl ...3 vor.
Um die Pfadkandidaten Pl...3 an den ersten Knoten Kl zu übermitteln, werden nun Route-Reply-Nachrichten entlang der Pfadkandidaten zurück an den ersten Knoten Kl gesendet. So sendet das Gateway G eine Route-Reply-Nachricht für den ersten Pfad- kandidaten Pl an den vierten Knoten K4. Dieser sendet eine
Route-Reply-Nachricht an den dritten Knoten K3. Der wiederum sendet eine Route-Reply-Nachricht an den zweiten Knoten K2, der eine Route-Reply-Nachricht an den ersten Knoten Kl sendet.
Beim Empfang einer Route-Reply-Nachricht ermittelt der empfangende Knoten Kl ...7 jeweils eine Routenmetrik für den jeweiligen Pfadkandidaten Pl ...3. Diese bezieht sich dabei auf den Teil des Pfadkandidaten Pl ...3 vom Ziel, d.h. in diesem Beispiel dem Gateway G bis zum jeweiligen Knoten Kl ...7. Die Routenmetrik wird dann in der Route-Reply-Nachricht weitergegeben, sodass der erste Knoten Kl schließlich die gesamte Routenmetrik für jeden der Pfadkandidaten Pl ...3 bestimmen kann .
Als Routing-Metrik, d.h. als Vorschrift zur Ermittlung der Qualität eines Pfadkandidaten Pl ...3 kommt hierbei eine Routenmetrik zum Einsatz, bei der als Linkmetrik eine Datenpa- ketankunftsrate verwendet wird. Diese wiederum wird von den Knoten Kl ...7 aus sog. Hello-Nachrichten oder Metrik- Nachrichten ermittelt, die in regelmäßigen zeitlichen Abstanden versendet werden. Hat der fünfte Knoten K5 bspw. vom Gateway G von den letzten m Hello-Nachrichten die letzten n empfangen, so bestimmt er die Datenpaketankunftsrate bzgl. des Links zwischen sich und dem Gateway G zu n/m. Aus den
Linkmetriken der Links wird die Routenmetrik wiederum durch das Produkt der Linkmetriken bestimmt. Hierbei wird für jeden Link ein Bestrafungsfaktor in das Produkt aufgenommen, sodass sich als Formel für die Routenmetrik ergibt:
Figure imgf000012_0001
R Routenmetrik
LM Linkmetrik
D Datenpaketankunftsrate
P Bestrafungsfaktor Links Anzahl der Links des Pfadkandidaten Pl ...3
In diesem beispielhaften Routing-Verfahren wird als Bestrafungsfaktor 0,8 verwendet. Nun vergleicht jeder Knoten Kl...7, der eine Route-Reply-Nachricht empfangt, die Routen- metrik des jeweiligen Pfadkandidaten Pl ...3 mit einem
Schwellwert. Der Schwellwert soll hierbei 0,2 betragen. Unterschreitet die bei einem Knoten Kl ...7 ermittelte Routenmetrik des jeweiligen Pfadkandidaten Pl ...3 den Schwellwert, so wird der jeweilige Pfadkandidaten Pl ...3 verworfen. Das bedeutet, der Knoten Kl ...7 sendet keine Route-Reply- Nachricht in Bezug auf den jeweiligen Pfadkandidaten Pl ...3 mehr weiter. Dadurch erreicht der verworfene Pfadkandidat Pl ...3 nicht den ersten Knoten Kl und kann somit auch nicht zur Übermittlung der Nachricht an das Gateway G verwendet werden. Auch der erste Knoten Kl selbst vergleicht die Routenmetrik eines ihm per Route-Reply-Nachricht übermittelten Pfadkandidaten Pl ...3 mit dem Schwellwert und verwirft den Pfadkandidaten Pl...3, falls seine Routenmetrik den Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
Aus den nicht verworfenen Pfadkandidaten Pl ...3 wählt der erste Knoten Kl zuletzt denjenigen Pfadkandidaten mit der besten, d.h. höchsten Routenmetrik.
Für die einzelnen Pfadkandidaten Pl ...3 ergibt sich aus dem angegebenen Schema der im Folgenden beschriebene Verlauf. Für die Linkmetriken werden hier jeweils beispielhafte Werte angenommen, die in der folgenden Tabelle zusammengefasst sind:
Link zwischen: Linkmetrik: Gateway G, vierter Knoten K4 0,8
Gateway G, fünfter Knoten K5 0,9
Gateway G, sechster Knoten K6 0,6 vierter Knoten K4, dritter Knoten K3 0,7 dritter Knoten K3, zweiter Knoten K2 0,9 zweiter Knoten K2, erster Knoten Kl 0,9 fünfter Knoten K5, zweiter Knoten K2 1 sechster Knoten K6, zweiter Knoten K2 0,5
Beim ersten Pfadkandidaten Pl wird eine Route-Reply-Nachricht vom Gateway G an den vierten Knoten K4 gesendet. Dieser berechnet die Routenmetrik für den bisherigen ersten Pfad zu dem Produkt aus der Linkmetrik für diesen Link und dem Bestrafungsfaktor, also 0,8*0,8 = 0,64. Der Pfadkandidaten Pl wird daraufhin nicht verworfen, da seine Routenmetrik großer als 0,2 ist. Im Folgenden geht eine
Route-Reply-Nachricht vom vierten Knoten K4 an den dritten Knoten K3. Dieser berechnet die Routenmetrik aus dem Produkt der bisherigen Routenmetrik und der Linkmetrik für den Link zwischen sich und dem vierten Knoten K4 sowie dem Bestra- fungsfaktor, also 0,64*0,8*0,7 = 0,36. Nach einer Route- Reply-Nachricht an den zweiten Knoten K2 berechnet dieser die Routenmetrik zu 0,36*0,8*0,9 = 0,26. Der erste Knoten Kl berechnet nach der letzten Route-Reply-Nachricht die Routenmetrik zu 0,26*0,8*0,9 = 0,19. Der erste Pfadkandidat Pl wird also beim ersten Knoten Kl verworfen, da seine Routenmetrik dort kleiner als 0,2 ist.
Mit der gleichen Vorgehensweise ergibt sich beim zweiten Pfadkandidaten P2 beim fünften, zweiten und ersten Knoten je eine Routenmetrik von 0,72 bzw. 0,58 bzw. 0,41. Beim dritten Pfadkandidaten P3 ergeben sich Routenmetriken von 0,48 und 0,19 beim sechsten Knoten K6 bzw. beim zweiten Knoten K2. Der dritte Pfadkandidat P3 wird also bereits beim zweiten Knoten K2 verworfen, da bereits dort seine Routenmetrik kleiner als der Schwellwert von 0,2 ist. Der dritte Pfadkandidat P3 erreicht daher nicht den ersten Knoten Kl .
In diesem Beispiel wird der erste Knoten daher den zweiten
Pfadkandidaten P2, der als Einziger eine geeignete Routenmetrik aufweist, zur Übertragung der Nachricht an das Gateway G wählen .
Eine alternative Ausfuhrungsform des Routing-Verfahrens ergibt sich dadurch, dass die Linkmetriken bereits mit den Rou- te-Request-Nachrichten übermittelt werden. Diese Ausfuhrungsform des Routing-Verfahrens ermöglicht es bereits dem Gateway G, eine Entscheidung über den Pfad zu treffen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung eines Pfaddistanzwertes für einen Pfad, wobei der Pfaddistanzwert basierend auf einer ers- ten Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Datenpaket bei einer Übertragung entlang des Pfades bei wenigstens einem Link mehrfach übertragen werden muss, ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten: - Ermittlung von jeweils einem in die erste Wahrscheinlichkeit eingehenden Linkdistanzwert für wenigstens einen Link (Ll...3) des Pfades;
Ermittlung des Pfaddistanzwertes aus dem Linkdistanzwert .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei der Ermittlung des Pfaddistanzwertes zusatzlich eine Anzahl von Links (Ll...3) des Pfades berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Linkdistanzwert basierend auf einer zweiten Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Datenpaket bei einer Übertragung über den Link (Ll...3) erfolgreich übertragen wird, ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem Ansprüche 2 bis 4, wobei der Linkdistanzwert auf Grundlage einer ersten Datenpaketankunftsra- te, die in die zweite Wahrscheinlichkeit eingeht, für eine erste Ubertragungsrichtung des Links (Ll...3) ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Linkdistanzwert zusatzlich oder alternativ auf Grundlage einer zweiten Datenpaketankunftsrate, die in die zweite Wahrscheinlichkeit eingeht, für die der ersten Ubertragungsrichtung entgegen gesetzte zweite Ubertragungsrichtung des Links (Ll...3) ermit- telt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Linkdistanzwert auf Grundlage eines ersten Produktes aus der ersten und der zweiten Datenpaketankunftsrate ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-7, wobei wenigstens zwei Linkdistanzwerte ermittelt werden und der Pfaddistanzwert auf Grundlage eines zweiten Produktes aus den Linkdistanzwerten ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das zweite Produkt einen zusatzlichen Faktor enthalt, der auf der Anzahl der Links des Pfades basiert.
10. Netzwerkknoten (Kl ...7, 11...13) mit einer Verarbeitungs- einrichtung zur Ermittlung eines Pfaddistanzwertes, die derart ausgestaltet ist, dass sie für einen Pfad eine Ermittlung eines ihm zugeordneten Pfaddistanzwertes durchfuhrt, wobei der Pfaddistanzwert basierend auf einer ersten Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Datenpaket bei einer Übertragung entlang des Pfades bei wenigstens einem Link (Ll...3) des Pfades mehrfach übertragen werden muss, ermittelt wird.
11. Netzwerk mit wenigstens einem Netzwerkknoten (Kl...7, 11...13) nach Anspruch 10.
12. Verwendung des Pfaddistanzwertes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Routing-Verfahren.
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