WO2018091736A1 - Messverfahren zur bedarfsgerechten bestimmung von durchlaufzeiten in einem datennetzwerk - Google Patents

Messverfahren zur bedarfsgerechten bestimmung von durchlaufzeiten in einem datennetzwerk Download PDF

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WO2018091736A1
WO2018091736A1 PCT/EP2017/079913 EP2017079913W WO2018091736A1 WO 2018091736 A1 WO2018091736 A1 WO 2018091736A1 EP 2017079913 W EP2017079913 W EP 2017079913W WO 2018091736 A1 WO2018091736 A1 WO 2018091736A1
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René HUMMEN
Florian MÜCK
Stephan KEHRER
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Hirschmann Automation And Control Gmbh
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    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H04J3/0652—Synchronisation among time division multiple access [TDMA] nodes, e.g. time triggered protocol [TTP]
    • H04J3/0655—Synchronisation among time division multiple access [TDMA] nodes, e.g. time triggered protocol [TTP] using timestamps
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/10—Active monitoring, e.g. heartbeat, ping or trace-route

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a data network, in which network devices are present in the data network, which exchange data packets via data connections, wherein a mechanism is operated to determine at least an end-to-end latency between network devices, according to the features of the preamble of claim 1.
  • Mechanisms exist in many networks, particularly data networks, to randomly determine the end-to-end latency between devices (also referred to as network devices) and / or the accessibility of devices on the network.
  • the invention has for its object to improve a method for operating a data network with respect to the determination of the latencies and to avoid the disadvantages described above.
  • a trigger packet is sent out as a mechanism by a network device to at least one further network device and it is determined by means of a time stamp when the trigger packet has reached this at least one further network device.
  • the trigger packet is transmitted by a network device in addition to the data packets that are exchanged in the data network via the wired and / or wireless data connections and received by at least one further, for example several, preferably all network devices. If the trigger packet is received by at least one network device, a timestamp is taken with which it is determined when the trigger packet has reached the respective network device. The timestamps can be used to determine the time course that the trigger package required from network device to network device.
  • the end-to-end latency between network devices can be determined.
  • no additional trigger packet is sent, but a data packet itself is used as a trigger packet. If such a data packet is received by at least one network device, a time stamp is taken with which it is determined when the data packet has reached the respective network device. The timestamps can be used to determine the time course that the data packet needed from network device to network device. From this time course can be using the data packets, which requires no additional trigger packets compared to the first embodiment because the data packets themselves are used as trigger packets that determine end-to-end latency between network devices.
  • a time stamp is also detected (determined) at the time of dispatch of a parcel. This timestamp can then be used together with the timestamp, which was determined at the time of receipt of the packet in the same network device, to determine the duration of the packet in this network device. Since both time stamps in a network device relate to the local clock of the same network device, the dwell time can be precisely determined. This information can be very valuable in determining causes in the case of delayed delivery of a parcel.
  • the time stamp determined in the at least one further device is inserted as a partial data packet into the trigger packet and forwarded further.
  • each network device receiving the trigger packet has the time stamp or times available in the at least one network device from which it was sent.
  • the network device receiving this trigger packet detects receipt, it determines that time and sets a timestamp, which it inserts as a partial data packet into the received trigger packet and retransmits the trigger packet supplemented with its own timestamp.
  • a timestamp can also be determined and inserted into the Tnggervers in the transmission. This forwarding can be done to a single network device, to a group of network devices or to all network devices of the respective data network.
  • time stamps as partial data packets in the trigger packet
  • the time stamp determined in the at least one further device is stored on this network device and provided for further network devices and / or a network management system becomes.
  • time stamps of the respective network device in the trigger packet of the time stamp found in the respective network device is also or only stored on the network device, so that it is locally available and queried can. This query can be carried out by a corresponding request from another network device and / or a network management station at the network device on which the established time stamp has been collected and stored.
  • the trigger packet has a certain length and this length is increased by inserting Zeitstempei.
  • a place for the insertion of timestamps will exist in the trigger packet, so that the insertion of timestamps does not change the length of the trigger packet.
  • the time stamp which has been detected on the respective network device is assigned further data of that network device which determines the time stamp.
  • This can meta information such.
  • the time profile of the data exchange of the trigger packet over the data connections involved is determined from the time stamp of a respective network device.
  • the use of the trigger packet independently of the rest of the data exchange between the network devices via the data connections in the data network has the advantage that the data exchange is not delayed by the determination and transfer of time stamps.
  • the trigger packets are sent, received and forwarded independently of the other data packets exchanged between the network devices.
  • the timestamps detected in the participating network devices are considered to determine the duration for transmission of the trigger packet from the sending network device to the last network device receiving the trigger packet can be.
  • the inventive method thus realizes an end-to-end latency determination. Alternatively or additionally, it also offers a significantly higher granularity or temporal resolution. Because with the method according to the invention, the latencies of arbitrary sub-paths down to individual path segments of the transmission media of the network can be determined. This is possible because the receive and transmit timestems of the individual network devices are collected and not accumulated in one value.
  • the term "granularity" is understood to mean a precise determination of the transmission time of the trigger packets, which is required for the transmission of the trigger packets from a starting point, which can be arbitrarily selected, to an end point, which can also be arbitrarily selected specifically, when a trigger packet arrived at a network device (which is timestamped) and when it was retransmitted by that network device (which is also timestamped)
  • the time between the arrival of the trigger packet on the network device and the transmission of this trigger packet depends on the processing time of at least one data packet which is also received, processed (or only forwarded) and transmitted by this network device Assemble the times of arrival of both the trigger packet and the data packet and regardless of the timing of sending both the trigger packet and the data packet together.
  • the timestamp for the arrival of the trigger packet and the timestamp for the transmission of the trigger packet is a measure of how long the processing (or even the forwarding) of at least one data packet in the network device has required.
  • the transmission times of a respective trigger packet can be determined between the transmission from one network device to the arrival on another network device that receives the trigger packet.
  • the transmission times of the trigger packets between the network devices which are for example dependent on the type and length of a cable or which are dependent on a wireless transmission, by the detection of the timing of the trigger packets between the transmission from a network device to the reception on a subsequent network device precisely determinable. This process can be repeated as often as desired over the entire transmission path or on segments thereof, so that determination of an end-to-end latency on a predefinable partial path or the entire network path is possible at any time.
  • the method according to the invention can thus be carried out alternatively or additionally in four different ways.
  • trigger packets are sent out on the network and received by network devices.
  • a time stamp is taken which is inserted into the trigger packet on the network device on which the trigger packet is currently located and is sent on. If the trigger packet reaches another network device, the same procedure is used there, so that further time stamps are gradually inserted into the trigger packet.
  • the trigger packets exist in addition to the data packets.
  • trigger packets are sent out on the network and received by network devices.
  • a time stamp is taken which is stored on the network device on which the trigger packet is currently located. The same procedure is used if the trigger packet is sent out again and received by another network device.
  • the timestamps are not included in the trigger packets, but they are stored on the respective network device and can be retrieved from there. This is done for example by a network management system.
  • the trigger packets exist in addition to the data packets. 3. Instead of additional trigger packets, the data packets are used for the transmission of the taken time stamp.
  • the data packets carry useful content in this case and additionally contain information about their reception and / or transmission on a network device.
  • a time stamp is taken, which is inserted in the data packet on the network device on which the data packet is currently located, and sent on. If the data packet reaches another network device, the same procedure is used there, so that further time stamps are gradually inserted into the data packet. In this case, there are no trigger packages. In other words, this means that when a data packet arrives, which functions as a trigger packet, a time stamp is taken on a network device and / or a time stamp is emitted when a data packet is sent, which functions as a trigger packet, and inserted into the data packet.
  • the data packets are used to determine the transmission time.
  • the time stamps taken on the respective network devices are not inserted in the data packet, but stored in the network device on which they were just taken. This has the advantage that with the data packets the input and / or the output time can be determined on the respective network device without this information having to be inserted into the data packet. This means that the time stamp is available, but the data packet, more precisely its useful content, remains unchanged and the data packet can thus be forwarded unchanged.
  • the at least one taken time stamp is available in the network device and can in turn be read by a network management system.
  • a time stamp is taken on a network device and / or a time stamp is emitted when a data packet which serves as a trigger packet is sent, and taken to the network device on which the time stamp was taken. is stored.
  • the invention thus relates at least to the aspect of end-to-end measurements. In general, however, the measurement does not have to be performed from the actual end (or beginning) to the actual end, but it can also be performed as a method of path segment ancestor determination, with which any partial path latencies and, in the last instance, the end-to-end Latency can be derived.
  • end-to-end does not mean the actual first network device and the last network device, for example, in a line topology, but that any path segments can be defined, which are then defined by a first network device and a last network device between which there are no, at least one or preferably several network devices, so that the latency for the transmission of the trigger packets between this one and this other network device can be determined ideally, and preferably in the network devices, a timestamp is taken when a trigger packet arrives, and another time stamp is taken if that trigger packet after its processing (e.g., storage) and / or processing (or forwarding) of the received data packets leaves the network device again.
  • processing e.g., storage
  • processing or forwarding
  • the transmission times (latencies) on any sections of the network or the entire network taking into account the processing or forwarding times of data packets in the respective network device including the transmission times on the transmission medium between the individual network devices (wired or wireless) be determined precisely.
  • the network devices can be configured, for example, so that they interpret data packets of a certain type or with a certain (partial) information quasi as a trigger, so that upon arrival of such a data packet due to a specific configuration on a network device an input timestamp and / or Starting time stamp is taken.
  • all incoming data packets are interpreted as a kind of trigger that determines the determination of the Initiate input timestamp and / or the output timestamp.
  • data packets of the first kind can be interpreted as a kind of trigger or data packets of another type can be filtered out and nevertheless forwarded without a timestamp being taken.
  • data packets having a particular VLAN priority, destination MAC address or the like may be considered as a kind of trigger from the correspondingly configured network device.
  • trigger packets are transmitted on the network, preferably for at least one network device, or multiple network devices or each network device in the network, the time of arrival of the trigger packet (input time), and / or the time of sending the trigger packet (time of transmission).
  • This has the advantage that parallel to the data packets that are also transmitted on the network and are forwarded by a switch, for example, need to record any additional information with respect to the time stamp, but only contain their payload content unchanged.
  • it is of course possible to record a time stamp also in the data packet so that the time stamps collected and collected during the transmission can be cumulated in order to be able to determine the defined end-to-end latency on the basis thereof.
  • At least one network device (or a group of similar network devices), several network devices of different types or all network devices in the network or a sub-segment of the network are addressed ,
  • the inventive method described above is applicable to any network topologies (such as a ring topology or a line topology), even in the case of redundancy.
  • the method according to the invention is described below and explained with reference to the figures.
  • FIG. 1 shows a network in line topology
  • FIG. 2 shows a network in line topology with trigger packets and a database for access via a network management system
  • FIG. 4 shows an exemplary structure of a trigger packet
  • FIG. 5 shows a trigger packet in the event of an error.
  • FIG. 1 shows by way of example, as far as shown in detail, a network in a line topology.
  • An actual start of the network is determined by the network device ED1 and an actual end of the network by the network device ED2. Between this actual end and the actual start of the network, any number of network devices, such as two switches SW1 and SW2, are present to each other via suitable transmission media (such as wired via cable or wirelessly, for example via radio, infrared or the like ) are interconnected and exchange data packets not shown. In addition to these data packets, trigger packets TP are transmitted.
  • suitable transmission media such as wired via cable or wirelessly, for example via radio, infrared or the like
  • each trigger packet on the left of the switch or on the left of the network device indicates that whenever such a trigger packet arrives at the input of the network device concerned, the time of arrival (receipt) is determined. So a timestamp is raised. Alternatively or additionally, the time when a trigger packet leaves the respective network device can also be determined. To one To realize the highest possible precise resolution or determination of the transmission time, both the reception time and the time of transmission are determined.
  • FIG. 2 shows a network in line topology with trigger packets and a database for access via a network management system.
  • the network according to FIG. 2 is based on the functioning of the network, as shown in FIG. 1, but with the difference that a network management system (NMS) is permanently connected to at least one network device (in this example the switch SW1) or temporarily usable.
  • NMS network management system
  • the network management system may also be permanently connected or connectable to more than one network device or all network devices residing in the network (regardless of its topology).
  • the input time stamp and / or the output time stamp of the trigger packet is then stored after its detection (for example in a database, Mgmnt DB).
  • the network management system can access this database and read the timestamps for every trigger packet that the respective network device has reached or left, and from this, in conjunction with the time stamps of the other network devices, the end-to-end latency for the entire network (ie from ED1 to ED2) or for certain freely selectable segments of the network (such as from ED1 to SW2 or from SW2 to ED2).
  • FIG. 3 shows the case of inserting a timestamp "Inline" and in a database of the network management system.
  • the time of arrival of the trigger packet is denoted by TSin and the time of transmission of the trigger packet by TSout.
  • Mgmnt DB management database
  • the term "trigger frame” is used in the figure itself, wherein in principle the terms “trigger frame 1 " and “trigger packet” can be used synonymously with one another If the inventive method Realized layer 2 level, the term “trigger frame” can be used, whereas the term “trigger packet” can be used when the inventive method is performed at the layer 3 level or above.
  • FIG. 4 shows an example of a structure of a trigger packet, wherein it can be seen that not only the input and output timestamps of the respective network device are contained in the trigger packet, but that optionally also further data (for example metadata) can be contained in the trigger packet and transmitted ,
  • the number of time stamps in this trigger packet depends on the number of network devices, in particular on the number of terminals or the intermediary devices, such as switches.
  • Such a trigger packet can, but does not have to, contain the data of the actual first network device (here ED1) or of the actual last network device (here ED2), but can, for example, also contain only the data of the network devices connected between these devices.
  • FIG. 5 shows, based on the trigger packet, as shown in FIG. 4, a trigger packet in the event of an error with exemplary time specifications for the respective input and transmission time in the respective network device.
  • a line topology can be used with two terminals (see FIG. 1, which shows a line topology with trigger packet).
  • a trigger packet TP is transmitted by a network device ED1 and received by another network device ED2.
  • the end-to-end latency can be determined by the transmission time of the trigger packet from the network device ED1 from the time of reception of the trigger packet in the network device ED2 (see FIG. 4, in the structure of the trigger packet) is) is deducted. This gives the exact end-to-end packet transit time between the network devices ED1 and ED2.
  • the trigger packets can be sent independently of the network priority specified by the time synchronization protocol on a freely chosen network priority. This makes it possible to evaluate the switching of the trigger packet in the forwarding in different priority classes.
  • the trigger packet from the network device ED1 to the network device ED2 mentioned in the above example has an unexpectedly high delay, it becomes possible on the basis of the invention to observe the individual delays on each step of the transmission path and thereby achieve a precise limitation of the error source.
  • FIG. 5 as an example, there is an error in the network device SW2.
  • the determined end-to-end latency between the network devices ED1 and ED2, at 670ns, is well above the expected latency.
  • the cause of the error can now be limited to the network device SW2, since the residence time in the network device SW2 with 430 ns can be precisely determined, for example, by the network management system and significantly exceeds the assumed exemplary normal residence time in a switch of 100 ns.
  • the abovementioned numerical values are purely exemplary and not restrictive.
  • the illustrated meta-data is an exemplary package construction.
  • these are, for example, so-called end devices (such as personal computers, sensors, actuators, industrial controls and the like), which monitor an actual start or an actual end of a network (for example in a line). or in ring topology).
  • Those network devices that are arranged between these terminals usually serve the actual distribution or switching of data packets (with payload content) and send, with the exception of the inventively provided trigger packets, no new data packets to the network or change the payload of a forwarded data packet not ,
  • the invention will be given again in other words:
  • a "trigger packet" is sent, which ensures that individual devices, preferably each device on the transmission path, which supports the method described here, takes time stamps (eg the respective receiving and / or dispatch time) and the measured This results in a complete recording of the time history of the data switching on individual switching paths, preferably on each switching path (including the method supporting terminals) within the network the at least one receiver (device) is processed or provided for further processing (eg by passing it to a management system or by returning the packet to the initiator of the measurement).
  • time stamps eg the respective receiving and / or dispatch time
  • Qut-of-band Same as 1., except that the measurements and metadata are not inserted directly into the package on the device, but are cached and made available to the network participant on which they were collected ,
  • the stored values may e.g. queried by a management system via a management protocol.
  • mechanisms from existing time synchronization protocols such as IEEE 1588 may also be used as a "trigger packet" and to collect the timestamps.
  • the time stamping method should have the highest accuracy (eg ideally, it would be helpful).
  • the measurement method is suitable for use with unicasts, multicasts and broadcasts.
  • the novelty of the invention is characterized by the fact that unlike existing methods such as e.g. IEEE 1588 does not aggregate the total throughput times in the trigger packet, but records the measured values for a packet separately during mediation and provides them individually. This makes it possible, for example, to determine the latency contributions that are caused, inter alia, in the mediation by individual network subscribers. In addition, this can be monitored in time slot method compliance with the timing of the transmission of individual packets and diagnosed error cases.
  • IEEE 1588 does not aggregate the total throughput times in the trigger packet, but records the measured values for a packet separately during mediation and provides them individually. This makes it possible, for example, to determine the latency contributions that are caused, inter alia, in the mediation by individual network subscribers. In addition, this can be monitored in time slot method compliance with the timing of the transmission of individual packets and diagnosed error cases.
  • the described measurement can, for example, take place on the basis of a reserved time slot in the context of the time-slot method.

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Datennetzwerkes, wobei in dem Datennetzwerk Netzwerkgeräte vorhanden sind, die über Datenverbindungen Datenpakete austauschen, wobei ein Mechanismus betrieben wird, um zumindest eine Ende-zu-Ende-Latenz zwischen Netzwerkgeräten zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Mechanismus von einem Netzwerkgerät ein Triggerpaket an zumindest ein weiteres Netzwerkgerät ausgesendet wird und mittels eines Zeitstempels festgestellt wird, wann das Triggerpaket dieses eine zumindest weitere Netzwerkgerät erreicht hat.

Description

B E S C H R E I B U N G
Messverfahren zur bedarfsgerechten Bestimmung von Durchlaufzeiten in einem Datennetzwerk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Datennetzwerkes, wobei in dem Datennetzwerk Netzwerkgeräte vorhanden sind, die über Datenverbindungen Datenpakete austauschen, wobei ein Mechanismus betrieben wird, um zumindest eine Ende-zu-Ende-Latenz zwischen Netzwerkgeräten zu bestimmen, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
In vielen Netzwerken, insbesondere Datennetzwerken, existieren Mechanismen (z.B. ping oder traceroute), um die Ende-zu-Ende-Latenz zwischen Geräten (auch als Netzwerkgeräte bezeichnet) und/oder die Erreichbarkeit von Geräten im Netzwerk stichprobenartig bestimmen zu können.
Für echtzeitfähige Netze, in denen hohe Anforderungen an Latenz und Determinismus bestehen (insbesondere solche, welche nach dem Zeitschlitzverfahren „TDMA" arbeiten), werden darüber hinaus weitere Mechanismen und Verfahren benötigt, um genauere Latenzmessungen durchführen zu können und um bestimmen zu können, wann ein Datenpaket empfangen, versendet oder vermittelt wird. Dies ermöglicht ein zuverlässiges Debugging und Monitoring, z.B. die Überprüfung, ob ein Datenpaket im Kontext des Zeitschlitzverfahrens den ihm zugeordneten Zeitschlitz„trifft". Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Datennetzwerkes bezüglich der Bestimmung der Latenzzeiten zu verbessern und die eingangs geschilderten Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als ein Mechanismus von einem Netzwerkgerät ein Triggerpaket an zumindest ein weiteres Netzwerkgerät ausgesendet wird und mittels eines Zeitstempels festgestellt wird, wann das Triggerpaket dieses eine zumindest weitere Netzwerkgerät erreicht hat. Das Triggerpaket wird in einer ersten Ausgestaltung zusätzlich zu den Datenpaketen, die in dem Datennetzwerk über die drahtgebundenen und/oder drahtlosen Datenverbindungen ausgetauscht werden, von einem Netzwerkgerät ausgesendet und von zumindest einem weiteren, beispielsweise mehreren, vorzugsweise allen Netzwerkgeräten empfangen. Wird das Triggerpaket von zumindest einem Netzwerkgerät empfangen, wird ein Zeitstempel genommen, mit dem festgestellt wird, wann das Triggerpaket das jeweilige Netzwerkgerät erreicht hat. Aus den Zeitstempeln kann der Zeitverlauf, den das Triggerpaket von Netzwerkgerät zu Netzwerkgerät benötigt hat, festgestellt werden. Aus diesem Zeitverlauf lässt sich die Ende-zu-Ende- Latenz zwischen Netzwerkgeräten bestimmen. In einer anderen Ausgestaltung wird kein zusätzliches Triggerpaket verschickt, sondern ein Datenpaket selber wird als Triggerpaket eingesetzt. Wird ein solches Datenpaket von zumindest einem Netzwerkgerät empfangen, wird ein Zeitstempel genommen, mit dem festgestellt wird, wann das Datenpaket das jeweilige Netzwerkgerät erreicht hat. Aus den Zeitstempeln kann der Zeitverlauf, den das Datenpaket von Netzwerkgerät zu Netzwerkgerät benötigt hat, festgestellt werden. Aus diesem Zeitverlauf lässt sich unter Verwendung der Datenpakete, die gegenüber der ersten Ausgestaltung keine zusätzlichen Triggerpakete erfordert da die Datenpakete selber als Triggerpakete verwendet werden, die Ende-zu-Ende-Latenz zwischen Netzwerkgeräten bestimmen. In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich zu dem Zeitstempei, der bei dem Empfang eines Paketes festgestellt (erhoben) wird, ebenfalls zu dem Zeitpunkt des Versands eines Pakets ein Zeitstempel festgestellt (ermittelt) wird. Dieser Zeitstempel kann dann zusammen mit dem Zeitstempel, der zu dem Empfangszeitpunkt des Pakets im selben Netzwerkgerät ermittelt wurde, dazu genutzt werden, die Verweildauer des Pakets in diesem Netzwerkgerät zu ermitteln. Da sich beide Zeitstempel in einem Netzwerkgerät auf die lokale Uhr desselben Netzwerkgeräts beziehen, kann die Verweilzeit präzise bestimmt werden. Diese Information kann bei der Ermittlung der Ursachen im Fall einer verzögerten Zustellung eines Pakets sehr wertvoll sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der in dem zumindest einem weiteren Gerät festgestellte Zeitstempel als Teildatenpaket in das Triggerpaket eingefügt und weiterversendet wird. Somit steht jedem Netzwerkgerät, welches das Triggerpaket empfängt, der oder die Zeitstempei zur Verfügung, die in dem zumindest einen Netzwerkgerät, von dem es ausgesendet worden ist. Wenn das Netzwerkgerät, weiches dieses Triggerpaket empfängt, den Empfang feststellt, ermittelt es diesen Zeitpunkt und stellt einen Zeitstempel fest, den es seinerseits als Teildatenpaket in das empfangene Triggerpaket einfügt und das um den eigenen Zeitstempel ergänzte Triggerpaket weiterversendet. Zum Zeitpunkt des Weiterversands kann ebenfalls ein Zeitstempel ermittelt und in das in der Übertragung befindliche Tnggerpaket eingefügt werden. Dieser Weiterversand kann an ein einziges Netzwerkgerät, an eine Gruppe von Netzwerkgeräten oder an alle Netzwerkgeräte des jeweiligen Datennetzwerkes erfolgen.
Alternativ oder ergänzend zu der Einfügung von Zeitstempeln als Teildatenpakete in das Triggerpaket ist es in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der in dem zumindest einem weiteren Gerät festgestellte Zeitstempel auf diesem Netzwerkgerät gespeichert und für weitere Netzwerkgeräte und/oder eine Netzmanagementstation (Netzwerk Management System) bereitgestellt wird. Neben der Einfügung von Zeitstempeln des jeweiligen Netzwerkgerätes in das Triggerpaket wird der in dem jeweiligen Netzwerkgerät festgestellte Zeitstempel auch oder nur auf dem Netzwerkgerät gespeichert, so dass er lokal zur Verfügung steht und abgefragt werden kann. Diese Abfrage kann durch eine entsprechende Anfrage eines weiteren Netzwerkgerätes und/oder einer Netzmanagementstation bei dem Netzwerkgerät, auf dem der festgestellte Zeitstempel erhoben und gespeichert worden ist, erfolgen. Bei der Einfügung von Zeitstempeln ist es denkbar, dass das Triggerpaket eine bestimmte Länge hat und diese Länge durch das Einfügen von Zeitstempei vergrößert wird. Alternativ dazu ist es denkbar, dass in dem Triggerpaket ein Platz für die Einfügung von Zeitstempel vorgehaften wird, sodass die Einfügung von Zeitstempeln die Länge des Triggerpaketes nicht verändert.
In Weiterbildung der Erfindung werden dem Zeitstempel, der auf dem jeweiligen Netzwerkgerät festgestellt worden ist, weitere Daten desjenigen Netzwerkgerätes, das den Zeitstempel feststellt, zugeordnet. Dies können Metainformationen wie z. B. eine Geräteidentifikation, eine MAC-Adresse, der Typ des Netzwerkgerätes und dergleichen sein.
In Weiterbildung der Erfindung wird aus dem Zeitstempel eines jeweiligen Netzwerkgerätes der Zeitverlauf der Datenvermittlung des Triggerpaketes über die beteiligten Datenverbindungen bestimmt. Die Verwendung des Triggerpaketes unabhängig von dem übrigen Datenaustausch zwischen den Netzwerkgeräten über die Datenverbindungen in dem Datennetzwerk hat den Vorteil, dass der Datenaustausch durch die Bestimmung und Weitergabe von Zeitstempeln nicht verzögert wird. Die Triggerpakete werden unabhängig von den übrigen Datenpaketen, die zwischen den Netzwerkgeräten ausgetauscht werden, versendet, empfangen und weiterversendet. Um die Ende-zu-Ende-Latenz bestimmen zu können, werden die in den beteiligten Netzwerkgeräten festgestellten Zeitstempel betrachtet, so dass daraus die Dauer für die Übertragung des Triggerpaketes von dem aussendenden Netzwerkgerät bis hin zu dem letzten Netzwerkgerät, welches das Triggerpaket empfängt, festgestellt werden kann. Zwischen dem Netzwerkgerät, welches das Triggerpaket aussendet, und dem Netzwerkgerät, welches als letztes das Netzwerkgerät empfängt (wobei zwischen diesen beiden Netzwerkgeräten die Ende- zu-Ende-Latenz bestimmt werden soll), kann kein weiteres Netzwerkgerät oder aber auch zumindest ein weiteres Netzwerkgerät (in der Praxis eine Vielzahl von Netzwerkgeräten) angeordnet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren realisiert somit eine Ende-zu-Ende Latenzermittlung. Alternativ oder ergänzend dazu bietet es auch eine deutlich höhere Granularität bzw. zeitliche Auflösung. Denn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch die Latenzen von beliebigen Teilpfaden bis hinunter zu einzelnen Pfadsegmenten der Übertragungsmedien des Netzwerkes bestimmt werden. Das ist möglich, weil die Empfangs- und Sende-Zeitstempei der einzelnen Netzwerkgeräte gesammelt und nicht in einem Wert akkumuliert werden. Unter dem Begriff „Granularität" wird eine präzise Ermittlung der Übertragungszeit der Triggerpakete verstanden, die für die Übertragung der Triggerpakete von einem Startpunkt, der beliebig gewählt werden kann, bis zu einem Endpunkt, der ebenfalls beliebig gewählt werden kann, benötigt wird. Diese Übertragungszeit hängt insbesondere davon ab, wann ein Triggerpaket in einem Netzwerkgerät angekommen ist (was mittels eines Zeitstempels erhoben wird) und wann es von diesem Netzwerkgerät wieder ausgesendet worden ist (was ebenfalls mittels eines Zeitstempels erhoben wird). Die Zeitspanne zwischen dem Eintreffen des Triggerpaketes auf dem Netzwerkgerät und dem Aussenden dieses Triggerpaketes richtet sich nach der Verarbeitungszeit zumindest eines Datenpaketes, welches ebenfalls von diesem Netzwerkgerät empfangen, verarbeitet (oder nur weitergeleitet) und ausgesendet wurde. Für eine möglichst hohe präzise Ermittlung der Übertragungszeit (Latenzzeit) fallen in vorteilhafter Weise die Zeitpunkte des Eintreffens sowohl des Triggerpaketes als auch des Datenpaketes sowie unabhängig davon die Zeitpunkte des Aussendens sowohl des Triggerpaketes als auch des Datenpaketes zusammen. Das bedeutet, dass der Zeitstempel für das Eintreffen des Triggerpaketes und der Zeitstempel für das Aussenden des Triggerpaketes ein Maß dafür ist, wie lange die Verarbeitung (oder auch nur die Weiterleitung) zumindest eines Datenpaketes in dem Netzwerkgerät erfordert hat. Außerdem können die Übertragungszeiten eines jeweiligen Triggerpaketes zwischen dem Aussenden von einem Netzwerkgerät bis zu dem Eintreffen auf einem weiteren Netzwerkgerät, dass das Triggerpaket empfängt, ermittelt werden. Dadurch werden die Übertragungszeiten der Triggerpakete zwischen den Netzwerkgeräten, die zum Beispiel abhängig von der Art und der Länge eines Kabels sind oder die abhängig von einer drahtlosen Übertragung sind, durch die Erfassung der Zeitpunkte der Triggerpakete zwischen dem Aussenden von einem Netzwerkgerät bis hin zu dem Empfang auf einem nachfolgenden Netzwerkgerät präzise bestimmbar. Dieser Vorgang kann auf dem gesamten Übertrag ungspfad oder auf Segmenten davon beliebig oft wiederholt werden, sodass jederzeit eine Bestimmung einer Ende-zu-Ende-Latenz auf einem vorgebbaren Teilpfad oder dem gesamten Netzwerkpfad möglich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit alternativ oder ergänzend auf vier verschiedenen Wegen ausgeführt werden.
1. Zusätzlich und unabhängig von den Datenpaketen mit einem Nutzinhalt werden Triggerpakete auf dem Netzwerk ausgesendet und von Netzwerkgeräten empfangen. Bei dem Empfang und vorzugsweise auch bei dem Aussenden eines empfangenden Triggerpaketes wird ein Zeitstempel genommen, der auf dem Netzwerkgerät, auf dem sich gerade das Triggerpaket befindet, in das Triggerpaket eingefügt und weiter versendet wird. Erreicht das Triggerpaket ein weiteres Netzwerkgerät, wird dort genauso vorgegangen, sodass nach und nach weitere Zeitstempel in das Triggerpaket eingefügt werden. In diesem Fall existieren die Triggerpakete zusätzlich zu den Datenpaketen.
2. Zusätzlich und unabhängig von den Datenpaketen mit einem Nutzinhaft werden Triggerpakete auf dem Netzwerk ausgesendet und von Netzwerkgeräten empfangen. Bei dem Empfang und vorzugsweise auch bei dem Aussenden eines empfangenen Triggerpaketes wird ein Zeitstempel genommen, der auf dem Netzwerkgerät, auf dem sich gerade das Triggerpaket befindet, abgespeichert wird. Genauso wird verfahren, wenn das Triggerpaket wieder ausgesendet und von einem weiteren Netzwerkgerät empfangen wird. Somit sind in diesem Fall die Zeitstempel nicht in den Triggerpaketen enthalten, sondern sie werden auf dem jeweiligen Netzwerkgerät abgespeichert und können von dort abgerufen werden. Dies erfolgt beispielsweise durch ein Netzwerk Management System. Auch in diesem Fall existieren die Triggerpakete zusätzlich zu den Datenpaketen. 3. Anstelle zusätzlicher Triggerpakete werden für die Übertragung der genommenen Zeitstempel die Datenpakete herangezogen. Das bedeutet, dass die Datenpakete in diesem Fall Nutzinhalte tragen und zusätzlich Informationen über ihren Empfang und/oder ihr Aussenden auf einem Netzwerkgerät beinhalten. Bei dem Empfang und vorzugsweise auch bei dem Aussenden eines empfangenen Datenpaketes wird ein Zeitstempel genommen, der auf dem Netzwerkgerät, auf dem sich gerade das Datenpaket befindet, in das Datenpaket eingefügt und weiter versendet wird. Erreicht das Datenpaket ein weiteres Netzwerkgerät, wird dort genauso vorgegangen, sodass nach und nach weitere Zeitstempel in das Datenpaket eingefügt werden. In diesem Fall existieren keine Triggerpakete. Das bedeutet mit anderen Worten, dass beim Eintreffen eines Datenpaketes, welches als Triggerpaket fungiert, auf einem Netzwerkgerät ein Zeitstempel und/oder beim Aussenden eines Datenpaketes, welches als Triggerpaket fungiert, ein Zeitstempel genommen und in das Datenpaket eingefügt wird.
4. Ebenfalls anstelle zusätzlicher Triggerpakete werden für die Bestimmung der Übertragungszeit die Datenpakete herangezogen. Allerdings werden die auf den jeweiligen Netzwerkgeräten genommenen Zeitstempel nicht in das Datenpaket eingefügt, sondern in dem Netzwerkgerät, auf dem sie gerade genommen wurden, abgespeichert. Dies hat den Vorteil, dass mit den Datenpaketen der Eingangsund/oder der Ausgangszeitpunkt auf dem jeweiligen Netzwerkgerät bestimmt werden kann, ohne dass diese Information in das Datenpaket eingefügt werden muss. Das bedeutet, dass der Zeitstempel zur Verfügung steht, jedoch das Datenpaket, genauer dessen Nutzinhalt, unverändert bleibt und das Datenpaket somit unverändert weitergeleitet werden kann. Gleichzeitig steht jedoch der zumindest eine genommene Zeitstempel in dem Netzwerkgerät zur Verfügung und kann wiederum von einem Netzwerk Management System ausgelesen werden. Das bedeutet mit anderen Worten, dass beim Eintreffen eines Datenpaketes, welches als Triggerpaket fungiert, auf einem Netzwerkgerät ein Zeitstempel und/oder beim Aussenden eines Datenpaketes, welches als Triggerpaket fungiert, ein Zeitstempel genommen und auf dem Netzwerkgerät, auf dem der Zeitstempel genommen wurde, abgespeichert wird. Die Erfindung betrifft somit wenigstens den Aspekt von Ende-zu-Ende Messungen. Allgemein muss die Messung jedoch nicht von dem tatsächlichen Ende (bzw. Beginn) zu dem tatsächlichen Ende durchgeführt werden, sondern es kann auch als ein Verfahren zur Pfadsegmentiatenzbestimmung durchgeführt werden, mit dem sich beliebige Teilpfadlatenzen und in letzter Instanz die Ende-zu-Ende-Latenz ableiten lassen. Das bedeutet, dass unter dem Begriff „Ende-zu-Ende" nicht das tatsächlich erste Netzwerkgerät und das letzte Netzwerkgerät zum Beispiel in einer Linientopologie zu verstehen ist, sondern dass sich beliebige Pfadsegmente definieren lassen, die dann durch ein erstes Netzwerkgerät und ein letztes Netzwerkgerät bestimmt sind, zwischen denen sich kein, zumindest ein oder vorzugsweise mehrere Netzwerkgeräte befinden, sodass die Latenz für die Übertragung der Triggerpakete zwischen diesem einen und diesem weiteren Netzwerkgerät bestimmt werden kann. Bei diesem einen und diesem weiteren Netzwerkgerät kann es sich, muss es sich aber nicht um das tatsächlich erste und letzte Netzwerkgerät in dem Netzwerk handeln. So werden idealerweise und in bevorzugter Weise in den Netzwerkgeräten ein Zeitstempel genommen, wenn ein Triggerpaket eintrifft, und ein weiterer Zeitstempel genommen, wenn dieses Triggerpaket nach seiner Verarbeitung (zum Beispiel Speicherung) und/oder der Verarbeitung (oder Weiterleitung) der empfangenen Datenpakete das Netzwerkgerät wieder verläset. Aus diesen genommenen Zeitstempeln können die Übertragungszeiten (Latenzen) auf beliebigen Abschnitten des Netzwerkes bzw. dem gesamten Netzwerk unter Berücksichtigung der Verarbeitungs- bzw. Weiterleitungszeiten von Datenpaketen in dem jeweiligen Netzwerkgerät einschließlich der Übertragungszeiten auf dem Übertragungsmedium zwischen den einzelnen Netzwerkgeräten (drahtgebunden oder drahtlos) höchst präzise bestimmt werden.
Im letztgenannten Fall können die Netzwerkgeräte beispielsweise so konfiguriert werden, dass sie Datenpakete einer bestimmten Art oder mit einer bestimmten (Teil)lnformation quasi als Trigger interpretieren, sodass bei dem Ankommen eines solchen Datenpaketes aufgrund einer bestimmten Konfiguration auf einem Netzwerkgerät ein Eingangszeitstempel und/oder ein Ausgangszeitstempel genommen wird. In einer einfachen Konfiguration werden alle ankommenden Datenpakete als eine Art Trigger interpretiert, die die Bestimmung des Eingangszeitstempels und/oder des Ausgangszeitstempels auslösen. Je nach Konfiguration des Netzwerkgerätes können Datenpakete erster Art als eine Art Trigger interpretiert werden oder Datenpakete anderer Art herausgefiltert und trotzdem weitergeleitet werden, ohne dass ein Zeitstempel genommen wird. Beispielsweise können solche Datenpakete, die eine bestimmte VLAN- Priorität, eine bestimmte Ziel- MAC-Adresse oder dergleichen aufweisen, als eine Art Trigger von dem dementsprechend konfigurierten Netzwerkgerät angesehen werden.
Somit werden Triggerpakete auf dem Netzwerk übertragen, die in bevorzugter Weise für zumindest ein Netzwerkgerät, oder mehrere Netzwerkgeräte oder jedes Netzwerkgerät in dem Netzwerk den Zeitpunkt des Eintreffens des Triggerpaketes (Eingangszeitpunkt), und/oder den Zeitpunkt des Aussendens des Triggerpaketes (Aussendezeitpunkt) beinhalten. Dies hat den Vorteil, dass parallel dazu die Datenpakete, die ebenfalls auf dem Netzwerk übertragen werden und zum Beispiel von einem Switch weitergeleitet werden, bezüglich der Zeitstempel keine zusätzlichen Informationen aufnehmen müssen, sondern lediglich unverändert ihren Nutzsignalinhalt beinhalten. Alternativ oder ergänzend dazu ist es selbstverständlich möglich, einen erhobenen Zeitstempel auch in dem Datenpaket aufzuehmen, damit die während der Übertragung erhobenen und gesammelten Zeitstempel kumuliert werden können, um auf deren Basis die definierte Ende-zu-Ende-Latenz ermitteln zu können. Je nachdem, ob die Übertragung mittels eines Unicast-, eines Multicast- oder eines Broadcast-Verfahrens stattfindet, werden zumindest ein Netzwerkgerät (oder eine Gruppe gleichartiger Netzwerkgeräte), mehrere Netzwerkgeräte unterschiedlicher Art oder alle Netzwerkgeräte in dem Netzwerk bzw. einem Teilsegment des Netzwerkes angesprochen.
Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist auf beliebige Netzwerktopologien (wie zum Beispiel eine Ringtopologie oder eine Linientopologie) anwendbar, auch im Redundanzfall. Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Netzwerk in Linientopologie,
Figur 2: ein Netzwerk in Linientopologie mit Triggerpaketen und einer Datenbank für einen Zugriff über ein Netzwerkmanagementsystem,
Figur 3: Einfügen eines Zeitstempels„Inline" und in einer Datenbank des
Netzwerkmanagementsystemes,
Figur 4: einen beispielhaften Aufbau eines Triggerpaketes, Figur 5: ein Triggerpaket in einem Fehlerfall.
Figur 1 zeigt beispielhaft, soweit im Einzelnen dargestellt, ein Netzwerk in einer Linientopologie. Ein tatsächlicher Anfang des Netzwerkes ist durch das Netzwerkgerät ED1 und ein tatsächliches Ende des Netzwerkes durch das Netzwerkgerät ED2 bestimmt. Zwischen diesem tatsächlichen Ende und dem tatsächlichen Anfang des Netzwerkes sind in beliebiger Anzahl Netzwerkgeräte, wie zum Beispiel zwei Switche SW1 und SW2, vorhanden, die untereinander über geeignete Übertragungsmedien (wie zum Beispiel drahtgebunden über Kabel oder drahtlos, zum Beispiel über Funk, Infrarot oder dergleichen) miteinander verbunden sind und nicht näher dargestellte Datenpakete austauschen. Zusätzlich zu diesen Datenpaketen werden Triggerpakete TP übertragen. In Figur 1 ist durch die Darstellung eines jeden Triggerpaketes links von dem Switch bzw. links von dem Netzwerkgerät angedeutet, dass immer dann, wenn ein solches Triggerpaket an dem Eingang des betroffenen Netzwerkgerät ankommt, der Zeitpunkt für das Eintreffen (der Empfang) festgestellt wird, also ein Zeitstempel erhoben wird. Alternativ oder ergänzend dazu kann auch der Zeitpunkt, wann ein Triggerpaket das jeweilige Netzwerkgerät verlässt, ermittelt werden. Um eine möglichst hohe präzise Auflösung bzw. Bestimmung der Übertragungszeit zu realisieren, werden sowohl der Empfangs-ais auch der Aussendezeitpunkt ermittelt.
In Figur 2 ist ein Netzwerk in Linientopologie mit Triggerpaketen und einer Datenbank für einen Zugriff über ein Netzwerk Management System dargestellt. Das Netzwerk gemäß Figur 2 basiert auf der Funktionsweise des Netzwerkes, wie es in Figur 1 dargestellt ist, jedoch mit dem Unterschied, dass ein Netzwerk Management System (NMS, network managementsystem) mit zumindest einem Netzwerkgerät (in diesem Beispielfail der Switch SW1) dauerhaft verbunden oder zeitweise verwendbar ist. Das Netzwerk Management System kann selbstverständlich auch mit mehr als einem Netzwerkgerät oder allen Netzwerkgeräten, die sich in dem Netzwerk befinden (unabhängig von seiner Topologie), dauerhaft verbunden oder verbindbar sein. In einer Speichereinheit des jeweiligen Netzwerkgerätes wird dann der Eingangszeitstempel und/oder der Ausgangszeitstempel des Triggerpaketes nach seiner Erfassung abgespeichert (zum Beispiel in einer Datenbank, Mgmnt DB). Das Netzwerk Management System kann auf diese Datenbank zugreifen und für jedes Triggerpaket, welches das jeweilige Netzwerkgerät erreicht bzw. verlassen hat, die Zeitstempel auslesen und daraus, in Verbindung mit den Zeitstempeln der anderen Netzwerkgeräte, die Ende-zu Ende-Latenz für das gesamte Netzwerk (also von ED1 bis ED2) oder auch für bestimmte frei wählbare Segmente des Netzwerkes (wie zum Beispiel von ED1 bis SW2 oder von SW2 bis ED2) ermitteln.
Figur 3 zeigt den Fall des Einfügens eines Zeitstempels„Inline" und in einer Datenbank des Netzwerk Management Systemes. Der Zeitpunkt des Eintreffens des Triggerpaketes ist dabei mit TSin und der Zeitpunkt des Aussendens des Triggerpaketes mit TSout bezeichnet. Diese beiden Zeitpunkte und/oder die sich daraus ergebende Zeitspanne können in das Triggerpaket, welches von diesem Netzwerkgerät (hier als SWx, x = 1 , 2, 3 usw. bezeichnet) eingefügt und weiter übertragen werden und/oder in der Management-Datenbank Mgmnt DB abgespeichert werden. Aus dieser Datenbank können die Zeitpunkte bzw. Zeitspannen ausgelesen und für die Latenzbestimmung herangezogen werden. Bei dem Aufbau des Triggerpaketes in Figur 3 wird in der Figur selber der Begriff„Triggerframe" verwendet, wobei grundsätzlich die Begriffe „Triggerframe1' und „Triggerpaket" synonym zueinander verwendet werden können. Wird das erfindungsgemäße Verfahren auf Layer 2-Ebene realisiert, kann der Begriff „Triggerframe" verwendet werden, wohingegen der Begriff „Triggerpaket" verwendet werden kann, wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf Layer 3-Ebene oder darüber durchgeführt wird.
Figur 4 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Triggerpaketes, wobei erkennbar ist, dass in dem Triggerpaket nicht nur die Eingangs- und Ausgangszeitstempel des jeweiligen Netzwerkgerät enthalten sind, sondern dass optional auch weitere Daten (zum Beispiel Metadaten) in dem Triggerpaket enthalten sein können und übertragen werden. Die Anzahl der Zeitstempel in diesem Triggerpaket richtet sich nach der Anzahl der Netzwerkgeräte, insbesondere nach der Anzahl der Endgeräte bzw. der zwischengeschalteten Geräte, wie zum Beispiel Switche. Ein solches Triggerpaket kann, muss aber nicht die Daten des tatsächlichen ersten Netzwerkgerätes (hier ED1) bzw. des tatsächlichen letzten Netzwerkgerätes (hier ED2) enthalten, sondern kann beispielsweise auch nur die Daten der zwischen diesen Endgeräten geschalteten Netzwerkgeräte enthalten.
Figur 5 zeigt, basierend auf dem Triggerpaket, wie es in Figur 4 dargestellt ist, ein Triggerpaket in einem Fehlerfall mit beispielhaften Zeitangaben für den jeweiligen Eingangs- und aus Sendezeitpunkt in dem jeweiligen Netzwerkgerät.
Als Beispiel für die Ermittlung der Ende-zu-Ende-Latenz zwischen zwei Geräten kann eine Linientopologie mit zwei Endgeräten dienen (siehe Figur 1 , in der eine Linientopologie mit Triggerpaket dargestellt ist). Hierbei wird ein Triggerpaket TP von einem Netzwerkgerät ED1 ausgesendet und von einem anderen Netzwerkgerät ED2 empfangen. Nach Empfang des Triggerpakets durch das Netzwerkgerät ED2 kann die Ende-zu-Ende-Latenz dadurch bestimmt werden, dass der Sendezeitpunkt des Triggerpakets von dem Netzwerkgerät ED1 vom Empfangszeitpunkt des Triggerpakets in dem Netzwerkgerät ED2 (siehe hierzu Figur 4, in der Aufbau des Triggerpaketes dargestellt ist) abgezogen wird. Hierdurch ist die genaue Ende-zuEnde-Paketlaufzeit zwischen den Netzwerkgeräten ED1 und ED2 gegeben. Im Unterschied zu Verfahren zur Ermittlung der Ende-zu-Ende-Latenz, wie es zum Beispiel bei Path-delay-Messungen bei IEEE 1588 E2E TC erfolgt, liegen im hier beschriebenen Verfahren die Sende- und Empfangszeitpunkte des Triggerpakets auf dem jeweiligen Netzwerkgerät auf dem Vermittlungspfad (Übertragungsmedium) einzeln vor. Hierdurch ist es möglich, bei der Latenzermittlung genauere Rückschlüsse über das zeitliche Pfadverhalten zu ziehen. Weiterhin können die Triggerpakete unabhängig von der durch das Zeitsynchronisierungsprotokoll vorgegebenen Netzwerkpriorität auf einer frei gewählten Netzwerkpriorität versendet werden. Dadurch ist es möglich, die Vermittlung des Triggerpakets bei der Weiterleitung in verschiedenen Prioritätsklassen zu bewerten.
Falls nun das im obigen Beispiel genannte Triggerpaket von dem Netzwerkgerät ED1 zu dem Netzwerkgerät ED2 eine unerwartet hohe Verzögerung aufweist, wird es auf Basis der Erfindung möglich, die einzelnen Verzögerungen auf jedem Schritt des Übertragungspfads zu betrachten und dadurch eine präzise Eingrenzung der Fehlerquelle zu erreichen. In Figur 5 liegt als Beispielfall im Netzwerkgerät SW2 ein Fehler vor. Die ermittelte Ende-zu-Ende-Latenz zwischen den Netzwerkgeräten ED1 und ED2 liegt mit 670ns stark über der erwarteten Latenz. Die Fehlerursache kann nun auf das Netzwerkgerät SW2 eingegrenzt werden, da die Verweildauer in dem Netzwerkgerät SW2 mit 430ns zum Beispiel von dem Netz Management Systems präzise ermittelt werden kann und die - angenommene beispielhafte - normale Verweildauer in einem Switch von 100ns deutlich übersteigt. Die vorgenannten Zahlenwerte sind rein beispielhaft und nicht einschränkend.
Bei den Figuren handelt es sich bei den dargestellten Meta-Daten um einen beispielhaften Paketaufbau.
Bezüglich der sowohl in dem Ausführungsbeispiel als auch allgemein erwähnten Netzwerkgeräte handelt es sich beispielsweise um sogenannte Endgeräte (wie beispielsweise Personal Computern, Sensoren, Aktoren, Industriesteuerungen und dergleichen), die einen tatsächlichen Beginn bzw. ein tatsächliches Ende eines Netzwerkes (zum Beispiel in Linien- oder auch in Ringtopologie) bilden. Diejenigen Netzwerkgeräte, die zwischen diesen Endgeräten angeordnet sind, dienen im Regelfall der eigentlichen Verteilung bzw. Vermittlung von Datenpaketen (mit Nutzsignalinhalt) und schicken, mit Ausnahme der erfindungsgemäß vorgesehenen Triggerpakete, keine neuen Datenpakete auf das Netzwerk bzw. verändern den Nutzsignalinhalt eines weitergeleiteten Datenpaketes nicht. Im Folgenden wird die Erfindung noch einmal mit anderen Worten wiedergegeben:
1. Inline: Es wird ein„Triggerpaket" versendet, welches dafür sorgt, dass einzelne Geräte, vorzugsweise jedes Gerät auf dem Übertragungspfad, welches das hier beschriebene Verfahren unterstützt, Zeitstempel nimmt (z.B. den jeweiligen Empfangs- und/oder Versandzeitpunkt) und die gemessenen Werte sowie optionale Metainformationen (z.B. eine GerätelD und/oder dergleichen) in das Triggerpaket einfügt. Hierdurch entsteht eine vollständige Aufzeichnung des Zeitverlaufs der Datenvermittlung auf einzelnen Vermittlungspfaden, vorzugsweise auf jedem Vermittlungspfad (inklusive das Verfahren unterstützende Endgeräte) innerhalb des Netzwerkes. Diese Aufzeichnung kann durch den zumindest einen Empfänger (Gerät) verarbeitet oder für die weitere Verarbeitung bereitgestellt werden (z.B. durch Weitergabe an ein Managementsystem oder durch RückÜbertragung des Paketes an den Initiator der Messung).
2. Qut-of-band: Wie 1., mit dem Unterschied, dass die Messwerte und Metainformationen nicht auf dem jeweiligen Gerät direkt in das Paket eingefügt werden, sondern auf dem Netzwerkteilnehmer, auf dem sie erhoben wurden, zwischengespeichert und zur Verfügung gestellt werden. Die gespeicherten Werte können z.B. über ein Managementprotokoll von einem Managementsystem abgefragt werden. In dieser zweiten Variante des Verfahrens können auch Mechanismen aus existierenden Protokollen zur Zeitsynchronisation (wie zum Beispiel IEEE 1588) als „Triggerpaket" und zur Erhebung der Zeitstempel verwendet werden.
Die beiden vorstehend beschriebenen Verfahren können jeweils alleine oder in Kombination angewandt werden.
Weitere generelle Informationen:
• Für die Messung der Zeitstempel sollte eine möglichst genaue, gemeinsame Zeitbasis im Netzwerk vorhanden sein (z.B. auf Basis von IEEE 1588). Um eine möglichst präzise Zeitmessung zu erreichen sollte das Verfahren zur Zeitstempelung höchste Genauigkeit aufweisen (z.B. idealerweise ha rd wäre u nterstützt) .
• Das Messverfahren ist geeignet für die Verwendung mit Unicasts, Multicasts und Broadcasts.
• Die Neuheit der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass im Gegensatz zu existierenden Verfahren wie z.B. IEEE 1588 keine Aggregation der Gesamtdurchlaufzeiten im Triggerpaket erfolgt, sondern die gemessenen Werte für ein Paket während der Vermittlung separat aufgezeichnet und einzeln zur Verfügung gestellt werden. Dies ermöglicht zum Beispiel die Ermittlung der Latenzbeiträge, die unter anderem bei der Vermittlung durch einzelne Netzwerkteilnehmer verursacht werden. Außerdem kann hierdurch bei Zeitschlitzverfahren die Einhaltung der Zeitvorgaben für die Übertragung einzelner Pakete überwacht und Fehlerfälle diagnostiziert werden.
• Die beschriebene Messung kann zum Beispiel auf Basis eines reservierten Zeitschlitzes im Rahmen des Zeitschtitzverfahrens erfolgen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Betreiben eines Datennetzwerkes, wobei in dem Datennetzwerk Netzwerkgeräte vorhanden sind, die über Datenverbindungen Datenpakete austauschen, wobei ein Mechanismus betrieben wird, um zumindest eine Ende- zu-Ende-Latenz zwischen Netzwerkgeräten zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Mechanismus von einem Netzwerkgerät ein Triggerpaket an zumindest ein weiteres Netzwerkgerät ausgesendet wird und mittels eines Zeitstempels festgestellt wird, wann das Triggerpaket dieses eine zumindest weitere Netzwerkgerät erreicht hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Zeitstempel, der bei dem Empfang eines Triggerpaketes erhoben wird, ebenfalls zu dem Zeitpunkt des Versands eines Triggerpaketes ein Zeitstempel festgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem zumindest einen weiteren Netzwerkgerät festgestellte Zeitstempel als Teildatenpaket in das Triggerpaket eingefügt und weiterversendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem zumindest einen weiteren Netzwerkgerät festgestellte Zeitstempel auf diesem Netzwerkgerät gespeichert und für weitere Netzwerkgeräte und/oder ein Netzwerk Management System bereitgestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zeitstempel weitere Daten desjenigen Netzwerkgerätes, das den Zeitstempei feststellt, zugeordnet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Zeitstempel eines jeweiligen Netzwerkgerätes der Zeitverlauf der Datenvermittlung des Triggerpaketes über die beteiligten Datenverbindungen bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Eintreffen eines Datenpaketes, welches als Triggerpaket fungiert, auf einem Netzwerkgerät ein Zeitstempel und/oder beim Aussenden eines Datenpaketes, welches als Triggerpaket fungiert, ein Zeitstempel genommen und auf dem Netzwerkgerät, auf dem der Zeitstempel genommen wurde, abgespeichert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Eintreffen eines Datenpaketes, weiches als Triggerpaket fungiert, auf einem Netzwerkgerät ein Zeitstempei und/oder beim Aussenden eines Datenpaketes, weiches als Triggerpaket fungiert, ein Zeitstempel genommen und in das Datenpaket eingefügt wird.
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Application Number Priority Date Filing Date Title
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EP17805158.7A EP3542495A1 (de) 2016-11-21 2017-11-21 Messverfahren zur bedarfsgerechten bestimmung von durchlaufzeiten in einem datennetzwerk
US16/341,891 US11133884B2 (en) 2016-11-21 2017-11-21 Determining required processing time of a data network

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WO (1) WO2018091736A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11115142B1 (en) 2018-12-21 2021-09-07 Equinix, Inc. Timing synchronization service and distribution system
US11252065B1 (en) 2018-12-27 2022-02-15 Equinix, Inc. Clock synchronization in a heterogeneous system
US11206095B1 (en) 2019-03-22 2021-12-21 Equinix, Inc. Timing synchronization for clock systems with asymmetric path delay
US11520372B1 (en) 2020-02-12 2022-12-06 Equinix, Inc. Time synchronization using skew estimation
DE102020104098A1 (de) * 2020-02-17 2021-08-19 Hirschmann Automation And Control Gmbh Netzwerkgerät sowie Verfahren zum Erfassen und Verarbeiten von Paketinformationen mit dem Netzwerkgerät
CN111585895B (zh) * 2020-05-12 2021-11-09 北京交通大学 无需时间同步的时间触发的数据传输方法
DE102023116931A1 (de) * 2022-06-30 2024-01-04 Hirschmann Automation And Control Gmbh Analysieren und Modellieren des Jitter- und Verzögerungsverhaltens insbesondere gemischter industrieller zeitempfindlicher Netzwerke

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6097699A (en) * 1998-06-05 2000-08-01 Gte Laboratories Incorporated Method and system for monitoring broadband quality of services
US6661810B1 (en) * 1999-03-19 2003-12-09 Verizon Laboratories Inc. Clock skew estimation and removal
EP2296318A1 (de) * 2009-09-11 2011-03-16 Symmetricom, Inc. Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Paketnetzwerken
DE102012222881A1 (de) * 2012-12-12 2014-06-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Zuweisen von Zeitstempeln zu empfangenen Datenpaketen

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100459529C (zh) * 2005-09-12 2009-02-04 华为技术有限公司 数据通信网络中时延特性的测量方法
US7873025B2 (en) * 2006-02-23 2011-01-18 Cisco Technology, Inc. Network device that determines application-level network latency by monitoring option values in a transport layer message
CN101026504B (zh) * 2006-02-24 2011-05-11 华为技术有限公司 一种网络性能测量方法
US8396012B2 (en) * 2008-05-01 2013-03-12 Saudi Arabian Oil Company Adaptive wireless process control system and method
US20100125661A1 (en) * 2008-11-20 2010-05-20 Valtion Teknillinen Tutkimuskesku Arrangement for monitoring performance of network connection
US8830860B2 (en) * 2012-07-05 2014-09-09 Accedian Networks Inc. Method for devices in a network to participate in an end-to-end measurement of latency
US9054967B1 (en) * 2012-09-18 2015-06-09 Cisco Technology, Inc. Timestamping packets in a network
CN104144088A (zh) * 2014-07-24 2014-11-12 重庆邮电大学 一种提高时延测量精度的网络时延测量方法
US9948578B2 (en) * 2015-04-14 2018-04-17 Qualcomm Incorporated De-jitter buffer update
US10394734B1 (en) * 2016-05-04 2019-08-27 Altera Corporation Driver for network timing system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6097699A (en) * 1998-06-05 2000-08-01 Gte Laboratories Incorporated Method and system for monitoring broadband quality of services
US6661810B1 (en) * 1999-03-19 2003-12-09 Verizon Laboratories Inc. Clock skew estimation and removal
EP2296318A1 (de) * 2009-09-11 2011-03-16 Symmetricom, Inc. Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Paketnetzwerken
DE102012222881A1 (de) * 2012-12-12 2014-06-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Zuweisen von Zeitstempeln zu empfangenen Datenpaketen

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Publication number Publication date
US20190356402A1 (en) 2019-11-21
CN109997336B (zh) 2023-02-28
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