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Dokumentenidentifikation DE102006029929A1 03.01.2008
Titel Netzsteuerungseinheit mit Tageszeit-Historie und Vorhersagemöglichkeit
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Charzinski, Joachim, Dr., 81825 München, DE;
Schrodi, Karl, 82538 Geretsried, DE;
Walter, Uwe, 76356 Weingarten, DE
DE-Anmeldedatum 29.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006029929
Offenlegungstag 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse H04L 29/02(2006.01)A, F, I, 20060629, B, H, DE
Zusammenfassung die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Neueinstellung von Grenzen für Zugangskontrollen zur Beschränkung des Verkehrs in einem mit Netzknoten/Router und diese verbindende Verbindungsstrecken/Links gebildeten Kommunikationsnetz, in dem Datenpakete nach dem Internet-Protokoll weitergeleitet werden und welches Kontrollinstanzen zur Durchführung der Zugangskontrollen aufweist. Für ein periodisch wiederkehrendes Zeitintervall werden die Linkgewichte und Grenzen für die Zugangskontrollen berechnet sowie abgespeichert und bei der periodischen Wiederkehr des Zeitintervalls die für dieses Zeitintervall abgespeicherten Grenzen an zugehörige Kontrollinstanzen zur Durchführung der Zugangsbeschränkung übermittelt und aktiviert. Die Erfindung erlaubt eine Anpassung der Grenzen für die Zugangskontrolle während eines periodisch wiederkehrenden Zeitintervalls, bevor die Änderung des Verkehrsangebotes in diesem Zeitintervall messtechnisch erfassbar wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Neueinstellung von Grenzen für Zugangskontrollen zur Beschränkung des Verkehrs in einem mit Netzknoten/Router und diese verbindende Verbindungsstrecken/Links gebildeten Kommunikationsnetz, in dem Datenpakete nach dem Internet Protokoll weitergeleitet werden und welches Kontrollinstanzen zur Durchführung der Zugangskontrollen aufweist.

Eine der derzeit wichtigsten Entwicklungen auf dem Gebiet der Netze ist die Weiterentwicklung von Datennetzen für die Übertragung von Echtzeitverkehr, d. h. Sprache, Videoinformationen und Audioinformationen. Um ein Datennetz echtzeitfähig zu machen, müssen Mechanismen bereitgestellt werden, die die Einhaltung von so genannten Dienstgütemerkmalen, wie z. B. die Übertragungsdauer, den so genannten Jitter und die Paketverlustrate gewährleisten. In einem echtzeitfähigen Netz muss verhindert werden, dass Situationen auftreten, in denen zugesagte Dienstgütemerkmale nicht mehr gewährleistet werden können. Herkömmliche Datennetze weisen das Handicap auf, dass Überlastsituationen auftreten können, die zu langen Paketlaufzeiten oder sogar Paketverlusten führen können. Daher wird bei echtzeitfähigen Datennetzen oder Paketnetzen – herkömmliche Datennetze basieren in der Regel auf der Übertragung von IP Paketen, wie z. B. das Internet – mit Verkehrsbeschränkung zumindest für Echtzeitverkehr gearbeitet, um dem Echtzeitverkehr die erforderliche Dienstgüte zur Verfügung stellen zu können. Verkehrsbeschränkung basiert meist auf Zugangskontrollen am Netzrand, im Zuge derer zu übertragender Verkehr angemeldet und je nach verfügbarer Bandbreite zugelassen oder abgewiesen wird.

Bei der Einrichtung von Zugangskontrollen soll einerseits eine dienstgerechte Dienstgüte garantiert werden, andererseits hat der Netzbetreiber das Interesse, möglichst viel Verkehr zu übertragen, um so möglichst hohe Einkünfte zu erzielen. Bei der Wahl der Grenzen muss daher ein Kompromiss gefunden werden, der eine Übertragung von möglichst viel Verkehr erlaubt, ohne dass dadurch die Dienstgüte beeinträchtigt würde.

In Datennetzen hat der Betreiber zusätzlich die Möglichkeit, durch Festsetzen von so genannten Linkgewichten die Übertragung bzw. Verteilung von Verkehr in seinem Netz zu optimieren. Die Festsetzung von Grenzen für die Zugangskontrolle und Linkgewichten stellt in größeren Netzen einen beträchtlichen Aufwand dar. Wenn zusätzlich noch betreiberseitig Parameter vorgebbar sein sollen, um beispielsweise wirtschaftlichen Vereinbarungen nachzukommen und die Einstellungen bei veränderten Verkehrsbedingungen nachführbar sein sollen, ist der Betreiber mit Konfigurieren von beträchtlichem Aufwand und beträchtlicher Komplexität konfrontiert.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, die Nachführung von Grenzen für Zugangskontrollen in einem Kommunikationsnetz zu optimieren. Insbesondere sollen periodische Änderungen im Verkehrsangebot über der Tageszeit von der Netzsteuerungseinheit NCS nicht erst reaktiv nach der messtechnischen Beobachtung der Änderung, sondern bereits vorausschauend behandelt werden.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Zur automatischen Konfigurierung von Grenzen wird ein Konfigurierungssystem im Netz angeordnet. In dem Konfigurierungssystem des Kommunikationsnetzes werden die Verkehrsmatrix und die Linkgewichte des Netzes erfasst. Diese können als Reaktion auf das Auslösen der Neueinstellung ermittelt und dann erfasst werden oder auch regelmäßig bzw. periodisch neu ermittelt und an das Konfigurierungssystem geliefert werden.

Die Erfindung erlaubt die automatische Berechnung und Konfiguration von Betriebsparametern, wie z. B. Grenzen für Zugangskontrollen und Linkgewichte. Diese automatische Berechnungskonfiguration von Betriebsparametern erspart dem Betreiber die Benutzung externer Optimierungsprogramme, die Konversion der Parameter zwischen verschiedenen Formaten und das manuelle Einspielen der Parameter und senkt damit die Kosten für die Einführung von Zugangskontrollen für Verkehrsbeschränkung oder Traffic Engineering in Paketnetzen.

Das erfindungsgemäße Konfigurierungssystem ist für die Übermittelung von neu ermittelten Grenzen für Zugangskontrollen an Kontrollinstanzen ausgestaltet. Es kann zudem zur Aktivierung der übermittelten Grenzen bei den Kontrollinstanzen angepasst sein. Falls die neu ermittelten Linkgewichte an Router zu übermitteln sind und dort aktiviert werden sollen, kann das Konfigurierungssystem auch für diese Zwecke ausgebildet sein.

Durch die Tageszeitabhängige Erfassung von Verkehrsmatrizen kann der NCS Budgets und ggf. Linkmetriken bereits auf ein wiederkehrendes besonderes Verkehrsangebot zu bestimmten Tageszeiten anpassen, bevor die Änderung des Verkehrsangebotes am jeweiligen Tage messtechnisch erfassbar wird.

Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren näher erläutert. Dabei wird der Begriff Budget für die durch die Festsetzung von Grenzen für die Zugangskontrollen vorhandene Bandbreite für den Transport von Verkehr verwendet.

Es zeigen

1 ein erfindungsgemäßes Konfigurierungssystem mit Eingangs- und Ausgangsgrößen.

2 Darstellung einer Reaktion entsprechend dem erfindungsgemäßen Vorgehen auf den Ausfall eines Links.

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Konfigurierungssystem. In diesem System sind Module für folgende Funktionen angeordnet:

  • 1: Optimierung der Metrik und Berechnung neuer Linkgewichte (Link Metric Optimisation).
  • 2: Berechnung neuer Grenzen für die Zugangskontrollen (NAC Budget Computation).

Eingabegrößen des Systems sind netzseitig die Last der Links (link load) 3, die Auslastung der verfügbaren Bandbreite bzw. die bei den einzelnen Grenzen noch verfügbare Bandbreite (budget usage) 4, die Topologie des Netzes (topology) 5 und Ereignisse (events) 6, wie Z. B. Netzausfälle, welche zu einer Neuberechnung von Grenzen führen können. Auf Seite des Betreibers ist es möglich, eine Verkehrsmatrix (traffic matrix) 7 vorzugeben. Es ist aber auch denkbar, eine Verkehrsmatrix durch automatisierte Messungen in regelmäßigen Abständen zu ermitteln und an das Konfigurierungssystem weiterzugeben. Daneben können vom Betreiber Regeln oder Randbedingungen (operator policies) 8 vorgegeben werden, die durch wirtschaftliche Überlegungen bedingt sind, z. B. die Bevorzugung von Verkehr bestimmter Kunden oder zusätzliche Priorisierungen. So kann der Betreiber z. B. eine Schwelle für die Anzahl der Linkausfälle konfigurieren, bei denen noch präventiv die Budgets so berechnet werden sollen, dass bei weiteren Ausfällen die QoS-Zusagen (QoS: quality of service) bzw. die zugesagte Dienstgüte an die zugelassenen Reservierungen weiterhin eingehalten werden. Jede präventive Reduktion der Budgets erhöht naturgemäß die Blockierungshäufigkeit und verringert damit die Einnahmen des Netzbetreibers, während sie andererseits eine Sicherheit gegen Verletzung der QoS-Zusagen bietet.

Als Ausgangsgrößen liefert das Konfigurierungssystem optimierte Linkgewichte (optimized link metrics) 9 und die Grenzen (budgets with resilience) 10 für die Zugangskontrollen NAC (NAC: network access control), welche so festgesetzt werden können, dass für den Ausfall von Netzelementen redundante Bandbreite zum Abfangen des Ausfalls gegeben ist.

Für die Aktivierung von Grenzen bzw. Budgets kann ein weiteres Protokoll eingesetzt werden, um eine konsistente Budgetanpassung zu erreichen. Zunächst werden von den Budgetänderungen nur die Budgetverringerungen aktiviert. Die Zugangskontrollinstanzen (NACs) geben dem Konfigurierungssystem (z. B. Network Control Server NCS) bescheid, sobald jeweils das reservierte Budget sich im Rahmen des neu vorgegebenen Budgets bewegt. Wenn alle NACs für alle geänderten Budgets dem NCS signalisiert haben, dass die Budgets jetzt eingehalten werden, kann der NCS die restlichen (zu erhöhenden) Budgets erhöhen.

Während des Netzbetriebes werden Link- und Budgetauslastungen sowie Topologieänderungen (Ausfälle, Wiederinbetriebnahmen, Netzerweiterungen) und sonstige Ereignisse beobachtet und ggf. neue Budgets bzw. Link-Kostenmetriken berechnet. Im Folgenden wird auf die Reaktion auf Ausfälle näher eingegangen. Die Verarbeitung der Auslastungs-Messdaten ist Gegenstand einer separaten Erfindungsmeldung.

2 zeigt schematisch den Verlauf der verfügbaren Netzkapazität (capacity) 11, des verfügbaren Budgets (budget) 12 und der Auslastung des Budgets über der Zeit (budget utilization) 13. Die Budgets 12 sind so berechnet, dass der zugelassene Verkehr auch nach dem Ausfall (failure) 14 eines (beliebigen) Links im Netz noch mit den gegebenen QoS-Zusagen bzw. mit der zugesagten Dienstgüte transportiert werden kann. Wenn nun tatsächlich ein solcher Ausfall 14 eintritt (symbolisiert durch den Pfeil in 2), dann muss außer der Wiederherstellung der Erreichbarkeit im Netz durch eine schnelle Fehlererkennung und ein entsprechendes schnelles Re-Routing nichts weiter geschehen.

Um allerdings auch bei weiteren Linkausfällen wieder den Erhalt der Dienstgüte (QoS) sicherstellen zu können, wird das Konfigurierungssystem (NCS: network control server) 15 dennoch die Budgets auf die jetzt gültige neue Topologie anpassen (NCS reaction). 2 zeigt, dass nach dieser Anpassung zunächst mehr Budget 12 reserviert sein kann als tatsächlich vorhanden ist. Während dies der Fall ist, werden auf den betroffenen Budgets alle neuen Reservierungs-Anfragen blockiert. Durch die natürliche Fluktuation der Reservierungen wird dieser transiente bzw. vorübergehende Zustand nach einiger Zeit wieder verlassen, wenn genügend Reservierungen beendet wurden. Von diesem Zeitpunkt an arbeitet die Ressourcenverwaltung wieder normal, und es werden neue Reservierungen zugelassen, falls sie noch in das jeweils betroffene Budget passen. Die Blockierungshäufigkeit, d. h. die durchschnittliche Rate für Abweisungen von Reservierungsanfragen, ist mit den reduzierten Budgets natürlich etwas größer als vorher, aber das ist die natürliche Konsequenz des Fehlens der ausgefallenen Netzressourcen.

Wenn ein einmal ausgefallener Link wieder in Betrieb geht, können die Budgets entsprechend wieder neu berechnet werden und die neuen Werte können wieder in dem Konfigurierungssystem bzw. den NAC-Komponenten konfiguriert werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur automatischen Neueinstellung von Grenzen für Zugangskontrollen zur Beschränkung des Verkehrs in einem mit Netzknoten/Router und diese verbindende Verbindungsstrecken/Links gebildeten Kommunikationsnetz, in dem Datenpakete nach dem Internet Protokoll weitergeleitet werden und welches Kontrollinstanzen zur Durchführung der Zugangskontrollen aufweist, demzufolge

– in einem Konfigurierungssystem des Kommunikationsnetzes eine Verkehrsmatrix des Netzes erfasst wird,

– nach Maßgabe der Verkehrsmatrix Linkgewichte für die einzelnen Verbindungsstrecken/Links berechenbar sind,

– für ein periodisch wiederkehrendes Zeitintervall die Linkgewichte und Grenzen für die Zugangskontrollen ermittelt und abgespeichert werden,

– bei der periodischen Wiederkehr des Zeitintervalls die für dieses Zeitintervall abgespeicherten Grenzen für die Zugangskontrollen an zugehörige Kontrollinstanzen zur Durchführung der Zugangsbeschränkung übermittelt und aktiviert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das wiederkehrende Zeitintervall ein Tagesabschnitt eines Wochentages (MO, DI, MI, DO, FR, SA, SO) ist. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tagesabschnitt einen Zeitraum von 15 Minuten umfasst. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in einem Zeitintervall ermittelte maximale Verkehr als Verkehrsmatrix für das wiederkehrende Zeitintervall zugrunde gelegt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verkehrsmatrix die in dem entsprechenden früheren Zeitintervall und die in einer Anzahl diesem folgenden Zeitintervallen ermittelten Maximalwerte je Matrixelement gebildet wird. Verfahren nach nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Mehrzahl von Zeitintervallen eine Auswahl und Zusammenfassung für die herangezogenen Zeitintervalle insbesondere nach Maßgabe ihrer Varianzen erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl und Zusammenfassung für die herangezogenen Zeitintervalle über lange Zeit adaptiv nachgeführt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die augenblickliche Zusammenfassung für die herangezogenen Zeitintervalle zusammen mit einer Statistik über das mittlere Verkehrsangebot in den Zeitintervallen und die Blockierwahrscheinlichkeit je Intervall angezeigt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem gemittelten, wiederkehrenden Zeitintervall das aktuelle Verkehrsangebot berücksichtigt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verkehrsmatrix in einem Zeitintervall das in den vorausgehenden wiederkehrenden Zeitintervallen festgestellte Maximum verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das festgestellte Maximum ausgealtert wird, beispielsweise über einen Monat. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verkehrsmatrix in einem Zeitintervall das in den vorausgehenden wiederkehrenden Zeitintervallen festgestellte Quantil, insbesondere 99% Quantil, verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen in Aussicht genommenen, besonderen Zeitraum die Verkehrsmatrix vorgegeben wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine für ein wiederkehrendes Zeitintervall ermittelte Verkehrsmatrix vorauseilend aktiv geschaltet wird.






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