DE102005011104B3

DE102005011104B3 - Verfahren zur effizienten Lastverteilung für ein paketorientiertes Kommunikationsnetz und entsprechend ausgestaltete Kommunikationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005011104B3
Application number: DE102005011104A
Authority: DE
Inventors: Sören Sonntag; Matthias Dr. Gries; Christian Sauer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-03-11

Abstract

Bei einem Verfahren zur effizienten Lastverteilung in einer Kommunikationsvorrichtung, insbesondere einem DSLAM (1), welche mehrere Linecards (4, 5, 6) umfasst und an diesen anliegende Kommunikationskanäle aggregiert, wird für den Fall, dass eine Überlastung bei einer der Linecards (4) erfasst wird, der überlasteten Linecard (4) eine andere Vorrichtung, insbesondere eine nicht überlastete Linecard (5) oder eine Servicecard (7), zur Bearbeitung der durch die überlastete Linecard (4) fließenden Datenpakete zugeordnet. Zusätzlich wird eine entsprechend ausgestaltete Kommunikationsvorrichtung (1) bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur effizienten Lastverteilung für ein paketorientiertes Kommunikationsnetz sowie eine entsprechend ausgestaltete Kommunikationsvorrichtung, insbesondere einen DSLAM.

Die DE 102 25 913 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überlastabwehr in einem Netzelement. Dabei empfängt das Netzelement über eine erste Verbindung Nachrichten in einem Empfangspuffer und vermittelt diese an Sendepuffer zumindest zweier weiterer Verbindungen weiter. Das Netzelement wertet dabei Adresseinformationen der Nachrichten aus und verwirft abhängig vom Lastzustand des der Adresse zugeordneten Sendepuffers fallweise Nachrichten bereits im Empfangspuffer.

Die US 2004/136 368 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Datenpaketen, welche Verarbeitungsressourcen in Übereinstimmung mit Verkehrsbedingungen zuweist. Eine Paketübertragungsvorrichtung ist mit einem Prozessor zum Sammeln von statistischen Informationen versehen, welcher unabhängig von einem Prozessor der Paketübertragung ist. Der Prozessor zum Sammeln von statistischen Informationen bezieht seine Informationen aus Headerinformationen von der Linecard übertragenen Paketen. Eine Suchtabelle, welche der Linecard zugewiesen ist, wird abhängig von den Informationen, welche durch den Prozessor zum Sammeln der statistischen Informationen aufgesammelt werden, erneuert.

In der US 2004/032 872 A1 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein Lastausgleichsystem offenbart, welches sich unter anderem in einer Linecard befinden kann. Dabei verwendet das Lastausgleichssystem eine Kombination verschiedener Techniken zum Lastausgleich. Die Zuordnung von anderen Vorrichtungen zu einer überlasteten Linecard wird dabei nicht erwähnt.

Die US 2003/147 387 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System, um in paketbasierten Kommunikationsnetzen Pakete zu aggregierten Verbindungen weiterzuleiten, wobei eine verteilte Verarbeitung eingesetzt wird.

Kommunikationssysteme im Bereich eines Kommunikationsnetzzuganges, wie z. B. ein DSL Access Multiplexer (DSLAM), und deren Komponenten (beispielsweise Linecards) unterliegen verschiedenen Lastanforderungen, was mit Hilfe eines in 1 dargestellten DSLAMs im Folgenden erläutert wird. Dabei ist ein DSLAM ein Teil der für den Betrieb von DSL (Digital Subscriber Line) benötigten Infrastruktur.

In 1 ist ein DSLAM 1, welches drei Linecards 4–6, eine Backplane 3 und eine Trunkcard 2 umfasst dargestellt. Dabei aggregieren die Linecards 4–6 Kundenanschlüsse, d. h. sie aggregieren Datenpakete, welche von Teilnehmern bzw. Benutzern eines Kommunikationsnetzes jeweils über einen Kommunikationskanal zu einem von mehreren Anschlüssen bzw. Ports einer der Linecards 4–6 gesendet werden, wobei in 1 nur ein Anschluss 41, 51, 61 pro Linecard 4–6 dargestellt ist. Mithilfe der Backplane 3 werden dann die Datenpakete der Linecards 4–6 über Kommunikationswege 12, 14–16 innerhalb des DSLAMs 1 an die Trunkcard 2 gesendet (bzw. weiter aggregiert). Die Trunkcard 2 weist eine Verbindung zum so genannten Kernnetz (Bereich des Kommunikationsnetzes ohne den Anschlussbereich) auf und sendet die von den Linecards 4–6 empfangenen Datenpakete über einem an ihrem Anschluss 21 anliegenden Kommunikationskanal, welcher meist in einer Glasfaser verläuft, an das Kernnetz. In der umgekehrten Richtung empfängt die Trunkcard 2 Datenpakete, welche sie mithilfe der Backplane 3 entsprechend einer in den Datenpaketen enthaltenen Information an die jeweilige Linecard 4–6 weiterleitet. Die jeweilige Linecard 4–6 sendet dann ein von der Trunkcard 2 empfangenes Datenpaket über einen ihrer Anschlüsse 41, 51, 61, welchen sie gemäß der in dem jeweiligen Datenpaket enthaltenen Informationen bestimmt, über einen an diesem Anschluss angeschlossenen Kommunikationskanal an einen Kunden weiter.

Die von dem DSLAM zu bewältigende Last unterscheidet sich im Allgemeinen von der Richtung, in welcher die Datenpakete gesendet werden, wobei man zwischen downstream (vom Netz in Richtung Kunde) und upstream (vom Kunden in Richtung Netz) unterscheidet. Darüber hinaus gibt es verschiedene über den Tagesverlauf schwankende Lastanforderungen. Diese können in die folgenden vier Lastszenarien aufgeteilt werden:

1. Grundlast: wenig und unspezifischer Verkehr (zum Beispiel nachts).
2. Vermehrter Unicast-Downstream-Verkehr (Verkehr von einer Quelle im Netz zu einem Kunden, beispielsweise bei einer individuellen Fernsehübertragung).
3. Vermehrter Multicast-Downstream-Verkehr (Verkehr von einer Quelle im Netz zu mehreren Kunden, beispielsweise Fernsehübertragungen von gerade stattfindenden Sportereignissen).
4. Stark vermehrter Unicast-Up/Downstream-Verkehr mit hoher Priorität (sehr viele Kommunikationsverbindungen von einem Kunden an einem DSLAM zu einem anderen Kunden an einem anderen DSLAM, beispielsweise viele gleichzeitige Telefonverbindungen (Voice over IP) bei Notfällen.

Diese vorab aufgeführten Lastszenarien unterscheiden sich weiterhin nach Kundenprofilen. So sind Privatkunden vor allem in den Abendstunden aktiv, während Unternehmenskunden vorrangig zwischen 7 und 18 Uhr Sprach- und Datendienste nutzen. Charakteristisch für Phasen stark vermehrter Last ist, dass diese Phasen lediglich über kurze Zeiträume (Minuten bis wenige Stunden) auftreten. Im Allgemeinen ist es deshalb wirtschaftlich nicht vertretbar, eine Kommunikationsvorrichtung, insbesondere einen DSLAM, generell für solche Fälle, in welchen kurzfristig eine stark vermehrte Last auftritt, auszulegen.

Aus diesem Grund sind alle Komponenten einer modernen Kommunikationsvorrichtung, insbesondere für einen Zugang zu einem Kommunikationsnetz, meist derart dimensioniert, dass sie statistisch ermittelte Lastszenarien, d. h. durchschnittliche Anforderungen, abdecken können. Dies führt im Wesentlichen zu den zwei im Folgenden aufgeführten Nachteilen:

1. Bei Notfällen (siehe Lastszenario 4) können nicht alle Kunden bedient werden.
2. In lastintensiven Phasen (siehe Lastszenarien 2 und 3 oben) müssen Kunden mit geringer Dienstqualität (Quality-Of-Service) ausgeschlossen werden, d.h. sie erhalten keine Kommunikationsverbindung.

Alternativ können Komponenten einer modernen Kommunikationsvorrichtung derart ausgelegt sein, dass ihre Komponenten meist ungenutzte Ressourcen vorhalten, welche nur bei lastintensive Phasen (Worst-case) eingesetzt werden, oder dass die Komponenten für die lastintensiven Phasen ausgelegt sind, was aber mit erhöhten Kosten und hohem Energieverbrauch im Vergleich zu einer nach durchschnittlichen Anforderungen ausgelegten Kommunikationsvorrichtung, bei welcher alle Komponenten nach durchschnittlichen Anforderungen ausgelegt sind, verbunden ist.

Deshalb ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung für das Problem bereitzustellen, dass eine Kommunikationsvorrichtung, deren Komponenten gemäß durchschnittlichen Anforderungen ausgelegt sind, trotzdem auch in lastintensiven Phasen alle an sie gesendeten Datenpakete in einer vertretbaren Zeiten verarbeiten kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur effizienten Lastverteilung in einer Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch Fund eine entsprechend ausgestaltete Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur effizienten Lastverteilung in einer Kommunikationsvorrichtung, insbesondere einem DSLAM, für ein paketorientiertes Kommunikationsnetz bereitgestellt. Dabei umfasst die Kommunikationsvorrichtung mehrere Linecards und eine Haupt-Linecard, insbesondere eine Trunkcard, und aggregiert Kommunikationskanäle, welche mit den Linecards in Verbindung stehen, auf einen Kommunikationskanal, welcher mit der Haupt-Linecard in Verbindung steht. In dieser Kommunikationsvorrichtung verarbeiten die Linecards und die Haupt-Linecard, welche miteinander verbunden sind, Datenpakete, welche über Kommunikationswege übertragen werden, die über die entsprechende Linecard oder die Haupt-Linecard verlaufen. Sobald eine Überlastung einer Linecard erfasst wird, wird der überlasteten Linecard eine andere Vorrichtung, insbesondere eine nicht überlastete Linecard, zugeordnet, welche die durch die überlastete Linecard fließenden Datenpakete anstelle der überlasteten Linecard bearbeitet.

Dabei wird unter dem Begriff Paket (paketorientiert) eine Ansammlung von Bits verstanden, welche zusammen innerhalb des Kommunikationsnetzes versendet wird, wobei jedes Paket sowohl eine variable Anzahl von Bits als auch jeweils eine festgelegte Anzahl von Bits aufweisen kann, wie dies beispielsweise bei ATM (jede ATM-Zelle umfasst genau 53 Bytes) der Fall ist. Anders ausgedrückt wird in diesem Dokument unter einem Paket jegliche Ansammlung von Bits verstanden, welche nach dem Stand der Technik bisweilen auch als Zelle, Rahmen (Frame) oder Datagramm bezeichnet wird.

Obwohl die Linecards der Kommunikationsvorrichtung entsprechend einer durchschnittlichen Last ausgelegt sind, ist die Kommunikationsvorrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, die an sie gesendeten Datenpakete auch dann mit einer vertretbaren Verzögerungszeit bzw. Bearbeitungszeit zu bearbeiten, wenn eine oder mehrere ihrer Linecards Lastspitzen zu bewältigen haben. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Last auf den einzelnen Linecards nicht homogen verteilt ist und somit überlastete Linecards von Linecards ohne Überlast unterstützt werden können. Dies ermöglicht eine effizientere Nutzung der Linecards innerhalb der Kommunikationsvorrichtung. Dadurch ist es möglich, die Kosten für die Kommunikationsvorrichtung sowie den Energieverbrauch der Kommunikationsvorrichtung zu senken, da nicht auf den Worst-Case-Fall dimensioniert werden muss. Alternativ kann mit im Vergleich zu herkömmlichen Kommunikationsvorrichtungen gleichen Linecards eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine höhere Dienstgüte angeboten werden als dies bei herkömmlichen Kommunikationsvorrichtungen der Fall ist.

Die andere Vorrichtung kann auch eine Servicecard sein, welche im Normalfall, d. h. wenn keine Überlast vorliegt, keine Datenpakete verarbeitet.

Falls abzusehen ist, dass viele oder sogar alle Linecards der Kommunikationsvorrichtung häufig stark ausgelastet sind, müssten bei einer Überlastung einer Linecard die von ihr zu verarbeitenden Datenpakete nicht auf eine einzelne Linecard sondern auf mehrere Linecards umgeleitet werden, was einen entsprechend größeren Verwaltungsaufwand in der Kommunikationsvorrichtung im Vergleich zu einer Umleitung auf nur eine Linecard bedeutet. In diesem Fall ist es besser, die Datenpakete von der überlasteten Linecard auf die Servicecard umzuleiten, welche keine eigenen Datenpakete verarbeiten muss, weshalb die Servicecard dadurch in der Lage ist, auch über einen längeren Zeitraum hinweg alle zu einer überlasteten Linecard gesendeten Datenpakete zu verarbeiten.

Dabei sei explizit darauf hingewiesen, dass es erfindungsgemäß vorgesehen ist, Datenpakete von einer überlasteten Linecard teilweise auf eine nicht überlastete Linecard und teilweise auf eine Servicecard umzuleiten oder Datenpakete von einer überlasteten Linecard auf eine nicht überlastete Linecard und gleichzeitig Datenpakete von einer anderen überlasteten Linecard auf die Servicecard umzuleiten. Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass mehrere Servicecards vorgesehen sind, so dass beispielsweise für n Linecards eine Servicecard vorgesehen ist.

Eine Servicecard kann beispielsweise eine Linecard sein, welche im Normalbetrieb der Kommunikationsvorrichtung, d. h. an keiner Linecard liegt eine Überlastsituation vor, keine Datenpakete verarbeitet. Insbesondere kann die Servicecard in diesem Fall mit einer der Linecards der Kommunikationsvorrichtung baugleich sein.

Dies besitzt zum einen den Vorteil, dass die Linecards und damit die Servicecard(s) in einer größeren Stückzahl hergestellt werden können, wodurch der Stückpreis sinkt. Zum anderen erleichtert es das Design der Backplane 3, wenn die Servicecard(s) und die Linecards baugleich sind.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass ankommende Datenpakete von einer überlasteten Linecard nur teilweise bearbeitet werden und dann an eine nicht überlastete Linecard oder Servicecard zur weiteren und abschließenden Bearbeitung weiter geleitet werden, wobei die überlastete Linecard jedes weitergeleitete Datenpakete mit zusätzlichen Informationen versieht, welche zur weiteren Bearbeitung notwendig sind.

Dieses Vorgehen ist beispielsweise darin vorteilhaft, wenn eine von der überlasteten Linecard übernommene teilweise Bearbeitung besonders viel Informationen der überlasteten Linecard voraussetzt, so dass die zusätzlichen Informationen, mit welchen die überlastete Linecard jedes weitergeleitete Datenpakete versieht, dann nicht mehr so umfangreich (speicherintensiv) sein müssen, da ein Anteil der Bearbeitung, welcher von der anderen Vorrichtung ausgeführt wird, nur wenige zusätzliche Informationen erfordert.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Kommunikationsvorrichtung zur effizienten Lastverteilung für ein paketorientiertes Kommunikationsnetz bereitgestellt. Dabei umfasst die Kommunikationsvorrichtung mehrere Linecards, eine Verbindungsvorrichtung, Steuermittel und eine Haupt-Linecard. Die Aufgabe der Kommunikationsvorrichtung ist dabei, an den Linecards anliegende Kommunikationskanäle zu aggregieren und über einen an der Haupt-Linecard anliegenden Kommunikationskanal weiterzusenden. Innerhalb der Kommunikationsvorrichtung sind die Linecards und die Haupt-Linecard über die Verbindungsvorrichtung miteinander verbunden und verarbeiten Datenpakete, welche über sie verlaufende Kommunikationskanäle, gesendet werden. Dabei ist die Kommunikationsvorrichtung derart ausgestaltet, dass die Steuermittel eine Überlastsituation jeder Linecard erfassen und dass für den Fall, dass eine Überlastsituation an einer Linecard auftritt bzw. von den Steuermitteln erfasst wird, dieser überlasteten Linecard eine andere Vorrichtung zur Bearbeitung der durch die überlastete Linecard fließenden Datenpakete zugeordnet wird. Die Verbindungsvorrichtung, welche insbesondere ein Ethernet-Switch ist, ist dabei meist in einer Controlplane der Kommunikationsvorrichtung und die Steuermittel sind dabei meist in einer Backplane der Kommunikationsvorrichtung ausgeführt. Dabei ist die Controlplane eine Art Konfigurations- und Steuerebene, welche mit allen Komponenten der Kommunikationsvorrichtung verbunden ist.

Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung entsprechen im Wesentlichen denjenigen, welche bereits vorab bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt worden sind, weshalb sie hier nicht wiederholt werden.

Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch Kommunikationsvorrichtungen umfasst, welche zwei oder mehr Haupt-Linecards aufweisen, wobei Kommunikationswege, welche sonst über die eine Haupt-Linecard verlaufen, auf diese zwei oder mehr Haupt-Linecards verteilt sind. Darüber hinaus ist eine erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung denkbar, bei welcher ein Kommunikationsweg zwischen einem Anschluss einer Linecard und einem Anschluss einer anderen Linecard aufgespannt ist, ohne dabei über eine Haupt-Linecard zu verlaufen.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
1 zeigt einen DSLAM nach dem Stand der Technik.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen DSLAM, wobei Datenpakete einer überlasteten Linecard von einer nicht überlasteten Linecard verarbeitet werden.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen DSLAM, wobei Datenpakete einer überlasteten Linecard von einer Servicecard verarbeitet werden.
In 2 ist ein erfindungsgemäßer DSLAM 1, welcher mehrere Linecards 4–6, eine Backplane 3, eine Controlplane (nicht dargestellt) und eine Trunkcard 2 umfasst, dargestellt. Jede Linecard 4–6 aggregiert dabei Datenpakete von Kunden, welche ihr über Kommunikationskanäle, die jeweils mit einem von mehreren Anschlüssen der entsprechenden Linecard 4–6 verbunden sind, zugeführt werden. Dabei ist in 2 für jede Linecard 4–6 jeweils nur ein Anschluss 41, 51, 61 dargestellt, obwohl jede Linecard 4–6 üblicherweise bis zu 64 Anschlüsse bzw. Ports aufweisen kann. Daten bzw. Datenpakete, welche die Linecard 4–6 über ihre Anschlüsse empfangen, werden über die Backplane 3 an die Trunkcard 2 gesendet, welche diese Datenpakete dann über einen Kommunikationskanal, welcher mit einem Anschluss bzw. Port 21 der Trunkcard 2 verbunden ist, weiter gesendet werden. Dabei umfasst die Backplane 3 bei dieser Ausführungsform einen Ethernet-Switch als Verbindungsvorrichtung, d. h. Kommunikationswege, welche die Linecards und die Trunkcard miteinander verbinden, sind switch-basiert, was sehr kostengünstig ist. Zusätzlich umfasst die Controlplane Steuermittel. Weiterhin ist jede Linecard 4–6 mit dem Ethernet-Switch verbunden, wodurch eine direkte Verbindung zwischen den Linecards 4–6 besteht.
In 2 ist nun ein Fall dargestellt, bei welchem die Linecard 4 überlastet und die Linecard 5 nicht überlastet ist. Deswegen werden die über den Port 41 ankommenden Datenpakete von der Linecard 4 mit zusätzlichen Informationen versehen und unbearbeitet in einer speziellen Warteschlange der Linecard 4 gespeichert. Datenpakete in dieser speziellen Warteschlange werden am Prozessor der Linecard 4 vorbeigeführt und direkt auf den Ausgang der Linecard 4 geschaltet, wo sie dann über den Ethernet-Switch an die Linecard 5 weitergeleitet werden.
Dabei beinhalten die zusätzlichen Informationen:

• eine Linecard-Nummer der empfangenden Linecard 4
• eine Nummer des Ports 41 der empfangenden Linecard 4, auf welchem das Datenpaket empfangen wurde einen Bearbeitungszustand des Datenpakets mit dem das Datenpaket die Linecard 4 verlässt (in diesem Fall: unbearbeitet)
• die Zieladresse des Datenpakets innerhalb des DSLAMs die Absenderadresse des Datenpakets innerhalb des DSLAMs

Wenn die Linecard 5 Pakete mit zusätzlichen Informationen über den Ethernet-Switch von der Linecard 4 erhält, werden diese Datenpakete in einer Upstream-Eingangswarteschlange der Linecard 5 gespeichert und dann von einem Prozessor der Linecard 5 bearbeitet. Anschließend werden die derart bearbeiteten Datenpakete über die Backplane 3 an die Trunkcard 2 gesendet.
Damit die Linecard 5 die Datenpakete von der Linecard 4 bearbeiten kann, müssen Informationen über Datenströme bzw. Flows, zu welchen die umgeleiteten Datenpakete gehören, sowohl auf der Linecard 4 als auch auf der Linecard 5 zur Verfügung stehen. Diese Informationen über Datenströme enthalten beispielsweise Informationen über einen Nutzer bzw. Kunden, welchem der entsprechende Datenstrom zugeordnet ist. Informationen dieser Art sind unter anderem eine dem Nutzer zugewiesene Bandbreite oder Dienstqualität. Dabei werden die Informationen über die Datenströme von der Backplane 3 (genauer gesagt von einer in 2 nicht dargestellten Controlplane der Backplane 3) entsprechend auf den Linecards 4–6 verteilt. Aus diesem Grund ist ein Speicher (nicht dargestellt) der Linecards (hier der Linecard 5) größer ausgelegt, als wenn die entsprechende Linecard 5 nur Datenströme bearbeiten müsste, welche originär bei ihr eintreffen und nicht beispielsweise durch die Linecard 4 zur der Linecard 5 weitergeleitet werden.
Bei dem in 2 dargestellten DSLAM 1 sind die Linecards 4–6 derart ausgestaltet, dass ihr Speicher 20% mehr Speicherplatz aufweist, als zum Abspeichern von Informationen zu den originär über die Linecard 4 verlaufenden Datenströmen zu den originär über die Linecard 4 verlaufenden Datenströmen nötig wäre. Dies bedeutet, dass im schlimmsten Fall, wenn die von der überlasteten Linecard 4 weiter geleiteten Datenpakete alle originär über die Linecard 4 verlaufenden Datenströme betreffen, die von der Linecard 4 weitergeleiteten Datenpakete nicht nur zu der Linecard 5 sondern zu weiteren vier nicht überlasteten Linecards, von denen nur die Linecard 6 in 2 dargestellt ist, weitergeleitet werden müssen.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen DSLAMs können die Linecards allerdings auch derart ausgestaltet sein, dass die zusätzlichen Informationen, welche die Linecard bei einem Überlastfall den von ihr weitergeleiteten Datenpaketen zuordnet, auch die zur Bearbeitung notwendigen Informationen über den entsprechenden Datenstrom des jeweiligen Datenpakets enthalten. In diesem Fall ist der Speicher jeder Linecard nur derart dimensioniert, dass er die Informationen bezüglich der originär über der entsprechenden Linecard verlaufenden Datenströme abspeichern kann, da zur Bearbeitung von fremden Datenpaketen kein zusätzlicher Speicher für eine den Datenstrom des fremden Datenpakets betreffende Information notwendig ist.
Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann der DSLAM auch derart ausgestaltet sein, dass die zusätzlichen Informationen nur den Bearbeitungszustand des Datenpakets enthalten. Bei der Bearbeitung des Datenpakets durch die Linecard 5 werden der Linecard 5 dann über die Controlplane alle zur Bearbeitung notwendigen Informationen, welche die zusätzlichen Informationen und Informationen über den Datenstrom des Datenpakets umfassen, zugestellt.
Des Weiteren ist es erfindungsgemäß ebenso möglich, dass von der überlasteten Linecard 4 nur Datenpakete zu der Linecard 5 weitergeleitet werden, welche bestimmten Datenströmen zugeordnet sind, wobei die restlichen Datenpakete von der Linecard 4 selbst bearbeitet werden. Wenn eine Anzahl dieser Datenströme derart dimensioniert wird, dass der Speicher der Linecard 5 ausreicht, die notwendigen Informationen über diese Datenströme abzuspeichern, können alle von der Linecard 4 weitergeleiteten Datenpakete zu der Linecard 5 weitergeleitet werden.
Zurückkommend auf die in 2 dargestellte Ausführungsform soll die Funktionsweise des DSLAMs 1 in der Downstream-Richtung erläutert werden. Dabei kommen die Datenpakete aus dem Kommunikationsnetz beispielsweise an dem Port 21 der Trunkcard 2 an. Bei dem in 2 dargestellten Fall ist die Trunkcard 2 über die Backplane 3 darüber unterrichtet worden, dass die Linecard 4 überlastet ist. Allgemein ist der DSLAM 1 derart ausgestaltet, dass die Trunkcard 2 über die aktuelle Überlastsituation jeder Linecard 4–6 informiert ist. Im dargestellten Fall sendet die Trunkcard 2 über Anschluss 21 empfangene Datenpakete an die Linecard 5, welche sie stellvertretend für Linecard 4 bearbeitet und über die Backplane 3 an die Linecard 4 weiterleitet. Wenn die Linecard 4 ein solches von der Linecard 5 bearbeitetes Datenpaket empfängt, stellt sie anhand von Informationen in dem Datenpaket fest, dass dieses Datenpaket schon bearbeitet wurde und speichert das Datenpaket in einer Ausgangswarteschlange der Linecard 4 ab, ohne zusätzliche Prozessorresourcen zur Bearbeitung des Datenpakets zu verbrauchen. Aus dieser Ausgangswarteschlange heraus wird das Datenpaket dann über einen an dem Anschluss 41 angeschlossenen Kommunikationskanal weitergesendet.
In 3 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines DSLAMs 1 dargestellt. Dabei umfasst der DSLAM 1 mehrere Linecards 4–5, von denen in 3 nur zwei dargestellt sind, eine Backplane 3, eine Trunkcard 2 und eine Servicecard 7. Im Vergleich zu dem DSLAM der 2 umfasst der DSLAM 1 der
3 also die Servicecard 7 zusätzlich.
Im Normalbetrieb, d. h. wenn keine Linecard 4, 5 eine Überlast aufweist, aggregieren die Linecards 4, 5 eingangsseitig ankommenden Datenpakete, welche vorab in die Eingangswarteschlange der entsprechenden Linecard 4, 5 eingereiht werden, verarbeiten diese Datenpakete und senden diese über die Backplane 3 weiter an die Trunkcard 2, welche diese Datenpakete beispielsweise über eine an dem Anschluss 21 angeschlossene Glasfaserleitung weitersenden. Dies bedeutet wiederum, dass im Normalbetrieb die Servicecard 7 keine Datenpakete verarbeitet.
Wenn die Linecard 4 erfasst, dass ein Füllstand ihrer Eingangswarteschlange über einen vorbestimmten Wert angestiegen ist, d. h. die Linecard 4 erfasst einen Überlastfall, werden neu eingangsseitig an der Linecard 4 ankommende Datenpakete mit zusätzlichen Informationen versehen und in einer speziellen Warteschlange der Linecard 4 gespeichert. Die zusätzlichen Informationen entsprechen dabei denjenigen, welche bei dem mit 2 ausgeführten Ausführungsbeispiel erläutert wurden. Datenpakete in dieser speziellen Warteschlange werden an dem Prozessor der Linecard 4 vorbeigeführt und von der Backplane 3 zu der Servicecard 7 weitergeleitet, wie es durch die Pfeile 34a und 34b dargestellt ist. Wenn bei der Servicecard 7 Datenpakete mit zusätzlichen Informationen von der Linecard 4 eintreffen, werden diese in einer Upstream-Eingangswarteschlange der Servicecard 7 gespeichert und dann von dem Prozessor der Servicecard 7 bearbeitet (siehe Pfeile 34c und 34d). Anschließend werden diese Datenpakete über die Backplane 3 zu der Trunkcard 2 weitergeleitet (siehe Pfeile 34e und 34f) und über einen mit dem Anschluss 21 verbundenen Kommunikationskanal an die jeweils entsprechende Zieladresse gesendet.
Damit die Servicecard 7 die Datenpakete von der Linecard 4 bearbeiten kann, müssen Informationen über die Datenströme bzw. Flows, zu welchen die weitergeleiteten Datenpakete gehören, sowohl auf der Linecard 4 als auch auf der Servicecard 7 zur Verfügung stehen. Diese Informationen über die Datenströme entsprechen dabei den Informationen über die Datenströme, welche bei der im Zusammenhang mit 2 erläuterten Ausführungsform beschrieben sind.
Für die Funktionsweise des DSLAMs 1 in Downstream-Richtung besitzt die Trunkcard 2 Informationen über die aktuelle Überlastsituation der Linecards 4, 5. Erfasst die Trunkcard 2 eine Überlastsituation der Linecard 4, schickt sie Datenpakete, welche sie im Normalfall an die Linecard 4 senden würde, zur Bearbeitung über die Backplane 3 an die Servicecard 7. Nach der Bearbeitung durch die Servicecard 7 werden diese Datenpakete wiederum über die Backplane 3 an die Linecard 4 gesendet. Die Linecard 4 erkennt, dass diese Datenpakete schon bearbeitet wurden und speichert sie in einer entsprechenden Ausgangswarteschlange der Linecard 4, ohne dabei zusätzliche Prozessorresourcen der Linecard 4 zu verbrauchen. Aus dieser Ausgangswarteschlange werden die Datenpakete dann über einen an einem dem Datenpaket entsprechenden Anschluss der Linecard 4 anliegenden Kommunikationskanal zur jeweils entsprechenden Zieladresse weitergeschickt.
Dabei weisen sowohl die mit 2 als auch die mit 3 ausgeführte Ausführungsform folgende Merkmale auf:

• Einen Monitor zur Überwachung bzw. Erfassung der Überlastsituation einer Linecard 4–6, welcher Bestandteil der Controlplane ist.
• Eine Markierung und Annotation von umzuleitenden Datenpaketen, damit die Linecards 4–6, welche diese Datenpakete empfangen, diese Datenpakete entsprechend bearbeiten können.
• Zusätzliche Peer-to-Peer-Verbindungen, d.h. Verbindungen zwischen zwei Linecards 4–6, welche im Normalbetrieb nicht auftreten. Dabei sind diese Peer-to-Peer-Verbindungen switchbasiert ausgeführt.
• Zustandsinformationen jeder Linecard 4–6, wie Überlastsituation und Informationen über die Flows der Linecard 4–6, sind in dem gesamten DSLAM 1 verfügbar.
• Jede Linecard 4–6 ist in der Lage, Datenpakete mittels eines Bypasses an überlasteten Resourcen, beispielsweise ihrem Prozessor, vorbei zu schicken.

Claims

Verfahren zur effizienten Lastverteilung in einer Kommunikationsvorrichtung (1) für ein paketorientiertes Kommunikationsnetz, welche mehrere Linecards (4, 5, 6) und eine Haupt-Linecard (2) umfasst und an den Linecards (4, 5, 6) anliegende Kommunikationskanäle auf einen an der Haupt-Linecard (2) anliegenden Kommunikationskanal aggregiert, wobei die Linecards (4, 5, 6) und die Haupt-Linecard (2) miteinander verbunden sind und die Aufgabe haben, Datenpakete, welche über sie verlaufende Kommunikationswege übertragen werden, zu verarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslastung jeder Linecard erfasst wird, und dass für den Fall, dass eine Überlastung bei einer der Linecards (4; 5; 6) erfasst wird, der überlasteten Linecard (4) eine andere Vorrichtung (5; 7) zur Bearbeitung der durch die überlastete Linecard (4) fließenden Datenpakete zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass eine Überlastung bei einer der Linecards (4; 5; 6) erfasst wird, ein an der überlasteten Linecard (4) eingangsseitig ankommendes Datenpaket mit zur weiteren Verarbeitung des Datenpakets durch die andere Vorrichtung (5; 7) notwendigen zusätzlichen Informationen versehen wird und zu der anderen Vorrichtung (5; 7) weitergeleitet wird, und dass das weitergeleitete Datenpaket von der anderen Vorrichtung (5; 7) bearbeitet und an die Haupt-Linecard (2) weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass eine Überlastung bei einer der Linecards (4; 5; 6) erfasst wird, ein an der überlasteten Linecard (4) ankommendes Datenpaket teilweise von der überlasteten Linecard (4) bearbeitet wird, von dieser mit zusätzlichen zur weiteren Verarbeitung des Datenpakets durch die andere Vorrichtung (5; 7) Informationen versehen wird und zu der anderen Vorrichtung (5; 7) weitergeleitet wird, und dass das weitergeleitete Datenpaket von der anderen Vorrichtung (5; 7) abschließend bearbeitet und an die Haupt-Linecard (2) weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Informationen ausreichen, so dass das weitergeleitete Datenpaket von der anderen Vorrichtung (5; 7) bearbeitet werden kann, ohne dass dazu eine weitere Information über einen Datenstrom, zu welchem das Datenpaket gehört, notwendig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass eine Überlastung bei einer der Linecards (4; 5; 6) erfasst wird, ein an der Haupt-Linecard (2) ankommendes Datenpaket, welches zu dieser überlasteten Linecard (4) weitergeleitet werden soll, zu der anderen Vorrichtung (5; 7) weitergeleitet wird, dass das weitergeleitete Datenpaket von der anderen Vorrichtung (5; 7) bearbeitet und an diese überlastete Linecard (4) weitergeleitet wird, und dass das Datenpaket ohne Verarbeitung durch diese überlastete Linecard (4) gesendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über Datenströme in der anderen Vorrichtung (5; 7) gespeichert werden, wobei an die andere Vorrichtung (5; 7) nur Datenpakete weitergeleitet werden, welche zu einem Datenstrom gehören, dessen Informationen in der anderen Vorrichtung (5; 7) gespeichert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überlastung bei einer der Linecards (4; 5; 6) erfasst wird, wenn ein Füllstand einer Eingangswarteschlange der jeweiligen Linecard (4; 5; 6) über einem vorbestimmten Wert liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommunikationsweg zwischen einer der Linecards (4; 5; 6) und der Haupt-Linecard (2) switchbasiert geschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Vorrichtung eine Linecard (5) der Kommunikationseinrichtung (1) ist, welche nicht überlastet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Vorrichtung eine Servicecard (7) der Kommunikationseinrichtung (1) ist, über welche für den Fall, dass kein Überlastfall erfasst worden ist, kein Kommunikationsweg der Kommunikationsvorrichtung (1) verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtung ein DSLAM (1) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-Linecard eine Trunkcard (2) ist.
Kommunikationsvorrichtung zur effizienten Lastverteilung für ein paketorientiertes Kommunikationsnetz, welche mehrere Linecards (4; 5; 6), eine Verbindungsvorrichtung (3), Steuermittel (3) und eine Haupt-Linecard (2) umfasst und an den Linecards (4, 5, 6) anliegende Kommunikationskanäle auf einen an der Haupt-Linecard (2) anliegenden Kommunikationskanal aggregiert, wobei jede Linecard (4; 5; 6) und die Haupt-Linecard (2) über die Verbindungsvorrichtung (3) miteinander verbunden sind, wobei die Kommunikationsvorrichtung (1) derart ausgestaltet ist, dass jede Linecard (4; 5; 6) und die Haupt-Linecard (2) Datenpakete, welche über sie verlaufende Kommunikationswege übertragen werden, verarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtung (1) zusätzlich derart ausgestaltet ist, dass Steuermittel eine Auslastung jeder Linecard erfassen, und die Kommunikationsvorrichtung (1) im Fall, dass die Steuermittel eine Überlastung einer ihrer Linecards (4; 5; 6) erfassen, der überlasteten Linecard (4) eine andere Vorrichtung (5; 7) zur Bearbeitung der durch die überlastete Linecard (4) fließenden Datenpakete zuordnet.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Vorrichtung eine Linecard (5) der Kommunikationseinrichtung (1) ist, welche nicht überlastet ist.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Vorrichtung eine Servicecard (7) der Kommunikationseinrichtung (1) ist, über welche für den Fall, dass die Steuermittel keinen Überlastfall erfassen, kein Kommunikationsweg der Kommunikationsvorrichtung verläuft.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Servicecard eine Linecard ist, welche mit den Linecards der Kommunikationsvorrichtung baugleich ist.
Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung (3) switchbasiert ausgeführt ist, so dass der Kommunikationsweg zwischen einer der Linecards und der Haupt-Linecard (2) switchbasiert geschaltet wird.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung (3) ein Ethernet-Switch ist.
Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13-18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtung eine Netzzugangskommunikationsvorrichtung (1) ist, welche derart ausgestaltet ist, dass an jeder Linecard (4; 5; 6) über jeweils einen Kommunikationskanal jeweils ein Kommunikationsnetzteilnehmer anschließbar ist, während an der Haupt-Linecard (2) das Kommunikationsnetz anschließbar ist.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtung ein DSLAM (1) ist.
Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13-18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtung eine Netzkommunikationsvorrichtung ist, welche derart ausgestaltet ist, dass an jeder Linecard entweder über jeweils einen Kommunikationskanal jeweils ein Kommunikationsnetzteilnehmer oder ein Kommunikationskanal anschließbar ist, welcher Datenpakete von mehreren Kommunikationsnetzteilnehmern enthält.
Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13-21, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-Linecard eine Trunkcard (2) ist.
Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13-22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung in einer Backplane (3) der Kommunikationsvorrichtung (1) ausgeführt ist.
Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13-23, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel in einer Controlplane der Kommunikationsvorrichtung (1) ausgeführt sind.
Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13-24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-12 ausgestaltet ist.