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DE69522401T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überlastregelung in einem Paketkommunikationsnetz - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Überlastregelung in einem Paketkommunikationsnetz

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DE69522401T2
DE69522401T2 DE69522401T DE69522401T DE69522401T2 DE 69522401 T2 DE69522401 T2 DE 69522401T2 DE 69522401 T DE69522401 T DE 69522401T DE 69522401 T DE69522401 T DE 69522401T DE 69522401 T2 DE69522401 T2 DE 69522401T2
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DE
Germany
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congestion
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nodes
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DE69522401T
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Pierre Lagoutte
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Remote Access Los Altos Calif Us LLC
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Thales SA
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Publication date
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Überlastungssteuerung bei einem sporadischen Austausch von Datenpaketen in einem digitalen Übertragungsnetz. Sie ist insbesondere bei der Bildung von lokalen Netzen anwendbar, die gemäß der unter der englischen Abkürzung ATM (Asynchronous Transfer Mode - asynchroner Übertragungsmodus) bekannten Übertragungstechnik arbeitet.
  • In einem im ATM-Modus arbeitenden Netz werden die digitalen Informationen in Form von Paketen von Bits mit festem Format, Zellen genannt, ausgetauscht. Jede Zelle besitzt einerseits einen Vorspann, der zur Identifizierung der Zelle und der zugehörigen Nachricht dient, und andrerseits ein Informationsfeld mit den zu übertragenden Nutzdaten. Die Knotendes Netzes haben die Aufgabe, die an ihren Eingängen ankommenden ATM-Zellen über einen oder mehrere Ausgänge weiterzuleiten.
  • In diesen Netzen teilen sich die gerade aktiven Nutzer das verfügbare Durchlaßband gemäß verschiedenen · Betriebsarten. Eine erste Art besteht darin, jedem aktiven Nutzer einen Teil des Durchlaßbands zuzuteilen, ob er nun gerade sendet oder nicht (beispielsweise Reservierung eines maximalen Durchsatzes). In diesem Fall kann jedoch der reservierte, aber von den aktiven Nutzern, die gerade nicht senden, nicht benutzte Teil des Bandes nicht den anderen Nutzern zugeordnet werden. Eine andere Vorgehensweise besteht darin, keine festen Reservierungen im Netz vorzusehen, wobei dann das Netz die statistische Multiplexierung der tatsächlich übertragenen Informationen übernimmt. Dann kann es aber vorkommen, daß in einem gegebenen Augenblick die Nutzer mehr Informationen aussenden, als das Netz weiterleiten kann, was zu einem Verlust eines Teils der Informationen (Überlastungsphänomen) führt. Um zu vermeiden, daß dieses Phänomen der so entstandenen Netzüberlastung das gesamte Netz stört, kann man eine Regelung durchführen, die unter der englischen Abkürzung ABR (Available Bit Rate - verfügbare Bitrate) bekannt ist. Dieses Verfahren erlaubt eine wirksame Aufteilung des verfügbaren Durchlaßbandes zwischen den aktiven Nutzern und vermeidet die Überlastung des Netzes.
  • Man wendet dann Verfahren an, die unter den englischen Abkürzungen FECN (Forward Explicit Congestion Notification - explizite Vorwärtsüberlastungsmeldung) und BECN (Backward Explicit Congestion Notification - explizite Rückwärtsüberlastungsmeldung) bekannt sind. Sie ermöglichen die Blockierung der aktiven Quellen, wenn das Netz in Gefahr gerät, den übertragenen Verkehr nicht mehr verarbeiten, zu können. Ein zugeordneter Freigabemechanismus erlaubt es, die permanente Blockade dieser Quellen zu vermeiden.
  • Bei bestimmten Störungsfällen, beispielsweise Unterbrechung der Verbindungskabel oder Störung in den Komponenten der Knoten, kann es vorkommen, daß Quellen die Überlastungsmeldung nicht empfangen und weiter senden und so das Netz überlasten. Es kann auch passieren, daß blockierte Quellen die Wiederfreigabe-Meldung nicht empfangen und während langer Zeiten blockiert bleiben, was für die Anwendungen einen Nachteil bildet, die sie benutzen.
  • Der Aufsatz "A General Architecte for Link-Layer Congestion Control in ATM Networks" von CHAO HJ, veröffentlicht in Inst.Electron.Inf.Commun. Eng., Japan 25. bis 30. October 1992, Tokyo beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung und/oder Beendigung des Sendebetriebs von Zellen in einem Netz. Wenn die Länge der Warteschlange einen bestimmten Schwellwert überschreitet, der angibt, daß ein Knoten sich im überlasteten Zustand befindet, werden Überlastungsindikatoren durch alle sendeseitig anschließenden Vermittlungsschalter übertragen. Der Indikator kann bis zur Quelle übermittelt werden.
  • Ziel der Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu beseitigen.
  • Hierzu ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Überlastungskontrolle beim sporadischen Austausch von Datenpaketen in einem digitalen Übertragungsnetz, das mehrere Knoten enthält, wobei jedes Paket oder jede Zelle aus einem Vorspann zur Identifizierung und Weiterleitung über virtuelle Kanäle (VCI) und aus einem die zu übertragenden Informationen enthaltenden Teil besteht.
  • Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens die folgenden Verfahrensschritte enthält:
  • - In Höhe jedes Knotens des Netzes werden die überlasteten virtuellen. Kanäle erfaßt, indem die Länge der Warteschlange mit einem oberen Schwellwert (SH) verglichen wird;
  • - ein Überlastungsindikator (IC) des Typs 1 wird in Höhe jedes der Knoten gesetzt, die sich in einem Überlastungszustand befinden, und zwar für jeden von der Überlastung betroffenen virtuellen Kanal, und der Überlastungsindikator des Typs 1 wird an einen oder mehrere eingangsseitig anschließende Knoten entsprechend jedem von der Überlastung betroffenen logischen Kanal ausgesendet;
  • - beim Empfang des Indikators des Typs 1 in einem Knoten wird ein Überlastungsindikator des Typs 2, der einem überlasteten virtuellen Kanal zugeordnet ist, auf einen bestimmten Wert gesetzt, und dieser Wert wird zyklisch dekrementiert, so lange er sich von seinem Mindestwert unterscheidet;
  • - für jeden einem Überlastungsindikator des Typs 2 zugeordneten virtuellen Kanal wir die Aussendung blockiert, so lange der Überlastungsindikator des Typs 2 sich von seinem Mindestwert unterscheidet;
  • - sobald die Länge der Warteschlange einen unteren Schwellwert (SB) erreicht, wird der Überlastungsindikator des Typs 1 in einen Zustand "nicht überlastet" und der Überlastungsindikator des Typs 2 auf seinen Mindestwert gesetzt.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Überlastungskontrolle für den sporadischen Austausch von Datenpaketen in einem digitalen Übertragungsnetz, wobei jedes Datenpaket von einem Vorspann zur Identifizierung und zur Weiterleitung über virtuelle Kanäle und von einem die zu übertragenden Informationen enthaltenden Teil gebildet wird und das digitale Übertragungsnetz aus Übertragungsknoten besteht, die miteinander über Übertragungskanäle Daten austauschen. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie in jedem der Knoten des Netzes aufweist:
  • - eine Verteilschaltung, um die an die ankommenden Kanäle des Knotens angelegten Datenpakete auf ausgehende Kanäle zu verteilen, und eine Gruppe von Registern, die zwischen der Verteilschaltung und den Ausgangskanälen liegen, um die zu übertragenden Datenpakete in eine Warteschlange zu bringen, wobei die Register einen Füllstandsdetektor für die Schlange mit einem oberen Schwellwert (SH) und einem unteren Schwellwert (SB) aufweisen, um die überlasteten virtuellen Kanäle zu bestimmen;
  • - Mittel, die in Höhe jedes überlasteten Knotens einen Überlastungsindikator des Typs 1 für jeden überlasteten virtuellen Kanal setzen und speichern können;
  • - Mittel, um den Überlastungsindikator des Typs 1 an einen oder mehrere eingangsseitige Knoten für jeden von der Überlastung betroffenen virtuellen Kanal zu senden;
  • - Mittel, um einen Überlastungsindikator des Typs 2, der einem überlasteten virtuellen Kanal zugeordnet ist, bei Empfang des Überlastungsindikators des Typs 1 in einem Knoten auf einen bestimmten Wert zu setzen;
  • - Mittel, die den Wert des Überlastungsindikators des Typs 2 dekrementieren können, so lange dieser Wert sich von seinem Mindestwert unterscheidet;
  • - Mittel, die die Aussendung der Zellen in Höhe eines Knotens für jeden einem Überlastungsindikator des Typs 2 mit einem Wert ungleich seinem Mindestwert zugeordneten Kanal blockieren.
  • Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt das Beispiel einer Nachrichtenübermittlung über ein ATM-Netz.
  • Fig. 2 zeigt das Format eines Vorspanns einer ATM- Zelle.
  • Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines verdrahteten Automaten für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in jedem Knoten des Netzes.
  • Fig. 4 zeigt ein Beispiel für das Prinzip einer Nachrichtenübermittlung gemäß der Erfindung über mehrere kaskadenartig angeordnete Knoten.
  • Im Beispiel der Fig. 1 ist der Weg einer Nachricht zwischen einem Nutzer 2 und einem Datenendgerät 3 durch eine gestrichelte Linie 1 dargestellt. Der Weg gemäß der Linie 1 wird von einer Kaskadenfolge von Verkehrsknoten 4&sub1; bis 4N eines lokalen ATM-Netzes 5 gebildet, die untereinander über Übertragungsstrecken 6j, verkehren.
  • Die auf den Übertragungsstrecken 6j ausgetauschten Informationen werden als Bitpakete festen Formats geliefert, die Zellen genannt werden. Jede Zelle setzt sich aus einem Informationsfeld und einem Vorspann zusammen, der die Zelle und insbesondere die Nachricht identifizieren kann, zu der die Zelle gehört. Aufgabe der Knoten 4&sub1; bis 4N ist es, die an den Eingängen ankommenden Zellen über einen oder mehrere Ausgänge weiterzuleiten.
  • Hierzu enthält der Vorspann jeder Zelle, wie dies in Fig. 2 zu sehen ist, vier Zonen VPI, VCI, PTI und HEC, die in einem Block von fünf Bytes zu je acht Bits verteilt sind, die die Bezugszeichen 7 bis 11 tragen. Eineinhalb Bytes sind für die Kodierung des virtuellen Bündels VPI reserviert, zu dem die Zelle gehört.
  • Zwei Bytes sind für die Kodierung des virtuellen Kanals VCI reserviert, zu dem die Zelle gehört. Die Zone PTI enthält vier Bits, deren Verwendung hier nicht definiert wird. Schließlich enthält die Zone HEC ein Byte, das für die Erzeugung eines Fehlerkontrollkodes reserviert ist.
  • Jeder Knoten enthält, wie in Fig. 3 zu sehen ist, eine Verteilschaltung 12, wie sie beispielsweise in den französischen Patentanmeldungen 2 635 243 und 2 635 242 beschrieben ist. Die Aufgabe der Verteilschaltung 12 ist es, die an den Eingängen e&sub1; bis eN ankommenden Zellen auf die Ausgangskanäle des Knotens abhängig von den Informationen VPI und VCI weiterzuleiten, die in jedem Vorspann enthalten sind. Die Weiterleitung erfolgt in bekannter Weise, wie dies z. B. in der französischen Patentanmeldung 2 682 164 beschrieben ist, unter Verwendung eines Übersetzers. Der Übersetzer liefert für jede Zelle einen neuen Vorspann und einen Ausgangskanal abhängig vom Vorspann, den die Zelle am Eingang in den Knoten besaß, und von dem von ihr benutzten Kanal. Die Verteilschaltung 12 ist an die Ausgangskanäle über als Zwischenspeicher organisierte Register 13&sub1; bis 13N angeschlossen. Diese Register bringen die auf jedem der Ausgangskanäle S&sub1; bis SN des Knotens zu übertragenden Zellen in eine Warteschlange. Hierzu ist jede Warteschlange in einem Register 131 gemäß dem FIFO-Modus organisiert (First In - First Out). Für die Durchführung der Erfindung enthalten die Register 13i in bekannter Weise einen Füllstandsdetektor mit zwei Schwellen, nämlich einer oberen Schwelle SH und einer unteren Schwelle SB.
  • Wenn die Länge der Warteschlange in einer der Ausgangsrichtungen des Knotens für jeden virtuellen Kanal (der beispielsweise durch das Feld VCI der von ihm übertragenen Zellen identifiziert wird), an dem die Zelle ankommt, die obere Schwelle SH überschreitet, dann setzt man einen Boole'schen Überlastungsindikator des Typs 1, beispielsweise im Übersetzer (der somit intern anzeigt, daß der von dem betreffenden virtuellen Kanal gewählte Ausgang in Gefahr steht, überlastet zu werden). Diese Information wird auch an den eingangsseitigen Knoten entsprechend dem logischen Kanal gesendet, auf dem die Zelle empfangen wurde, und zwar in Form eines Überlastungsindikators IC, beispielsweise über eine hierfür besonders ausgesendete Zelle.
  • Durch den Empfang des Überlastungsindikators IC in einem Knoten wird ein Überlastungsindikator vom Typ 2 (beispielsweise in Form einer ganzen natürlichen Zahl) auf den höchsten Wert gesetzt, der (beispielsweise im Übersetzer) dem virtuellen Kanal zugeordnet ist, der die Überlastung des Typs 1 in dem ausgangsseitigen Knoten angetroffen hat. Dieser Indikator sagt also, daß der Weiterweg verstopft ist. Jeder Knoten sendet zyklisch zur Eingangsseite hin den Wert des Überlastungsindikators IC (gesetzt oder nicht gesetzt) entsprechend jedem der logischen Kanäle. Jeder Knoten dekrementiert zyklisch die Überlastungsindikatoren des Typs 2, deren Wert ungleich null ist (beispielsweise). Die einem logischen Kanal angehörenden Zellen, deren Indikator des Typs 2 nicht den Wert null hat (beispielsweise), werden blockiert. Wenn die Warteschlange eines überlasteten Knotens auf den unteren Schwellwert SB absinkt, wird der Überlastungsindikator des Typs 1 auf "nicht überlastet" gesetzt. Dieser Zustandswechsel wird auf die Eingangsseite übertragen, wo dann der Überlastungszähler des Typs 2 auf den Mindestwert (z. B. 0) gesetzt wird.
  • Der Überlastungsindikator IC wird dann schrittweise, wie in Fig. 4 gezeigt, auf die Gesamtheit der eingangsseitig davor liegenden Knoten übertragen, über die die Zelle angekommen war, und in jeder der Zonen VCi der entsprechenden Übersetzer gespeichert.
  • Diese Speicherung erlaubt die Weitermeldung der angeschlossenen überlasteten virtuellen Kanäle in den Knoten des Netzes.
  • Eine Variante besteht für einen bestimmten Knoten darin, zyklisch die eingangsseitigen Knoten nicht nur über den Überlastungszustand des Typs 1 (IC) wie oben beschrieben, sondern auch über der Überlastungszustand des Typs 2 derart zu informieren, daß die eingangsseitigen Knoten ihrerseits den Verkehr auf den betroffenen logischen Kanäle blockieren.

Claims (7)

1. Verfahren zur Überlastungskontrolle beim sporadischen Austausch von Datenpaketen in einem digitalen Übertragungsnetz (5), das mehrere Knoten (4l ... 4 N) enthält, wobei jedes Paket oder jede Zelle aus einem Vorspann (7 bis 11) zur Identifizierung und Weiterleitung über virtuelle Kanäle (VCI) und aus einem die zu übertragenden Informationen enthaltenden Teil besteht, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens die folgenden Verfahrensschritte enthält:
- In Höhe jedes Knotens des Netzes werden die überlasteten virtuellen Kanäle erfaßt, indem die Länge der Warteschlange mit einem oberen Schwellwert (SH) verglichen wird;
- ein Überlastungsindikator (IC) des Typs 1 wird in Höhe jedes der Knoten gesetzt, die sich in einem Überlastungszustand befinden, und zwar für jeden von der Überlastung betroffenen virtuellen Kanal, und der Überlastungsindikator des Typs 1 wird an einen oder mehrere eingangsseitig anschließende Knoten entsprechend jedem von der Überlastung betroffenen logischen Kanal ausgesendet;
- beim Empfang des Indikators des Typs 1 in einem Knoten wird ein Überlastungsindikator des Typs 2, der einem überlasteten virtuellen Kanal zugeordnet ist, auf einen bestimmten Wert gesetzt, und dieser Wert wird zyklisch dekrementiert, so lange er sich von seinem Mindestwert unterscheidet;
- für jeden einem Überlastungsindikator des Typs 2 zugeordneten virtuellen Kanal wir die Aussendung blockiert, so lange der Überlastungsindikator des Typs 2 sich von seinem Mindestwert unterscheidet;
- sobald die Länge der Warteschlange einen unteren Schwellwert (SB) erreicht, wird der Überlastungsindikator des Typs 1 in einen Zustand "nicht überlastet" und der Überlastungsindikator des Typs 2 auf seinen Mindestwert gesetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Überlastungsindikator des Typs 1 zyklisch ausgesendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestwert des Indikators des Typs 2 null ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Verfahrensschritt aufweist, in dem die Überlastungsindikatoren des Typs 1 und des Typs 2 ausgehend von einem überlasteten Knoten an die eingangsseitig anschließenden Knoten ausgesendet werden, um die Aussendung von Informationen durch diesen eingangsseitig anschließenden Knoten zu blockieren.
5. Vorrichtung zur Überlastungskontrolle für den sporadischen Austausch von Datenpaketen in einem digitalen Übertragungsnetz, wobei jedes Datenpaket von einem Vorspann (7-11) zur Identifizierung und zur Weiterleitung über virtuelle Kanäle und von einem die zu übertragenden Informationen enthaltenden Teil gebildet wird und das digitale Übertragungsnetz aus Übertragungsknoten besteht, die miteinander über Übertragungskanäle (6j) Daten austauschen, dadurch gekennzeichnet, daß sie in jedem der Knoten (4&sub1;, 4&sub2;, ..., 4N) des Netzes aufweist:
- eine Verteilschaltung (12), um die an die ankommenden Kanäle des Knotens angelegten Datenpakete auf ausgehende Kanäle zu verteilen, und eine Gruppe von Registern (13&sub1;, 13&sub2;, ..., 13N), die zwischen der Verteilschaltung und den Ausgangskanälen liegen, um die zu übertragenden Datenpakete in eine Warteschlange zu bringen, wobei die Register einen Füllstandsdetektor für die Schlange mit einem oberen Schwellwert (SH) und einem unteren Schwellwert (SB) aufweisen, um die überlasteten virtuellen Kanäle zu bestimmen;
- Mittel, die in Höhe jedes überlasteten Knotens einen Überlastungsindikator des Typs 1 für jeden von der Überlastung betroffenen virtuellen Kanal setzen und speichern können;
- Mittel, um den Überlastungsindikator des Typs 1 an einen oder mehrere eingangsseitig anschließende Knoten für jeden von der Überlastung betroffenen virtuellen Kanal zu senden;
- Mittel, um einen Überlastungsindikator des Typs 2, der einem überlasteten virtuellen Kanal zugeordnet ist, bei Empfang des Überlastungsindikators des Typs 1 in einem Knoten auf einen bestimmten Wert zu setzen;
- Mittel, die den Wert des Überlastungsindikators des Typs 2 dekrementieren können, so lange dieser Wert sich von seinem Mindestwert unterscheidet;
- Mittel, die die Aussendung der Zellen in Höhe eines Knotens für jeden einem Überlastungsindikator des Typs 2 mit einem Wert ungleich seinem Mindestwert zugeordneten Kanal blockieren.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler den Überlastungsindikator des typs 2 auf seinen Mindestwert setzt, wenn der Überlastungsindikator des Typs 1, der vom ausgangsseitig angeschlossenen virtuellen Kanal kommt, in einen "nicht-überlasteten" Zustand gebracht ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Knoten (4&sub1; bis 4N) einen Übersetzer für die Aktualisierung des Vorspanns (7 bis 11) der zu übertragenden Datenpakete und zum Einschreiben der überlasteten virtuellen Kanäle beim Empfang eines von den Füllstandsdetektoren (SH) der ausgangsseitig angeschlossenen Knoten gelieferten Überlastungsindikatoren (IC) zu speichern.
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