WO1999045739A1 - Verfahren zur bestimmung der erforderlichen bitrate für eine anzahl statistisch multiplexbarer kommunikationsverbindungen - Google Patents

Verfahren zur bestimmung der erforderlichen bitrate für eine anzahl statistisch multiplexbarer kommunikationsverbindungen Download PDF

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WO1999045739A1
WO1999045739A1 PCT/DE1998/003563 DE9803563W WO9945739A1 WO 1999045739 A1 WO1999045739 A1 WO 1999045739A1 DE 9803563 W DE9803563 W DE 9803563W WO 9945739 A1 WO9945739 A1 WO 9945739A1
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Ulrich Haas
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Siemens AG
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    • H04L2012/5631—Resource management and allocation
    • H04L2012/5632—Bandwidth allocation

Definitions

  • the invention relates to a method for calculating the Beno ⁇ saturated bit rate of a number of statistically multiplexbarer communication links and to a method for controlling the acceptance or rejection of a new connection on an ATM communication device with a capacity R ma> that already a number M statistically multiplexbarer compounds unwinds .
  • ATM asynchronous transfer mode
  • a so-called traffic control system must ensure that, despite the common transmission of data cells of different origins, different bit rates and different bit rate statistics, the required transmission quality of the ATM layer is ensured. In particular, it must be ensured that the likelihood of cell loss is very low, for example less than 10 "10 , and that the transmission time fluctuations of the cells do not exceed a certain value.
  • connection types are possible in an ATM network, which differ in their bit rate statistics.
  • a connection with a constant bit rate or deterministic bit rate has a fixed transmission bit rate (line rate) over the entire duration of the connection. This bit rate must be continuously available from the network.
  • the servers- Bmdungsstyp 2 is particularly suitable for real-time applications such as voice communication, with which strict requirements on ⁇ are placed on the Zellverzog ceremoniessschwankache and having a substantially constant transmission rate. -.
  • connection is the available bit rate, whereby the data is transmitted depending on the currently available network capacity.
  • This type of connection is not suitable for real-time applications, but for example as inexpensive data transmission such as e-mail.
  • connection type statistical bit rate
  • the data to be transmitted are transmitted via a virtual connection with a time-varying transmission rate.
  • Examples of such a connection type are video connections in which the video signals are encoded with a variable bit rate and voice communication with pause suppression as well as certain data transmission services.
  • Statistical bit rate connections where the average bit rate is significantly below the maximum bit rate, are suitable for statistical multiplexing.
  • Many connections with a statistical bit rate are routed via a common line or a common switching matrix, whereby it is not necessary to reserve the maximum bit rate for each individual connection, since many uncorrected connections with the lower average bit rate compared to the maximum bit rate the existing one Share transmission capacity on average. It is thus possible to "overbook" the line to a certain extent. The network infrastructure can thus be better used overall.
  • the transport contract regulates, among other things, the maximum 3 steps (or maximum cell rate, Peak Cell Rate, PCR) and the mean bit rate or corresponding mean cell rate (Sustainable Cell Rate, SCR).
  • the maximum cell rate PCR indicates the maximum number of ATM cells per time unit used by the connection and the average cell rate SCR the average number of ATM cells per time unit that is permissible over a longer period of time.
  • connection acceptance control of statistically multiplexable connections i. H. Connections with a statistical bit rate, where the ratio of the maximum bit rate to the average bit rate is above a certain value, is on the one hand to avoid cell losses, which can occur due to the simultaneous transmission of many connections with high bit rates, and on the other hand to achieve the highest possible utilization the ATM connection or the ATM
  • a known method for controlling the assumption of statistically multiplexable connections is the so-called sigma rule, 4, in the European patent EP 0433699 Bl and in Rathgeb, Wall Meier "ATM infrastructure for the high performance communication ⁇ ", pages 148 to 150 of is described.
  • an additional connection is assumed in addition to a number M of already existing connections if an upper estimate of the transmission bit rate required for the transmission of the M + 1 connections is less than or equal to the maximum bit rate R max of the communication device.
  • the capacity R which is available for the traffic to be multiplexed, is no longer known.
  • the sigma rule for this problem has been expanded and the capacity of the M already reserved connections has been used as a decision parameter for the acceptance of the M + lth connection.
  • This capacity is increased iteratively when additional connections are set up, specifically by the average cell rate of the incoming connection if the sigma rule would accept the connection for this capacity, otherwise by the peak cell rate.
  • This procedure means that the determined capacity depends on the order in which it is set up.
  • the invention is therefore based on the object of a method for controlling the acceptance or rejection of a new connection of an ATM communication device with a given one Propose 5 Capacity R ⁇ 3X, which is independent of the Reinen- assuming a result of the compounds of the Ltdunikationseinrich ⁇ processing.
  • the object is achieved by a method described in claim 1 for controlling the acceptance or rejection of a new connection on the ATM communication device.
  • the new compound is characterized by its peak cell rate PCR and its mean cell rate SCR.
  • the sum P +1 ⁇ PCR ⁇ of the peak cell rates and the sum S M + ⁇ ⁇ SCR ! the mean cell rates of the existing and the new compounds and the variance V of the cell rates.
  • the required capacity load M + ⁇ of the M + l connections is determined and the new connection is accepted if the required capacity load M + . is less than or equal to the maximum capacity R ma v of the ATM communication device.
  • the total load M + required is calculated exactly in the method according to the invention. It is not only determined whether a new connection can be established or not. As a result, the result achieved by the method according to the invention is independent of the order in which the connections are set up.
  • connection is accepted if the minimum of the large load + and P M + ⁇ is less than or equal to the maximum capacitance R m -, x . If the calculated capacity load M , j 6 should be greater than the sum of the maximum bit rates P M + ⁇ , it is sufficient to reserve the sum of the maximum bit rates P M -.
  • the required bit rate load ⁇ is the fictitious bit rate R for which the relationship
  • the solution to this equation can be determined iteratively using suitable nutritional methods.
  • the quantile function Q (R) can preferably be chosen to be q 1 + q 2 / R, the hypobolic quantile q a and the hypobolic factor q 2 of the associated ⁇ class being determined empirically by simulation calculations.
  • load M can be done by numerically pulling the root
  • 1 is a graph for explaining the calculation of the required capacity of a number of statistically multiplexable connections
  • FIG. 3 is a graph for explaining an application of the method according to the invention.
  • a communication device such as a connecting line, a switching matrix or the like has a total available capacity R max , ie a connection with a constant bit rate R may can be assumed.
  • a number M of statistically multiplexable communication links are transmitted via the communication devices, which are characterized by a peak cell rate PCR and an average cell rate SCR.
  • P M ⁇ PCR 1 then denotes the sum of the peak cell rates of the M connections and
  • V ⁇ SCR, (PCRi-SCR
  • Q (R) is an empirically determined quantile function.
  • the function is q ! + q 2 / R is known as a good approximation, the factors q 1 and q 2 being determined by simulations and depending on the ratio of the peak cell rate to the average cell rate of the connections.
  • Inequality 1 can then be written as:
  • the exact calculation of the total capacity has the advantage that it does not depend on the order in which the connections are accepted.
  • the required capacity and thus also the free capacity currently available can be displayed and communicated to users of the communication device.
  • the precisely calculated instantaneous capacity load M for M connections of the communication device can in turn be used for effective acceptance control of the communication device. Since the capacity load M required for M existing connections is constantly available, if a new connection request with a peak cell rate PCR and an average cell rate SCR is required, the connection can be accepted without further calculation if the free capacity R may - loadM is large and without PCR further calculation can be rejected if R max -load M is less than SCR. Only if the load of the communication device is in the area in between is there a recalculation of the load load M + before the assumption. of the M + l connections required. As soon as the connection is established, the load calculation is extended to all existing connections.
  • this can also be characterized by an at least required peak cell rate H min and an at least required average cell rate I mln .
  • An example of this is an image telephone service that requires a minimum transmission bandwidth of, for example, 64 kilobytes per second in order to be able to build up an image at all. A higher bandwidth for real-time transmission of facial expressions or the like is desirable, but not absolutely necessary.
  • the average cell rate SCR is plotted against the peak cell rate PCR in a diagram.
  • the peak cell rate F and the mean cell rate G form the point (F, G) that the 10 indicates the ideal condition of the connection.
  • the point (H, I) formed by the minimum cell rates H m ⁇ r and I m ⁇ n indicates the minimum requirements of the connection.
  • the task of the connection acceptance control is now to accept the connection with a variable (as large as possible) bandwidth if it is ensured that the minimum conditions H min , I min are always met. This acceptance control can be implemented on the basis of the exact calculation of the available load M capacity.
  • a is the slope of the straight line (H, I) - (F, G) and x the difference of the peak cell rate sought to H ml ⁇ .
  • the searched average cell rate c is the sum of the minimum cell rate and ax:
  • Equation (6) is equivalent to a quadratic equation m x and can be calculated using suitable numerical iteration methods.
  • the invention enables an exact calculation of the required capacity load M of a number M of statistically multiplexable connections, which are characterized by a peak cell rate PCR and an average cell rate SCR.

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Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung der Annahme oder Ablehnung einer neuen Verbindung auf einer ATM-Kommunikationseinrichtung mit einer maximalen Kapazität Rmax, die bereits eine Mehrzahl M statistisch multiplexbarer Verbindungen abwickelt, wobei die neue Verbindung eine Spitzenzellrate PCR und eine mittlere Zellrate SCR hat, enthält die Schritte: Bestimmung der Summe PM+1= SIGMA PCRi der Spitzenzellraten PCR und der Summe SM+1= SIGMA SCRi der mittleren Zellraten SCR der M bestehenden Verbindungen und der neuen Verbindung, Bestimmung der Varianz V der Zellraten der M+1 Verbindungen, Bestimmung der benötigten Kapazität loadM+1 für die M Verbindungen in Abhängigkeit von Pm, Sm und V, und Annahme der Verbindung, falls loadM+1 kleiner gleich Rmax ist. Durch die exakte Berechnung der benötigten Kapazität der Kommunikationsverbindungen kann die Verbindungsannahmesteuerung schneller und effektiver und unabhängig von der Reihenfolge angenommener Verbindungen ausgeführt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Bestimmung der erforderlichen Bitrate für eine Anzahl statistisch multiplexbarer Kommunikationsverbindungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung der beno¬ tigten Bitrate einer Anzahl statistisch multiplexbarer Kommunikationsverbindungen sowie ein Verfahren zur Steuerung der Annahme oder Ablehnung einer neuen Verbindung auf einer ATM- Kommunikationseinrichtung mit einer Kapazität Rma> , die bereits eine Anzahl M statistisch multiplexbarer Verbindungen abwickelt .
Im asynchronen Transfermodus (ATM) werden Daten unabhängig von der durch sie repräsentierten Information
(Sprachkommunikation, Datenkommunikation, Multimedia) m Zellen zu 53 Byte (48 Byte Nutzdaten und 5 Byte Steuerdaten) übertragen. Die Netzressourcen einer Kommunikationseinrichtung wie beispielsweise eines Multiplexers, einer Leitung oder eines Koppelfeldes werden dabei von Verbindungen mit unterschiedlichen Dienstgute- und Bitratenanforderungen gemeinsam benutzt. Dabei muß durch eine sogenannte Verkehrssteuerung gewahrleistet werden, daß trotz der gemeinsamen Übertragung von Datenzellen verschiedener Herkunft, verschiedener Bitraten und verschiedener Bitratenstatistiken die erforderliche Ubertragungsgute der ATM-Schicht sichergestellt ist. Insbesondere muß gewahrleistet sein, daß die Zellverlustwahr- schemlichkeit sehr gering, beispielsweise kleiner als 10"10 ist und die Ubertragungszeitschwankungen der Zellen einen be- stimmten Wert nicht überschreiten.
In einem ATM-Netz sind verschiedene Verbindungstypen möglich, die sich durch ihre Bitratenstatistik unterscheiden. Eine Verbindung mit einer konstanten Bitrate oder deterministi- sehen Bitrate weist über die gesamte Verbindungsdauer eine feste Übertragungsbitrate (-zeilrate) auf. Diese Bitrate muß vom Netz standig zur Verfugung gestellt werden. Dieser Ver- 2 bmdungsstyp ist besonders geeignet für Echtzeitanwendungen, wie beispielsweise Sprachkommunikation, bei denen strenge An¬ forderungen an die Zellverzogerungsschwankungen gestellt werden und die eine nahezu konstante Senderate aufweisen. --.
Ein weiterer Verbindungstyp ist die verfugbare Bitrate, wobei die Daten je nach momentan verfugbarer Netzkapazitat übertragen werden. Dieser Verbindungstyp eignet sich nicht für Echtzeitanwendungen, aber beispielsweise als preiswerte Daten- 0 Übertragung wie beispielsweise e-mail.
Bei dem Verbindungstyp statistische Bitrate werden die zu übertragenden Daten einer virtuellen Verbindung mit einer zeitlich schwankenden Senderate übertragen. Beispiele eines solchen Verbindungstyps sind Videoverbindungen, bei denen die Videosignale mit variabler Bitrate codiert werden und Sprachkommunikation mit Pausenunterdruckung sowie bestimmte Daten- ubertragungsdienste . Verbindungen mit statistischer Bitrate, bei denen die mittlere Bitrate deutlich unter der maximalen Bitrate liegt, eignen sich zum statistischen Multiplexen. Dabei werden viele Verbindungen mit statistischer Bitrate über eine gemeinsame Leitung oder ein gemeinsames Koppelfeld gefuhrt, wobei es nicht notwendig ist, für ede einzelne Verbindung die maximale Bitrate zu reservieren, da viele unkor- relierte Verbindungen mit im Vergleich zur maximalen Bitrate niedriger mittlerer Bitrate die vorhandene Übertragungskapazität im Mittel teilen. Es ist so möglich, die Leitung zu einem gewissen Grad zu "uberbuchen" . Die Netzwerkinfrastruktur kann so insgesamt besser ausgenutzt werden.
Um für eine Anzahl voneinander unabhängiger Kommunikationsverbindungen mit statistischer Bitrate seitens des Netzbetreibers eine gen gende Kapazität bereitstellen zu können, müssen durch technische Vorkehrungen an den Endgeraten oder dergleichen m einem sogenannten Verkehrsvertrag die Einhaltung bestimmter Verkehrsparameter sichergestellt werden. Der Verkehrsvertrag regelt dabei unter anderem die maximale Bi- 3 träte (bzw. maximale Zellrate Peak Cell Rate, PCR) und die mittlere Bitrate bzw. entsprechende mittlere Zellrate (Sustainable Cell Rate, SCR) . Die maximale Zellrate PCR gibt dabei die maximal von der Verbindung beanspruchte Anzahl von ATM-Zellen pro Zeiteinheit und die mittlere Zellrate SCR die über einen längeren Zeitraum zulassige mittlere Anzahl von ATM-Zellen pro Zeiteinheit an.
Das Problem bei der Verbindungsannahmesteuerung statistisch multiplexbarer Verbindungen, d. h. Verbindungen mit statistischer Bitrate, bei denen das Verhältnis von maximaler Bitrate zu mittlerer Bitrate oberhalb eines gewissen Werts ist, liegt darin, einerseits Zellverluste zu vermeiden, die durch gleichzeitiges Senden von vielen Verbindungen mit hoher Bi- träte auftreten können, und andererseits eine möglichst hohe Auslastung der ATM-Verbindung oder der ATM-
Kommunikationsemrichtung zu ermöglichen. Verschiedene solcher Verbindungsannahmeverfahren sind bekannt.
Eine Möglichkeit ist, für jede Kommunikationsverbindung die maximale Bitrate PCR zu reservieren. Damit können Zellverluste aufgrund einer Überlastung der Kommunikationsverbindung nicht auftreten, jedoch können die Vorteile des statistischen Multiplexen, d. h. die bessere Auslastung der Kommunikations- emrichtung durch voneinander unabhängige Verbindungen schwankender Zellrate nicht genutzt werden.
Wird andererseits f r jede Verbindung nur die mittlere Zellrate SCR reserviert, so treten schon bei geringen Schwankun- gen der Gesamtzellrate nicht tolerierbare Zellverluste auf. Lediglich bei einer sehr hohen Anzahl voneinander unabhangi- σer Verbindungen nähert sich die zur zellverlustfreien Übertragung der Verbindungen benotigte Kapazität der Summe der mittleren Zellraten der einzelnen Verbindungen an.
Ein bekanntes Verfahren zur Steuerung der Annahme statistisch mjltiplexbarer Verbindungen ist die sogenannte Sigma-Rule, 4 die in dem europäischen Patent EP 0 433 699 Bl und in Rathgeb, Wallmeier "ATM-Infrastruktur für die Hochleistungs¬ kommunikation", Seiten 148 bis 150, beschrieben ist. Dabei wird eine zusätzliche Verbindung neben einer Anzahl M bereits bestehender Verbindungen dann noch angenommen, falls eine obere Abschätzung der zur Übertragung der M+l Verbindungen notwendigen Übertragungsbitrate kleiner oder gleich der maximalen Bitrate Rmax der Kommunikationseinrichtung ist.
Die -Abschätzung der erforderlichen Kapazität ist bei der Sig- a-Rule gegeben durch die Addition der Summe SM+ι =ΣSCRi der mitleren Zellraten der M+l statistisch multiplexbaren Verbindungen zu einem Faktor Q(R) vM+ι, wobei Q(R) eine Quantil- Funktion ist, die das statistische Verhalten der Verbindungen in Abhängigkeit von der benötigten Bitrate angibt, und V eine Abschätzung für die Varianz der Bitraten der M+l Verbindungen ist.
Wird die Kapazität einer Übertragungseinrichtung mit anderen Verkehrsarten geteilt, z. B. Verkehr mit unspezifizierter Bitrate oder verfügbarer Bitrate, so ist die Kapazität R, die für den zu multiplexenden Verkehr zur Verfügung steht, nicht mehr bekannt.
Bisher wird die Sigma-Rule bei diesem Problem erweitert und die Kapazität der M bereits reservierten Verbindungen als Entscheidungsparameter für die Annahme der M+l-ten Verbindung hinzugezogen. Iterativ wird diese Kapazität beim Einrichten weiterer Verbindungen erhöht und zwar um die mittlere Zellra- te der hinzukommenden Verbindung, falls die Sigma-Rule die Verbindung für diese Kapazität annehmen würde, ansonsten um die Spitzenzellrate . Durch diese Vorgehensweise ist die ermittelte Kapazität von der Einrichtereihenfolge abhängig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Annahme oder Ablehnung einer neuen Verbindung einer ATM-Kommunikationseinrichtung mit einer gegebenen 5 Kapazität R^3X vorzuschlagen, die unabhängig von der Reinen- folge der Annahme der Verbindungen der Kommunikationseinrich¬ tung ist.
Gelost wird die Aufgabe durch ein m Anspruch 1 beschriebenes Verfahren zur Steuerung der Annahme oder Ablehnung einer neuen Verbindung auf der ATM-Kommunikationseinrichtung .
Die neue Verbindung ist durch ihre Spitzenzellrate PCR und ihre mittlere Zellrate SCR gekennzeichnet. Durch das erfin- dungsgemaße Verfahren wird die Summe P+1=∑PCRα der Spitzenzellraten sowie die Summe SM+^∑SCR! der mittleren Zellraten der bestehenden und der neuen Verbindungen und die Varianz V der Zellraten bestimmt. In Abhängigkeit von diesen Großen wird die benotigte Kapazität loadM+ι der M+l Verbindungen ermittelt und die neue Verbindung angenommen, falls die benotigte Kapazität loadM+. kleiner oder gleich der maximalen Kapazität Rmav der ATM-Kommunikationsemrichtung ist.
Im Gegensatz zu der bekannten Sigma-Rule wird bei dem erfm- dungsgemaßen Verfahren die insgesamt benotigte Kapazität loadM+ exakt berechnet. Es wird nicht nur bestimmt, ob eine neue Verbindung eingerichtet werden kann oder nicht. Dadurch ist das durch das erfmdungsgemaße Verfahren erzielte Ergeb- ms unabhängig von der Reihenfolge, m der die Verbindungen eingerichtet werden.
Da die benotigte Kapazität und damit auch die momentan verfugbare freie Kapazität berechnet wird, kann diese Benutzern oder Managementzentren der Kommunikationseinrichtung mitgeteilt werden, wodurch eine effektivere Ausnutzung des Netzes ermöglicht wird.
Bei einer Variante des erfmdungsgemaßen Verfahrens gemäß An- spruch 2 wird die Verbindung dann angenommen, falls das Minimum der Großen load+ und PM+ι kleiner oder gleich der maximalen Kapazität Rm-,x ist. Falls die berechnete Kapazität loadM,j 6 großer als die Summe der maximalen Bitraten PM+ι sein sollte, gen gt es, die Summe der maximalen Bitraten PM-., zu reservieren.
Die benotigte Bitrate loadM fue M Verbindungen kann unter Annahme einer fiktiven Bitrate R=SMxQ(R)xVv berechnet werden, wobei Q(R) eine festgelegte, empirisch bestimmte sogenannte Quantil-Funktion von R ist. Die benotigte Bitrate loadκ ist diejenige fiktive Bitrate R, für die die Beziehung
R = SH + Q(R) Vv)
erfüllt ist.
Die Losung dieser Gleichung kann iterativ durch geeignete Nahrungsverfahren bestimmt werden.
Vorzugsweise kann die Quantil-Funktion Q(R) zu qι+q2/R gewählt werden, wobei das hypobolische Quantil qa und der hypo- bolische Faktor q2 der zugehörigen σ-Klasse empirisch durch Simulationsrechnungen bestimmt werden.
Dann kann loadM durch numerisches Ziehen der Wurzel
load = x0/2 + Vq.. Vv + x0 2
bestimmt werden, wobei xO gleich q-j Vv ist.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, m der
Fig. 1 ein Graph zur Erläuterung der Berechnung der benotigten Kapazität einer Anzahl statistisch multiplexbarer Verbindungen;
Fig. 2 ein Graph zur Illustration eines Iterationsverfahrens zur Berechnung der benotigten Kapazität; und 7
Fig. 3 ein Graph zur Erläuterung einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
Eine Kommunikationseinrichtung wie beispielsweise eine Verbindungsleitung, ein Koppelfeld oder dergleichen hat eine gesamte zur Verfügung stehende Kapazität Rmax, d. h. es kann eine Verbindung mit einer konstanten Bitrate Rmay angenommen werden.
Über die Kommunikationseinrichtungen wird eine Anzahl M von statistisch multiplexbaren Kommunikationsverbindungen übertragen, die durch eine Spitzenzellrate PCR und eine mittlere Zellrate SCR gekennzeichnet sind. PM=∑PCR1 bezeichnet dann die Summe der Spitzenzellraten der M Verbindungen und
S. ∑SCRi die Summe der mittleren Zellraten der Verbindungen.
V = ∑SCR, (PCRi-SCR
die Abschätzung der Varianz der Zellraten der M Verbindungen.
Ist
SM+Vv Q(R) < R (1)
für eine Bitrate erfüllt, so reicht diese Kapazität, um alle M Verbindungen anzunehmen. Dabei ist Q(R) eine empirisch bestimmte Quantil-Funktion. Für Q(R) ist die Funktion q!+q2/R als gute Approximation bekannt, wobei die Faktoren q1 und q2 durch Simulationen bestimmt werden und von dem Verhältnis von Spitzenzellrate zur mittleren Zellrate der Verbindungen abhangen, qi liegt z. B. m der Größenordnung von 10, q2 in der Größenordnung von 10''. Ungleichung 1 läßt sich dann schreiben als :
:qι + q2/R) • v + SM < R Die rechte und linke Seite der Ungleichung sind m Fig. 1 graphisch dargestellt. Die Funktion y(R)=R ist eine lineare, monoton steigende Funktion, wahrend die Funktion y=q +q2/R Λ/V+SM mit höheren R hyperbelartig abnimmt. Der Schnittpunkt beider Graphen ist der Wert R=load, der die be¬ notigte Kapazität (innerhalb der Genauigkeit der gemachten Annahmen) exakt angibt. Durch Bestimmung dieses Schnittpunk¬ tes R=load kann somit die von den M statistisch multiplexba- ren Verbindungen erforderliche Kapazität exakt bestimmt wer- den, wahrend bei der Sigma-Rule nur bestimmt wird, ob momen¬ tan eine neue Verbindung angenommen werden kann oder nicht. Die exakte Berechnung der Gesamtkapazitat hat den Vorteil, daß sie nicht von der Reihenfolge der Annahme der Verbindungen abhangt. Außerdem kann die benotigte Kapazität und damit auch die momentan zur Verfugung stehende freie Kapazität angezeigt und Benutzern der Kommunikationseinrichtung mitgeteilt werden.
Zur Berechnung von load gibt es die folgenden Möglichkeiten. Einmal laßt sich die Gleichung
(q + q2/load) Vv + S = load (3)
nach load auflosen, wenn xO-^q] v definiert ist:
load = x /2 + Vq_ v + x/ (4)
Alternativ laßt sich R=load auch iterativ bestimmen. Das Ver- fahren ist m Fig. 2 schematisch dargestellt. Vom Startpunkt load0=qι v+S^ wird load zu
loadn+ = (qi +q loadn) v + SM (5)
iterativ bestimmt. Ein C-Programm zur Ausfuhrung dieses Algorithmus ist der Patentanmeldung als Anlage beigefugt. Bei 1(T Berechnungen für die Verbindungsannahme lag der relative Feh- 9 ler von load bei drei Iterationen unter 3X10""5. Eine ungerade Anzahl von Iterationsschritten stellt sicher, daß die benotigte Kapazität überschätzt und nicht unterschätzt wird.
Die exakt berechnete momentane Kapazität loadM für M Verbindungen der Kommunikationseinrichtung kann wiederum für eine effektive Annahmesteuerung der Kommunikationseinrichtung verwendet werden. Da die f r M vorhandene Verbindungen benotigte Kapazität loadM laufend zur Verfugung steht, kann bei einem neuen Verbindungswunsch mit einer Spitzenzellrate PCR und einer mittleren Zellrate SCR die Verbindung ohne weitere Berechnung angenommen werden, wenn die freie Kapazität Rmay- loadM großer PCR ist und ohne weitere Berechnung abgelehnt werden, wenn Rmax-loadM kleiner SCR ist. Lediglich wenn sich die Last der Kommunikationseinrichtung m dem dazwischenliegenden Bereich befindet, ist vor der Annahme eine Neuberechnung der Last loadM+. der M+l Verbindungen erforderlich. Sobald die Verbindung eingerichtet ist, wird die Lastberechnung auf alle bestehenden Verbindungen erstreckt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird eine weitere Anwendung der vorliegenden Erfindung erläutert.
Bei einer Verbindung mit variabler Bitrate kann diese neben der Spitzenzellrate F und der mittleren Zellrate G noch durch eine mindestens erforderliche Spitzenzellrate Hmιn und eine mindestens erforderliche mittlere Zellrate Imln gekennzeichnet sein. Ein Beispiel dafür ist ein Bildtelefondienst, der eine Mmdestubertragungsbandbreite von beispielsweise 64 Kilobyte pro Sekunde benotigt, um überhaupt ein Bild aufbauen zu können. Eine höhere Bandbreite zur Echtzeitubertragung der Mimik oder dergleichen ist wünschenswert, aber nicht unbedingt erforderlich.
In Fig. 3 ist m einem Diagramm die mittlere Zellrate SCR gegen die Spitzenzellrate PCR aufgetragen. Die Spitzenzellrate F und die mittlere Zellrate G bilden den Punkt (F, G), der den 10 Idealzustand der Verbindung kennzeichnet. Der durch die mi- malen Zellraten Hmιr und Imιn gebildete Punkt (H,I) gibt die Mindestanforderungen der Verbindung an. Die Aufgabe der Verbindungannahmesteuerung liegt nun darin, die Verbindung mit variabler (möglichst großer) Bandbreite anzunehmen, wenn sichergestellt ist, daß die Mindestbedingungen Hmιn, Imιn immer erfüllt werden. Diese Annahmesteuerung kann aufgrund der exakten Berechnung der zur Verfugung stehenden Kapazität loadM realisiert werden.
Nimmt man die Parameterkombination vom Rand der grauen Flache mit der Geraden durch (H, I) und (F,G) an, wird die zur Verfugung stehende Kapazität voll ausgeschöpft und die vorgegebenen Raten gut berücksichtigt, a ist die Steigung der Geraden (H,I)-(F,G) und x die Differenz der gesuchten Spitzenzellrate zu Hmlη. Dann ergibt sich die gesuchte mittlere Zellrate c als Summe der minimalen Zellrate und a-x :
c = (qι+q2/c) Vv+(I+a-x) • (H+x- (I+a-x) ) + SM + I + a x (6)
wobei x der benotigten Kapazität load entspricht und aus Gleichungen (3) bis (5) berechnet werden kann. Gleichung (6) ist äquivalent zu einer quadratischen Gleichung m x und laßt sich durch geeignete numerische Iterationsverfahren berechnen .
Die Erfindung ermöglicht erstmals eine exakte Berechnung der benotigten Kapazität loadM einer Anzahl M statistisch multi- plexbarer Verbindungen, die durch eine Spitzenzellrate PCR und eine mittlere Zellrate SCR gekennzeichnet sind.

Claims

11 Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung der Annahme oder Ablehnung einer neuen Verbindung auf einer ATM-Kommunikationseinrichtung mit einer maximalen Kapazität Rmaχ, die bereits eine Mehrzahl M statistisch multiplexbarer Verbindungen abwickelt, wobei die neue Verbindung eine Spitzenzellrate PCR und eine mittlere Zellrate SCR hat, aufweisend die Schritte:
- Bestimmung der Summe Pπ+^∑PCRi der Spitzenzellraten PCR und der Summe SM+I^∑SCRX der mittleren Zellraten der Gesamtheit der M bestehenden Verbindungen und der neuen Verbindung, Bestimmung der Varianz V der Zellraten der M+l Verbindun- gen,
Bestimmung der benötigten Kapazität loadM+ι für die M+l Verbindungen in Abhängigkeit von PM+ι, SM+1 und V, Annahme der Verbindung, falls loadM+ι kleiner oder gleich
^ma 1 S L .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neue Verbindung angenommen wird, falls das Minimum aus der benötigten Kapazität loadM+ι und der Summe der Spit- zenzellraten PM+1 kleiner oder gleich der maximalen Kapazität y, der ATM-Kommunikationseinrichtung ist.
3. Verfahren zur Steuerung der Annahme oder Ablehnung einer neuen Verbindung auf einer ATM-Kommunikationseinrichtung mit einer maximalen Bitrate Rmax, die bereits eine Mehrzahl M statistisch multiplexbarer Verbindungen abwickelt, wobei die neue Verbindung eine Spitzenzellrate PCR und eine mittlere Zellrate SCR hat, aufweisend die Verfahrensschritte:
- Bestimmung der Summe PM^ΣPCRX der Spitzenzellraten und der Summe SM^∑SCRX der mittleren Zellraten der M bestehenden Verbindungen, 12 Bestimmung der Varianz V der M bestehenden Verbindungen, Bestimmung der benotigten Kapazität load der M bestehenden Verbindungen,
Annahme der neuen Verbindung, falls die maximale Bitrate Rmav der ATM-Kommunikationsverbindung großer oder gleich groß ist wie die Summe der benotigten Kapazität loadM der M bestehenden Verbindungen und der Spitzenzellrate PCR der neuen Verbindung, Ablehnung der Verbindung, falls die maximale Bitrate Rmax der ATM-KommunikationsVerbindung kleiner oder gleich groß ist wie die Summe der benotigten Kapazität loadM der M bestehenden Verbindungen und der mittleren Zellrate SCR der neuen Verbindung, Bestimmung der benotigten Bitrate loadM+ι der M vorhande- nen Verbindungen und der neuen Verbindung, falls loadM + SCR <= Rmax <= loadM + PCR ist, und
Annahme der neuen Verbindung, falls die benotigte Kapazität loadr-Hi der Gesamtheit der M+l Verbindungen kleiner oder gleich der maximalen Kapazität Rmax der ATM- Kommunikationseinrichtung ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der benotigten Bitrate loadM für M Kommu- nikationsverbmdungen folgende Verfahrensschritte aufweist: Berechnung einer fiktiven Bitrate R als Losung von R = S + Q(R)x Vv, wobei Q(R) eine festgelegte Funktion von R ist,
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Losung von
R - SM + Q(R) • Vv
iterativ bestimmt wird. 13
6. Verfahren nach einem der Anspr che 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Q(R) gleich qα+q2/R gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß loadκ bestimmt wird durch load = Xo/2 + Vq2 Vv + x0 2 wobei xn=qι Vv ist.
8. ATM-Kommunikationseinrichtung mit einer maximalen Bitrate R, zur Abwicklung einer Mehrzahl M von statistisch multi- plexbaren Kommunikationsverbindungen, aufweisend eine Einrichtung zur Steuerung der Annahme oder Ablehnung einer neuen Kommunikationsverbindung, welche Einrichtung zur Steuerung der Annahme oder Ablehnung einer neuen Verbindung aufweist: eine Einrichtung zur Bestimmung der Spitzenzellrate PCR und der mittleren Zellrate SCR der neuen Verbindung, eine Einrichtung zur Bestimmung der Summe Pπ+^∑PCRi der Spitzenzellraten und der Summe SM+^ΣSCRX der mittleren Zellraten der M bestehenden Verbindungen und der neuen Verbindung, eine Einrichtung zur Bestimmung der Varianz V der Bitraten der M+l Verbindungen, - eine Einrichtung zur Bestimmung der benotigten Kapazität loadM,ι der M+l Verbindungen m Abhängigkeit von PM, SM und V, wobei die Annahme einer Verbindung freigegeben wird, wenn die benotigte Kapazität loadM+ι kleiner oder gleich der ma- ximalen Kapazität Rmax der Kommunikationsemrichtung ist.
9. ATM-Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Anzeige der noch verfugbaren Kapazität R e,>-loadM+] . 14 10. Computer-implementiertes Verfahren zur Berechnung der Bitrate loadM einer Anzahl M statistisch multiplexbarer Verbindungen, aufweisend die Verfahrensschritte
Bestimmung der maximalen Zellrate PCR und der mittleren Zellrate SCR der M Verbindungen,
Bestimmung der Summe PM=∑PCRi der maximalen Zellraten und der Summe SM=∑SCRi der mittleren Zellraten der M Verbindungen,
Bestimmung der Varianz V der Bitraten der M 'Verbindungen, - Berechnung einer fiktiven Bitrate R = SM + Q(R) * Vv, wobei Q(R) eine festgelegte Funktion von R ist, Bestimmung der benötigten Bitrate loadM als Lösung von
R - SM + Q(R) • Vv
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Lösung der Gleichung iterativ bestimmt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Q(R) gleich q1+q2/R gewählt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß loadM bestimmt wird durch load = Xo/2 + Vq2 • Vv + x0 2, wobei x0=qι Vv ist.
15
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE
[beim Internationalen Büro am 24 Juni 1999 (24.06.99) eingegangen; ursprüngliche Ansprüche 1-13 durch neue Ansprüche 1-13 ersetzt
(4 Seiten)]
1. Verfahren zur Ermittlung einer benotigten Kapazität loadM auf einer ATM-Kommunikationsemrichtung, von der eine Mehr- zahl M statistisch multiplexbarer Verbindungen abgewickelt wird, gemäß dem die f r die M bestehenden Verbindungen benotigte Kapazität loadM bestimmt wird, indem eine Gleichung Gz: loadz = Sz + Q(loadz) * Vvz f r Z = M gelost wird, wobei Sz eine Summe von mittleren Zellraten SCRX von Z Ver- bindungen, loadz eine Kapazität der Z Verbindungen, Q(loadz) eine festgelegte Funktion von loadz, und Vz eine Varianz der mittleren Zellraten SCRi der Z Verbindungen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine neue Verbindung mit einer mittleren Zellrate SCRM+I bei einer maximalen Kapazität Rmax der ATM-Kommunikationseinrichtung angenommen wird, falls eine fiktive Kapazität loadM+ι, die für die M bestehenden Verbindungen und die neue Verbindung bestimmt wird, indem die Gleichung Gz für Z = M+l gelöst wird, gilt: loadM+i <= I •
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich PM+ι, eine Summe der Spitzenzellraten PCRi der M bestehenden Verbindungen und der neuen Verbindung, bestimmt und die neue Verbindung angenommen wird, falls gilt: Minimum (PM+ι, loadw+i) <= Ra -
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die benotigte Kapazität load laufend zur Verfugung steht, die neue Verbindung eine Spitzenzellrate PCRM-H aufweist und vor Bestimmung der fiktiven Kapazität load-M+ι die neue Verbindung bereits angenommen wird, falls gilt: lθadM + PCRM+1 <= Rmax , 16
und ohne Bestimmung der fiktiven Kapazität loadM+ι die neue Verbindung abgelehnt wird, falls gilt: loa π + SCRM+ 1 > Rmax •
5. Verfahren zur Ermittlung einer noch übermittelbaren mittlere Zellrate SCRC und einer noch übermittelbaren Spitzenzellrate PCRC für eine neue Verbindung mit einer mittleren Zellrate SCRM+ι, einer Spitzenzellrate PCRM+ι, einer mittleren Mindestzellrate SCRMIN und einer Spitzenmindestzellrate PCRMIN auf einer ATM-Kommunikationseinrichtung, von der eine Mehrzahl M statistisch multiplexbarer Verbindungen abgewickelt wird, gemäß dem die noch übermittelbare mittlere Zellrate SCRC und die noch übermittelbare Spitzenzellrate PCRC bestimmt werden, indem eine Gleichung Gz: loadz = Sz + Q(load2) * Vvz für Z = C gelöst wird, wobei
- loadc = SCRC,
- Sc = SM + SCRMIN + a*x,
- Q ( loadc) eine festgelegte Funktion von loadc, - Vc = VM + ( SCRMIN + a*x) * [ (PCRMIN + x) - ( SCRMIN + a*x) ] ,
- SM eine Summe von mittleren Zellraten SCRi der M Verbindungen,
- a = ( SCRM+I — SCRMIN ) / ( PCRM+I — PCRMIN ) I
- X = PCRC - PCRMIN, und - VM eine Varianz der mittleren Zellraten SCRi der M Verbindungen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die noch übermittelbare mittlere Zellrate SCRC und die noch übermittelbare Spitzenzellrate PCRC bestimmt werden, sofern die neue Verbindung mit der mittleren Zellrate SCRM+ι und der Spitzenzellrate PCRM+ι abgeleht und mit der mittleren Mindestzellrate SCRMIN und der Spitzenmindestzellrate PCRMιN ange- nommen würde. 17
7. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Varianz Vz als
Vz = Σ [ SCR, * ( PCR, - SCR, ) ] gewählt wird, wobei PCR, Spitzenzellraten der Z Verbindungen sind mit 1 <= i <= Z .
8. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die festgelegte Funktion Q(loadz) als
Q(loadz) = qi + q2 / loadz gewählt wird, wobei qi ein hypobolisches Quantil und q2 ein hypobolischer Faktor ist.
9. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung der Gleichung Gz iterativ bestimmt wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Iteration bei einem Startpunkt loado = Sz + qi * VNZ begonnen wird und in jedem Iterationsschritt load, durch load, = Sz + ( q-i + q2 / load,-! ) * Vvz bestimmt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Iteration nach einer ungeraden Anzahl von Iterations- schritten beendet wird. 18
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität loadz durch die Lösung einer weiteren Gleichung G Z : loadz = Xo/2 + Vq2 • Vvz + x0 2 bestimmt wird, wobei x0 = qi * Vvz ist.
13. ATM-Kommunikationseinrichtung mit einer maximalen Kapazität Rmax mit einer Einrichtung zur Anzeige einer noch verfügbaren Restkapazität Rrest der ATM-Kommunikationseinrichtung, wobei RreSt = Rmax _ loadM ist und loadM für M bestehende Verbindungen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 ermittelt wird.
19
IN ARTIKEL 19 GENANNTE ERKLÄRUNG
1. In der Anlage werden geänderte Patentansprüche überreicht .
Es wird gebeten, diese geänderten Ansprüche der vorläufigen internationalen Prüfung zugrunde zu legen.
Für den Fall, daß es Beanstandungen hinsichtlich der Änderun- gen im Sinne von Art. 34.2b, Satz 2 oder im Sinne von Regel 66. le PCT erhoben werden sollten, wird eine mündliche Rücksprache gemäß Art. 34(2)a PCT in Verbindung mit Regel 66.6 PCT vor dem Erlaß eines entsprechenden Bescheids nach Regel 66.2 PCT beantragt.
2. Die geänderten Ansprüche erfüllen die Erfordernisse des Art. 34(2) PCT.
Der geänderte Anspruch 1 geht aus den ursprünglichen Ansprü- chen 1, 4 und 10 hervor. Der geänderte Anspruch 2 geht aus dem ursprünglichen Anspruch 1 hervor. Der geänderte Anspruch 3 entspricht dem ursprünglichen Anspruch 2. Der geänderte Anspruch 4 geht aus dem ursprünglichen Anspruch 3 hervor. Der neue Anspruch 5 geht aus den Beschreibungsseiten Seite 9, Zeile 31 bis Seite 10 in Verbindung mit Figur 3 hervor. Der neue Anspruch 6 geht aus der ursprünglichen Figur 3 sowie der zugehörigen Beschreibungsseite 10, Zeilen 1 bis 3 hervor. Der neue Anspruch 7 geht der ursprünglichen Beschreibungsseite 7, Zeilen 9 bis 16 hervor. Der geänderte Anspruch 8 entspricht dem ursprünglichen Anspruch 6. Der geänderte Anspruch 9 entspricht dem ursprünglichen Anspruch 5. Der neue Anspruch 10 geht aus der ursprünglichen Beschreibungsseite 8, Zeilen 25 bis 29 hervor. Der neue Anspruch 11 geht aus der ursprünglichen Beschreibungsseite 8, Zeile 34 bis 36 hervor. Der geän- derte Anspruch 12 entspricht dem ursprünglichen Anspruch 7.
Der geänderte Anspruch 13 geht aus den ursprünglichen Ansprüchen 8 und 9 hervo . Die Änderungen enthalten nur Angaben, die für den Durch- schnittsfachmann unmittelbar und eindeutig aus den ursprunglichen Unterlagen hervorgehen. Die teilweise m den unabhan- gigen Ansprüchen gestrichenen Unterlagen sind m den ursprünglichen Anmeldungsunterlagen nicht durchweg als wesentliches Merkmal dahingestellt worden (siehe analog EPA T260/85) . Vielmehr ist beispielsweise der Gegenstand des nunmehrigen Anspruchs 1 ausdrucklich als wesentlicher Bestand- teil der Erfindung genannt (siehe beispielsweise Seite 5, Zeilen 19 bis 25 und Seite 10, letzter Absatz) .
3. Die neuen Ansprüche erfüllen die Erfordernisse gemäß Regel 66. le PCT:
Regel 66. le PCT stellt es in das Ermessen des Amts, eine internationale vorlaufige Prüfung auf Ansprüche zu erstrecken, die sich auf Erfindungen beziehen, für die kein internationaler Recherchenbericht erstellt worden ist. F r den Gegenstand der neuen Ansprüche wurde indessen ein internationaler Recherchenbericht erstellt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß gemäß Regel 33.3 PCT zwar internationale Recherche auf die Ansprüche auszurichten ist, die Beschreibung und die Zeichnungen aber angemessen berücksichtigt werden müssen. Gemäß Regel 33.3b sind auch Erfindungen Gegenstand der internationalen Recherche, auf die bei vernunftiger Betrachtung der gesamten Offenbarung der ursprunglichen Anmeldungsunterlagen Ansprüche nach einer Anspruchsanderungen wie vorliegend gerichtet werden konnten.
Bei genauer Betrachtung der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des m der Anmeldung selbst genannten Standes der Technik konnte der ursprüngliche Hauptanspruch nicht weiter- verfolgt werden. Mit anderen Worten, es konnte vernunftiger- weise erwartet werden, daß andere deutlich hervorgehobene An- spekte der Erfindung Gegenstand von geänderten Ansprüchen sein konnten. Dies ist bei den neu eingereichten Ansprucher der Fall, die einen Aspekt der Erfindung betreffen, der beispielsweise auf Seite 5, Zeilen 19 bis 25 und Seite 10, letzter Absatz deutlich als einer der zentralen Punkte der Erfindung beschrieben ist.
Hinsichtlich Anspruch 5 war ebenfalls zu erwarten, daß darauf ein Anspruch gerichtet werden könnte, da die zugrunde liegende Beschreibung (Beschreibung der Figur 3) als eigenständiger Aspekt ausführlich gewürdigt ist.
Der neue unabhängige Anspruch 13 ist ebenfalls von der internationalen Recherche erfaßt, da er aus den ursprünglichen Ansprüchen 8 und 9 hervorgeht .
4. Es sollte daher keine formalen Beanstandungen gegenüber den neuen geänderten Ansprüchen erhoben werden. Es wird nunmehr mit dem ersten schriftlichen Bescheid (gemäß Regel 66.2aII) gerechnet, der die Auffassung des zuständigen Prüfers bezüglich der Neuheit und der Erfindungshöhe darlegt. Andernfalls wird auf den obigen Hilfsantrag auf eine mündliche Rücksprache gemäß Art. 34.2a PCT in Verbindung mit Regel 66.6 PCT verwiesen.
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