WO2004077755A1 - Verfahren und netzknoten zur ermittlung von multipath-übertragungswegen in einem paketvermittelnden kommunikationsnetz - Google Patents

Verfahren und netzknoten zur ermittlung von multipath-übertragungswegen in einem paketvermittelnden kommunikationsnetz Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a network node according to claim 8.
  • a packet-switching communication network such as a packet-switching data network, which is operated, for example, according to the Internet Protocol, or IP for short, from an input network node to a destination network node
  • various forwarding and / or routing methods are known
  • a group of forwarding or routing methods are multipath or multipath routing methods.
  • multipath routing the data packets are not transmitted via one path or transmission path or routing path, but rather via different transmission paths.
  • multipath routing results in a number of transmission paths or routing paths, which is also referred to as a Hammock.
  • the sum of the transmission paths from all input network nodes to one output network node is referred to as a hammock set. There is therefore a hammock set for each output network node.
  • the transmission paths or the amount of transmission paths from an input to a destination network node must be loop-free in order to avoid circling data packets. That the hammocks must be loop-free.
  • the multipath or multi-way routing achieves a higher level of reliability in the transmission of data packets.
  • the object of the present invention is to improve the determination and selection of multipath transmission paths in packet-switching communication networks.
  • the advantage of the method is that disjoint, loop-free multipath transmission paths are determined.
  • the method steps are repeated and applied to intermediate network nodes.
  • This has the advantage that a tightly nibbled, disjoint, largely loop-free hammock is created.
  • at least two disjoint transmission paths between the input and destination network nodes be determined with the aid of known shortest path or multipath algorithms, for example with the Dijkstra algorithm, which is used in the Open Shortest Path First method, OSPF for short, with the Bellmann -Ford algorithm, as well as with disjoined path algorithms or other algorithms or graph-theoretical methods.
  • the network nodes contained in these two disjoint paths are partially, ideally as completely as possible, directly connected to one another in the direction of the destination network node or corresponding transmission paths are set up so that, in relation to a network node of a disjoint transmission path, at least two paths are in each case Direction towards the destination network node.
  • the direction of the transmission path or the connection towards the destination network node is required to avoid routing loops. Special treatment of some cross paths may also be necessary, for example using the "joker link" method according to an older patent application.
  • a third step between the remaining network nodes of the disjoint transmission paths or paths, i.e. for network nodes which do not yet have a second path in the direction of the target network node, further transmission paths leading via other network nodes in the direction of the target network node are set up. That the network nodes of the disjoint transmission paths are connected to network nodes of the other or the same disjoint path by transmission paths which lead via one or more other network nodes.
  • the third step creates further network nodes which have only one path in the direction of the destination network node, these can be carried out in accordance with the second and / or third step and their continuous repetition, are transferred to network nodes with at least two transmission paths in the direction of the destination network node.
  • Step the network topology is supplemented in such a way that, as far as possible, further transmission paths are set up in the direction of the target network node for remaining network nodes which, for example, have only one transmission path in the direction of the target network node.
  • target-based routing is carried out taking into account the sender identification or sender address of the data packets or taking into account the data packet reception connection path, the special treatment mentioned in the case of routing loops is not necessary.
  • the freedom from loops can be realized by taking into account the sender identification or the reception connection path of the data packet.
  • a network node sends a data packet to a destination network node only via a specific connection path if this connection path is additionally permitted for one or more sender identifiers or if the data packet was received by the network node on one or more specific connection paths. This means that data packets for the same destination network node are forwarded via different connection routes depending on their sender address or the reception connection path of the network node.
  • the method can be used on a case-by-case basis in such a way that a maximum of two three, four or more disjoint transmission paths between the input and destination network nodes are determined.
  • the network nodes of a disjoint transmission path can determine two, three, four or more paths in the direction of the destination network node, so that there are two, three, four or more paths in the direction of the destination network node.
  • FIG. 1 shows a schematic communication network to explain the method according to the invention in a first method step.
  • Figure 2 shows an arrangement according to Figure 1 in a second process step.
  • Figure 3 shows an arrangement according to Figure 2 in a third process step.
  • Figure 1 shows a schematic communication network, which consists of several network nodes, which are shown as circles and are at least partially connected to each other by connection paths or links, not shown.
  • two or more disjoint or independent transmission paths are determined from an input network node Q to an output network node Z. These are each represented by arrows between the network nodes, starting from the input network node Q in the direction of the destination network node Z.
  • network nodes of the disjunct transmission paths are transformed by transmission paths that extend over further
  • a network node A of a disjoint transmission path has a direct transmission path to the destination network node Z and a second transmission path via a network node B, which is not included in the disjoint transmission path, to the destination network node Z.
  • the method can advantageously be used for voice transmission in data networks, for example for Voice over IP, or VoIP for short, or for other voice transmission methods or protocols.
  • the method enables greater reliability and reliability in the transmission of voice data or voice data packets in communication or data networks.

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Abstract

Beim erfindungsgemässen Verfahren werden zwischen einem Eingangs-Netzknoten und einem Ziel-Netzknoten in einem mehrere Netzknoten aufweisenden, paketvermittelnden Kommunikationsnetz jeweils Datenpakete über verschiedene, die Netzknoten verbindende, Verbindungswege übermittelt. Multipath-Übertragungswege werden dadurch ermittelt, dass zuerst mindestens zwei disjunkte Übertragungswege zwischen Eingangs- und Zielnetzknoten ermittelt werden. Dann werden zwischen den in diesen disjunkten Übertragungswegen enthaltenen Netzknoten zumindest teilweise direkte Übertragungswege in Richtung Ziel-Netzknoten eingerichtet derart, dass sich von einem Netzknoten eines disjunkten Übertragungsweges jeweils mindestens zwei Wege in Richtung Ziel-Netzknoten ergeben. Und drittens werden zwischen den verbleibenden Netzknoten der disjunkten Übertragungswege zumindest teilweise weitere, über andere Netzknoten führende Übertragungswege in Richtung Ziel-Netzknoten eingerichtet.

Description

Beschreibung
Verfahren und Netzknoten zur Ermittlung von Multipath- Übertragungswegen in einem paketvermittelnden Kommunikations- netz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Netzknoten nach Anspruch 8.
Um Datenpakete in einem paketvermittelnden Kommunikationsnetz, wie einem paketvermittelnden Datennetz, das beispielsweise nach dem Internet Protokoll, kurz IP, betrieben wird, von einem Eingangs-Netzknoten zu einem Ziel-Netzknoten zu ü- bermitteln, sind verschiedene Weiterleitungs-, respektive Routing-Verfahren bekannt. Eine Gruppe von Weiterleitungs- bzw. Routing-Verfahren sind Mehrwege- respektive Multipath- Routing-Verfahren. Beim Multipath-Routing werden die Datenpakete nicht über einen Weg bzw. Übertragungsweg respektive Routing-Weg, sondern über verschiedene Ubertragungswege über- tragen.
Für jedes Eingangs- zu Zielnetzknotenpaar ergibt sich beim Multipath-Routing eine Menge an Ubertragungswegen bzw. Routing-Wegen, die auch als Hammock bezeichnet wird.
Die Summe der Ubertragungswege von allen Eingangs-Netzknoten zu einem Ausgangs-Netzknoten wird dabei als Hammock-Set bezeichnet. Für jeden Ausgangs-Netzknoten gibt es demnach ein Hammock-Set.
Die Ubertragungswege bzw. die Menge der Ubertragungswege von einem Eingangs- zu einem Zielnetzknoten müssen in sich schleifenfrei sein, um kreisende Datenpakete zu vermeiden. D.h. die Hammocks müssen schleifenfrei sein.
Da das Multipath-Routing rein zielbasiert arbeitet, d.h., dass die Weiterleitung eines Datenpakets an Hand seiner Ziel- kennung bzw. Zieladresse erfolgt, uss auch für jeden Ausgangs-Netzknoten das jeweilige Hammock-Set schleifenfrei sein.
Durch das Multipath- respektive Mehrwege-Routing wird eine höhere Zuverlässigkeit bei der Übertragung von Datenpaketen erreicht. Je mehr Wege von einem Eingangs-Netzknoten zu einem Ziel-Netzknoten verfügbar sind, desto höher ist die Übertra- gungssicherheit . Ist ein Übertragungsweg gestört, stehen ge- nügend Alternativwege zur Übertragung zur Verfügung. Das gilt natürlich nur, wenn der Alternativweg nicht über den gestörten Netzknoten bzw. Weg verläuft.
Bisherige Berechnungen von Wegemengen bzw. Hammocks nach dem Kriterium Schleifenfreiheit, das notwendig ist bei der Paketvermittlung nach Ziel-Kennungen bzw. Ziel-Adressen, haben gezeigt, dass in vielen Fällen die Disjunktheit nicht erreicht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Ermittlung und Auswahl von Multipath-Übertragungswegen in paketvermittelnden Kommunikationsnetzen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrens gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der Vorteil des Verfahrnes besteht darin, dass disjunkte, schleifenfreie Multipath-Übertragungswege ermittelt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Verfahrensschritte wiederholt und auf zwischenliegende Netzknoten ange- wendet. Dies hat den Vorteil, das ein eng vernaschter, dis- junkter, weitgehend schleifenfreier Hammock entsteht. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zuerst mindestens zwei disjunkte Ubertragungswege zwischen Eingangs- und Zielnetzknoten mit Hilfe bekannter Shortest Path bzw. Multipath Algorithmen ermittelt werden, beispielsweise mit dem Dijkstra Algorithmus, der beim Open Shortest Path First Verfahren, kurz OSPF, angewendet wird, mit dem Bellmann-Ford Algorithmus, sowie mit Disjoined Path Algorithmen oder anderen Algorithmen bzw. graphentheoretischen Verfahren.
Dann werden die in diesen beiden disjunkten Pfaden enthaltenen Netzknoten zum Teil, idealerweise möglichst vollständig, direkt miteinander in Richtung Ziel-Netzknoten verbunden bzw. entsprechende Ubertragungswege eingerichtet, so dass sich, bezogen auf einen Netzknoten eines disjunkten Übertragungswe- ges, jeweils mindestens zwei Wege in Richtung Ziel-Netzknoten ergeben. Die Richtung des Ubertragungsweges bzw. der Verbindung in Richtung Ziel-Netzknoten ist erforderlich, um Routing-Schleifen zu vermeiden. Dabei kann auch eine Sonderbehandlung mancher Querwege nötig sein, beispielsweise mit dem "Joker-Link" Verfahren gemäß einer älteren Patentanmeldung.
In einem dritten Schritt werden zwischen den verbleibenden Netzknoten der disjunkten Ubertragungswege bzw. Pfade, d.h. für Netzknoten, die noch keinen zweiten Weg in Richtung Ziel- Netzknoten aufweisen, weitere, über andere Netzknoten führende Ubertragungswege in Richtung Ziel-Netzknoten eingerichtet. D.h. die Netzknoten der disjunkten Ubertragungswege werden mit Netzknoten des anderen oder gleichen disjunkten Pfades durch Ubertragungswege verbunden, die über einen oder mehrere andere Netzknoten führen.
In analoger Weise ist dabei gegebenenfalls die Schleifenfreiheit zu berücksichtigen.
Entstehen durch den dritten Schritt weitere Netzknoten, die nur einen Weg in Richtung Ziel-Netzknoten aufweisen, können diese gemäß dem zweiten und/oder dritten Schritt und deren fortlaufender Wiederholung, in Netzknoten mit mindestens zwei Ubertragungswegen in Richtung Ziel-Netzknoten überführt werden.
Alternativ kann nach Anwendung des zweiten und dritten
Schrittes die Netz-Topologie derart ergänzt werden, dass, so weit möglich, für verbleibende Netzknoten, die beispielsweise nur einen Übertragungsweg in Richtung Ziel-Netzknoten aufweisen, weitere Ubertragungswege in Richtung Ziel-Netzknoten eingerichtet werden.
Wird ein zielbasiertes Routing unter Berücksichtigung der Absenderkennung bzw. Absenderadresse der Datenpakete oder unter Berücksichtung des Datenpaket-Empfangs-Verbindungsweges durchgeführt, ist die erwähnte Sonderbehandlung bei Routing- Schleifen nicht erforderlich. Die Schleifenfreiheit kann durch die Berücksichtigung der Absenderkennung oder des Empfangs-Verbindungsweges des Datenpaketes realisiert werden. Dabei sendet ein Netzknoten ein Datenpaket nur über einen be- stimmten Verbindungsweg zu einem Ziel-Netzknoten, wenn dieser Verbindungsweg zusätzlich für eine oder mehrere Absenderkennungen zugelassen ist oder das Datenpaket vom Netzknoten auf einem oder mehreren bestimmten Verbindungswegen empfangen wurde. D.h., dass Datenpakete für den gleichen Ziel- Netzknoten in Abhängigkeit von ihrer Absenderadresse oder dem Empfangs-Verbindungsweg des Netzknoten über verschiedene Verbindungswege weitergeleitet werden.
Das Verfahren kann fallweise so verwendet werden, dass maxi- mal zwei drei, vier oder mehr disjunkte Ubertragungswege zwischen Eingangs- und Zielnetzknoten ermittelt werden. Beim zweiten Schritt können die Netzknoten eines disjunkten Ubertragungsweges zwei, drei, vier oder mehr Wege in Richtung Zielnetzknoten ermitteln, so dass sich jeweils zwei, drei, vier oder mehr Wege in Richtung Ziel-Netzknoten ergeben.
Dies kann in analoger Weise für den dritten Schritt erfolgen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben.
Dabei zeigt:
Figur 1 ein schematisches Kommunikationsnetz zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Verfahrensschritt .
Figur 2 eine Anordnung nach Figur 1 in einem zweiten Verfahrensschritt .
Figur 3 eine Anordnung nach Figur 2 in einem dritten Verfahrensschritt.
Figur 1 zeigt ein schematisches Kommunikationsnetz, das aus mehren Netzknoten besteht, die als Kreise dargestellt sind und durch nicht dargestellte Verbindungswege bzw. Links zumindest teilweise miteinander verbunden sind.
Im ersten Verfahrensschritt werden von einem Eingangs- Netzknoten Q zu einem Ausgangsnetzknoten Z zwei oder mehr disjunkte bzw. unabhängige Ubertragungswege ermittelt. Diese sind jeweils durch Pfeile zwischen den Netzknoten, ausgehend vom Eingangs-Netzknoten Q in Richtung Ziel-Netzknoten Z, dargestellt.
Im zweiten Verfahrensschritt werden zwischen den Netzknoten der beiden disjunkten Ubertragungswege weitere direkte Über- tragungswege in Richtung Ziel-Netzknoten Z eingerichtet, wie dies in Figur 2 durch weitere Pfeile zwischen den Netzknoten der disjunkten Ubertragungswege gezeigt ist.
Im dritten Verfahrensschritt werden Netzknoten der disjunkten Ubertragungswege durch Ubertragungswege, die über weitere
Netzknoten führen, miteinander verbunden. Dies ist in Figur 3 beispielhaft durch weitere Pfeile zwischen den Netzknoten dargestellt. Beispielsweise hat ein Netzknoten A eines disjunkten Ubertragungsweges einen direkten Übertragungsweg zum Ziel-Netzknoten Z und einen zweiten Übertragungsweg über einen Netzknoten B, der nicht im disjunkten Übertragungsweg enthalten ist, zu Ziel-Netzknoten Z.
Das Verfahren kann vorteilhaft für die Sprachübertragung in Datennetzen eingesetzt werden, wie beispielsweise für Voice over IP, kurz VoIP, oder für andere Sprachübertragungsverfah- ren oder Protokolle. Das Verfahren ermöglicht eine höhere Zuverlässigkeit bzw. Ausfallsicherheit bei der Übertragung von Sprachdaten bzw. Sprach-Datenpaketen in Kommunikations- bzw. Datennetzen.
Durch die enge Vermaschung und die disjunkten Ubertragungswege wird eine hohe Ausfallsicherheit für die Sprachübertragung in quasi Echtzeit erreicht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung von Multipath-Übertragungswegen zwischen einem Eingangs-Netzknoten und einem Ziel-Netzknoten in einem mehrere Netzknoten aufweisenden, paketvermittelnden Kommunikationsnetz, in dem jeweils Datenpakete über verschiedene, die Netzknoten verbindende, Verbindungswege übermittelt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass a) mindestens zwei disjunkte Ubertragungswege zwischen Eingangs- und Zielnetzknoten ermittelt werden, b) zwischen den in diesen disjunkten Ubertragungswegen enthaltenen Netzknoten zumindest teilweise direkte Übertragungs- wege in Richtung Ziel-Netzknoten eingerichtet werden derart, dass sich von einem Netzknoten eines disjunkten Übertragungs- weges jeweils mindestens zwei Wege in Richtung Ziel- Netzknoten ergeben, c) zwischen den verbleibenden Netzknoten der disjunkten Über- tragungswege zumindest teilweise weitere, über andere Netzknoten führende Ubertragungswege in Richtung Ziel-Netzknoten eingerichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass genau zwei disjunkte Ubertragungswege zwischen Eingangsund Zielnetzknoten ermittelt werden und dass sich von einem Netzknoten eines disjunkten Übertragungs- weges zumindest teilweise jeweils zwei Wege in Richtung Ziel- Netzknoten ergeben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verfahrensschritte mit den gemäß Punkt b) und c) ge- nannten Merkmalen wiederholt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass gemäß Punkt c) von Netzknoten, der über weitere Netzknoten führenden Ubertragungswege, analog zum Punkt b) Ubertragungswege mit anderen in Richtung Ziel-Netzknoten liegenden Netzknoten eingerichtet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass nach Anspruch 4 verbleibende Netzknoten gemäß Anspruch 1 oder 2 Punkt c) behandelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verfahrensschritte gemäß den in den Ansprüchen 1, 2, 4 oder 5 angegebenen Merkmalen wiederholt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als paketvermittelndes Kommunikationsnetz ein nach dem Internet Protokoll betriebenes Netz verwendet wird.
8. Netzknoten, der nach einem Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche betreibbar ist.
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