DE10341071B3 - Overload protection, especially for call processing platforms, involves determining processor load, input value queue length, queue length change, overload level, rejecting percentage of incoming information depending on overload level - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, mit dessen Hilfe Überlastsituationen von Verarbeitungsplattformen erkannt und abgewehrt werden können. Dieses Verfahren kann besonders vorteilhaft für sogenannte Call Processing Plattformen in Vermittlungssystemen angewendet werden.The The present invention relates to a method by which Help overload situations of Processing platforms can be detected and fended off. This Method can be particularly advantageous for so-called call processing Platforms are used in switching systems.
Verarbeitungsplattformen, die im allgemeinen Nachrichten oder andere Informationen verarbeiten, unterliegen prinzipiell dem Problem, daß die Menge eingehender Informationen stark schwanken kann, was wiederum zu stark schwankenden Lastsituationen der Verarbeitungsplattformen führt. Zwei Parameter, die die Menge eingehender Informationen beeinflussen, sind beispielsweise die Zahl der pro Zeiteinheit eingehenden Nachrichten und die Länge der Nachrichten.Processing platforms, who generally process messages or other information are subject in principle to the problem that the amount of incoming information can fluctuate strongly, which in turn leads to heavily fluctuating load situations the processing platforms leads. Two parameters that influence the amount of incoming information are, for example, the number of messages received per unit of time and the length the news.
Schon aus ökonomischen Gründen werden Verarbeitungsplattformen dabei häufig für eine maximale Last ausgelegt, die (mitunter deutlich) unter der bei maximalem Informationseingang auftretenden Last liegt, da der maximale Informationseingang ein im normalen Betrieb sehr selten oder nie auftretender Wert ist. Die genannte maximale Last, für die eine Verarbeitungsplattform ausgelegt wird, wird in der Praxis häufig anhand der Erwartungswerte für den im normalen Betrieb eingehenden Informationsstrom sowie anhand von Überlegungen hinsichtlich der Verfügbarkeit der durch die Verarbeitungsplattform erbrachten Services und anderen betrieblichen Erwägungen festgelegt.Nice from economic establish processing platforms are often designed for maximum load, the (sometimes significantly) below the maximum information input occurring load is because the maximum information input in the normal operation is very rare or never occurring value. The called maximum load, for a processing platform is designed, in practice often based on the expected values for the incoming information stream in normal operation as well as based of considerations in terms of availability the services provided by the processing platform and others operational considerations established.
Durch diese Auslegung besteht allerdings für den laufenden Betrieb eine gewisse Wahrscheinlichkeit, daß eine Überlastsituation einer Verarbeitungsplattform auftritt. Komplexe Verarbeitungsplattformen, beispielsweise Verarbeitungsplattformen, die mehrere Verarbeitungseinheiten bzw. Prozessoren aufweisen, können dabei einen gewissen Grad an Überlast für be stimmte Zeitspannen überbrücken, beispielsweise mit Hilfe geeignet gesteuerter Warteschlangen oder Lastverteilungsmechanismen.By However, this interpretation exists for ongoing operation certain probability that an overload situation a processing platform occurs. Complex processing platforms, For example, processing platforms that have multiple processing units or processors may have doing a certain amount of overload for certain Spanning time spans, for example by means of suitably controlled queues or load distribution mechanisms.
Für solche Verarbeitungsplattformen werden dann Überlaststufen definiert, die den Grad der Überlast angeben. Ein Beispiel für eine solche Abstufung der Überlast ist gegeben durch ein System, in welchem 7 Überlaststufen festgelegt werden, bezeichnet mit 0..6, und für welches dann festgelegt wird, daß für Überlaststufe 0 keine Maßnahmen erforderlich sind, d.h. keine eingehenden Informationen abgewehrt werden, wohingegen für Überlaststufe 6 alle eingehenden Informationen abgewehrt werden. Für die Überlaststufen 1..5 werden entsprechend Teile der eingehenden Informationen abgewehrt. Beispielsweise bei linearer Aufteilung der Überlaststufen werden für Stufe 1 16% des eingehenden Verkehrs, für Stufe 2 33%, für Stufe 3 50%, für Stufe 4 66% und für Stufe 5 83% des eingehenden Verkehrs abgewehrt.For such Processing platforms are then defined overload levels that the degree of overload specify. An example for such a gradation of overload is given by a system in which 7 overload levels are set, denoted by 0..6, and for which is then determined that for overload level 0 no action are required, i. no in-depth information will be averted whereas for overload level 6 all incoming information will be repelled. For the overload levels 1..5 will be repelled according to parts of the incoming information. For example, with linear distribution of the overload levels are for stage 1 16% of incoming traffic, for level 2 33%, for level 3 50%, for Level 4 66% and for level 5 83% of incoming traffic fended off.
In
bekannten Systemen, z.B. beschrieben in
- – Anzahl der im letzten Kontrollintervall eingegangenen Informationseinheiten,
- – Füllstand bestimmter Warteschlangen und
- – Auslastung der Prozessoren.
- - number of information units received in the last control interval,
- - Level of certain queues and
- - Utilization of the processors.
Ein auf diesen Lastindikatoren basiertes Verfahren zur Überlastabwehr neigt jedoch zum "Schwingen", d.h. der optimale Betriebszustand, welcher durch eine passende Überlaststufe charakterisiert ist und in welchem die Auslastung der Verarbeitungsplattform bestmöglich ist, wird nie erreicht, sondern die Verarbeitungsplattform pendelt zwischen Überlast und schlechter Auslastung hin und her. Dieses Problem tritt besonders dann auf, wenn in einem System mit einer oder mehreren Verarbeitungsplattformen sowohl ein zentrales Element als auch die einzelnen Verarbeitungsplattformen jeweils gesondert eine Überlastabwehr vornehmen.One Over load defense based on these load indicators however, it tends to "swing", i. the optimal one Operating state, which is characterized by a suitable overload level and in which the utilization of the processing platform is best possible, is never reached, but the processing platform shuttles between overload and bad utilization back and forth. This problem occurs especially then on when in a system with one or more processing platforms both a central element and the individual processing platforms each separately a overload defense make.
Ferner
ist aus
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überlastabwehr anzugeben, das ein Schwingen des Systems vermeidet und dabei sicherstellt, daß der nutzbare Informationsdurchsatz möglichst hoch ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Kommunikationssystem anzugeben.It It is an object of the present invention to provide a method of overload protection avoiding a swinging of the system while ensuring that the usable information throughput possible is high. It is a further object of the invention to provide a corresponding Specify communication system.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.These The object is solved by the features of the independent claims. Preferred embodiments are the dependent claims refer to.
Erfindungsgemäß wird für ein System, welches zumindest eine Verarbeitungsplattform aufweist, wobei die Verarbeitungsplattform zumindest einen Prozessor und zumindest eine Eingabewarteschlange aufweist, ein Verfahren für die Abwehr von Überlast vorgesehen. Dieses weist folgende Verfahrensschritte auf:
- – Bestimmen einer Prozessorauslastung,
- – Bestimmen eines Eingabewarteschlangen-Füllstandes,
- – Bestimmen einer Veränderung des Eingabewarteschlangen-Füllstandes gegenüber des vorangehend bestimmten Eingabewarteschlangen-Füllstandes,
- – Ermitteln einer aktuellen Überlaststufe aus einem Bereich von Überlaststufen anhand von Prozessorauslastung, Eingabewarteschlangen-Füllstand und Veränderung des Eingabewarteschlangen-Füllstandes, und
- – Abweisen eines Prozentsatzes eingehender Informationen, wobei der Prozentsatz abzuweisender Informationen be stimmt wird durch die ermittelte aktuelle Überlaststufe und zwischen 0% und 100% liegt.
- Determining a processor load,
- Determine an input queue fill article
- Determining a change in the input queue fill level from the previously determined input queue fill level,
- Determine a current overload level from a range of overload levels based on processor utilization, input queue level, and input queue level change, and
- - rejecting a percentage of incoming information, the percentage of information to be rejected being determined by the current overload level determined and between 0% and 100%.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dabei die aktuelle Überlaststufe durch folgende Verfahrensschritte ermittelt:
- – Festlegen einer hohen aktuellen Überlaststufe, falls der Eingabewarteschlangen-Füllstand einen Eingabewarteschlangen-Überlaufschwellwert übersteigt, anderenfalls
- – Ermitteln der aktuellen Überlaststufe durch Erhöhen der bislang gültigen Überlaststufe, falls der Eingabewarteschlangen-Füllstand einen Eingabewarteschlangen-Füllstandsschwellwert übersteigt, anderenfalls
- – Ermitteln der aktuellen Überlaststufe durch Verringern der bislang gültigen Überlaststufe, falls die Veränderung des Eingabewarteschlangen-Füllstandes niedriger als ein Eingabewarteschlangen-Füllstandsänderungsschwellwert ist, anderenfalls
- – Ermitteln der aktuellen Überlaststufe durch Erhöhen der bislang gültigen Überlaststufe, falls die Prozessorauslastung größer als ein erster Prozessorauslastungs-Grenzwert ist, anderenfalls
- – Ermitteln der aktuellen Überlaststufe durch Verringern der bislang gültigen Überlaststufe, falls die Prozessorauslastung kleiner als ein zweiter Prozessorauslastungs-Grenzwert ist, anderenfalls
- – Beibehalten der bislang gültigen Überlaststufe.
- - Set a high current overload level if the input queue level exceeds an input queue overflow threshold, otherwise
- - Determine the current overload level by increasing the hitherto valid overload level if the input queue level exceeds an input queue level threshold, otherwise
- Determine the current overload level by decreasing the hitherto valid overload level if the change in the input queue level is lower than an input queue level change threshold, otherwise
- - Determine the current overload level by increasing the previous overload level if the processor utilization is greater than a first processor utilization limit, otherwise
- - Determine the current overload level by reducing the previous overload level if processor utilization is less than a second processor utilization limit, otherwise
- - Maintain the current overload level.
Ein wichtiger Vorteil ist dabei die Auswertung der Veränderung des Eingabewarteschlangen-Füllstandes, wodurch das Schwingen des Systems verhindert und auch im Überlastfall ein möglichst hoher Durchsatz erreicht wird. Die Auswertung der Veränderung des Eingabewarteschlangen-Füllstandes ermöglicht es, festzustellen, ob die bereits vorgenommenen Überlastabwehr-Maßnahmen Wirkung zeigen. Hat beispielsweise der Eingabewarteschlangen-Füllstand gegenüber der vorangehenden Messung abgenommen, kann davon ausgegangen werden, daß die vorgenommenen Maßnahmen mindestens ausreichen, wenn nicht gar bereits zu viele Informationen abweisen.One important advantage is the evaluation of the change the input queue level, which prevents the system from oscillating and also in case of overload one possible high throughput is achieved. The evaluation of change the input queue level allows it to determine if the already made overload protection measures Show effects. For example, has the input queue level across from the previous measurement, it can be assumed that that the measures taken at least sufficient, if not already too much information Reject.
Durch die Verfahrensschritte zur Ermittlung der Überlaststufe gemäß Unteranspruch 2 wird entsprechend sichergestellt, daß nach Auswertung des absoluten Eingabewarteschlangen-Füllstandes dessen Veränderung betrachtet wird, um die Überlaststufe anzupassen.By the method steps for determining the overload level according to dependent claim 2 is ensured accordingly that after evaluation of the absolute Input queue fill level its change is considered to the overload level adapt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kommunikationssystem, welches Mittel zum Durchführen des Verfahrens aufweist.The The invention further relates to a communication system, which means to perform of the method.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Prozessorauslastung zur Ermittlung der Überlaststufe herangezogen wird und nicht etwa ein die Menge der eingehenden Informationen repräsentierendes Maß wie etwa die Anzahl eintreffender Nachrichten. Somit ist die mittlere Bearbeitungszeit pro Nachricht unerheblich für die Ermittlung der Überlaststufe, was vorteilhaft eine genauere Erfassung der Überlastsituation für den Fall ermöglicht, wenn die Überlast durch wenige, aber besonders lange Nachrichten erzeugt wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß durch Auswertung der Prozessorauslastung die erfindungsgemäße Überlastabwehr auch für ein System funktioniert, in welchem neben einer oder mehreren Verarbeitungsplattformen sowohl ein zentrales Element als auch die einzelnen Verarbeitungsplattformen jeweils gesondert eine Überlastabwehr vornehmen.One Another advantage of the invention is the fact that the processor load for determining the overload level rather than a quantity of incoming information representing Measure how about the number of incoming messages. Thus, the middle one Processing time per message irrelevant for determining the overload level, which is advantageous a more accurate detection of the overload situation for the case allows when the overload produced by a few but especially long messages. One Another advantage is that by evaluating the processor utilization the overload protection according to the invention also for one System works in which in addition to one or more processing platforms both a central element and the individual processing platforms each separately make an overload defense.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von zwei Figuren näher erläutert.in the The following will be an embodiment of Invention explained in more detail with reference to two figures.
Der
Eintritt in die Überlastbehandlung
kann in einem ersten Schritt
Der
integrierende Startindikator S kann beispielsweise gemäß folgender,
rekursiver Beziehung ermittelt werden:
S = max{0, S + y – f*yplanned}, worin y die zuletzt ermittelte
tatsächliche
Prozessorauslastung, f ein Skalierungsfaktor und yplanned die
angestrebte Prozessorauslastung ist. Der Faktor f wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel
als f = 1,05 gewählt.
Durch den Faktor f wird erreicht, daß nicht zu früh unnötig auf Überlast
erkannt wird. Der Startindikator liefert ein Maß dafür, inwieweit die Prozessorauslastung
y in der vorangehenden Vergangenheit über dem angestrebten Wert yplanned gelegen hat.The integrating start indicator S can be determined, for example, according to the following recursive relationship:
S = max {0, S + y - f * y planned }, where y is the last determined actual processor utilization, f is a scaling factor and y plotted is the target processor utilization . The factor f is chosen in the preferred embodiment as f = 1.05. The factor f ensures that overload is not detected too early unnecessarily. The start indicator provides a measure of the extent to which processor utilization y has been above the targeted value y planned in the past past.
Andere Indikatoren für eine sich anbahnende Überlast können natürlich ebenfalls verwendet werden, und zwar entweder separat oder in beliebiger Kombination mit den genannten Indikatoren.Other Indicators for an impending overload can Naturally also be used, either separately or in any combination with the mentioned indicators.
Wird
in die Überlastbehandlung
ansprechend auf die Erfüllung
der Bedingung im Block
Mit
den Schritten
Im
Schritt
Schließlich wird
in einem Schritt
Zwischen
zwei Abläufen
der beiden dargestellten Schleifen kann gewartet werden, bis ein
Kontroll-Intervall abgelaufen ist, Schritte
Nicht dargestellt sind die Schritte zur Überwachung der Zeitspanne, in welcher die Überlaststufe den geringsten Wert aufweist. Hierfür geeignete Verfahren sind dem Fachmann geläufig und werden daher hier nicht näher erläutert.Not The steps for monitoring the time span are shown. in which the overload level has the lowest value. Suitable methods for this are the person skilled in the art and therefore will not be closer here explained.
In
einer ersten Abfrage
Ist
hingegen die Bedingung
Ist
hingegen die Bedingung
Ist
hingegen die Bedingung
Ist
hingegen die Bedingung
Ist
keine der genannten Bedingungen erfüllt, bleibt im Beispiel der
Aus
Sicht der vorliegenden Erfindung ist es nebensächlich, mit welcher Häufigkeit,
angegeben beispielsweise durch das Kontroll-Intervall im optionalen
Schritt
Zudem ist zu bemerken, daß es für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung ist, ob das Kontroll-Intervall, also die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zyklen zur Bestimmung der Überlaststufe, stets gleich lang ist. Vielmehr werden planmäßige oder zufällige Schwankungen der Kontrollintervall-Länge die Überlastabwehr nicht negativ beeinflussen.moreover It should be noted that it for the present invention is irrelevant, whether the control interval, ie the time span between two consecutive cycles Determination of the overload level, always the same length. Rather, they are scheduled or random fluctuations the control interval length the overload defense do not negatively influence.
Die genaue Festlegung der Parameter SF, SS, f, ILofl, ILvar, F*. yplanned und δy kann beispielsweise abhängig von der Prozessorgeschwindigkeit, der mittleren Bearbeitungsdauer der Nachrichten und anderen Systemparametern getroffen werden.The exact determination of the parameters S F , S S , F, IL of I , IL var , F *. For example, y planned and δy may be hit depending on processor speed, average message processing time, and other system parameters.
Zur Festlegung und Optimierung der genannten Parameter können Simulationen verwendet werden. Folgende Überlegungen können beim Auffinden der optimalen Parameterwerte helfen:
- – Je größer die Schwellwerte SF und SS sind, um so seltener wird die Überlastabwehr aktiviert, wenn nur kurze Lastspitzen auftreten, jedoch dauert es um so länger, bis eine Überlastsituation als solche erkannt wird. SF sollte kleiner als F* gewählt werden, z.B. SF = 0,5·F*. SS kann so gewählt werden, daß bei voller Auslastung des Prozessors die Erkennung auf Überlast durch den Startindikator S erst nach mehreren Kontrollintervallen erfolgt.
- – Sinnvolle Werte für Faktor f liegen beispielsweise zwischen 1% und 10%.
- – Bezeichnet ILlenght die maximale Länge der Eingabewarteschlange, so ist z.B. ILofl = 0,8·ILlenght ein geeigneter Wert.
- – yplanned kann für sehr schnellen Prozessoren mit einem großen Nachrichtendurchsatz nahe bei 100% liegen (z.B. größer oder gleich 90%)
- – Die Wahl von yplanned beeinflußt δy, da yplanned + δy < 100% gelten muß. Für yplanned = 90% könnte δy = 5% gewählt werden.
- The greater the threshold values S F and S S , the less frequently the overload protection is activated when only short peak loads occur, but it takes the longer until an overload situation is recognized as such. S F should be smaller than F *, eg S F = 0.5 · F *. S S can be chosen so that when full utilization of the processor, the detection of overload by the start indicator S only after several control intervals.
- - Meaningful values for factor f are, for example, between 1% and 10%.
- - If IL means the maximum length of the input queue , then IL ofl = 0.8 · IL is an appropriate value.
- - y planned can be close to 100% for very fast processors with a high message throughput (eg greater than or equal to 90%)
- - The choice of y planned affects δy, since y planned + δy <100% must apply. For y planned = 90%, δy = 5% could be chosen.
Für die Wahl der geeigneter Werte für die übrigen Parameter kann eine zusätzliche Größe herangezogen werden: die mittlere Anzahl mcap der in einem Kontrollintervall bearbeitbaren Nachrichten.
- – Um zu verhindern, daß die Eingabewarteschlange zu groß wird und damit große Verzögerungen auftreten, sollte ILvar nicht zu groß gewählt werden. Ist dieser Parameter andererseits zu klein, dann wird die Überlaststufe OPL erst sehr spät wieder verringert, was zu einem Leerlaufen der Eingabewarteschlage und anschließend zu einem schlecht ausgenutzten Prozessor führt. Das System würde so ins Schwingen geraten. Ein geeigneter Wert für ILvar ist z.B. gegeben durch ILvar = 0,05·mcap. Damit würde die Überlaststufe verringert, wenn die Eingabewarteschlage um höchstens 5% der in einem Kontrollintervall bearbeitbaren Nachrichten wächst. Damit werden wieder frühzeitig neue Anfragen/Nachrichten bearbeitet.
- – F* sollte im Bereich von einem kleinen Vielfachen von mcap liegen. Damit wird die Überlaststufe erhöht, wenn die Nachrichten in der Eingabewarteschlage nicht mehr in einem kleinen Vielfachen der Kontrollintervall-Länge abgearbeitet werden kann. Als Formel ausgedrückt, F* = k·mcap, worin k ein kleiner ganzzahliger Wert ist, beispielsweise k = 2 oder k = 3.
- - In order to prevent the input queue from becoming too large and causing long delays, IL var should not be too large. On the other hand, if this parameter is too small, then the overload stage OPL is reduced again very late, which leads to an idling of the input queue and then to a poorly utilized processor. The system would start to oscillate like that. A suitable value for IL var is for example given by IL var = 0.05 * m cap . This would reduce the overload level if the input queue fails to process at most 5% of the one in a control interval growing news. This will be processed again early new requests / messages.
- F * should be in the range of a small multiple of m cap . This increases the overload level if the messages in the input queue can no longer be processed in a small multiple of the control interval length. Expressed as a formula, F * = k * mcap , where k is a small integer value, for example k = 2 or k = 3.
In einer Ausgestaltung kann zur Bestimmung der Überlaststufe ein weiterer Schritt (nicht dargestellt) vorgesehen werden, demgemäß zusätzlich
- – die Überlaststufe OPL reduziert wird, wenn der Eingabewarteschlangen-Füllstand F einen bestimmten Wert unterschreitet bzw.
- – die Überlaststufe OPL erhöht wird, wenn die Änderung ΔF des Eingabewarteschlangen-Füllstands F einen bestimmten Wert überschreitet.
- - The overload level OPL is reduced when the input queue level F falls below a certain value or
- - The overload level OPL is increased when the change .DELTA.F of the input queue level F exceeds a certain value.
- FF
- Eingabewarteschlangen-FüllstandInput queue level
- SF S F
- Eingabewarteschlangen-Füllstands-SchwellwertInput queue level threshold
- SS
- integrierender Startindikatorintegral start indicator
- SS S S
- Startindikator-SchwellwertStart indicator threshold
- yy
- Prozessorauslastungprocessor utilization
- ff
- Skalierungsfaktorscaling factor
- yplanned y planned
- angestrebte Prozessorauslastung (in Prozent)sought Processor utilization (in percent)
- OPLOPL
- Überlaststufe (Overload Priority Level)Overload level (Overload Priority Level)
- ΔF.DELTA.F
- Veränderung des Eingabewarteschlangen-Füllstands Fchange of the input queue level F
- ILofl IL ofl
- Eingabewarteschlangen-ÜberlaufschwellwertInput queue Überlaufschwellwert
- F*F *
- Eingabewarteschlangen-SchwellwertInput queues threshold
- ILvar IL var
- Eingabewarteschlangen-FüllstandsänderungsInput queue level change
- schwellwertthreshold
- yplanned+δyy planned + δy
- erster Prozessorauslastungs-Grenzwertfirst Processor Auslastungs limit
- δyDy
- Hysterese bei der Auswertung der Prozessorlast yhysteresis in the evaluation of the processor load y
- yplanned–δyy planned -δy
- zweiter Prozessorauslastungs-Grenzwertsecond Processor Auslastungs limit
- ILlenght IL lenght
- maximale Länge der Eingabewarteschlangemaximum Length of input queue
- mcap m cap
- die mittlere Anzahl der in einem Kontrollintervallthe mean number of in a control interval
- bearbeitbaren Nachrichteneditable news
- kk
- ganzzahliger Faktorinteger factor
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- 2003-09-05 DE DE2003141071 patent/DE10341071B3/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: NOKIA SIEMENS NETWORKS GMBH & CO.KG, 81541 MUE, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |