DE60036031T2

DE60036031T2 - Zuweisung von prioritätsstufen in einem datenfluss

Info

Publication number: DE60036031T2
Application number: DE60036031T
Authority: DE
Inventors: Neil James Davies; Judith Yvonne Holyer; Laura Anne Lafave; Peter William Thompson; Christopher James Vowden
Original assignee: U4EA TECHNOLOGIES Ltd
Current assignee: GOS Networks Ltd
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2020-10-04
Also published as: DE60036031D1; EP1329058B1; US7970888B2; ATE370582T1; AU2000275416A1; WO2002030062A1; US20040199655A1; EP1329058A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Übertragung digitaler Datenpakete in Fernmeldesystemen und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, die Konkurrenzverwaltung innerhalb und zwischen Paketströmen in Speicher- und Weiterleitungs-Netzwerken.
Hintergrund der Erfindung
Es gibt viele Techniken zur Steuerung digitaler Paket-Informationsströme. Einige dieser Techniken befassen sich mit der Gewährleistung einer bestimmten Dienstqualität für unterschiedliche Verkehrsarten. Es gibt mehrere allgemeine Voraussetzungen im Zusammenhang mit der Gewährleistung von Dienstqualitätsstufen. Wenn eine Qualitätsdifferenzierung für mehr als einen Strom vorgesehen ist, ist es erforderlich sicherzustellen, daß unterschiedliche Qualitätsanforderungen für die verschiedenen Paketströme individuell und kollektiv im Rahmen der Einschränkungen des endlichen Qualitätsangebots erfüllt werden. Um differenzierte Stufen für Verlust und Verzögerung sowie den Durchsatz zur Verfügung zu stellen, müssen die Menge der Eingangsdaten und ihr zeitliches Muster eingeschränkt werden. Die abgearbeitete Menge von Eingangsdaten, das heißt der Datendurchsatz, wird als langfristige Verwaltung bezeichnet. Die Steuerung des zeitlichen Musters der Daten wird als kurzfristige Verwaltung bezeichnet. Der Datenverkehr in bestimmten Strömen muß auch gegen die Auswirkungen von Bursttendenzen in anderen Strömen geschützt werden. Beispielsweise müssen individuelle Datenverkehrströme gegen den Einfluß von Protokollen wie TCP, das so gestaltet ist, daß so viel Bandbreite wie möglich ohne Rücksicht auf andere Ströme genutzt wird, und auch gegen böswillige Absichten oder Fehler in den Endgeräten des Netzwerks geschützt werden. Es ist ebenfalls erforderlich, die Verschachtelung der einzelnen Ströme im Rahmen der verfügbaren Ressourcen zu bewältigen.
Die Verwaltung der Dienstqualität in der Peripherie oder am Rand eines Netzwerks ist besonders schwierig, da die Geräte hier nicht unter der Kontrolle des zentralen Administrators des Netzwerks stehen. Deshalb kann das Verhalten dieser Geräte weder als gegeben betrachtet noch vorausgesagt werden. Die ständig zunehmende Diversität in den Anwendungen, dem Verkehr und der Konvergenz verkompliziert ebenfalls die Verwaltung der Dienstqualität. Unterschiedlicher Verkehr weist unterschiedliche Dienstqualitäts-Erfordernisse auf, und die Konsequenzen von Verzögerung und/oder Verlust unterscheiden sich für verschiedene Verkehrsarten entsprechend der ihnen von einer Anwendung auferlegten Interpretation.
Die Möglichkeit des Replizierens von Netzwerkgeräten, um eine physikalische Trennung und eine separate Abarbeitung von Verkehr mit unterschiedlichen Qualitätsanforderungen zu ermöglichen, ist nicht praktikabel, da die Implementierung von Netzwerkgeräten kostspielig ist. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Dienstqualität verschiedener Verkehrsarten mit einem einzigen Netzwerkgerät zu verwalten.
Zur Zeit existiert ein Trend zur Bildung von Verkehrsmustern als Muster mit konstanter Bitrate, mit dem Ziel einer verbesserten Vorhersagbarkeit. Dies ist eine deterministische Steuerung, die sich mit einer Verbesserung der Verlustcharakteristik und der Effizienz eines Netzwerks befaßt. Solche Techniken haben jedoch den Nachteil, daß die Qualitätsgewährleistung in Gegenwart einer "kapazitätsübersteigenden Buchung" umfassende globale Kenntnisse des Verhaltens der Quellen im Netzwerk erfordert, wie beispielsweise ihre Ein-/Auszeiten, ihre relative Phase sowie die Einflüsse ihrer Vorgeschichte auf den Zustand des Netzwerks.
Jüngste Forschungsergebnisse bezüglich der Dienstqualität haben gezeigt, daß es in endlichen Warteschlangensystemen zwei Freiheitsgrade gibt. Die Zuweisung der einzelnen Freiheitsgrade an ein individuelles Paket war kein Thema früherer Studien.
Chao H.J. et al, "Queue Management with Multiple Delay and Loss Priorities for ATM switches", International Conference an Communications, USA, New York, IEEE, Band –, 1. Mai 1994, Seiten 1184–1189, XP000438688, offenbart die Zuweisung einer Dienstklasse an jeden Dienst in einem ATM. Eine solche Dienstklasse weist eine assoziierte Verzögerungspriorität und Verlustpriorität auf.
Deshalb ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Technik zur Verfügung zur Steuerung des Informationsflusses in einem Datenübertragungssystem zu stellen, welche eine Verbesserung der Steuerung der Dienstqualitäts-Erfordernisse für unterschiedliche Verkehrsarten ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Prioritätszuteilung in einem Informationsfluß in einem Datenübertragungssystem zur Verfügung gestellt, welches folgendes aufweist; Empfang einer Anzahl von Datenpaketen; und Zuteilen einer Prioritätsstufe an jedes Datenpaket; wobei der Schritt des Zuteilens einer Prioritätsstufe zugleich die Bestimmung einer Klasse für den Verlust des Pakets und eine Klasse für die Abarbeitung des Pakets aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Prioritätsstufen in Abhängigkeit von der aktuellen Auslastung des Informationsflusses zugeteilt werden.
Es wurde festgestellt, daß die Wahl für jeden Freiheitsgrad unabhängig und gleichzeitig getroffen werden muß. Deshalb beinhaltet diese Erfindung ein Verfahren zum Ausführen einer solchen zusammengesetzten Wahl.
Das Verfahren kann des weiteren die Erzeugung eines abgeänderten Informationsflusses aufweisen, in dem die Pakete variable Abstände haben. Die variable Beabstandung kann zufällig oder pseudo-zufällig sein.
Die Prioritätsstufen können unabhängig vom Zustand einer Warteschlange, welcher der Informationsfluß selektiv zugeführt wird, zugewiesen werden. Jedes Paket kann selektiv wenigstens einer von einer Anzahl von Warteschlangen zugeführt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Prioritätssteuerung für die Zuteilung einer Priorität in einem Informationsfluß zur Verfügung, welche folgendes aufweist: Mittel zum Zuteilen einer Prioritätsstufe an jedes Paket, und darin enthalten; Mittel zur Bestimmung einer Klasse für den Verlust des Pakets und Mittel für die gleichzeitige Bestimmung einer Klasse für die Dringlichkeit des Pakets, dadurch gekennzeichnet, daß die Prioritätssteuerung dafür eingerichtet ist, Prioritätsstufen in Abhängigkeit von der aktuellen Auslastung des Informationsflusses zuzuteilen.
Die Mittel zur Zuteilung einer Priorität können einen Überwacher/Bearbeiter umfassen. Eine Anzahl paralleler Steuerungen kann zum Erzeugen einer Anzahl von Informationsflüssen vorgesehen werden. Ein Multiplexer kann zum Multiplexen der Anzahl von Informationsströme vorgesehen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist am besten an Hand eines Beispiels zu verstehen sowie mit Bezugnahme auf die Zeichnung, in der:
1 zeigt ein Blockdiagramm der Architektur einer Multiplexers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt das Warteschlangenprinzip gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt das Prinzip der Zuteilung von Prioritätsstufen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt das Prinzip der stochastischen Abarbeitung von Paketen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
5 zeigt das Prinzip einer konzeptionellen Paketlänge gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
die 6(a) und 6(b) zeigen das Prinzip des Verkettens von Bearbeitern/Überwachern gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt das Prinzip des Definierens einer transportierten Auslastung in Abhängigkeit von einer angebotenen Auslastung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Überwachers/Bearbeiters zum Implementieren der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexers zum Implementieren der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt das Auslastungsprofil für eine beispielhafte Implementierung eines Überwachers/Bearbeiters.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Mit Bezug auf 1 wird ein Diagramm gezeigt, das die Architektur eines grundsätzlichen Multiplexers veranschaulicht, an Hand derer die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung beschrieben wird. Es ist zu beachten, daß die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf die in 1 gezeigte, spezifische Architektur beschränkt ist, und aus der Lektüre der folgenden Beschreibung wird der Fachmann die verallgemeinerte Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung erkennen. Der beispielhafte Multiplexer 100 in 1 multiplexiert die Datenströme in einem paketbasierten Netzwerk, wie weiter unten näher beschrieben wird.
Der generell mit der Bezugsnummer 100 bezeichnete, beispielhafte Multiplexer umfaßt eine Eingangsschnittstelle 100, eine Strom-Identifizierung 102, eine Anzahl von Überwachern/Bearbeitern 104, einen Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106, einen Ratenbegrenzer 108, eine Ausgangsschnittstelle 110, einen Warteschlangenspeicher 112 und eine Warteschlangenverwaltung 114.
Der Multiplexer 100 empfängt einen Informationsfluß als ein Eingangssignal auf den Leitungen 116. Der Informationsfluß umfaßt Pakete, die zu verschiedenen unterschiedlichen Datenverkehrstypen gehören können. Die Pakete können parallel oder seriell empfangen werden. Der Eingang an der Leitung 116 kann parallele Informationsströme empfangen. Der Eingangsdatenstrom 116 kann Pakete enthalten, die zu verschiedenen unterschiedlichen Datenverkehrstypen gehören. Für den Zweck des beschriebenen Beispiels wird angenommen, daß der Datenstrom einen Sprachverkehr-über-IP-Strom, einen Datenblocktransfer-Strom und einen Telnetverkehr-Strom umfaßt.
Die Eingangsschnittstelle 100 stellt die grundsätzliche Funktionalität, die für den Empfang übertragener Datenpakete von einem externen System oder Gerät über ein Übertragungsmedium erforderlich ist, zur Verfügung. Die Eingangsschnittstelle 100 empfängt Datenpakete aus dem Eingangsdatenstrom 116 und leitet die empfangenen Pakete, vorzugsweise in parallel, auf den Leitungen 118 sowohl zur Stromidentifizierung 102 wie auch zur Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114 weiter. Die Eingangsschnittstelle muß eine Funktionalität aufweisen, die geeignet ist für das gegebene externe System oder Gerät, von welchem die Pakete im Eingangsdatenstrom 116 stammen. Die Eingangsschnittstelle ist nicht direkt verantwortlich für eine etwaige Bearbeitung bezüglich der Qualitätsverwaltung des Datenstroms gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Eingangsschnittstelle kann eine grundsätzliche Funktionalität aufweisen, um eine Vorabprüfung der im Eingangsdatenstrom empfangenen Pakete auszuführen. Wird beispielsweise ein verfälschtes Paket empfangen, kann das Paket von der Eingangsschnittstelle verworfen werden.
Die Struktur der Eingangsschnittstelle ist von der Implementierung abhängig. Die grundsätzliche Funktionalität der Eingangsschnittstelle, die zur Implementierung etwaiger gewünschter Merkmale erforderlich ist, wird dem Fachmann ersichtlich sein.
Die Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114 ist für die Verwaltung einer Gruppe von Warteschlangen und eines Paketspeicherbereichs verantwortlich. Die Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114 empfängt Pakete von der Eingangsschnittstelle 100. Bei Ankunft eines Pakets weist die Warteschlangenspeicher-Verwaltung dem Paket eine eindeutige Identifizierung zu und sendet die Identifizierung für das Paket an die Strom-Identifizierung 102 auf der Leitung 140. Zusätzlich speichert die Warteschlangenspeicher-Verwaltung das Paket in einem temporären Paket-Pufferspeicher. Die Warteschlangenspeicher-Verwaltung weist dem Paket auch einen Referenzzähler zu und initialisiert den Referenzzähler für dieses Paket mit dem Zählerstand Null. Wie weiter unten beschrieben wird, wird der Referenzzähler von der Warteschlangenspeicher-Verwaltung verwendet, um festzustellen, ob das dem Referenzzähler assoziierte Paket noch vom Multiplexer 100 bearbeitet wird, oder ob es aus dem Warteschlangenspeicher 112 entfernt (oder dort gar nicht erst eingegeben) werden soll.
Die Paketidentifizierung ist eine Identifizierung, die ein Paket eindeutig identifiziert. Die Paketidentifizierung identifiziert das Paket für den Zweck des Speicherns der Paketidentifizierung im Warteschlangenspeicher 112, wie weiter unten beschrieben wird, und um jedes Paket von den anderen Paketen im Speicher zu unterscheiden. In einer einfachen Implementierung ist die Paketidentifizierung eine Zahl, wobei jedem Paket eine Paketidentifizierung, die die nächste Zahl in numerischer Folge ist, zugewiesen wird. Als Alternative kann die Paketidentifizierung aus eindeutiger Information aus dem Paketkopf zusammengesetzt sein. In Systemen, in welchen die Paketgröße variabel ist, kann die Länge des Pakets mit in der Paketidentifizierung untergebracht werden.
Die Strom-Identifizierung 102 empfängt auf den Leitungen 118 ebenfalls die Pakete von der Eingangsschnittstelle und empfängt auf der Leitung 140 die Paketidentifizierung für jedes Paket von der Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114. Die Strom-Identifizierung 102 ist für die Bestimmung, zu welchem Strom jedes Paket gehört, zuständig. Daher bestimmt beispielsweise die Strom-Identifizierung, ob ein bestimmtes Paket zu einem Spachverkehr-über-IP-Strom, einem Blockdaten-Übertragungsstrom oder einem Telnetverkehr-Strom gehört. Entsprechend dem Strom, zu welchem die gegebene empfangene Paketidentifizierung gehört, leitet die Stromidentifizierung die Paketidentifizierung für das betreffende Paket weiter an einen der Überwacher/Bearbeiter 104 für die weitere Bearbeitung.
Wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich wird, basiert die restliche Bearbeitung auf der Paketidentifizierung und nicht auf dem Paket. Die Paketidentifizierung erweist sich als eine effiziente stellvertretende Darstellung des Pakets als vorteilhaft. Wie weiter unten beschrieben wird, gewährleisten der Warteschlangenspeicher und die Paketidentifizierungen, daß die Originalposition in der Sequenz jedes einzelnen Pakets in der Multiplexoperation nicht verlorengeht.
Die Überwacher/Bearbeiter 104 sind eine operative Variante einer FIFO-Warteschlange, in der das Einfügen und das Entfernen von Elementen in der Warteschlange mit Bearbeitungs-Nebenaufgaben behaftet sind. Solche FIFO-Warteschlangen sind wohlbekannt, und ihre Implementierung liegt gut im Rahmen der Fähigkeiten des Fachmanns. Die Konfiguration der Überwacher/Bearbeiter ist von der Implementierung abhängig.
In dem in 1 dargestellten einfachen Beispiel wird angenommen, daß jedem der empfangenen verschiedenen Verkehrsströmen ein Überwacher/Bearbeiter zugewiesen ist. Daher ist beispielsweise der Überwacher/Bearbeiter 104a dem Sprachverkehr-über-IP zugewiesen, der Überwacher/Bearbeiter 104b ist dem Datenblockübertragungs-Verkehr zugewiesen, und der Überwacher/Bearbeiter 104c ist dem Telnetverkehr zugewiesen. Der Überwacher/Bearbeiter 104d ist in 1 als beispielhaftes Mittel zur Verwaltung von Paketen dargestellt, die zu Strömen gehören, die andere sind als die mit den Überwachern/Bearbeitern 104a bis 104c bearbeiteten Strömen. Somit leitet die Stromidentifizierung 102 die mit der Spachübertragung-über-IP assoziierten Paketidentifizierungen auf der Leitung 120a weiter zum Überwacher/Bearbeiter 104a, die mit Blockdatenübertragungspaketen assoziierten Paketidentifizierungen auf der Leitung 120b weiter zum Überwacher/Bearbeiter 104b, und die mit Telnetverkehrpaketen assoziierten Paketidentifizierungen auf der Leitung 120c weiter zum Überwacher/Bearbeiter 104c.
Im Fall von Multicasting oder anderen Diensten, die Replikation erfordern (beispielsweise Überwachungsdienste), kann die Stromidentifizierung 102 Paketidentifizierungen an mehr als einen Überwacher/Bearbeiter 104 weiterleiten.
Es sei bemerkt, daß die Stromidentifizierung 102 keine Pakete zur Weiterbearbeitung innerhalb des Multiplexers 100 weiterleitet. Statt dessen leitet die Stromidentifizierung die den Paketen zugeteilten Paketidentifizierungen weiter zur weiteren Bearbeitung im Multiplexer 100.
Die Überwacher/Bearbeiter 104 sind verantwortlich für die Zuteilung der Qualitäts-Klassifizierungen an die Pakete innerhalb eines Stroms, und verantwortlich für die Qualitätskontrolle des Stroms, sowohl kurzfristig wie auch langfristig, mittels selektivem Verwerfen von Paketidentifizierungen im Strom und selektivem zeitlichem Versatz von Paketen im Strom.
Eine Aufgabe des Überwachers/Bearbeiters ist die Abarbeitung von Paketen mit einer variablen Abarbeitungsrate, indem die entsprechenden Paketidentifizierungen verwendet werden. Als ein Ergebnis haben die den Überwacher/Bearbeiter verlassenden Paketidentifizierungen variable Abstände, vorzugsweise mit zufälliger oder pseudo-zufälliger Beabstandung. Zufällige Beabstandung der Pakete gewährleistet, daß der am wenigsten dringende Datenverkehr schließlich vom Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 abgearbeitet wird. Die variable Beabstandung der Pakete am Ausgang des Überwachers/Bearbeiters 104 vermindert die Kohärenz zwischen Strömen von unabhängigen Quellen. Die Erzeugung unabhängiger zeitlicher Muster zwischen Strömen erhöht die Gerechtigkeit des Entscheidungsvorgangs des Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexers. Die den Paketidentifizierungen zugewiesenen Sorgfalt/Dringlichkeit-Klassifizierungen in den Überwachern/Bearbeitern bewirken alleine noch keine bedingungslose Gerechtigkeit.
Beispielsweise ist die von einem Paket mit einer assoziierten niedrigen Dringlichkeits-Einstufung erlittene Verzögerung vom zeitlichen Muster der dringenderen Datenverkehrsströme abhängig. Wenn zwei Ströme mit unterschiedlichen Sorgfalt/Dringlichkeit-Stufen zeitliche Kohärenz aufweisen, können die mit höherer Sorgfalt eingestuften Pakete den Wettlauf für den Eintritt in den Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 möglicherweise immer "gewinnen" und/oder die dringenderen Daten werden möglicherweise immer zuerst übertragen. Dies wird statistisch weniger wahrscheinlich, wenn die Ströme variabel beabstandete Pakete aufweisen.
Mit Bezugnahme auf 4 sind dort zwei der Überwacher/Bearbeiter 104a und 104b aus 1 dargestellt, mit Beispielen der Datenpaketströme an ihren Eingängen und Ausgängen. Der Überwacher/Bearbeiter 104a empfängt Pakete 200 mit konstanter Beabstandung t auf seiner Eingangsleitung 120a. Der Überwacher/Bearbeiter 104b empfängt Paketidentifizierungen 202 mit konstanter Beabstandung t auf seiner Eingangsleitung 120b. Der Überwacher/Bearbeiter 104a bearbeitet die Paketidentifizierungen in seiner Warteschlange in einer solchen Weise, daß die Pakete 200a, 200b und 200c auf seiner Ausgangsleitung 122a mit variabler Beabstandung dazwischen generiert werden. In ähnlicher Weise ergibt die Bearbeitung der Paketidentifizierungen durch den Überwacher/Bearbeiter 104b die Paketidentifizierungen 202a, 202b und 202c auf seiner Ausgangsleitung 122b mit variabler Beabstandung.
Eine zweite Funktion des Überwachers/Bearbeiters ist die Begrenzung des Verkehrsvolumens in einem Strom, indem Pakete selektiv verworfen werden. Die Art der Überwachungsstrategie wird an Hand eines Auslastungsprofils spezifiziert, welches eine Funktion ist von (wenigstens) der angebotenen Auslastung (das heißt die Ankunftsrate von Paketen in einem Strom). Deshalb, und zwar vorteilhaft, können verschiedene Charakteristika für unterschiedliche Auslastungsstufen definiert werden. Das heißt, die Qualität kann bei steigender Ankunftsrate niedriger oder höher eingestuft werden. Somit können die Transporteigenschaften so eingestellt werden, daß sie den Bedürfnissen der Anwendung besser angepaßt sind und die Auswirkungen von abnormalen angebotenen Auslastungen, beispielsweise Dienstverweigerungsangriffe, können vermieden werden. Mit Bezugnahme auf 7 wird dort das Prinzip des Definierens von Transportcharakteristika in Abhängigkeit von der angebotenen Auslastung dargestellt.
In 7 wird die angebotene Auslastung auf der X-Achse und die tatsächlich übertragene Auslastung auf der Y-achse dargestellt. Wie in 7 zu erkennen ist, gibt es zwei Schwellenpegel: einen unteren Schwellenpegel 250 und einen oberen Schwellenpegel 252. Wenn das Verkehrsangebot den Schwellenpegel 252 nicht überschreitet, kann die angebotene Auslastung im Rahmen der eingestellten Gewährleistungen übertragen werden. Wenn die angebotene Auslastung den Schwellenpegel 252 überschreitet, kann die Übertragung der angebotenen Auslastung nicht garantiert werden. Der untere Schwellenpegel 250 entspricht der Auslastung, die auf jeden Fall übertragen wird, egal wie hoch die angebotene Auslastung wird.
Nochmals mit Bezugnahme auf 7 gilt daher, daß sobald die angebotene Auslastung den oberen Schwellenpegel 252 und den Punkt 254 erreicht, wird die übertragene Auslastung so eingestellt, daß sie reduziert ist. Bei weiterer Zunahme der angebotenen Auslastung wird die übertragene Auslastung weiter reduziert, mit einem Trend zur Stabilisierung beim unteren Schwellenpegel 250.
Folglich wird die Rate des Verwerfens von Paketen von der angebotenen Auslastung bestimmt. Der obere Schwellenpegel definiert einen Pegel, bei welchem das selektive Verwerfen von Paketen angestoßen wird. Pakete werden vorzugsweise auf der Grundlage einer momentanen Approximierung der angebotenen Auslastung verworfen. Pakete können probabilistisch auf der Grundlage einer momentanen Approximierung der angebotenen Auslastung verworfen werden. Wenn die angebotene Auslastung zu einer übertragenen Auslastung führt, die den oberen Schwellenpegel überschreitet, wird die übertragene Auslastung auf einen Wert unterhalb des oberen Schwellenpegels reduziert, indem Pakete selektiv verworfen werden. Wenn sie reduziert wird, wird die übertragene Auslastung vorzugsweise auf einen Pegel reduziert, der oberhalb des unteren Schwellenpegels liegt. Die Reduktion der übertragenen Auslastung ist um so stärker, je größer die angebotene Auslastung ist. Die übertragene Auslastung wird als Reaktion auf eine Zunahme der angebotenen Auslastung weiter reduziert.
Ein Überwacher/Bearbeiter erzielt ein gewünschtes Auslastungsprofil durch das selektive Verwerten von Paketen. Die Pakete werden vorzugsweise auf der Grundlage einer momentanen Approximierung der angebotenen Auslastung verworfen. Mit Bezugnahme auf 10 wird dort ein Auslastungsprofil für eine beispielhafte Implementierung eines Überwachers/Bearbeiters dargestellt. 10 zeigt ein Auslastungsprofil für einen beispielhaften Überwacher/Bearbeiter, der als eine Warteschlange mit 10 Pufferspeichern und stochastischen Abarbeitungszeiten implementiert ist, die einer exponentiellen Verteilung entnommen sind, deren Ratenparameter μ₁ = μ₂ = ... = μ₉ = 1,3234, μ₁₀ = 0,5 sind. Der Graph weist ein Auslastungsprofil für einen als Warteschlange mit 10 Pufferspeichern implementierten Überwacher/Bearbeiter auf, mit Abarbeitungszeiten die einer Exponentialverteilung entnommen sind, deren Ratenparameter von der Anzahl Pakete in den Warteschlangen abhängen. Eine Beschreibung einer solchen Implementierung wird weiter unten an Hand eines Beispiels gegeben. Die Abarbeitungsratenparameter sind μ₁ = μ₂= ... = μ₉ = 1,3234, μ₁₀ = 0,5, wobei die numerischen Werte für die Abarbeitungsraten sowie für die angebotenen und übertragenen Auslastungen so skaliert sind, daß der obere Schwellenpegel den Wert 1 annimmt. Das in 10 dargestellte Auslastungsprofil zeigt die durchschnittliche übertragene Auslastung, wenn der ankommende Verkehr eine Poissonverteilung aufweist. Die Anwendung standardmäßiger Ergebnisse der Warteschlangentheorie ermöglicht die Bestimmung der erwarteten Verlustrate.
Eine dritte Funktion der Überwacher/Bearbeiter 104 ist die Zuteilung von Sorgfalt- und Dringlichkeit-Klassifizierungen an die Paketidentifizierungen, die sich in ihren Warteschlangen befinden. Indem solche Klassifizierungen den Paketidentifizierungen zugewiesen werden, werden den Paketen selbst schon von sich aus die gleichen Klassifizierungen zugewiesen. Das Prinzip der Sorgfalt- und Dringlichkeitstufen wird in der europäischen Patentanmeldung unter der Offenlegungsnummer 1 177 659 diskutiert. Eine Sorgfaltstufe bezeichnet eine Klasse oder eine Stufe für den Verlust eines Pakets. Die Verlustklasse ist ein Indikator für die Tendenz, daß das Paket verworfen wird. Eine Dringlichkeitstufe bezeichnet den Grad der Dringlichkeit, mit welcher ein Paket abgearbeitet werden sollte. Die Dringlichkeit- und Sorgfaltstufen, zusammen betrachtet, können so verstanden werden, daß sie eine Prioritätsstufe für ein Paket darstellen. Somit hat eine Prioritätsstufe in diesem Kontext zwei Komponenten.
Wie weiter oben diskutiert wurde, werden in diesem beispielhaften Überwacher/Bearbeiter die Übertragungs-Charakteristika für einen Strom, einschließlich der Zuteilung von Sorgfalt- und Dringlichkeitstufen, auf der Grundlage der angebotenen Auslastung bestimmt. Die Sorgfalt- und Dringlichkeit-Klassifizierungen werden vorteilhaft den Paketindentifizierungen auf der Grundlage einer Funktion des aktuellen Zustands der Warteschlange zum Zeitpunkt der Berechnung der Klassifizierung gleichzeitig zugewiesen. Die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens eines bestimmten Zustands ist eine Funktion der angebotenen Auslastung. Diese Klassifizierungsfunktion ist konfigurierbar und kann ohne Einschränkung gewählt werden. Beispielsweise kann ein gegebener Überwacher/Bearbeiter so konfiguriert werden, daß er den Paketen eine von zwei Klassifizierungen auf der Grundlage eine probabilistischen Wahl zuweist. Die verwendete Klassifizierungs-Probabilität kann sich auf die Länge der Warteschlange beziehen. Das heißt, eine solche Konfiguration kann mit der Absicht gewählt werden, eine höhere Klassifizierungen den Paketen mit höherer Wahrscheinlichkeit zuzuteilen, wenn die angebotene Auslastung niedrig ist.
Die Klassifizierung eines Pakets bestimmt die maximale Verlustgefahr und Verzögerung, die das Paket am wahrscheinlichsten erleiden wird, wenn es mit anderen Strömen am Ausgang des Überwachers/Bearbeiters multiplexiert wird, wie hier unten näher beschrieben wird. Dies ist ein vom möglichen Verlust und von der möglichen Verzögerung des Pakets innerhalb des Überwachers/Bearbeiters separates Konzept. Der erlittene Verlust eines Pakets im Überwacher/Bearbeiter hängt von der jüngsten Ankunftsrate des Stroms und der Länge der Warteschlange ab. Die Verzögerung wird von den eingestellten Abarbeitungsraten und der Länge der Warteschlange bestimmt.
Jeder der Überwacher/Bearbeiter 104 wird vorzugsweise mit Verwendung einer Warteschlange mit variabler Abarbeitungsrate ausgeführt. Wenn ein Überwacher/Bearbeiter 104 eine Paketidentifizierung empfängt, bestimmt er, ob die Paketidentifizierung in seiner internen Warteschlange gespeichert oder verworfen werden soll. Die Steuerung der Aufnahme einer Paketidentifizierung in die Warteschlange eines Überwachers/Bearbeiters wird weiter unten diskutiert.
Zuerst wird nachfolgend die Operation, mit welcher Pakete von den Überwachern/Bearbeitern 104 zugelassen oder verworfen werden, diskutiert. Für den Zweck dieser Diskussion wird als Beispiel ein Überwacher/Bearbeiter genommen, der ein Warteschlangensystem mit einer Warteschlangenlänge von vier aufweist, wie dies in 2 dargestellt ist. Jeder Zustand in 2 ist mit der Länge der Warteschlange in diesem Zustand bezeichnet. Die Abarbeitungszeiten in jedem Zustand ergeben sich aus dem Sampling einer exponentiellen Verteilung mit Ratenparameter μ. Die Abarbeitungszeiten bestimmen die konzeptmäßige Abarbeitungsrate für das Paket. Zwei unterschiedliche Abarbeitungsraten werden im in 2 gezeigten Beispiel verwendet. Wenn sich die Warteschlange im Zustand 1 befindet (das heißt, es befindet sich nur ein Datenpaket in der Warteschlange), dann bestimmt μ₁ die Abarbeitungsrate für das Paket am Kopf der Warteschlange. Wenn die Warteschlange länger ist, beispielsweise im Zustand 3, dann würde die Abarbeitungsrate μ₂ verwendet werden. Diese beispielhafte Ausführungsform des Überwachers/Bearbeiters weist auch willkürliche Wahrscheinlichkeiten des mit jedem Zustand assoziierten Verwerfens auf. Das heißt, bei Ankunft existiert eine Wahrscheinlichkeit, daß die Paketidentifizierung willkürlich verworfen wird. In diesem Beispiel ist die Wahrscheinlichkeit für dieses Ereignis vom Zustand der Warteschlange bei Ankunft der Paketidentifizierung abhängig. Die Arbeitsweise eines Überwachers/Bearbeiters wird nun bezüglich des Zustands der Warteschlange bei Ankunft der Paketidentifizierung beschrieben.
In einem ersten Fall wird angenommen, daß die Warteschlange zum Zeitpunkt der Ankunft der Paketidentifizierung voll ist. In einem solchen Fall ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Paketidentifizierung in die Warteschlange aufgenommen wird, null. Dies bedeutet nicht notwendigerweise, daß das Paket automatisch verworfen wird, da das Paket möglicherweise an mehr als einen der verfügbaren Überwacher/Bearbeiter geschickt wurde. In einem solchen Fall leitet der Überwacher/Bearbeiter 104 einen Befehl auf seiner zugehörigen Leitung 138 weiter, um die Referenzzählung für das mit einer bestimmten Identifizierung assoziierte Paket zu dekrementieren. Die Warteschlangenspeicher-Verwaltung wird dann das von der Paketidentifizierung bezeichnete Paket verwerfen, wenn seine Referenzzählung 0 oder weniger ist.
In einem zweiten Fall ist zum Zeitpunkt der Ankunft einer Paketidentifizierung am Überwacher/Bearbeiter 104 die Warteschlange fast voll. Beispielsweise sei angenommen, daß sich die Warteschlange im Zustand 3 befindet. Im Zustand 3 ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Paketidentifizierung nicht in die Warteschlange eingegeben wird 30%. Wenn die Paketidentifizierung zugelassen wird, wird sie in der Warteschlange des Überwachers/Bearbeiters gespeichert und die Warteschlange geht in den Zustand 4 über. Die Warteschlange ist dann voll und etwaige Paketidentifizierungen, die ankommen, bevor eine Paketidentifizierung in der Warteschlange sie verläßt, werden nicht zugelassen.
Wenn die Paketidentifizierung in die Warteschlange des Überwachers/Bearbeiters 104 eingegeben wird, sendet der Überwacher/Bearbeiter 104 ein entsprechendes Signal auf seiner zugehörigen Leitung 138 an die Warteschglangenspeicher-Verwaltung, als Anzeige, daß das mit der Paketidentifizierung assoziierte Paket dem Warteschlangenspeicher 112 zugeführt und in einer bestimmten Warteschlange, die für diesem Strom zugehörige Pakete zugewiesen ist, gespeichert werden soll.
Wenn der Zeitpunkt für einen Abgang gekommen ist, wird die Paketidentifizierung am Kopf der Warteschlange abgearbeitet. Die zur Abarbeitung dieser Paketidentifizierung verwendete Samplingrate hängt vom Zustand der Warteschlange ab. Auf der Grundlage, daß sich die Warteschlange im Zustand 4 befindet, wird die verwendete Samplig-Abarbeitungsrate zur Abarbeitung dieser Paketidentifizierung von einer exponentiell verteilten Zufallsvariable mit Mittelwert μ₂ bestimmt. Die berechnete Abarbeitungszeit dieses Pakets basiert auf der Sampling-Abarbeitungsrate und der Länge des Pakets.
In einem dritten Fall trifft eine Paketidentifizierung zu einem Zeitpunkt ein, zu welchem die Warteschlange fast leer ist. In diesem Fall ist die Bearbeitung der Paketidentifizierung dem Fall mit fast voller Warteschlange sehr ähnlich. Angenommen, eine Paketidentifizierung trifft ein, wenn sich die Warteschlange im Zustand 1 befindet. Es existiert keine Möglichkeit, daß das Paket willkürlich verworfen wird, weil die Wahrscheinlichkeit für ein solches Ereignis auf Null eingestellt ist. Deshalb wird die Paketidentifizierung in der Warteschlange gespeichert, und die Warteschlange geht in den Zustand 2 über. Wenn ein Abgangereignis zeitlich vor dem Eintreffen einer weiteren Ankunft vorgesehen ist, wird die Paketidentifizierung am Kopf der Warteschlange auf der Grundlage der Abarbeitungsrate für den Zustand 2 abgearbeitet, die μ₁ ist.
In einem vierten Fall trifft die Paketidentifizierung zu einem Zeitpunkt ein, zu welchem die Warteschlange leer ist. In diesem Fall wird, wie im dritten Fall, die Paketidentifizierung zur Aufnahme in die Warteschlange zugelassen.
Die hier oben gegebene Beschreibung geht davon aus, daß der Uberwacher/Bearbeiter nicht für das verzögerungsfreie Übertragen etwaiger Pakete konfiguriert ist. Mit anderen Worten, der Überwacher/Bearbeiter weist vorzugsweise keine Transparenz bei niedriger Auslastung auf, so daß alle Pakete verzögert werden.
In seiner einfachsten Form erlaubt eine Transparenz bei niedriger Auslastung die sofortige Weiterleitung eines an einer leeren Warteschlange eintreffenden, ersten Pakets. Trotz dieser Aktion wechselt die Warteschlange in den Zustand 1. Danach eintreffende Pakete werden so bearbeitet, als ob dieses Paket vorhanden wäre, mit Ausnahme, daß wenn dieses Paket normalerweise bei Ablauf seines Zeitgebers weitergeleitet worden wäre, es nicht übertragen wird. Ob eine Paketidentifizierung sofort bei Ankunft weitergeleitet wurde oder nicht, wird in der Warteschlange protokolliert. Dieses Konzept kann in ähnlicher Weise auf mehrere Pakete erweitert werden.
Bevor eine Paketidentifizierung einen Überwacher/Bearbeiter verläßt, bestimmt der Überwacher/Bearbeiter eine Qualitäts-Klassifizierung für diese Paketidentifizierung. Wie hier oben beschrieben, klassifizieren die Überwacher/Bearbeiter die Paketidentifizierungen mit Sorgfalt- und Dringlichkeit-Klassifizierungen. Jede Paketidentifizierung muß mit einer Sorgfalt- und Dringlichkeit-Klassifizierung klassifiziert werden, bevor sie an den Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 weitergeleitet wird. Die einer Paketidentifizierung zugewiesene Klassifizierung ist eine Funktion des aktuellen Zustands der Warteschlange.
Wir gehen nochmals von einem Überwacher/Bearbeiter aus, der eine Warteschlange mit einer Länge von 4 aufweist. Wie in 2 gezeigt ist, wird angenommen, daß die Warteschlange des Überwachers/Bearbeiters so konfiguriert ist, daß die Abarbeitungsraten für die Zustände 1 und 2 als μ₁ definiert sind, und die Möglichkeit des willkürlichen Verlustes für die Zustände 1 und 2 null ist. Die Zustände 3 und 4 weisen eine definierte Abarbeitungsrate von μ₂ und eine Wahrscheinlichkeit von 0,3 (das heißt 30%) für den willkürlichen Verlust auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Überwacher/Bearbeiter mit einer primären und einer sekundären Sorgfalt/Dringlichkeit-Klassifizierung konfiguriert, und einer Paketidentifizierung wird bei Ankunft eine dieser Klassifizierungen zugewiesen. Jeder Zustand hat eine zugehörige Wahrscheinlichkeit, daß ein Paket mit der primären Klassifikation klassifiziert wird. In diesem Beispiel ist die Wahrscheinlichkeit der Klassifizierung eines Pakets mit der primären Klassifizierung in den jeweiligen Zuständen wie folgt eingestellt: 100% für den Zustand 1, 80% für den Zustand 2, 60% für den Zustand 3 und 40% für den Zustand 4. Diese Wahrscheinlichkeiten sind in 3 dargestellt.
Beispielsweise könnte die primäre Klassifizierung eine wünschenswertere Klassifizierung als die sekundäre Klassifizierung sein. Wenn die angebotenen Auslastung im Strom niedrig ist, ist die Wahrscheinlichkeit größer, daß die Pakete die wünschenswertere primäre Klassifizierung zugewiesen bekommen, da sich die Warteschlange am häufigsten im Zustand 1 oder 2 befinden wird. Mit zunehmender angebotener Auslastung ergibt sich eine höhere Wahrscheinlichkeit, daß einer Paketidentifizierung die sekundäre Klassifizierung zugewiesen wird, die weniger wünschenswert ist, da dies bedeuten könnte, daß die Paketidentifizierung eine höhere Verzögerung und/oder Verlustwahrscheinlichkeit im Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer erfahren wird.
Bezugnehmend auf die oben erfolgte Diskussion der Kriterien für die Zulassung einer Paketidentifizierung zur Warteschlange, wenn eine Paketidentifizierung im Fall 2 (das heißt für das Beispiel, bei dem die Warteschlange sich im Zustand 3 befindet und die Paketidentifizierung zugelassen wird, was die Warteschlange in den Zustand 4 bringt) in die Warteschlange aufgenommen wird, beträgt die Wahrscheinlichkeit der Klassifizierung der Paketidentifizierung mit der primären Klassifizierung 40%, da sich die Warteschlange dann im Zustand 4 befindet. Deshalb existiert eine Wahrscheinlichkeit von 40%, daß der Paketidentifizierung die primäre Klassifizierung zugewiesen wird, und eine Wahrscheinlichkeit von 60%, daß ihr die sekundäre Klassifizierung zugewiesen wird. Diese Klassifizierung der Paketidentifizierung beruht auf einer einfachen wahrscheinlichkeitsbasierten Auswahl.
Eine Paketidentifizierung wird dann aus der Überwacher-/Bearbeiter-Warteschlange am Ende der berechneten Abarbeitungszeit ausgegeben, und die Warteschlange begibt sich in den Zustand 3. Eine neu berechnete Abarbeitungszeit auf der Grundlage der für den Zustand 3 definierten Parameter bestimmt dann, wann der nächste Abgang ausgeführt wird. Wenn eine Ankunft vor Ablauf dieser Zeitperiode stattfindet, kann die Warteschlange wieder in den Zustand 4 übergehen, und dies in Abhängigkeit davon, ob die Ankunft willkürlich verworfen wird oder nicht.
Mit Bezug auf den Fall 3 oben gilt, daß wenn eine Paketidentifizierung ankommt, wenn die Warteschlange fast leer ist, die Paketidentifizierung mit der dem Zustand 2 zugeordneten Wahrscheinlichkeit klassifiziert wird. In diesem Fall existiert eine Wahrscheinlichkeit von 80%, daß die Paketidentifizierung an den Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 mit der primären Klassifizierung weitergeleitet wird.
Das willkürliche Verwerfen von Paketen bei ihrer Ankunft an einem Überwacher/Bearbeiter reduziert nicht nur die Ankunftsrate des Stroms, sondern ist auch dabei behilflich, einen Burst-Verlust zu vermeiden. Wenn beispielsweise ein Burst von sechs Paketen im Warteschlangensystem von 2 eingetroffen ist, würden die letzten zwei Pakete verlorengehen, weil die Pakete nicht willkürlich verworfen werden. Andererseits gilt, daß wenn die Wahrscheinlichkeit des willkürlichen Verwerfens mit der Länge der Warteschlange zunimmt, könnte es beispielsweise sein, daß das vierte oder dritte Paket bei Ankunft verworfen wird, so dass der Paketverlust gerechter im Burst verteilt wird.
Eine weitere Funktion des hier oben beschriebenen Überwachers/Bearbeiters ist die Aufbewahrung des mit der in Bearbeitung befindlichen Paketidentifizierung assoziierten Pakets im Warteschlangenspeicher 112 mittels Wechselwirkung mit der Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114. Das Speichern von Paketen in Warteschlangen ist erforderlich, um sicherzustellen, daß die Reihenfolge der Pakete in einem Strom durch den Abarbeitungsprozeß des Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexers 106 nicht verändert wird. In Abhängigkeit von der gewählten Funktion für die Zuteilung von Sorgfalt/Dringlichkeit-Stufen an Pakete, ergibt sich die Möglichkeit, daß die Reihenfolge der Pakete während des Multiplexierens auf der Leitung 124 verändert werden könnte, wie hier weiter unten diskutiert wird.
Als ein Beispiel soll die oben beschriebene einfache wahrscheinlichkeitsbasierte Klassifizierung betrachtet werden. Angenommen, es trifft ein Burst von vier Paketidentifizierungen im Überwacher/Bearbeiter ein, und alle Pakete werden in der Warteschlange gespeichert. Es wird des weiteren angenommen, daß keine weiteren Ankünfte während der ersten betreffenden Periode stattfinden. Des weiteren wird auch angenommen, daß der Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer nicht leer ist, sondern daß er Pakete enthält, die von anderen Überwachern/Bearbeitern stammen. Und es wird schließlich auch angenommen, daß die primäre Sorgfalt/Dringlichkeit-Klassifizierung eine wünschenswerte, höhere Dringlichkeitstufe aufweist, während die sekundäre Klassifizierung eine niedrige Dringlichkeitstufe aufweist. Unter diesen Bedingungen hat die Paketidentifizierung am Anfang des Bursts, die als "Paketidentifizierung 1" bezeichnet wird, eine höhere Wahrscheinlichkeit, die sekundäre Sorgfalt/Dringlichkeit-Klassifizierung zugewiesen zu bekommen, als ein Paket in der Nähe des Burstendes, welches als "Paketidentifizierung 4" bezeichnet wird. Wenn der Paketidentifizierung 1 eine sekundäre Klassifizierung zugewiesen wird, während der Paketidentifizierung 4 eine primäre Klassifizierung zugewiesen wird, kann der Unterschied der Dringlichkeitstufen dazu führen, daß die Paketidentifizierung 4 früher als die Paketidentifizierung 1 im Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 abgearbeitet wird.
Um dies zu vermeiden, fordern die Überwacher/Bearbeiter die Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114 auf, die Pakete im Warteschlangenspeicher 112 als Warteschlange aufzustellen, in der Reihenfolge der Ankunft ihrer zugeordneten Paketidentifizierungen im Überwacher/Bearbeiter. Das heißt, bei Ankunft im Überwacher/Bearbeiter wird, wenn eine Paketidentifizierung nicht verworfen wird, der Warteschlangenspeicher aufgefordert, das Paket in der Warteschlange des betreffenden Stroms in der Reihenfolge seiner Ankunft zu speichern.
8 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines Überwachers/Bearbeiters 104. Der beispielhafte Überwacher/Bearbeiter umfaßt einen Überwacher-/Bearbeiter-Ankunftsbearbeitungsblock 701, einen Paketidentifizierung-Warteschlangenblock 702, einen Überwacher-/Bearbeiter- Abgangsbearbeitungsblock 704, einen Zeitgeber 703, einen Verwurf-Wahrscheinlichkeitsgenerator 706 und einen Abarbeitungszeitgenerator 707.
Paketidentifizierungen treffen auf der Leitung 708 am Überwacher-/Bearbeiter-Ankunftsbearbeitungsblock 701 ein. Der Überwacher-/Bearbeiter-Ankunftsbearbeitungsblock 701 benachrichtigt den Überwacher-/Bearbeiter-Konfigurationsverwaltungsblock 705 über die Leitung 720, daß eine Paketidentifizierung angekommen ist. Der Überwacher-/Bearbeiter-Konfigurationsverwaltungsblock fragt den Paketidentifizierung-Warteschlangenblock 702 über die Leitung 724 ab, um die aktuelle Länge der Warteschlange innerhalb des Überwachers/Bearbeiters zu erfahren. Auf der Grundlage der vom Paketidentifizierung-Warteschlangenblock auf der Leitung 726 erhaltenen Antwort ermittelt der Überwacher-/Bearbeiter-Konfigurationsverwaltungsblock, ob die Warteschlange voll oder nicht voll ist. Wenn Kapazität in der Warteschlange verfügbar ist, bestimmt dann der Überwacher-/Bearbeiter-Konfigurationsverwaltungsblock 705, ob die Paketindentifizierung willkürlich verworfen werden soll, wobei er Eingangsinformation vom Verwurf-Wahrscheinlichkeitsgenerator 706 auf der Leitung 732 verwendet.
Wenn die Paketidentifizierung in die Warteschlange zugelassen werden soll, fordert der Überwacher-/Bearbeiter-Konfigurationsverwaltungsblock 705 den Überwacher-/Bearbeiter-Ankunftbearbeitungsblock 701 über die Leitung 722 auf, die Paketidentifizierung zuzulassen. Beim Empfang dieser Reaktion sendet der Überwacher-/Bearbeiter-Ankunftbearbeitungsblock 701 eine Aufforderung über die Leitung 736 (äquivalent zu einer der Leitung 138) an die Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114, das Paket in die eine Warteschlange im Warteschlangenspeicher zu stellen, die diesem Strom zugeordnet ist. Die Überwacher-/Bearbeiter-Ankunftsbearbeitung leitet die Paketidentifizierung dann über die Leitung 710 weiter an den Paketidentifizierungs-Warteschlangenblock 702. Der Überwacher-/Bearbeiter-Konfigurationsverwaltungsblock 705 berechnet eine neue Abarbeitungszeit auf der Grundlage des Eingangssignals vom Abarbeitungszeit-Generator 707 auf der Leitung 734 und der Länge des Pakets, und sendet diese Abarbeitungszeit über die Leitung 728 an den Überwacher-/Bearbeiter-Abgangsbearbeitungsblock 704. Die Überwacher-/Bearbeiter-Abgangsbearbeitung leitet die neue Abarbeitungszeit über die Leitung 716 weiter an den Zeitgeber 703. Der Zeitgeber 703 setzt sich zurück, um am Ende der neuen Abarbeitungszeit aufzuwachen.
Wenn der Überwacher-/Bearbeiter-Konfigurationsverwaltungsblock 705 feststellt, daß die Warteschlange voll ist, weist er den Überwacher-/Bearbeiter-Ankunftsbearbeitungsblock 701 über die Leitung 722 an, die Paketidentifizierung zu verwerfen. In diesem Fall sendet der Überwacher-/Bearbeiter-Ankunftsbearbeitungsblock 701 über die Leitung 736 eine Anweisung zum Verwerfen an die Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114. Der Überwacher-/Bearbeiter-Ankunftsbearbeitungsblock verwirft dann die Paketidentifizierung.
Wenn der Zeitgeber 703 aufwacht, sendet er über die Leitung 718 eine Aufforderung an den Überwacher-/Bearbeiter-Abgangsbearbeitungsblock 704, eine Paketidentifizierung auszugeben. Der Überwacher-/Bearbeiter-Abgangsbearbeitungsblock sendet auf der Leitung 730 eine Anforderung an den Überwacher-/Bearbeiter-Konfigurationsverwaltungsblock 705 für eine Klassifizierung und eine neue Abarbeitungszeit. Der Konfigurationsverwaltungsblock 705 fragt den Paketidentifizierung-Warteschlangenblock 702 über die Leitungen 724 und 726 ab, um die aktuelle Länge der Warteschlange zu erfahren. Der Konfigurationsverwaltungsblock verwendet die aktuelle Länge der Warteschlange, um die Klassifizierung für die nun abzugebende Paketidentifizierung zu bestimmen. Die Klassifizierung wird an den Überwacher-/Bearbeiter-Abgangsbearbeitungsblock über die Leitung 728 gesendet. Der Überwacher-/Bearbeiter-Abgangsbearbeitungsblock 704 verkettet eine Warteschlangenidentifizierung, welche angibt, welche Warteschlange im Warteschlangenspeicher 112 zum Speichern von Paketen dieses Stroms verwendet wird, und die Klassifizierung für die Paketidentifizierung, und leitet diesen Datensatz auf der Leitung 738 weiter.
Es sei darauf hingewiesen, daß in dieser beispielhaften Implementierung die Klassifizierung der Paketidentifizierungen beim Abgang der Pakete aus der Warteschlange ausgeführt wird. Die Stelle, an welcher die Pakete innerhalb der Überwacher/Bearbeiter klassifiziert werden, ist jedoch von der jeweiligen Implementierung abhängig und nicht auf das hier gebrachte Beispiel beschränkt. Wie weiter oben beschrieben wurde, können die Paketidentifizierungen bei ihrer Ankunft anstatt bei ihrem Abgang klassifiziert werden.
Wenn die im Paketidentifizierung-Warteschlangenblock 702 identifizierte Warteschlange nicht leer ist, sendet der Überwacher-/Bearbeiter- Konfigurationsverwaltungsblock 705 auch eine neue Abarbeitungszeit über die Leitung 728 an den Überwacher-/Bearbeiter-Abgangsbearbeitungsblock 704. Diese Abarbeitungszeit wird über die Leitung 716 an den Zeitgeber 703 weitergeleitet, und der Zeitgeber stellt sich so ein, daß er nach Ablauf dieser Zeit aufwacht. Wenn die Warteschlange leer ist, findet keine Aktion statt.
Weitere mögliche Modifikationen der Überwacher/Bearbeiter 104 sind in 1 mit Bezugnahme auf 6 dargestellt. Wie in 6 gezeigt ist, können die Überwacher/Bearbeiter in unterschiedlicher Weise verkettet werden.
Bezugnehmend auf 6(a) ist dort eine vorteilhafte Anordnung dargestellt, in der das Ausgangssignal eines Überwachers/Bearbeiters 210 das Eingangssignal an zwei parallele Überwacher/Bearbeiter 212 und 214 liefert. Der Überwacher/Bearbeiter 210 empfängt von der Stromidentifizierung 102 auf der Leitung 222 Paketidentifizierungen. Gemäß der standardmäßigen Arbeitsweise des Überwachers/Bearbeiters, verwirft der Überwacher/Bearbeiter 210 Paketidentifizierungen selektiv und er verschiebt Paketidentifizierungen, um an seinem Ausgang einen modifizierten Strom von Paketidentifizierungen bereitzustellen. In einer ersten Ausführungsform wird der so modifizierte Strom von Paketidentifizierungen auf den Leitungen 234 und 236 an jeden der parallelen Überwacher/Bearbeiter 212 und 214 gesendet. Die jeweiligen Überwacher/Bearbeiter 212 und 214 verwerfen dann Paketidentifizierungen selektiv und sie verschieben Paketidentifizierungen zeitlich, um an ihren Ausgängen 224 und 226 zwei weitere modifizierte Paketidentifizierungenströme zu erzeugen. In einer zweiten Ausführungsform wird die Ausgabe des Überwachers/Bearbeiters 210 selektiv dem einem oder dem anderen der Überwacher/Bearbeiter 212 und 214 zur Verfügung gestellt. Der entsprechende Überwacher/Bearbeiter der beiden Überwacher/Bearbeiter 212 und 214 verwirft dann Paketidentifizierungen selektiv und er verschiebt Paketidentifizierungen zeitlich auf seinen jeweiligen Ausgang.
Bezugnehmend auf 6(b) wird dort eine weitere Anordnung gezeigt, in der zwei parallele Überwacher/Bearbeiter 216 und 218 Eingangsströme empfangen, die Paketidentifizierungen aus Strömen auf den Leitungen 228 und 230 umfassen. Die Ausgabe beider Überwacher/Bearbeiter 216 und 218 an ihren jeweiligen Ausgängen 238 und 240 bildet eine Eingabe an einen weiteren Überwacher/Bearbeiter 220. Der Überwacher/Bearbeiter 220 gibt Paketidentifizierungen auf der Leitung 232 aus.
Für den Fachmann ist es ersichtlich, wie Überwacher/Bearbeiter in unterschiedlichen Kombinationen der in 6 gezeigten Anordnungen verkettet werden können. Beispielsweise können die Anordnungen der 6(a) und 6(b) verkettet werden. Zusätzlich kann ein beliebiger der Überwacher/Bearbeiter auch Eingangssignale von anderen Quellen empfangen. Beispielsweise kann der Überwacher/Bearbeiter 212 in 6(a) einen zusätzlichen Eingang erhalten, der nicht von einem anderen Überwacher/Bearbeiter gespeist wird. Für den Fachmann ist es ersichtlich, wie verschiedene Verkettungsanordnungen implementiert werden können. Die einzige Einschränkung ist, daß die Überwacher/Bearbeiter in einem azyklischen Graphen verkettet sein müssen.
Beim Abgang sendet der Überwacher/Bearbeiter über eine zugehörige Ausgangsleitung 122 die Paketidentifizierung und ihre assoziierte Warteschlangenidentifizierung und Klassifizierung an den Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106. Der Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer benötigt zusätzlich zur Warteschlangenidentifizierung die Paketidentifizierung, falls er eine Verwurf-Anweisung an die Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114 senden muß, wie weiter unten detaillierter diskutiert wird.
Der Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 verwaltet die Konkurrenz für die Netzwerkressourcen zwischen zwei oder mehreren Strömen. Der Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 empfängt Paketidentifizierungen von den verschiedenen Überwachern/Bearbeitern 104, wobei jede Paketidentifizierung mit einer Sorgfalt/Dringlichkeit-Klassifizierung gekennzeichnet ist.
Die Klassifizierung einer Paketidentifizierung definiert eine Sorgfaltstufe und eine Dringlichkeitstufe für das Paket, mit dem sie assoziiert ist. Der Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer verwaltet die Konkurrenz zwischen zwei oder mehreren Strömen, indem er Pakete (über ihre Paketidentifizierungen) in Abhängigkeit von ihrer Dringlichkeitstufe abarbeitet und, falls erforderlichen, Pakete in Abhängigkeit von ihrer Sorgfaltstufe verwirft. Die Sorgfaltstufe bestimmt, welche Pakete in den Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer eingegeben werden. Die Dringlichkeitstufe bestimmt die Reihenfolge, in der die Pakete aus dem Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer entnommen werden. Die Klassifizierung von Paketen unter Verwendung von Sorgfalt- und Dringlichkeitstufen wird in der europäischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 1 177 659 beschrieben. Somit verwaltet der Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 die Konkurrenz zwischen den drei Strömen 122a, 122b und 122c an den Ausgängen der Überwacher/Bearbeiter 104a, 104b und 104c.
Wenn eine Paketidentifizierung mit ihrer assoziierten Sorgfalt/Dringlichkeit-Klassifizierung eintrifft, ermittelt der Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106, ob die Paketidentifizierung gespeichert oder verworfen werden soll. Dies wird von der verfügbaren Speicherkapazität im Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer und von der mit der Identifizierung assoziierten Sorgfaltstufe bestimmt.
In einem bekannten Verfahren zur Implementierung einer Sorgfaltzuteilung wird der Zugriff auf einen Pufferspeicher im Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer bestimmt, indem eine Sorgfaltstufe mit einem bestimmten Bereich des Pufferspeichers assoziiert wird. Dies bedeutet folgendes: angenommen, ein Paket kann mit einer beliebigen von N Sorgfaltstufen klassifiziert werden. Ebenfalls angenommen, daß insgesamt K_N Pufferspeicher existieren. Datenverkehr der Sorgfaltstufe 1 kann in einen beliebigen der K_N Pufferspeicher hineinlaufen, wogegen Datenverkehr auf Sorgfaltsstufe i nur in die ersten K_N-i+1 Pufferspeicher hineinlaufen kann, wobei K₀ = 0 < K₁ < ... < K_N. Deshalb ist für Pakete mit der Sorgfaltstufe 1 die Wahrscheinlichkeit, verfügbare Pufferspeicher-Ressourcen zu finden, größer als für Pakete mit der Sorgfaltstufe i, wobei i > 1.
Es ist ebenfalls ein Schema erforderlich, um zu bestimmen, welche Paketidentifizierung weitergeleitet werden soll, das heißt, wie die Dringlichkeitstufen verwendet werden sollen, um die Reihenfolge zu bestimmen, in der Pakete abgearbeitet werden. Eine Vorgehensweise wäre die Weiterleitung der Identifizierung am Kopf der Warteschlange mit der höchsten Dringlichkeitstufe, obwohl auch andere Vorgehensweisen möglich sind.
Die Verlustrate für Paketidentifizierungen in einem gegebenen Strom wird sowohl von der den Paketen zugewiesenen Sorgfaltstufe wie auch von der maximalen Ankunftsrate für alle anderen Ströme, die eine gleiche oder höhere Sorgfaltstufe aufweisen, bestimmt. Die Reihenfolge, in welcher Pakete im Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer abgearbeitet werden, hängt von ihren Dringlichkeitstufen sowie von den Ankunftsraten und Mustern dringenderen Verkehrs ab. Dies bestimmt die von der Paketidentifizierung im Sorgfalt-/Dringlichkeit-Multiplexer erhaltene Verzögerung.
Wenn der Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 eine Paketidentifizierung verwirft, fordert er die Warteschlangenspeicher-Verwaltung über die Leitung 136 auf, die Referenzzählung für das betreffende Paket im Warteschlangenspeicher 112 zu dekrementieren.
Der Sorgfalt-/Dringlichkeit-Multiplexer protokolliert Statistiken bezüglich der Verkehrsströme, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf die Anzahl der Bytes und/oder die Anzahl der Pakete, und dies sowohl für die akzeptierten wie auch für die verworfenen Pakete für jede Dringlichkeitstufe und für jede Sorgfaltstufe.
Der Sorgfalt-/Dringlichkeit-Multiplexer leitet eine der gespeicherten Paketidentifizierungen zusammen mit ihrer assoziierten Warteschlangen-Identifizierung aus seinen internen Pufferspeichern auf der Leitung 124 weiter zum Ratenbegrenzer 108, als Antwort auf eine Anforderung vom Ratenbegrenzer auf der Leitung 126. Die Wahl, welches Paar Identifizierungen zum Ratenbegrenzer als Antwort auf eine Anforderung von dort weitergeleitet wird, wird von der Dringlichkeitstufe der Paketidentifizierung und vom Auswahlmechanismus des Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexers bestimmt.
Eine beispielhafte Implementierung eines Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexers 106 ist in 9 dargestellt. Der Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer umfaßt einen Sorgfalt/Dringlichkeit-Ankunftsbearbeitungsblock 801, einen Satz Dringlichkeit-Warteschlangen 814, welcher die Warteschlangen 802 bis 805 aufweist, einen Sorgfalt/Dringlichkeit-Abgangsbearbeitungsblock 816 und einen Sorgfalt/Dringlichkeit-Konfigurationsverwaltungsblock 807.
Paketidentifizierungen treffen über die Leitung 810 am Sorgfalt/Dringlichkeit-Ankunftsbearbeitungsblock 801 ein. Der Sorgfalt/Dringlichkeit-Ankunftsbearbeitungsblock benachrichtigt den Sorgfalt/Dringlichkeit-Konfigurationsverwaltungsblock 807, daß eine Paketidentifizierung eingetroffen ist und leitet ihre Sorgfaltstufe über die Leitung 822 weiter. Der Sorgfalt/Dringlichkeit-Konfigurationsverwaltungsblock 807 erfragt die Länge von jeder einzelnen Dringlichkeit-Warteschlange 802–805 über die Leitung 826. Basierend auf der aktuellen Gesamtanzahl von Paketidentifizierungen, die sich in Warteschlangen im Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 befinden, und der Sorgfaltstufe der Paketidentifizierung, bestimmt der Sorgfalt/Dringlichkeit-Konfigurationsverwaltungsblock, ob das Paket verworfen werden soll oder nicht.
Wenn die Paketidentifizierung verworfen werden soll, benachrichtigt der Sorgfalt/Dringlichkeit-Konfigurationsverwaltungsblock 807 die Sorgfalt/Dringlichkeit-Bearbeitung 801 entsprechend über die Leitung 824. In diesem Fall sendet die Sorgfalt/Dringlichkeit-Ankunftsbearbeitung über die Leitung 812 eine Anweisung, das Paket zu verwerfen, an den Warteschlangenspeicher, wobei das zu verwerfende Paket mit seiner Identifizierung und mit seiner Warteschlangen-Identifizierung identifiziert wird. Diese Identifizierungen werden dann vom Sorgfalt/Dringlichkeit-Ankunftsbearbeitungsblock 801 verworfen.
Andernfalls fordert der Sorgfalt/Dringlichkeit-Konfigurationsverwaltungsblock 807 den Sorgfalt/Dringlichkeit-Ankunftsbearbeitungsblock 801 über die Leitung 722 auf, die Paketidentifizierung an eine der Dringlichkeit-Warteschlangen 802–805 weiterzuleiten. Es gibt eine Dringlichkeit-Warteschlange für jede Dringlichkeitstufe. Diese beispielhafte Implementierung zeigt einen Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer, der für vier mögliche Dringlichkeitstufen konfiguriert ist. Die Sorgfalt/Dringlichkeit-Ankunftbearbeitung erhält die Dringlichkeitstufe für die Paketidentifizierung und leitet die Paketidentifizierung und ihre assoziierte Warteschlangenidentifizierung über eine der Leitungen 830 an die passende Dringlichkeit-Warteschlange weiter.
Anforderungen für Pakete aus dem Ratenbegrenzer werden vom Sorgfalt/Dringlichkeit-Abgangsbearbeitungsblock 806 über die Leitung 818 empfangen. Wenn eine Paketanforderung eintrifft, fordert die Sorgfalt/Dringlichkeit-Abgangsbearbeitung das Kopfelement von einer der Dringlichkeit-Warteschlangen 802–805 über eine der Leitungen 834 an. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Identifizierungen am Kopf der dringendsten Warteschlange angefordert. Das Paketidentifizierungs- und Warteschlangenidentifizierungs-Paar am Kopf der Warteschlange, welche die Anforderung empfangen hat, wird an den Sorgfalt/Dringlichkeit-Abgangsbearbeitungsblock 806 über eine der Leitungen 832 weitergeleitet. Der Sorgfalt/Dringlichkeit-Abgangsbearbeitungsblock 806 leitet das Paar von Identifizierungen sofort über die Leitung 124 an den Ratenbegrenzer weiter.
Der Ratenbegrenzer 108 versetzt die Konkurrenzverwaltung von einem Punkt stromabwärts im Netzwerk in den Multiplexer 100, indem er die Abarbeitungsrate auf eine Rate begrenzt, für welche das Netzwerk ausreichende Ressourcen aufweist. Der Ratenbegrenzer gewährleistet, daß die maximale Abarbeitungsrate langfristig nicht überschritten wird, indem er dafür sorgt, daß die entsprechenden Lücken zwischen den übertragenen Paketen eingehalten werden.
Der Ratenbegrenzer 108 fordert Paketidentifizierungen vom Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer auf einer Anforderungsleitung 126 an und er empfängt Paketidentifizierungen zusammen mit ihren assoziierten Warteschlangen-Identifizierungen auf der Leitung 124. Beim Empfang des Paares von Indentifizierungen auf der Leitung 124 liefert der Ratenbegrenzer die Warteschlangen-Identifizierung auf der Leitung 134 an die Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114. Als Reaktion darauf, liefert die Warteschlangenspeicher-Verwaltung 114 auf der Leitung 132 das Paket am Kopf der identifizierten Warteschlange aus dem Warteschlangenspeicher an den Ratenbegrenzer. Der Ratenbegrenzer leitet dann Pakete zur Übertragung an die Ausgangsschnittstelle auf der Leitung 128 weiter. Beim Weiterleiten eines Pakets an die Ausgangsschnittstelle stellt der Ratenbegrenzer einen Zeitgeber auf die Abarbeitungszeit des betreffenden Pakets mit der konfigurierten Rate ein. Am Ende der für die Abarbeitung des betreffenden Pakets zugewiesenen Zeitperiode fordert der Ratenbegrenzer ein weiteres Paket auf der Leitung 126 vom Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 an.
Wenn keine Änderung der Reihenfolge im Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer stattgefunden hat, ist das von der Warteschlangernspeicher-Verwaltung gesendete Paket dasselbe Paket, das mit der Paketidentifizierung identifiziert wurde. Sonst wird die vom Ratenbegrenzer empfangene Paketidentifizierung sich auf ein Paket beziehen, welches noch in der Warteschlange im Warteschlangenspeicher wartet.
Der Ratenbegrenzer kann Pakete stochastisch oder deterministisch abarbeiten. Somit kann der Ratenbegrenzer die Pakete so abarbeiten, daß sie eine variable Beabstandung aufweisen, wie weiter oben mit Bezugnahme auf die Überwacher/Bearbeiter diskutiert wurde.
Es kann eine Einheit erzeugt werden, vorzugsweise eine solche, welche die Pakete stochastisch abarbeitet, indem ein Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer 106 und ein Ratenbegrenzer 108 kombiniert werden. Solche Einheiten können mit einer Anzahl von Überwachern/Bearbeitern und anderen solchen Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer- und Ratenbegrenzer-Einheiten verkettet werden und sie können zusätzliche Eingangssignale von anderen Quellen empfangen. Für den Fachmann ist es ersichtlich, wie unterschiedliche Verkettungs-Anordnungen implementiert werden können. Die einzige Einschränkung ist, daß die verkettete Kombination dieser Einheiten in einem azyklischen Graphen verbunden sein muß.
Wenn stochastische Abarbeitungsraten verwendet werden, ist es potentiell möglich, daß die Abarbeitungsrate viel schneller ist als die Rate, mit der das Paket physikalisch von der Ausgangsschnittstelle übertragen werden kann. In diesem Fall wird die berechnete Ressourcengröße des Pakets kleiner als die tatsächliche Größe des Pakets sein, wie in 5 dargestellt ist. Bezugnehmend auf 5a, wird dort die tatsächliche Größe des Pakets gezeigt, entsprechend der physikalischen Übertragungsrate des Übertragungsmediums, an welches es weitergeleitet wird. 5b zeigt die Größe des Pakets, wenn die für das Paket gewählte Abarbeitungsrate größer ist als die Rate, mit welcher das Paket auf dem physikalischen Medium tatsächlich übertragen wird. 5c zeigt die Größe des Pakets im Fall, in welchem die für das Paket gewählte Abarbeitungsrate kleiner ist als die Rate, mit welcher das Paket von der Ausgangsschnittstelle 110 tatsächlich übertragen wird.
Wie aus 5 ersichtlich ist, können sich zwei Pakete überlappen, wenn die berechnete Ressourcengröße tatsächlich kleiner als die tatsächliche Ressourcengröße des Pakets ist. In einem realen System können sich zwei Pakete während der Übertragung nicht überlappen. Statt dessen wird ein Burst von zwei oder mehreren Paketen beobachtet. Wenn die Paketidentifizierungen stochastisch abgearbeitet werden, existiert deshalb eine endliche Wahrscheinlichkeit, daß zwei oder mehrere Pakete direkt aufeinanderfolgend übertragen werden.
Die Ausgangsschnittstelle 110 liefert ein Datenfluß-Rückkopplungs-Steuersignal auf der Leitung 130 an den Ratenbegrenzer 108. Wenn die Ausgangsschnittstelle dem Ratenbegrenzer mitteilt, daß die Übertragung suspendiert wurde, wird der interne Zeitsteuerungsmechanismus des Ratenbegrenzers beeinflußt. In diesem Fall kann der Ratenbegrenzer eine von mehreren Aktionen ausführen. Beispielsweise kann der Ratenbegrenzer so konfiguriert sein, daß er ein etwaiges Paket, welches während der Suspensionszeit zum Abarbeiten vorgesehen ist, verwirft. Ein solches Verwerfen von Paketen durch den Ratenbegrenzer erfordert, daß der Ratenbegrenzer ein Alarmsignal erzeugt.
Der Ratenbegrenzer 108 kann auch zum Maximieren der Ressourcen des externen Systems bei einer niedrigen Auslastung optimiert werden. Dies bedeutet, daß bei niedrigen Auslastungen, die Abarbeitungsrate, die schneller als die konfigurierte Rate ist, gewählt werden kann. Mit zunehmender Auslastung im System wird die Abarbeitungsrate verringert, bis sie in die Nähe der konfigurierten Rate kommt oder die konfigurierte Rate erreicht hat.
Die Ausgangsschnittstelle 110 stellt die grundsätzlich erforderliche Funktionalität für die weiterleitende Übertragung der Datenpakete zur Verfügung. Die Ausgangsschnittstelle 110 liefert Rückmeldesignale zur Datenflußsteuerung auf den Leitungen 130 an den Ratenbegrenzer 108, wenn ein externer rückwirkender Druck (beispielsweise vom Übertragungsmedium) erscheint. Somit sendet die Ausgangsschnittstelle Pakete auf der Leitung 142 und empfängt Datenfluß-Steuersignale vom Betriebssystem oder Gerätetreiber auf der Leitung 144.
Die Ausgangsschnittstelle ist nicht verantwortlich für irgendeine Direktbearbeitung bezüglich der Qualitätsverwaltung des Datenstroms. Wenn die Ausgangsschnittstelle ein Paket empfängt, und das externe System oder Gerät meldet, daß es verfügbare Ressourcen für die Übertragung hat, dann wird das Paket unverzüglich von der Ausgangsschnittstelle übertragen. Wenn der Ratenbegrenzer in deterministischer Betriebsart arbeitet und eine Datenflußsteuerung nicht aktiviert wurde, dann befindet sich zu keinem Zeitpunkt mehr als ein Paket im Pufferspeicher der Ausgangsschnittstelle.

Somit wurde hier eine Erfindung beschrieben, die vorteilhaft in einem Multiplexer verwendet werden kann, um eine vorbestimmte Dienstqualität zu gewährleisten. Obwohl die Erfindung hier mit Bezugnahme auf eine bestimmte, beispielhafte Ausführungsform beschrieben ist, wird der Fachmann erkennen, daß die Erfindung bezüglich ihrer Anwendbarkeit nicht darauf beschränkt ist, sondern in allgemeinerer Weise eingesetzt werden kann. Legende zu den Figuren:

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Fig. 1
112	Queue memory	Warteschlangenspeicher
114	Queue memory manager	Warteschlangenspeicher-Verwaltung
100	Input interface	Eingangsschnittstelle
102	Stream identifier	Stromidentifizierung
104a–d	Shaper/policers	Bearbeiter/Überwacher
106	Cherish/urgency multiplexer	Sorgfalt/Dringlichkeit-Multiplexer
108	Rate limiter	Ratenbegrenzer
110	Output interface	Ausgangsschnittstelle

Fig. 2
	The arbitrary loss probabilities and the service rates assigned to the states of the shaper/policer queue	den Zuständen der Bearbeiter/Überwacher-Warteschlange zugeordnete willkürliche Verlustwahrscheinlichkeiten und Abarbeitungsraten

Fig. 3
	The classification probabilities associated with each state of the queue	Die mit jedem Zustand der Warteschlange verbundenen Klassifizierungswahrscheinlichkeiten

Fig. 5
	Size of packet based an configured service rate	Paketgröße auf der Basis der konfigurierten Abarbeitungsrate
	Size of packet based an sampled service rate (faster than mean)	Paketgröße auf der Basis der gesampelten Abarbeitungsrate (schneller als durchschnittlich)
	Size of packet based an sample service rate (slower than mean)	Paketgröße auf der Basis der gesampelten Abarbeitungsrate (langsamer als durchschnittlich)

Fig. 7
	Transported load	übertragene Auslastung
	Offered load	angebotene Auslastung

Fig. 8
703	Timer	Zeitgeber
701	P/S arrival process block	Überwacher/Bearbeiter-Ankunftsbearbeitungsblock
702	Packet ID queue block	Paketidentifizierung-Warteschlangenblock
704	P/S departure process block	Überwacher/Bearbeiter-Abgangbeabbeitungsblock
705	P/S configuration management block	Überwacher/Bearbeiter-Konfigurationsverwaltungsblock
706	Discard probability generator	Verwurfwahrscheinlichkeitsgenerator
707	Service time generator	Abarbeitungszeitgenerator

Fig. 9
814	Urgency queues	Dringlichkeit-Warteschlangen
801	C/U arrival process block	Sorgfalt/Dringlichkeit-Ankunftbearbeitungsblock
806	C/U departure process block	Sorgfalt/Dringlichkeit-Abgangsbearbeitungsblock
807	C/U configuration management block	Sorgfalt/Dringlichkeit-Konfigurationsverwaltungsblock

Fig. 10
	Transported load	übertragene Auslastung
	Offered load	angebotene Auslastung

Claims

Verfahren zur Prioritätszuteilung in einem Informationsfluß in einem Datenübertragungssystem, umfassend: Empfangen einer Anzahl von Datenpaketen und Zuteilen einer Prioritätsstufe an jedes Datenpaket, wobei der Schritt der Zuteilung eines Prioritätslevels gleichzeitig das Bestimmen einer Verlustklasse für das Paket und einer Dringlichkeitsklasse für das Paket umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Prioritätsstufen in Abhängigkeit von der aktuellen Auslastung des Informationsflusses zugeteilt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das des weiteren das Erzeugen eines abgeänderten Informationsflusses umfaßt, in dem die Pakete variable Abstände haben.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Paketfluß mit einem variablen Muster moduliert ist, um dadurch den abgeänderten Informationsfluß zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die variable Beabstandung zufällig ist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die variable Beabstandung pseudo-zufällig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die variable Beabstandung zwischen den Paketen exponentiell verteilt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die variable Beabstandung zwischen den Vorderseiten der Pakete bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem die Beabstandung wenigstens einiger Pakete der Beabstandung im unveränderten Informationsfluß entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Prioritätsstufen in Abhängigkeit vom Zustand einer Warteschlange zugeteilt werden, der der Informationsfluß selektiv zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem jedes Paket selektiv wenigstens einer von einer Anzahl von Warteschlangen zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das des weiteren einen Schritt des Multiplexens der Ausgabe der Warteschlangen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Multiplexens das selektive Verwerfen von Paketen umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das des weiteren die Zuteilung einer Paketidentifizierung zu jedem Paket und das Speichern jedes Pakets der Reihe nach umfaßt, wobei die weitere Verarbeitung auf der Paketidentifizierung basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das des weiteren die Abarbeitung jedes Pakets basierend auf seiner Prioritätsstufe und die Ausgabe jedes Pakets der Reihe nach umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt der Ausgabe jedes Pakets das Zurückholen eines gespeicherten Pakets einschließt.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Datenpakete mit einer eingestellten Geschwindigkeit ausgegeben werden.
Prioritätssteuerung zur Zuteilung einer Priorität in einem Informationsfluß, die folgendes umfaßt: Mittel (104) zur Zuteilung einer Prioritätsstufe zu jedem Paket, die folgendes einschließen: Mittel zum Bestimmen einer Verlustklasse für das Paket und Mittel zum gleichzeitigen Bestimmen einer Dringlichkeitsklasse für das Paket, dadurch gekennzeichnet, daß die Prioritätssteuerung dafür eingerichtet ist, Prioritätsstufen in Abhängigkeit von der aktuellen Auslastung des Informationsflusses zuzuteilen.
Steuerung nach Anspruch 17, die des weiteren Änderungsmittel zum Erzeugen eines abgeänderten Informationsflusses umfaßt, in dem die Pakete variable Abstände haben.
Steuerung nach Anspruch 18, bei der die Änderungsmittel einen Modulator umfassen.
Steuerung nach Anspruch 19, bei der der Modulator den empfangenen Informationsfluß mit einem der folgenden Muster moduliert: einem variablen Muster, einem zufälligen Muster oder einem pseudo-zufälligen Muster.
Steuerung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der die Mittel zur Zuteilung einer Priorität einen Bearbeiter/Überwacher umfassen.
Mehrere parallele Steuerungen nach einem der Ansprüche 17 bis 21 zum Erzeugen mehrerer Informationsflüsse.
Die mehreren Steuerungen nach Anspruch 22, für die außerdem ein Multiplexer zum Multiplexen der mehreren Informationsflüsse vorgesehen ist.
Mehrere kaskadierte Steuerungen nach einem der Ansprüche 17 bis 23 zum Erzeugen mehrerer kaskadierter Informationsflüsse.
Steuerung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, die des weiteren Mittel zum selektiven Zuführen von Paketen zur Warteschlange umfaßt.