Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Anordnung und einen Netzknoten zur Übermittlung von Informationen in einem Kommunikationsnetz.

In aktuellen Kommunikationsnetzen oder Datenübertragungsnetzen werden von den Nutzern zunehmend höhere Datenübertragungsraten gewünscht. Übertragungsverfahren, die hohe Übertragungsraten auch in den Teilnehmeranschlussnetzen (Access-Networks) eines Kommunikationsnetzes bereitstellen können, sind beispielsweise Verfahren, die nach dem xDSL-Verfahren arbeiten. Mit Hilfe dieser Übertragungsverfahren können die Betreiber von Kommunikationsnetzen ihren Kunden auch breitbandige Anschlüsse beispielsweise an das Internet anbieten, mittels derer die Teilnehmer zahlreiche Anwendungen oder Applikationen zunehmend einfacher und schneller nutzen können.

Mit der Nachfrage nach diesen unterschiedlichen Diensten bzw. Services, d.h. mit der Nachfrage nach mehreren unabhängigen Datenströmen, steigen jedoch auch die an die angeschlossenen Teilnehmer zu übertragenden Datenmengen. Dabei ergibt sich innerhalb des Kommunikationsnetzes ein Ressourcenproblem. So übersteigen die den Kunden angebotenen Datenmengen oftmals die dem einzelnen Kunden tatsächlich zur Verfügung gestellte Bandbreite. Das bedeutet, dass nicht die gesamte Datenmenge direkt an den Teilnehmer übertragen werden kann. Einzelne Daten können z.B. erst verzögert übermittelt oder müssen ganz verworfen werden.

Um die Verwaltung der anfallenden Datenmengen zu bewerkstelligen bzw. um die unterschiedlichen Datenströme oder Datenflüsse zu lenken und zu organisieren, existieren in aktuellen Datennetzen so genannte Verkehrsfluss-Verwaltungseinrichtungen. Diese Management-Einrichtungen bestimmen über den für die einzelnen Teilnehmer bestimmten Verkehrsfluss, d.h. über die Übermittlung der Daten an jeden an das Netz angeschlossenen Teilnehmer. Mittels dieses Verkehrsfluss- bzw. Traffic-Managements (auch: Datenstrom-Verwaltung) wird somit sichergestellt, dass keine "Daten-Verstopfungen" innerhalb des Netzes auftreten, indem das anfallende Datenaufkommen derart organisiert wird, dass die jeweils vorhandene Bandbreite zur Übermittlung der Daten zu jedem Zeitpunkt verfügbar ist. Dabei werden die Leitungen zu den einzelnen angeschlossenen Teilnehmern durch das Traffic-Management überwacht und nur eine unproblematische Menge an Daten an die Teilnehmer übermittelt.

Moderne Kommunikationsnetze besitzen zumeist ein so genanntes "Backbone", d.h. ein breitbandiges Hauptnetz, in dem ausreichend Übertragungskapazität vorhanden ist. Die oben erwähnten Engpässe für die Datenübertragung entstehen also vor allem in jenen Bereichen des Netzes, in denen weniger Bandbreite zur Verfügung steht – üblicherweise in den Anbindungsleitungen zu den Endgeräten der Teilnehmer. Diese Teilnehmeranschlussleitungen verbinden die angeschlossenen Endgeräte mittels beispielsweise Kupferleitungen mit einer ersten vermittlungsseitigen Instanz. Ein solcher erster Anbindungspunkt der Vermittlungsseite wird z.B. als "Access Node" oder DSLAM ("Digital Subscriber Line Access Multiplexer") bezeichnet und bindet eine Vielzahl von Teilnehmern an das Hauptnetz an.

Zwischen DSLAM und Backbone befindet sich zumeist noch das so genannte "Aggregation Network". An dieses sind auf einer ersten Seite beispielsweise mehrere DSLAMs geschaltet, deren Datenflüsse zusammengefasst werden, eine zweite Seite des Aggregation Networks ist mit zumindest einem "Service Edge" verbunden. Service Edge bzw. Edge Device ("Zugangseinrichtung") ist dabei die Bezeichnung für jene Einrichtung in einem Netzwerk, von der aus eine Weiterleitung der Daten in das Hauptnetz erfolgt. Dies kann beispielsweise ein so genannter Broadband Remote Access Server (GRAS) oder ein einfacher IP-Router (IP: "Internet Protocol") sein.

Der Abschnitt des Kommunikationsnetzes von Endgerät bis zum Edge Device wird als Zugangsnetz oder Access Network bezeichnet.

Während ältere Zugangsnetzwerke meist nur eine Zugangseinrichtung zum Hauptnetz, also nur ein Edge Device, besitzen, geht man bei der Architektur von neueren Netzwerken dazu über, das Access Network über mehrere verschieden Edge Devices mit dem Backbone zu verbinden ("Multi-Edge-Netzwerk"). Da die von mehreren Edge Devices an einen einzelnen Teilnehmer übermittelten Daten jedoch nicht synchronisiert sind, führt dies zu dem Problem, dass es vermehrt auch bereits innerhalb des Aggregation Networks zu Daten-Engpässen kommen kann. Beispielsweise kann es bei annähernd zeitgleichem Übermitteln von großen Datenmengen ausgehend von unterschiedlichen Edge Devices zu ein und demselben Teilnehmer zu so genannten "Bursts", also Verkehrsspitzen, kommen, die wiederum zu Verzögerungen oder Datenverlusten im Aggregation Network führen können.

Ein in den einzelnen Edge Devices integriertes Verkehrsfluss-Management, wie es bei einigen Aggregation Networks mit nur einer Zugangseinrichtung verwendet wird, kann dabei das erläuterte Problem nicht lösen. Die Verkehrsflusssteuereinrichtungen der einzelnen Edge Devices kommunizieren in aktuellen Kommunikationsnetzen nicht miteinander, was bei Anordnung beispielsweise mehrerer Edge Devices innerhalb eines Aggregation Networks zu Stauungen von in Richtung der Teilnehmer ausgesendeten Datenströmen führen kann.

Wird das Verkehrsfluss-Management beispielsweise an den teilnehmerseitigen Anschlusspunkten des Access Nodes durchgeführt, so offenbart sich ein anderes Problem: In diesem Fall wäre zwar einerseits eine Überwachung der Teilnehmeranschlussleitungen und somit eine Begrenzung des für einen einzelnen Teilnehmer bestimmten Datenverkehrs möglich, andererseits können mittels derzeitiger, mit den Anschlussleitungen verbundenen Management-Einrichtungen jedoch Verhandlungen über die so genannten Dienstgütevereinbarungen ("Service Level Agreements") aktuell nur mit einem einzelnen Edge Device durchgeführt werden. Mit Hilfe derartiger Dienstgütevereinbarungen werden im Allgemeinen Absprachen über die einzelnen angeforderten Dienste erledigt, d.h. es werden die Eigenschaften und Parameter der Dienste verhandelt, beispielsweise die dem Dienst zur Verfügung gestellte Bandbreite oder eine Priorität. Beinhaltet das Aggregation Network allerdings mehr als eine Zugangseinrichtung, handelt es sich bei dem Netz also um ein Multi-Edge-Netzwerk, so kann ein an der Teilnehmeranschlusseinrichtung angeordnetes Verkehrsfluss-Management unter Umständen keine Dienstgütevereinbarungen mehr treffen.

Des Weiteren ist eine Anordnung des Traffic Managements in einem der Access Nodes in jedem Fall kostenintensiv. Da aktuelle Access Nodes jedoch möglichst kostengünstig sein sollten, werden diese daher vorzugsweise möglichst einfach ausgestaltet, d.h. nicht mit aufwändigen Funktionalitäten ausgestattet.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Verkehrsfluss-Verwaltung für Kommunikationsnetze mit mehreren Zugangseinrichtungen bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie von einer Anordnung und einem Netzknoten gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 9 und 11 gelöst.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Übermittlung von Informationen in einem Kommunikationsnetz, bei dem über ein Anschlussnetz Datenströme von mehreren Zugangseinrichtungen zu einem Teilnehmer übermittelt werden und zumindest ein Teil der Datenströme über zumindest einen Netzknoten des Anschlussnetzes in Richtung des Teilnehmers übermittelt wird, erfolgt dabei eine Steuerung des zumindest einen Teils der Datenströme durch den zumindest einen Netzknoten.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die in einem Anschlussnetzwerk von mehreren Zugangseinrichtungen an einen Teilnehmer übermittelten Datenströme gesteuert werden können.

Vorteilhaft umfasst die Steuerung des zumindest einen Teils der Datenströme ein Verkehrsfluss-Management der Datenströme und/oder eine Aufteilung der im Anschlussnetz nutzbaren Ressourcen auf die Datenströme – Ansprüche 2 und 3. Hierdurch kann ein Verkehrsfluss-Management in modernen Anschlussnetzwerken bereitgestellt werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Anordnung und ein Netzknoten können den weiteren Ansprüchen entnommen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen detaillierter erläutert.

Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines aktuellen Teilnehmeranschlussnetzes,

2 eine schematische Darstellung des Datenstrom-Managements in einem Multi-Edge-Netzwerk und

3 ein Beispiel der Funktionsweise des Datenstrom-Managements.

Im Folgenden wird allgemein der prinzipielle Aufbau eines aktuellen Teilnehmeranschlussnetzes (Access Network – AN) erläutert. Hierzu sind zur Veranschaulichung alle wesentlichen Komponenten eines solchen Netzabschnitts (AN) eines Kommunikationsnetzes (KN) in der Darstellung aus 1 eingezeichnet. Mehrere Teilnehmer (TN1 ... TN9) sind über drei Anschlussknoten ("Access Nodes" – AN1, AN2, AN3) mit dem Netzwerk (KN) verbunden. Die Access Nodes (AN1, AN2, AN3) sammeln die Daten der Teilnehmer (TN1 ... TN9) bzw. leiten die für die angeschlossenen Teilnehmer (TN1 ... TN9) bestimmten Datenströme an die entsprechenden Teilnehmer (TN1 ... TN9) weiter. Vermittlungsseitig sind die Anschlussknoten (AN1, AN2, AN3) beispielsweise mit den Switches SW1 und SW2 des Aggregation Networks (AN) verbunden. Switches (SW1, SW2) sind Netzwerkkomponenten, die unter anderem Vermittlungsfunktionen innerhalb eines Kommunikationsnetzes KN ausüben. Derartige Switches (SW1, SW2) können z.B. untereinander verbunden sein (SW1 mit SW2), oder sie sind die letzten Knotenpunkte des Aggregation Networks AN (in 1: SW2) vor den so genannten Zugangseinrichtungen, die den Übergang in das Hauptnetz des Kommunikationsnetzes KN bilden. In 1 sind zwei Edge Devices eingezeichnet, beispielsweise ein so genannter "Broadband Remote Access Server" (GRAS), der den Zugang zu einem Netz eines Internet Service Providers (IP-Netz) darstellt, sowie ein weiterer IP-Edge, der beispielsweise einen direkten Zugang zu einem beliebigen anderen IP-Netz darstellt (IP: "Internet Protocol").

Des Weiteren sind in 1 beispielhaft mögliche Positionen zur Anordnung des erfindungsgemäßen Datenstrom-Mangements eingezeichnet. Dabei kann der "Traffic Manager" (TM) einerseits z.B. am letzten Switch SW2 angeordnet sein (TM(1)), um bereits am ersten Punkt, an dem alle von den Edge Devices GRAS bzw. IP-Edge kommenden Datenströme gebündelt vorliegen, eine Verkehrsfluss-Organisation durchzuführen. Es ist jedoch auch denkbar – beispielsweise bei großen örtlichen Abständen – das Traffic Management für einzelne oder alle Teilnehmer in teilnehmernäheren Netzknoten unterzubringen (etwa in SW1 (TM(2)) oder direkt an den Teilnehmeranschlussleitungen im Access Node AN1 bzw. DSLAM (TM(3))). Es muss nur gewährleistet bleiben, dass beim Verkehrsfluss-Management für einen bestimmten Teilnehmer der Traffic Manager an einem Punkt im Netz angeordnet ist, durch den der gesamte für den entsprechenden Teilnehmer bestimmte Datenstrom fließt.

Erfindungsgemäß wird bei der Positionierung des Verkehrsfluss-Managements insbesondere auf den Aspekt der Wirtschaftlichkeit Wert gelegt. So gilt es abzustimmen, wo das Traffic Management aus Sicht des Netzbetreibers am günstigsten angeordnet werden kann. Im Allgemeinen wird dies möglichst weit innerhalb des Kommunikationsnetzes KN sein, an zentralen Knoten, die leicht und kostengünstig zu erreichen sind und an denen eine große Anzahl an Teilnehmeranschlüssen zusammengefasst werden. Vorteilhaft sollte das Traffic Management beispielsweise innerhalb des Aggregation Networks AN möglichst nah an den Zugangseinrichtungen (GRAS und IP-Edge) durchgeführt werden, beispielsweise an dem in Richtung Teilnehmer ersten Netzknoten (SW2 mit TM(1)) des Aggregation Netzwerks AN, an dem alle für den entsprechenden Teilnehmer bestimmten Datenströme konzentriert und weitergeleitet werden. Lediglich bei besonderen äußeren Umständen wie bei außergewöhnlich großen örtlichen Ausmaßen des Zugangsnetzwerks kann sich eine teilnehmernähere Durchführung des Verkehrsfluss-Managements (z.B. TM(3) in AN1) als kostengünstiger erweisen.

In 2 ist in einer vergrößerten Darstellung der schematische Aufbau des in 1 dargestellten Traffic Managements (TM(1), TM(2), TM(3)) dargestellt. Ganz rechts sind in 2 zahlreiche unterschiedliche Datenströme (ST1,..., ST9) eingezeichnet, die von mehreren unterschiedlichen Service Providern stammen können und für einen Teilnehmer bestimmt sind. Die Bezugzeichen innerhalb der Klammern der Beschriftungen der Datenströme geben beispielhaft an, von welchem Service Provider ein bestimmter Datenstrom stammt und wahlweise zudem mit welcher Priorität der entsprechende Strom behandelt werden soll. So bedeutet etwa ST4 (Serv 2, Prio medium), dass Datenstrom ST4 von Service Provider 2 stammt und eine mittlere Priorität besitzt. Als mögliche Prioritäten werden in diesem Beispiel in abnehmender Reihenfolge die fünf Stufen "am höchsten" ("highest"), "hoch" ("high"), "mittel" ("medium"), "niedrig" ("low") und "am niedrigsten" ("lowest") angenommen. Besitzt der betreffende Datenstrom keine zugeordnete Priorität, so fehlt in 2 eine Angabe zur Priorität.

Des Weiteren sind in 2 durch "BW" mehrere Einrichtungen zum Einschränken der Bandbreite, so genannte "Bandwidth Limiter" eingetragen. Das Traffic Management ist somit in der Lage, an den betreffenden Stellen die den einzelnen oder auch den logisch verbundenen Datenströmen zur Verfügung stehende Bandbreite vorzugeben.

In 2 sind zudem noch einige so genannte "Scheduler" eingetragen. Diese regulieren unter anderem die zeitliche Abfolge, in der die an den jeweiligen Scheduler-Positionen auf eine Weitervermittlung wartenden Datenströme verarbeitet werden. Das Warten vor bzw. das "Anstellen" an einem Scheduler wird auch mit dem englischen Begriff "Queuing" bezeichnet, die einzelnen Datenströme vor einem Scheduler als "Queue".

In den Schedulern können die einzelnen Queues abhängig von unterschiedlichen Kriterien weitergeleitet werden. Am geläufigsten sind hierbei z.B. das "round robin"-Verfahren (RR), eine Weiterbehandlung nach dem Priority-Queuing" (PQ) und das "Weighted-Fair-Queuing" (WFQ). Beim round-robin-Verfahren werden die am Scheduler anliegenden Datenströme stets der Reihe nach weitervermittelt. Das bedeutet, dass von jedem anliegenden Datenstrom reihum eine feste Anzahl von Bits weitergeleitet wird. Anders werden die Datenströme beim Priority-Queuing verarbeitet. Bei dieser Art des Schedulings werden die anliegenden Datenströme strikt nach ihrer Priorität weitervermittelt. Das Weighted-Fair-Queuing schließlich verbindet die beiden zuvor erläuterten Verfahren. Hier wird zwar auch jeweils reihum von allen anliegenden Datenströmen eine gewisse Anzahl an Bits übertragen, die jeweilige Anzahl dieser Bits hängt jedoch von der dem entsprechenden Datenstrom zugeordneten Priorität ab. Von Datenströmen mit einer höheren Priorität werden in jedem einzelnen Übertragungsschritt pro Zeitintervall mehr Bits weitergeleitet als von Datenströmen mit einer geringeren Priorität.

Wie in 2 dargestellt, wird es durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Datenstrom-Verwaltung in einem Kommunikationsnetz somit ermöglicht, die Datenströme einzeln zu behandeln. In 2 werden beispielsweise die ersten acht Datenströme (ST1,..., ST8) direkt in ihrer Bandbreite eingeschränkt. Lediglich Datenstrom DS9 kann zuletzt uneingeschränkt Bandbreite beanspruchen. Des Weiteren ist in 2 zu sehen, wie der Traffic Manager mehrere Datenströme desselben Service Providers unterschiedlich behandelt (bspw. ST1, ST2, ST8 und ST9) oder wie einzelne, von unterschiedlichen Service Providern stammende Datenströme kombiniert und gemäß derselben Vorschriften weitervermittelt werden (bspw. ST5, ST6 und ST7). Zusätzlich werden mehrere Scheduler eingesetzt, die einzelne oder logisch verbundene Datenströme nach bestimmten Verfahren weiter übermitteln. Auch die logisch verbundenen Datenströme können, wie in 2 zu sehen, mit weiteren Bandwidth Limitern erneut in der ihnen gemeinsam zur Verfügung stehenden Bandbreite beschränkt werden.

Es gilt zu beachten, dass die Darstellung in 2 lediglich eine beispielhafte Ausführung eines Traffic Managements beschreibt. Die einzelnen Bandwidth Limiter, Scheduler sowie alle weiteren Management-Funktionen können auf beliebige Art eingefügt, ausgelassen, verknüpft und ausgestaltet sein.

3 zeigt schließlich ein weniger komplexes Ausführungsbeispiel der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens. In diesem Beispiel existieren in einem Zugangsnetzwerk für einen Teilnehmer vier Datenströme, die von drei unterschiedlichen Service Providern stammen. Bei dem ersten Datenstrom handelt es sich um Voice-over-IP-Daten (VOIP), es handelt sich dabei also beispielsweise um ein Angebot eines Voice Services (Sprachübermittlungsdienst), mit dessen Hilfe Telefongespräche über ein IP-Netz vermittelt werden können. Ein zweiter Datenstrom stammt von einem Broadcast Service, hierbei werden z.B. Fernsehprogramme über ein IP-Netz übertragen (IPTV). Ein dritter Service Provider schließlich stellt verschiedene Dienste durch einen Hochgeschwindigkeits-Internetanschluss ("High Speed Internet" – HSI) zur Verfügung, in diesem Beispiel etwa zum einen einen Video-on-Demand-Dienst (VOD) und zum anderen eine Best-Effort-Internetverbindung (Best Effort), also einen Zugang zum Internet, bei dem jeweils so viel wie möglich der zur Verfügung stehenden Bandbreite genutzt werden soll.

Durch das Traffic Management werden die für die Sprachdienste benötigten Daten bandbreitenbegrenzt. Dies kann direkt am Queue-Ausgang mittels eines Bandwidth Limiters geschehen, da der erste Datenstrom (VoIP) der einzige Datenstrom ist, der einem Sprachdienst zugeordnet ist. Das Traffic Management begrenzt somit die für Sprachdienste zur Verfügung stehende Bandbreite gemäß dem Service Level Agreement für Sprachdienste ("Service-Shaping"). Auf ähnliche Weise wird auch die für IPTV-Dienste nutzbare Bandbreite direkt am Queue-Ausgang des zweiten Datenstroms (IPTV) begrenzt. Wie in 3 zu sehen ist, wird der zweite Datenstrom (IPTV) ebenfalls bandbreitenbegrenzt ("Queue-Shaping"). Der dritte Datenstrom (VoD) bleibt auf dieser Ebene unbegrenzt, ebenso wie der Best-Effort-Datenstrom (Best-Effort).

Da sowohl der zweite Datenstrom (IPTV) als auch der dritte Datenstrom (VoD) zum Leistungsmerkmal "Video" gehören, werden diese beiden Ströme vom Traffic Management zusammengefasst. Dies geschieht in einem Scheduler, der in diesem Fall nach dem "Weighted-Fair-Queuing"-Prinzip arbeitet (WFQ). Der gemeinsame, alle Video-Services repräsentierende Datenfluss wird anschließend gemäß den Vereinbarungen im Service Level Agreement für Video-Dienstleistungen bandbreitenbegrenzt ("Group-Shaping").

In einem abschließenden Schritt werden die Datenflüsse der drei verschiedenen Services (Sprache, Video, Internet) ein letztes Mal auf eine auf der Teilnehmeranschlussleitung erzielbare Bandbreite begrenzt. Dabei werden die einzelnen Datenströme zuerst mittels eines Schedulers zusammengefasst. Wie in 3 zu sehen, arbeitet der Scheduler dabei nach dem Strict-Priority-Verfahren, d.h. es werden die mit der höchsten Priorität versehenen Datenströme bevorzugt weitervermittelt. Ein nach dem Scheduler angeordneter Bandwidth Limiter stellt abschließend sicher, dass die auf der Teilnehmeranschlussleitung vorhandene Bandbreite nicht überschritten wird.