专利名称：多路径网中的自动调节的、自主的和离散的通信量分配的方法和网络节点的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于作为对通信量过载或链路故障的反应而进行通信负荷再分配的方法和一种针对具有多路径分配的基于分组的网络的节点。
在网络领域中当今可能最重要的研究是新工艺的研究，以便使得面向分组的数据网和在此首先使得因特网适用于新的业务。这些新的业务首先涉及所谓的实时通信量、诸如语音数据和视频数据。
因特网作为用于发送或传输数据的使用得最多的介质的成功大部分基于其灵活性。借助IP(网际协议(Internet Protocol))工艺来执行所谓的基于目的地的路由选择，也就是执行与目标有关的分组交换。IP分组包含源地址和目标地址，借助这些源地址和目标地址可以在本地进行路由选择抉择。在这一点上，也谈及在每次跳接(per Hop)基础上的路由选择，也就是路由器按照在数据分组中说明的目标地址的标准转交到下一个节点(下一次跳跃)。传统的IP工艺具有以下的重要优点，即在网络中不必保持状态，并且不必对于数据分组的传输预先确定路径。为此，必须容忍以下的缺点，即只在“尽力服务(best-effort)”的基础上可以实现分组的交换，也就是不承担有关业务品质的保证。
独立的网畴(也称为自治系统)的目前最流行的路由选择协议是应用分布式路由选择方法的所谓的OSPF(优先开放最短路径(OpenShortest Path First))协议。网络的拓扑在此对于每个节点是已知的，并且通过所谓的链路状态通告(Link-State-Advertisement)将消息分配给网络的所有节点。基于链路量度(Link-Metriken)，在每个节点中独立地对于所有对于它是已知的目标各计算出最短的路径。一条链路的故障导致重新计算路径。
为了从具有业务品质要求的新业务的角度来改善IP网的业务品质，遵循两种重要的方法。一种方法规定，在一个源极和一个漏极之间或在一个源点和一个目标之间设置多于一条的路径，以便如此通过分配在不同路径上可以对短缺情况或干扰情况作出反应。在此意义上，通过引入同成本多通道(ECMP，Equal Cost Multipath)概念已扩展了路由选择协议OSPF，该同成本多通道概念在一个源极和一个漏极之间实现了同时应用多条、在量度的意义上等长的路径。该方法允许将通信量分配到等长的路径上。该概念的扩展方案还在于，借助通信业务工程机制(Traffic Engineering Mechanism)、也就是以用于检验和控制分组通信量的机制借助所测量的或计算出的网络负荷来优化链路满载。所谓的OSPF-TE(TE通信业务工程(TrafficEngineering))方法尝试，通过与各自链路的满载有关地匹配在网络中所分配的链路量度，来实现在网络中均匀分配通信量。多路径路由选择的方法典型地遵循集中的负荷分配计算，也就是在中央的位置上或由中央实体来抉择，应如何进行分组的分配。
第二种方法是作为固定预留所必需的带宽的结果而集中地确定通过网络的路径。以转换路径来工作的最重要的概念是所谓的多协议标签交换(MPLS，MultiProtocol Label Switching)协议或概念。在该概念的范围内定义通过网络的虚拟路径。在MPLS畴的入口路由器上将到达的分组分配给虚拟的路径。适当地全局选择路径以及选择分组向路径的分配实现了网络中的均匀分配。
用于改善传统的数据网的传输质量的目前的方法使得传统数据网的优点、也即其灵活性和低的复杂性至少部分地又化为乌有。
本发明的任务在于，给出一种多路径路由选择的方法，在该多路径路由选择中，在避免传统方法的缺点的情况下来优化通信量分配或负荷分配。
通过权利要求1和9来解决该任务。
该方法从基于分组工作的网络出发，在该网络中规定多路径路由选择或将分组分配到不同的路径上。该网络利用节点和链路(也称为边或者连接段)来形成。至少对于节点的一部分存在以下的可能性，即在多条不同的路径上将到达的分组发送到它们的目标。针对节点的不同的替代方案或不同的任选项，与数据分组的目标有关地将数据分组转交到下一条链路上，以下应用概念路径阵列(Wegefaecher)或分配阵列(Verteilungsfaecher)。与目标有关的节点的路径阵列由从该节点离开的链路组成，通过这些链路可以将分组路由到该目标。通向目标的路径在此没有必要具有在量度意义上的相等的长度。通常，由在路由选择表格中所确定的单个节点的路由选择标准来给出目标。该目标没有必要与通常在分组中给出的目标地址相同，而是可以例如由目标地址的一部分组成。在IP网中，节点或路由器通常遵循表示网络的地址的部分，IP网终点(例如主机网关(Host Gateway))位于该网络中，该IP网终点对应于该分组的完整的目标地址。
根据本发明，网络的节点独立地或自主地进行分组的分配或将负荷分配到路径阵列的链路上。也自主地通过节点来实现该负荷分配的改变。节点对由它转交到链路上的通信负荷或分组的速率进行监控。现在当在链路中出现过载时，由节点探测到该过载，并且随即导入过载防御措施。最初的过载防御措施在于，将通信量从过载的链路再分配到所属阵列的另外的链路上。相应地可以规定，通过再分配到所属路径阵列的没有故障的链路上来对链路故障作出反应。
本发明具有由节点自主地进行过载防御反应的优点，也就是在本地进行再分配。不必要通过整个网络复杂地发信号或传播消息，该发信号或传播消息可能大大提高路由选择协议的复杂性。此外，不必要中央实体，既不用于检验，又不用于在可能重新计算权重时来确定权重。替代于此地，沿各自节点的阵列来进行重新确定路由选择的权重。关于该实体的可能的干扰，中央控制实体是在本发明中所避免的薄弱环节。
在如可能将分组以任意的比例划分到路径阵列的链路上的意义上，可以连续地实现，根据本发明将通信量再分配或划分到不同的路径上。这与规定固定的划分比例的多路径路由选择的各种当前方法(诸如ECMP)形成了对照。例如可以借助通信量矩阵、也就是链路的所测量的或计算出的通信负荷来实现最佳划分比例的确定。可替换地，可能通过调节过程来优化划分比例。在此，将在再分配通信量时所改变的链路负荷与通信量再分配措施建立关系，并且如此确定避免过载情况的分配措施。
按照一种扩展方案，通过这些单个节点或者通过一个单个节点来逐步地进行负荷再分配。在此，在一个步骤结束之后，在等候时间或时间间隔期间不执行其它的通信量再分配措施。在该时间间隔结束之后，开始负荷再分配的可能必要的下一个步骤。由此，导入防御措施的一个节点的后续的节点具有以下的可能性，即解决可能通过再分配在这些后续节点上形成的过载，并且在这些后续节点方面又再分配通信量。此外，可以通过逐步的负荷匹配来抵制系统的振荡。
对于以下的情况可以扩展本发明主题，其中通过一个阵列内的再分配不能实现过载的解决，或在一条链路故障时，不能将数据分组分配到所属路径阵列的另外的链路上，而不在这些链路中的一条上生成过载。为此，过载的节点将消息至少发送给位于其前面的一个节点，该过载的节点利用该消息来促使位于其前面的节点，在该过载的节点方面在向有关节点传输较少的数据分组的意义上再度进行再分配。位于前面在此涉及分组的路径，这些分组被分配到由过载或链路故障所涉及的分配阵列上。该方法可以递归地或级联式地扩展到位于相关节点的前面的节点上，以致每个节点在它这方面又向位于它前面的节点发送消息，该每一个节点获得用于请求再分配的消息，但是不能通过在一个或多个阵列之内进行再分配来实现，以致这些节点在它们这方面又通过再分配来减少通信量。在此，当在用于促使再分配的消息中含有了关于所必需的通信负荷减小、也就是例如它的类型和它的范围的信息时，是有意义的。当网络的边缘节点获得用于减小过载的消息时，该方法则通常导致极限。因为边缘节点通常不能借助在网络内所应用的用于传送消息的协议来与另一个网络的节点进行通信。为了减少从这种边缘节点离开的通信量，这种边缘节点可以减少在网络存取控制(Netzzugangskontrolle)的范围内由它允许进入网络中的通信量，以便如此引起所必需的通信负荷降低。常常在数据网中采用存取控制，这些存取控制应在遵守业务品质特征的情况下来确保传输。
本发明主题也包含了网络节点或路由器，该网络节点或路由器是借助通信量过载来配备的，并且被配备用于将通信量再分配到另外的、从节点离开的链路上。这种节点也附加地备有用于发送消息的装置，其中，这些消息在位于前面的节点中可以引起通信量的再分配。这些装置例如包含了支持发送消息所基于的协议的软件模块。
以下在实施例的范围内借助两幅附图来详细阐述本发明主题。其中
图1示出具有节点和链路的网络片断。
图2示出所属的表格，该表格具有关于分配给在网络片断中示出的节点的分配阵列的数据。
图1中示出了节点1至6和链路(节点之间的连接)LIJ，其中I、J由{1，2，3，4，5，6，7}组成。在此，给链路分配方向。例如链路L31从节点3引向节点1。如果规定了应从节点1向节点3发送分组，则节点3和1之间的所属的物理链路上的总通信量由链路L31的和链路L13的通信量共同组成。为了简单起见，在该图中只示出了具有一个方向的链路。图2示出具有不同的从节点3离开的路径阵列的表格。第一列D(D代表目的地)说明了从节点3所转交的分组的目标或漏极。在此简化地假设，另外示出的节点中的每一个节点可被考虑作为发送分组的目标。第二列说明了通向各自目标的路径阵列WF。例如，对于通过节点1给出的目标定义由三条链路组成的阵列，其中，一条链路直接引向节点1，而另外两条链路分别通过节点2或7。在该表格的第三列中说明了分配比例R(R代表比例)或到该分配阵列或路径阵列上的负荷分配。如此，将通信量的70％直接导向节点1，而另外的30％通过节点2或节点7发送到它们的目标、即节点1。类似地说明了通向节点2、4、5、6和7的分配阵列。按照路径的优先级已确定分配比例，直接连接具有较高的分配权重。现在当在节点3和节点1之间的链路L31故障时，根据本发明，节点3可以通过节点2和7分配通向节点1的通信量，其方式是节点3相应地改变分配权重。由于已通过节点1和节点3之间的链路L13发送了通信量的大部分，所以可以通过再分配引起节点3和节点7之间的链路L37上的过载和节点3和节点2之间的链路L32上的过载。为了降低该过载，节点3发送消息给节点4和节点5，以便减少导向它的通信量。根据获得该消息，节点4和节点5改变它的通向由节点1给出的目标的分组的通信量分配。例如，节点5通过节点6和7代替通过节点3来路由选择通向节点1的通信量的较大的分量。而节点4提高了通过节点2导向节点1的通信量的分量。以此方式，由此来达到节点3和7以及3和2之间的链路L37和L32上的负荷减小，即位于前面的节点、也即5和4通过链路L54、L42和L21以及L56、L67和L71引导更多的通信量。在具有非常多的节点的实际的网络中，当由它采取的措施不会导致通信量的必要的降低时，节点5通常可具有一个位于它前面的、它又可以给其发送消息的节点。
权利要求
1.用于在利用节点(1，2，3，4，5，6，7)和链路(L31，L32，L37，L71，L21，L42，L43，L67，L53，L54，L56)形成的基于分组的网络中作为对通信量过载或者链路故障的反应而进行通信负荷再分配的方法，该网络具有分组的多路径分配，其中，至少对于所述节点的一部分，可以将具有同一目标的分组分配到至少两条链路上，这些链路属于被分配给所述目标的路径阵列(L31，L32，L37)，因此-通过节点(3)来确定，在从该节点(3)离开的链路(L31)上所述通信负荷超出上限，或者一条从该节点(3)离开的链路(L31)故障，-通过所述节点(3)与外部控制实体无关地来进行通信负荷再分配，其方式是将在未改变负荷分配时将通过所离开的链路(L31)引导的分组的至少一部分引导到一个或多个另外的、从所述节点(3)离开的链路(L32，L37)上，这些链路(L32，L37)被分配给所述同一路径阵列(L31，L32，L37)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，-逐步地与所述过载的分量有关地进行通信负荷再分配，和-在一个步骤结束之后，等候直至导入下一个步骤的时间间隔。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，-当通过所述通信负荷再分配未达到，所述通信负荷低于所述上限，而在一条从所述节点离开的链路上未超过另一个上限时，发送消息给关于通过所述路径阵列(L31，L32，L37)所分配的分组位于前面的节点(4，5)，通过该消息引起该位于前面的节点(4，5)的通信负荷再分配，以减少由其向所发送的和通过所述路径阵列(L31，L32，L37)所分配的通信负荷。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，-出于再分配这些位于前面的节点的通信负荷的目的，发送消息给所有关于通过所述路径阵列(L31，L32，L37)所分配的分组直接位于前面的节点(4，5)，以减少由其向所发送的和通过所述路径阵列(L31，L32，L37)所分配的通信负荷。
5.按权利要求3或4所述的方法，其特征在于，-所述消息含有关于所必需的通信负荷减小的信息。
6.按权利要求5之一所述的方法，其特征在于，-被通知的位于前面的节点(4，5)在其方面寄送消息给位于其前面的节点，该被通知的位于前面的节点(4，5)通过通信负荷再分配未能达到有关节点的必需的通信负荷减小，而没有引起进一步超过通信负荷的上限，由此促使通过通信量再分配或通过发送消息给位于前面的节点来进行所必需的通信负荷降低。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，-从所述有关节点(3)或者从一个位于前面的节点(4，5)获得消息的位于前面的节点要么通过通信负荷再分配来实现按照所获得的消息所必需的通信负荷降低，要么发送至少一条消息给一个位于前面的节点，以降低通信负荷。
8.按权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，-边缘节点通过减小对网络的存取控制的界限来引起所必需的通信负荷降低，该边缘节点获得用于降低位于前面的节点的通信负荷的消息。
9.针对具有多路径分配的、基于分组的网络的节点(3)，其具有-用于识别从该节点(3)离开的链路上的通信量过载的装置，和-用于将通信量再分配到另外的从所述节点(3)离开的、和属于同一分配阵列的链路上的装置。
10.按权利要求9所述的节点(3)，其具有-用于将消息发送给关于通过所述分配阵列(L31，L32，L37)所发送的分组位于前面的节点(4，5)的装置，以请求降低由所述位于前面的节点(4，5)所传输的通信量的通信量。
全文摘要
根据本发明，在利用节点(1，2，3，4，5，6，7)和链路(L31，L32，L37，L71，L21，L42，L43，L67，L53，L54，L56)形成的基于分组的网络中作为对通信量过载或者链路故障作出的反应，执行通信负荷再分配，该网络具有分组到所属的路径阵列(L31，L32，L37)的另外的链路(L23，L37)上的多路径分配。通过直接位于有关链路(L31)的前面的节点(3)来自主地执行再分配。按照一种扩展方案，通知位于有关节点(3)的前面的节点(4，5)，并且在它们这方面，当通过由有关节点(3)的再分配不能达到路径阵列(L31，L32，L37)中的无过载时，为了减小有关节点(3)的负荷促使再分配。本发明说明一种预防过载和干扰情况的机制，该机制与具有中央控制实体的网络相比较，通过节点的自主权明显更灵活和更少易出故障地作出反应。
文档编号H04L12/56GK1792065SQ200480013311
公开日2006年6月21日 申请日期2004年5月13日 优先权日2003年5月15日
发明者C·格鲁伯尔, T·施瓦布, S·布滕维希 申请人:西门子公司