DE10125337A1 - Verfahren zum hohen Durchsatz von Datenpaketen durch Netzknoten und Netzknoten mit hoher Durchsatzrate - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zeitlichen Steuerung der Ausgabe von Datenpaketen aus einem Netzknoten. Die Datenpakete werden anhand ihrer zugewiesenen Datenübertragungsraten in Gruppen (qrk) sortiert. Die zu den Gruppen (qrk) gehörenden Datenübertragungsraten sind jeweils ein ganzzahliges Vielfaches einer Basisdatenübertragungsrate (r0). Danach werden den eine Gruppe (qrk) anführenden Datenpaketen Ausgabezeitpunkte zugewiesen, wobei die Anzahl der Datenpakete einer Gruppe (qrk), denen Ausgabezeitpunkte zugewiesen werden, dem ganzzahligen Vielfachen der Gruppe (qrk) entspricht.

Description

Die Erfindung bezieht sich generell auf das Gebiet der Daten­ übertragung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfah­ ren zur zeitlichen Steuerung der Ausgabe von Datenpaketen aus einem Netzknoten und einen Netzknoten, welcher gemäß dem Ver­ fahren gesteuert wird.

In einem Netz zu Datenübertragungszwecken wird ein Punkt, an welchem verschiedene Datenübertragungskanäle zusammenlaufen, als Netzknoten bezeichnet. Ein Netzknoten kann durch unter­ schiedliche Netzelemente realisiert sein. Beispielsweise kann dieses ein Router, welchem Datenpaketvermittlungsaufgaben zu­ fallen, oder ein Gateway, welches Protokollumsetzungen durch­ führt, sein. Andere Ausführungen eines Netzknotens sind bei­ spielsweise Switches (Schalter oder Datenpaketverteiler), Bridges (Brücken) oder Hubs (Systemkonzentratoren oder Stern­ verteiler), welche eine Hardware-basierte Netzkopplung unter Auswertung von Adreßinformationen der einzelnen Datenpakete bewirken. Gemeinsam sind den unterschiedlichen Realisierungs­ formen eines Netzknotens, daß Datenpakete an einem oder meh­ reren Eingängen des betrachteten Netzknotens eingehen und daß die Datenpakete an einem oder mehreren Ausgängen des Netzkno­ tens nach einer gewissen Verweilzeit in dem Netzknoten ausge­ geben werden.

In Fig. 1 ist ein Verfahren zur zeitlichen Steuerung der Aus­ gabe von Datenpaketen aus einem Netzknoten dargestellt, wie es häufig im Stand der Technik Verwendung findet. Bei dem vorliegenden Verfahren handelt es sich bei sämtlichen be­ trachteten Datenpaketen um Zellen, d. h. um Datenpakete mit einer für alle Datenpakete gleichen Datenlänge. In den Netz­ knoten können Datenpakete nicht nur einzeln, sondern auch in größeren Einheiten, wie z. B. in Datenströmen, eingehen. Der Begriff Datenstrom bezeichnet eine Folge von hintereinander­ hängenden Datenpaketen, die von einem bestimmten Sender stam­ men und für einen bestimmten Empfänger vorgesehen sind. In den Netzknoten eingehende Datenströme werden in einem Puffer­ speicher in Warteschlangen qi (i = 1, . . ., N) (Queue) zwi­ schengespeichert. In einer Warteschlange qi kann mehr als ein Datenstrom abgelegt werden. Die einzelnen Elemente einer War­ teschlange qi, in welchen jeweils genau ein Datenpaket abge­ legt werden kann, sind mit Identifikationsnummern behaftet. Die Identifikationsnummern können somit zur Identifizierung der in den jeweiligen Elementen der Warteschlangen qi abge­ legten Datenpakete herangezogen werden.

Die Datenpakete verweilen solange in den Warteschlangen qi, bis ihnen Ausgabezeitpunkte aus dem Netzknoten zugewiesen werden. Diese Zuweisung erfolgt beispielsweise gemäß dem vor­ liegenden bekannten Verfahren. Dazu werden diejenigen Daten­ pakete, welche in den Warteschlangen qi an vorderster Stelle stehen, einem Element j (j = 1, . . ., N) einer Zeittabelle C (Calendar) zugeordnet. Die Anzahl der Elemente j der Zeitta­ belle C ist gleich der Anzahl der Warteschlangen qi. Es kann folglich jeder Warteschlange qi genau ein Element j der Zeit­ tabelle C zugeordnet werden, so daß die Zeittabelle C stets mit höchstens einem Datenpaket aus jeder Warteschlange qi in Beziehung steht. Den Elementen j der Zeittabelle C werden sukzessive Ausgabezeitpunkte vtj für die zugehörigen Datenpa­ kete zugewiesen. Dabei bezeichnet der Ausgabezeitpunkt vtj beispielsweise den Zeitpunkt, zu welchem mit der Ausgabe des betreffenden Datenpakets aus dem Netzknoten begonnen wird. Der Ausgabezeitpunkt vt(j+1) des dem Element j nachfolgenden Elements j+1 berechnet sich aus dem Ausgabezeitpunkt vtj des mit dem Element j assoziierten Datenpakets und der Zeit Lj/rj, die zur Ausgabe des Datenpakets benötigt wird, wobei Lj für die Anzahl der Bits und rj für die Datenübertragungs­ rate des Datenpakets stehen:

vt (j+1) = vtj + Lj/rj (1)

Die Ausgabezeitpunkte vtj werden den betreffenden, in den Warteschlangen qi zwischengespeicherten Datenpaketen zuge­ führt, so daß diese Datenpakete zu den vorgegebenen Ausgabe­ zeitpunkten vtj aus dem Netzknoten ausgegeben werden können. Anschließend werden die in den Warteschlangen qi den ausgege­ benen Datenpaketen nachfolgenden Datenpakete den Elementen j der Zeittabelle C zugeordnet und diesen werden Ausgabezeit­ punkte vtj zugewiesen.

Das Verfahren der Ausgabe der Datenpakete aus den Warte­ schlangen qi entspricht einem FIFO-Verfahren (First in - First out). Dabei werden die Datenpakete einer Warteschlange qi in der Reihenfolge ausgegeben, in der sie auch in den Netzknoten eingegangen sind. Dadurch bleibt die Reihenfolge der Datenpakete innerhalb eines Datenstroms auch bei der Aus­ gabe der Datenpakete gewahrt.

Ein gravierender Nachteil des in Fig. 1 dargestellten Verfah­ rens ist seine relativ große Komplexität. Die Komplexität ei­ nes derartigen Verfahrens ist in erster Linie durch die An­ zahl der Schritte bestimmt, welche durchgeführt werden müs­ sen, um die in der Zeittabelle C eingetragenen Ausgabezeit­ punkte vtj zu vergleichen und in der richtigen Reihenfolge hintereinander zu reihen. Dabei wächst die Komplexität des Verfahrens mit dem Logarithmus der Anzahl der Elemente j der Zeittabelle C an. Folglich steigt die Komplexität des vorlie­ genden Verfahrens auch bei einer höheren Anzahl von Warte­ schlangen qi. Da derzeit immer höhere Datenübertragungsraten in Datennetzen erforderlich werden, ist der dem vorliegenden Verfahren zugrundeliegende Algorithmus zur Steuerung der Aus­ gabezeitpunkte vtj der Datenpakete aus dem Netzknoten oftmals nicht akzeptabel.

Ein ebenfalls bekanntes Verfahren, welches ein schnelleres Versenden der Datenpakete als das in Fig. 1 gezeigte Verfah­ ren ermöglicht, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Grundidee die­ ses Verfahrens ist es, die Datenpakete anhand ihrer zugewie­ senen Datenübertragungsraten zu sortieren. Dazu werden die in den Netzknoten eingegangenen Datenströme zunächst wieder in einem Pufferspeicher in Warteschlangen qi zwischengespei­ chert. Den Warteschlangen qi ist jeweils eine feste Daten­ übertragungsrate für die in ihnen abgelegten Datenpakete zu­ gewiesen. Die die Warteschlangen qi anführenden Datenpakete werden in Gruppen qrk (k = 1, 2, 3, . . .) sortiert, wobei jede Gruppe qrk ausschließlich Datenpakete mit der gleichen zuge­ wiesenen Datenübertragungsrate rk enthält. Darüber hinaus enthält jede Gruppe qrk höchstens ein Datenpaket aus jeder Warteschlange qi. Den die Gruppen qrk anführenden Datenpake­ ten werden wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren Elemente einer Zeittabelle C zugewiesen, wodurch ihnen Ausgabezeit­ punkte vtj aus dem Netzknoten zugeteilt werden. Für jede Gruppe qrk ist genau ein Element der Zeittabelle C vorgese­ hen. Sobald ein Datenpaket aus dem Netzknoten ausgegeben wur­ de, rückt in die zugehörige Gruppe qrk ein Datenpaket aus der Warteschlange qi, in welcher sich das ausgegebene Datenpaket ursprünglich befand, an die letzte Stelle der zugehörigen Gruppe qrk nach. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, daß jeder Warteschlange qi ein bestimmtes Element einer be­ stimmten Gruppe qrk zugeteilt ist, welches nach der Ausgabe eines Datenpakets mit dem in der Warteschlange qi nachfolgen­ den Datenpaket besetzt wird.

Des weiteren kann vorgesehen sein, daß nicht Datenpakete auf die Gruppen qrk verteilt werden, sondern daß lediglich Iden­ tifikationsnummern der Datenpakete, die durch die zugehörigen Elemente der Warteschlangen qi bestimmt sind, auf die Gruppen qrk verteilt werden. Durch die Identifikationsnummern sind die zugehörigen Datenpakete eindeutig bestimmt. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Ausgabeverfahrens erhöht, da die Da­ tenpakete während des Abarbeitens des Algorithmus in den War­ teschlangen qi verbleiben können.

In der Regel ist die Zahl der unterschiedlichen Datenübertra­ gungsraten rk kleiner als die Anzahl der Warteschlangen qi, so daß durch das vorliegende Verfahren die Komplexität der Zeittabelle C reduziert wird, wodurch im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren ein höherer Durchsatz von Datenpa­ keten pro Zeiteinheit durch den Netzknoten ermöglicht wird. Allerdings sind die mit dem vorliegenden Verfahren erzielba­ ren Datenübertragungsraten immer noch zu gering, um Netzwerk­ raten von 2,5 Gbit/s oder 10 Gbit/s zuverlässig verarbeiten zu können. Bei derart hohen Netzwerkraten wäre die Zwischenspei­ cherungsmöglichkeit in dem Pufferspeicher des Netzknotens zu irgendeinem Zeitpunkt unweigerlich erschöpft, und es käme zu Datenverlusten. Besonders für zeitkritische Anwendungen, wie z. B. bei Echtzeitsystemen oder bei Audio- und Videoübertra­ gungen z. B. über das Internet, ist es daher notwendig, Mecha­ nismen bereitzustellen, welche eine schnelle Datenübertragung gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur zeitli­ chen Steuerung der Ausgabe von Datenpaketen aus einem Netz­ knoten und einen gemäß diesem Verfahren gesteuerten Netzkno­ ten zu schaffen, mit welchem eine schnelle Ausgabe der Daten­ pakete aus dem Netzknoten ermöglicht wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur zeitlichen Steuerung der Ausgabe von Datenpaketen aus einem Netzknoten. Das Ver­ fahren basiert darauf, daß nach dem Eingang der Datenpakete in den Netzknoten die Datenpakete in Warteschlangen zwischen­ gespeichert werden, welchen jeweils eine feste Datenübertra­ gungsrate für die in ihnen abgelegten Datenpakete zugeordnet ist. In einem Verfahrensschritt (a) wird mindestens ein Teil der Datenpakete, welches beispielsweise die die Warteschlan­ gen anführenden Datenpakete sein können, in Gruppen sortiert. Dabei werden Datenpakete mit gleichen Datenübertragungsraten derselben Gruppe zugewiesen. Somit weisen alle Datenpakete einer Gruppe die gleiche Datenübertragungsrate auf. Die Da­ tenübertragungsrate, die mit einer bestimmten Gruppe assozi­ iert werden kann, ist stets das Produkt aus einem gruppenspe­ zifischen Multiplikator und einer Basisdatenübertragungsrate. Der gruppenspezifische Multiplikator ist dabei eine natürli­ che Zahl. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht dar­ in, daß in einem Verfahrensschritt (b) den Datenpaketen, die jeweils eine Gruppe anführen, Ausgabezeitpunkte aus dem Netz­ knoten zugewiesen werden, wobei die Anzahl der Datenpakete einer Gruppe, die aus dem Netzknoten ausgegeben werden, dem Multiplikator der Gruppe entspricht. In Abhängigkeit von der Anzahl der in den Netzknoten eingegangenen Datenpakete werden anschließend gegebenenfalls den in den Gruppen an die vorder­ sten Stellen nachrückenden Datenpaketen ebenfalls Ausgabe­ zeitpunkte gemäß dem Verfahrensschritt (b) zugewiesen. Der Verfahrensschritt (b) kann eventuell sooft wiederholt werden, bis sämtliche in den Netzknoten eingegangenen Datenpakete wieder ausgegeben wurden.

Es kann auch vorgesehen sein, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anstelle der Datenpakete Identifikationsnummern, die sich den Datenpaketen aufgrund der Einreihung der Daten­ pakete in die Warteschlangen eineindeutig zuordnen lassen, den Gruppen anhand der zugehörigen Datenübertragungsraten zu­ geordnet werden. In diesem Fall werden die Ausgabezeitpunkte den Identifikationsnummern zugewiesen. Anschließend wird ein Rückbezug zu den zugehörigen Datenpaketen hergestellt, um die Datenpakete aus dem Netzknoten ausgeben zu können.

Die mit den Gruppen assoziierbaren Datenübertragungsraten sind ganzzahlige Vielfache der Basisdatenübertragungsrate. Da die Zahl der in einem Durchlauf des Verfahrensschritts (b) ausgegebenen Datenpakete einer Gruppe beispielsweise gleich dem gruppenspezifischen Multiplikator ist, werden um so mehr Datenpakete einer Gruppe in einem Durchlauf des Verfahrens­ schritts (b) ausgegeben, je größer die Datenübertragungsrate der betreffenden Gruppe ist. Dieses bedeutet beispielsweise, daß bei zwei Gruppen, wobei die Datenübertragungsrate der ei­ nen Gruppe doppelt so groß ist wie die Datenübertragungsrate der anderen Gruppe und wobei die Datenpakete beider Gruppen in ihren Datenlängen übereinstimmen, doppelt so viele Daten­ pakete der einen Gruppe im Vergleich zu der Zahl der Datenpa­ kete der anderen Gruppe aus dem Netzknoten ausgegeben werden. Dieses ist von Vorteil, da dadurch in einem bestimmten Zeit­ intervall immer eine ganze Zahl von Datenpaketen, die pro Zeitintervall alle aus derselben Gruppe stammen, aus dem Netzknoten ausgegeben wird, wodurch das Ausgabeverfahren er­ heblich beschleunigt wird. Die Ausgabe kann dann auf einfache Weise von einem Zähler anhand dieses Zeitintervalls gesteuert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Verfahrensschritt (b) zum Zuweisen der Ausgabezeitpunkte in mehrere Teilschritte aufgegliedert. Dazu werden zunächst die Identifikationsnummern der die Gruppen anführenden Daten­ pakete bzw. die Identifikationsnummern, welche die Gruppen anführen, Elementen einer Übergruppe zugeordnet. Jedes Ele­ ment der Übergruppe enthält die Identifikationsnummer eines Datenpakets oder ist diesem zumindest durch eine Zuordnung zugewiesen. Die Anzahl der Datenpakete einer Gruppe, deren Identifikationsnummern der Übergruppe zugeordnet werden, bzw. die Anzahl der Identifikationsnummern einer Gruppe, die der Übergruppe zugeordnet werden, entspricht dem Multiplikator der Gruppe. Nach dem Bilden der Übergruppe werden den Elemen­ ten der Übergruppe Ausgabezeitpunkte zugewiesen. Dabei erhält beispielsweise ein in der Übergruppe weiter vorne stehendes Element einen früheren Ausgabezeitpunkt als ein in der Über­ gruppe weiter hinten stehendes Element. Vorteilhafterweise wird zum Anweisen der Ausgabezeitpunkte mindestens ein Ele­ ment der Übergruppe einem Element einer Zeittabelle zugeord­ net, in welcher dem mindestens einen Element ein Ausgabezeit­ punkt zugewiesen wird. Diese Zuordnung von Elementen der Übergruppe zu der Zeittabelle kann gegebenenfalls mit weite­ ren Elementen der Übergruppe mehrfach durchgeführt werden. Anschließend werden die Ausgabezeitpunkte von den Elementen der Übergruppe oder dem betreffenden Element der Zeittabelle an die den Elementen zugeordneten Datenpakete weitergeleitet, so daß die betreffenden Datenpakete zu den vorgegebenen Aus­ gabezeitpunkten aus dem Netzknoten ausgegeben werden können.

Es kann vorgesehen sein, daß die Elemente der Übergruppe stets den jeweils gleichen Gruppen zugeordnet sind, d. h. es müssen lediglich die Identifikationsnummern der die Gruppen anführenden Datenpakete in die Übergruppe eingetragen werden, wobei die Positionen der Identifikationsnummern bereits fest­ gelegt sind.

Durch das erfindungsgemäße Erzeugen einer Übergruppe weist das vorliegende Verfahren entscheidende Vorteile gegenüber bisherigen, dem gleichen Zweck dienenden Verfahren auf. Bei­ spielsweise wird in jedem Durchlauf des Verfahrens nur einer Identifikationsnummer, welcher einem Element der Übergruppe zugeordnet ist, über die Zeittabelle ein Ausgabezeitpunkt zu­ geteilt. Dadurch wird die Komplexität der Zeittabelle wesent­ lich reduziert und folglich die Ausgaberate des Netzknotens gegenüber bekannten Verfahren erhöht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß als Basisdatenübertragungsrate die Datenübertra­ gungsrate der Gruppe mit der niedrigsten Datenübertragungsra­ te herangezogen wird. In der Regel wird durch diese Maßnahme sichergestellt, daß die Datenübertragungsraten aller übrigen Gruppen ein ganzzahliges Vielfaches der Basisdatenübertra­ gungsrate sind.

Vorteilhafterweise sind die Datenpakete Zellen mit einer fe­ sten Datenlänge und gehen beispielsweise in Datenströmen in den Netzknoten ein. Bei einer festen Datenlänge muß zur Be­ rechnung der Länge der Ausgabezeit der jeweiligen Zelle nur die Datenübertragungsrate dieser Zelle berücksichtigt werden. Dieses vereinfacht den Algorithmus zur Ausgabe der Datenpake­ te aus dem Netzknoten in erheblichem Maße. Des weiteren wei­ sen Zellen den Vorteil auf, daß die auszuwertenden Informa­ tionen immer an den gleichen Stellen der Zellen stehen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Netzknoten ein ATM-Knoten (Asynchronous Transfer Mode) ist. Ein ATM-Knoten analysiert lediglich den Kopf eines Datenpakets, um die Nutzdaten weiterzuleiten. Diese Analyse geschieht hardwaremäßig ohne den Zugriff auf Softwareroutinen. Dadurch wird die Effektivität der Übermitt­ lung von Datenpaketen gesteigert.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl auf Netzkno­ ten mit Vermittlungs- oder Protokolltransferfunktionen (Router bzw. Gateways) als auch auf sämtliche anderen Netz­ knoten, wie z. B. Switches, Bridges oder Hubs, anwenden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Netzknoten, der mindestens einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern von Datenpaketen in Warteschlangen enthält. Jeder Warteschlange ist eine Datenübertragungsrate für die in ihr befindlichen Datenpakete zugeordnet. Des weiteren weist der Netzknoten er­ ste Mittel auf, die zum Sortieren der Datenpakete bzw. von Identifikationsnummern der Datenpakete in Gruppen dienen. Die ersten Mittel weisen Datenpakete mit gleichen Datenübertra­ gungsraten bzw. deren Identifikationsnummern derselben Gruppe zu. Somit ist jede Gruppe durch eine spezifische Datenüber­ tragungsrate charakterisiert, welche gleich dem Produkt aus einem gruppenspezifischen Multiplikator und einer Basisdaten­ übertragungsrate ist. Ferner umfaßt der Netzknoten zweite Mittel, deren Aufgabe es ist, den eine Gruppe anführenden Da­ tenpaketen bzw. den eine Gruppe anführenden Identifikations­ nummern die Ausgabezeitpunkte der zugehörigen Datenpakete aus dem Netzknoten zuzuweisen. Dabei entspricht die Anzahl der in einem Zyklus auszugebenden Datenpakete einer Gruppe dem Mul­ tiplikator der Gruppe.

In analoger Weise zu dem erfindungsgemäßen Verfahren gestat­ tet es der erfindungsgemäße Netzknoten beispielsweise, bei gleicher Datenlänge aller Datenpakete in einem bestimmten Zeitintervall immer eine ganze Zahl von Datenpaketen aus­ zugeben. Dieses bedingt eine erhebliche Verkürzung der Zeit, die zur Ausgabe der Datenpakete benötigt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur zeitlichen Steuerung der Ausgabe von Datenpa­ keten aus einem Netzknoten gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ver­ fahrens zur zeitlichen Steuerung der Ausgabe von Datenpaketen aus einem Netzknoten gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 3 sind Warteschlangen qi (i = 1, . . ., N) eines Netz­ knotens gezeigt, in denen in den Netzknoten eingegangene Da­ tenpakete zwischengespeichert werden. In dem vorliegenden er­ findungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist allen Datenpaketen gemeinsam, daß sie die gleichen Datenlängen aufweisen. Jeder Warteschlange qi ist eine Datenübertragungsrate zugewiesen, mit welcher die in ihr abgelegten Datenpakete aus dem Netz­ knoten ausgegeben werden sollen. Des weiteren setzen sich die Warteschlangen qi aus einzelnen Elementen zusammen, in wel­ chen jeweils ein Datenpaket abgespeichert ist. Jedes Element einer Warteschlange qi weist eine spezifische Identifikati­ onsnummer auf. Durch die Identifikationsnummer ist ebenfalls das in dem betreffenden Element der Warteschlange qi abgeleg­ te Datenpaket charakterisiert.

Die Identifikationsnummern der Datenpakete werden anhand der Datenübertragungsraten der zugehörigen Datenpakete in Gruppen qrk (k = 1, 2, 3) sortiert. Dabei werden die Identifikations­ nummern derjenigen Datenpakete, welche die gleichen Daten­ übertragungsraten aufweisen, derselben Gruppe qrk zugewiesen.

Jede Gruppe qrk enthält höchstens ein Datenpaket aus jeder Warteschlange qi. Erst sobald ein zu einer Warteschlange qi gehörendes Datenpaket aus dem Netzknoten ausgegeben wurde, kann die Identifikationsnummer des in der Warteschlange qi dem ausgegebenen Datenpaket nachfolgenden Datenpakets in die zugehörige Gruppe qrk aufgenommen werden.

Die Motivation zur Bildung der Gruppen qrk ist die hohe Wahr­ scheinlichkeit, daß die Anzahl der unterschiedlichen Daten­ übertragungsraten und somit auch die Anzahl der Gruppen qrk wesentlich kleiner ist als die Anzahl Warteschlangen qi. Auf­ grund dessen kann der Algorithmus zum Versenden der Datenpa­ kete aus dem Netzknoten wesentlich schneller abgearbeitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf einen Netzknoten an­ wendbar, sofern die zu den Gruppen qrk gehörenden Datenüber­ tragungsraten jeweils ein ganzzahliges Vielfaches einer Ba­ sisdatenübertragungsrate r0 darstellen. Üblicherweise ist die Basisdatenübertragungsrate r0 die Datenübertragungsrate der Gruppe qrk mit der niedrigsten Datenübertragungsrate. In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Verfahrens weist die Gruppe qr1 die niedrigste Daten­ übertragungsrate auf. Die Datenübertragungsraten aller weite­ ren Gruppen qrk sind das k-fache der Basisdatenübertragungs­ rate r0.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Identifika­ tionsnummern, welche die Gruppen qrk anführen, Elementen ei­ ner Übergruppe qü zugeordnet. Dazu werden aus jeder Gruppe qrk die k Identifikationsnummern, welche die zugehörige Grup­ pe qrk anführen, der Übergruppe qü zugeordnet. Beispielsweise weist das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung die drei Gruppen qr1, qr2 und qr3 auf. Von der Gruppe qr1 wird die erste Identifikationsnummer, von der Gruppe qr2 werden die ersten zwei Identifikationsnummern und von der Gruppe qr3 werden die ersten drei Identifikationsnummern der Übergruppe qü zugeordnet. Durch diese Zuordnung ist die An­ zahl der Elemente der Übergruppe qü eindeutig bestimmt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt die Übergruppe qü sechs Elemente. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Elemente der Übergruppe qü jeweils einer bestimmten Gruppe qrk fest zugeordnet sind. Anschließend wird ein Element der Übergruppe einer Zeittabelle C zugeordnet. Dort wird dem Element ein Ausgabezeitpunkt zugewiesen. Dieser Ausgabezeitpunkt wird an das zugehörige Datenpaket in einer der Warteschlangen qi wei­ tergeleitet und das betreffende Datenpaket wird zu dem zuge­ wiesenen Ausgabezeitpunkt aus dem Netzknoten ausgegeben. Da­ nach erhält das nächste Element der Übergruppe qü einen Aus­ gabezeitpunkt mittels der Zeittabelle C. Das vorliegende Ver­ fahren hat im Vergleich zu den in den Fig. 1 und 2 darge­ stellten Verfahren den Vorteil, daß die Komplexität der Zeit­ tabelle C sehr klein ist, da die Zeittabelle C in dem erfin­ dungsgemäßen Ausführungsbeispiel nur ein Element aufweist.

Die Zuordnung zwischen der Übergruppe qü und der Zeittabelle C kann beispielsweise mittels eines Zeigers (Pointer) bewerk­ stelligt werden. Ein Zeiger ist eine Variable, die eine Adresse einer anderen Variablen im Speicher enthält. Über diese Adresse kann auf den Wert der anderen Variablen zuge­ griffen werden.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beispielsweise in einem ersten Zeitintervall ein zu der Gruppe qr1 gehören­ des Datenpaket ausgegeben. In einem zweiten Zeitintervall werden zwei Datenpakete der Gruppe qr2 ausgegeben und in ei­ nem dritten Zeitintervall erfolgt die Ausgabe von drei Daten­ paketen der Gruppe qr3. Danach wird wieder ein Datenpaket der Gruppe grl ausgegeben und der Zyklus wiederholt sich von neu­ em. Sämtliche Zeitintervalle weisen die gleichen Zeitlängen auf, da die Datenübertragungsraten der zu den Gruppen qr2 bzw. qr3 gehörenden Datenpakete das doppelte bzw. dreifache der Basisdatenübertragungsrate r0 betragen und alle Datenpa­ kete die gleichen Datenlängen aufweisen. Aufgrund dieser Ver­ einfachung des Algorithmus zur Steuerung der Ausgabe der Da­ tenpakete läßt sich eine sehr schnelle Ausgabe der Datenpake­ te aus dem Netzknoten erzielen.

Es ist denkbar, daß die Zeittabelle C mehr als ein Element aufweist. Die weiteren Elemente der Zeittabelle C würden sich beispielsweise auf weitere Übergruppen, die mit weiteren War­ teschlangen assoziiert wären, beziehen. Mittels eines Zeigers könnten die Elemente der Zeittabelle angesteuert werden und ihnen Ausgabezeitpunkte zugewiesen werden. Dabei müßte ge­ währleistet sein, daß das Element der Zeittabelle C, welches der Zeiger zu einem bestimmten Zeitpunkt ansteuert, zu diesem Zeitpunkt eine gültige Zuordnung zu einem auszugebenden Da­ tenpaket aufweist. Um dieses Kriterium zu erfüllen, müßten alle vorhergehenden Verfahrensschritte mit der entsprechenden Geschwindigkeit vollzogen werden.

In dem Netzknoten können sich auch Datenpakete befinden, de­ nen eine Datenübertragungsrate zugewiesen ist, welche kein ganzzahliges Vielfaches der Basisdatenübertragungsrate r0 ist. Beispielsweise können die Datenübertragungsraten dieser Datenpakete ganzzahlige Vielfache weiterer Basisdatenübertra­ gungsraten sein. Neben der Basisdatenübertragungsrate r0 kön­ nen folglich weitere Basisdatenübertragungsraten vorhanden sein. Das Vorhandensein weiterer Basisdatenübertragungsraten führt zu weiteren Gruppen, weiteren Übergruppen und letztend­ lich zu weiteren Elementen der Zeittabelle C. Es können in dem Netzknoten des weiteren Datenpakete zwischengespeichert sein, deren Datenübertragungsraten sich keiner Basisdaten­ übertragungsrate zuordnen lassen. Die Ausgabe dieser Datenpa­ kete aus dem Netzknoten wird ebenfalls von der Zeittabelle C gesteuert. Beispielsweise kann dazu die betreffende Daten­ übertragungsrate als eine weitere Basisdatenübertragungsrate verstanden werden. Das bedeutet, daß durch das erfindungsge­ mäße Verfahren und den erfindungsgemäßen Netzknoten die Aus­ gabe sämtlicher Datenübertragungsraten, mit welchen die Da­ tenpakete behaftet sind, unterstützt wird.

Claims (26)

1. Verfahren zur zeitlichen Steuerung der Ausgabe von Daten­ paketen aus einem Netzknoten, wobei die Datenpakete in dem Netzknoten in Warteschlangen (qi) zwischengespeichert vorlie­ gen und jeder Warteschlange (qi) eine Datenübertragungsrate für die in ihr befindlichen Datenpakete zugeordnet ist, und bei welchem folgende Schritte durchlaufen werden:

• a) Sortieren einer Anzahl von Datenpaketen bzw. Sortieren von Identifikationsnummern von einer Anzahl von Datenpa­ keten in Gruppen (qrk), wobei
  • - Datenpakete mit gleichen Datenübertragungsraten bzw. deren Identifikationsnummern derselben Gruppe (qrk) zugewiesen werden, und
  • - die zu einer Gruppe (qrk) gehörende Datenübertra­ gungsrate das Produkt aus einem gruppenspezifischen Multiplikator und einer Basisdatenübertragungsrate (r0) ist; und
• b) Zuweisen von Ausgabezeitpunkten aus dem Netzknoten zu den eine Gruppe (qrk) anführenden Datenpaketen bzw. zu den eine Gruppe (qrk) anführenden Identifikationsnum­ mern, wobei die Anzahl der Datenpakete einer Gruppe (qrk), denen Ausgabezeitpunkte zugewiesen werden, dem Multiplikator der Gruppe (qrk) entspricht, wobei der Schritt (b) entsprechend der Anzahl der Datenpakete ge­ gebenenfalls mehrfach durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) folgende Teilschritte aufweist:

• 1. Zuordnen der Identifikationsnummern der die Gruppen (qrk) anführenden Datenpakete bzw. der die Gruppen (qrk) anführenden Identifikationsnummern zu Elemen­ ten einer Übergruppe (qü), wobei
  • - jedem Element der Übergruppe (qü) die Identifika­ tionsnummer eines Datenpakets zugeordnet wird, und
  • - die Anzahl der Datenpakete einer Gruppe (qrk), de­ ren Identifikationsnummern der Übergruppe (qü) zu­ geordnet werden, bzw. die Anzahl der Identifikati­ onsnummern einer Gruppe (qrk), die der Übergruppe (qü) zugeordnet werden, dem Multiplikator der Gruppe (qrk) entspricht;
• 2. Anweisen von Ausgabezeitpunkten an die Elemente der Übergruppe (qü); und
• 3. Zuweisen der Ausgabezeitpunkte von den Elementen der Übergruppe (qü) zu den den Elementen zugehörigen Da­ tenpaketen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (b2) mindestens ein Element der Übergruppe (qü) einem Element einer Zeittabelle (C) zugeordnet wird, in welcher dem mindestens einen Element ein Ausgabezeit­ punkt zugewiesen wird, und daß dieser Verfahrensschritt gegebenenfalls mit weiteren Elementen der Übergruppe (qü) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Basisdatenübertragungsrate (r0) die Datenübertra­ gungsrate der Gruppe (qrk) verwendet wird, welche die niedrigste Datenübertragungsrate aufweist.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich in jeder Gruppe (qrk) höchstens ein Datenpaket aus derselben Warteschlange (qi) befindet.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenpakete bzw. deren Identifikationsnummern, die in den Warteschlangen (qi) an vorderster Stelle stehen, in die Gruppen (qrk) sortiert werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Element der Übergruppe (qü) ein Element einer Gruppe (qrk) eineindeutig zugeordnet ist.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung eines Elements der Übergruppe (qü) zu der Zeittabelle (C) mittels eines Zeigers vollzogen wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenpakete Zellen mit einer festen Datenlänge sind.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenpakete in Datenströmen in den Netzknoten ein­ gehen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Warteschlangen (qi) jeweils eine Mehrzahl von Datenströmen zwischenspeicherbar sind.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Netzknoten ein ATM-Knoten ist.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Netzknoten ein Router oder ein Gateway oder ein Switch oder eine Bridge oder ein Hub ist.

14. Netzknoten, mit
mindestens einem Pufferspeicher zum Zwischenspeichern von in den Netzknoten eingegangenen Datenpaketen in Warte­ schlangen (qi), wobei jeder Warteschlange (qi) eine Daten­ übertragungsrate für die in ihr befindlichen Datenpakete zugeordnet ist,
ersten Mitteln zum Sortieren der Datenpakete bzw. von Identifikationsnummern der Datenpakete in Gruppen (qrk), wobei die ersten Mittel derart ausgelegt sind, daß sie Da­ tenpakete mit gleichen Datenübertragungsraten bzw. deren Identifikationsnummern derselben Gruppe (qrk) zuweisen, wobei die zu einer Gruppe (qrk) gehörende Datenübertra­ gungsrate das Produkt aus einem gruppenspezifischen Multi­ plikator und einer Basisdatenübertragungsrate (r0) ist, und
zweiten Mitteln zum Anweisen von Ausgabezeitpunkten aus dem Netzknoten an die eine Gruppe (qrk) anführenden Daten­ pakete bzw. an die eine Gruppe (qrk) anführenden Identifi­ kationsnummern, wobei die Anzahl der in einem Zyklus aus­ zugebenden Datenpakete einer Gruppe (qrk) dem Multiplika­ tor der Gruppe (qrk) entspricht.

15. Netzknoten nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die zweiten Mittel folgende Mittel aufweisen:
• - dritte Mittel zum Zuordnen der Identifikationsnummern der die Gruppen (qrk) anführenden Datenpakete bzw. der die Gruppen (qrk) anführenden Identifikationsnummern zu Elementen einer Übergruppe (qü), wobei
• - jedem Element der Übergruppe (qü) die Identifikati­ onsnummer eines Datenpakets zuordnungsbar ist, und
• - die Anzahl der Datenpakete einer Gruppe (qrk), deren Identifikationsnummern der Übergruppe (qü) zugeordnet werden, bzw. die Anzahl der Identifikationsnummern einer Gruppe (qrk), die der Übergruppe (qü) zugeord­ net werden, dem Multiplikator der Gruppe (qrk) ent­ spricht,
• - vierte Mittel zum Anweisen von Ausgabezeitpunkten an die Elemente der Übergruppe (qü), und
• - fünfte Mittel zum Zuweisen der Ausgabezeitpunkte von den Elementen der Übergruppe (qü) zu den den Elementen zugehörigen Datenpaketen.

16. Netzknoten nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vierten Mittel derart ausgelegt sind, daß sie min­ destens ein Element der Übergruppe (qü) einem Element ei­ ner Zeittabelle (C) zuordnen, in welcher dem mindestens einen Element ein Ausgabezeitpunkt zugewiesen wird, und daß sie gegebenenfalls eine analoge Zuordnung mit den wei­ teren Elementen der Übergruppe (qü) durchführen.

17. Netzknoten nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisdatenübertragungsrate (r0) die Datenübertra­ gungsrate der Gruppe (qrk) ist, welche die niedrigste Da­ tenübertragungsrate aufweist.

18. Netzknoten nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich in jeder Gruppe (qrk) höchstens ein Datenpaket aus derselben Warteschlange (qi) befindet.

19. Netzknoten nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenpakete bzw. deren Identifikationsnummern, die in den Warteschlangen (qi) an vorderster Stelle stehen, in die Gruppen (qrk) sortiert werden.

20. Netzknoten nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Element der Übergruppe (qü) ein Element einer Gruppe (qrk) eineindeutig zugeordnet ist.

21. Netzknoten nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung eines Elements der Übergruppe (qü) zu der Zeittabelle (C) mittels eines Zeigers vollziehbar ist.

22. Netzknoten nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenpakete Zellen mit einer festen Datenlänge sind.

23. Netzknoten nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenpakete in Datenströmen in den Netzknoten ein­ gehen.

24. Netzknoten nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß in den Warteschlangen (qi) jeweils eine Mehrzahl von Datenströmen zwischenspeicherbar sind.

25. Netzknoten nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Netzknoten ein ATM-Knoten ist.

26. Netzknoten nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Netzknoten ein Router oder ein Gateway oder ein Switch oder eine Bridge oder ein Hub ist.