DE10231247B4 - Method for determining the load in a telecommunications network - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Last in einem Kommunikationsnetz mit Netzelementen, wie internen Knoten und Links, und mit Zugangsknoten, wobei die Zugangsknoten aus jeweils einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten bestehen und von angeschlossenen Endgeräten und/oder anderen Netzen Datenpakete zu- und ableiten, wobei die internen Knoten und Links nach Routing-Algorithmen Pfade bilden, über welche die Datenpakete von einem Eingangsknoten zu einem Ausgangsknoten geleitet werden, und wobei die internen Knoten Datenpakete mit einer lastabhängigen Markierung versehen, dadurch gekennzeichnet,
– dass die internen Knoten mindestens zwei unterschiedliche Markierungsalgorithmen anwenden in Abhängigkeit davon, welcher Typ im Header des jeweils weiterzuleitenden Datenpakets angegeben ist,
– dass die Eingangsknoten entsprechend der Zahl der unterschiedlichen Markierungsalgorithmen jeweils pro Pfad einen vorgegebenen Anteil der Datenpakete mit einem der vorgegebenen Typen kennzeichnen und
– dass zur Bestimmung der Markierungsraten der verwendeten Markierungsalgorithmen die Ausgangsknoten die Zahl der empfangenen markierten Datenpakete entsprechend dem Verhältnis der Zahlen der einzelnen...Method for determining the load in a communication network with network elements, such as internal nodes and links, and with access nodes, the access nodes each consisting of an input node and an output node and sending and receiving data packets from connected terminals and / or other networks, the internal ones According to routing algorithms, nodes and links form paths via which the data packets are routed from an input node to an output node, and the internal nodes provide data packets with a load-dependent marking, characterized in that
That the internal nodes use at least two different marking algorithms, depending on which type is specified in the header of the data packet to be forwarded in each case,
- that the input nodes, in accordance with the number of different marking algorithms, identify a predetermined proportion of the data packets with one of the predetermined types per path and
- that the output nodes determine the number of received marked data packets in accordance with the ratio of the numbers of the individual ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Last in einem Kommunikationsnetz mit Netzelementen, wie internen Knoten und Links, und mit Zugangsknoten, wobei die Zugangsknoten aus jeweils einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten bestehen und von angeschlossenen Endgeräten und/oder anderen Netzen Datenpakete zu- und ableiten, wobei die internen Knoten und Links nach Routing-Algorithmen Pfade bilden, über welche die Datenpakete von einem Eingangsknoten zu einem Ausgangsknoten geleitet werden, und wobei die internen Knoten Datenpakete mit einer lastabhängigen Markierung versehen.The invention relates to a method to determine the load in a communication network with network elements, like internal nodes and links, and with access nodes, the Access node consisting of an input node and an output node exist and from connected devices and / or other networks Forward and derive data packets, with the internal nodes and links according to routing algorithms form paths over which the data packets are routed from an input node to an output node, and wherein the internal nodes have data packets with a load-dependent label Mistake.

Zur Erfassung von Überlastungen bzw. Blockierungen im Internet ist es durch Kadangode K. Ramakrishnan, Sally Floyd and David Black, IETF RFC 3168: The Addition of Explicit Congestion Notification (ECN) to IP, September 2001 bekanntgeworden, denjenigen Datenpakete, welche mindestens einen internen Knoten durchlaufen haben, bei dem eine Überlastung festgestellt wurde, eine Markierung, bestehend aus einem entsprechend gesetzten Bit, hinzuzufügen. Beim Empfang des Datenpaketes im Ausgangsknoten kann somit festgestellt werden, ob mindestens einer der zur Übertragung dieses Datenpaketes benutzten Knoten und Links hoch belastet oder überlastet ist. Das obengenannte Dokument ist ebenso wie die weiter unten genannten Dokumente der IETF (Internet Engineering Task Force) unter der Adresse http://www.ietf.org/rfc.html verfügbar.For the detection of overloads or blockages in the Internet is by Kadangode K. Ramakrishnan, Sally Floyd and David Black, IETF RFC 3168: The Addition of Explicit Congestion Notification (ECN) to IP, September 2001 Data packets that pass through at least one internal node have an overload was found a mark consisting of a corresponding added bit. When the data packet is received in the output node, it can thus be determined be whether at least one of the to transmit this data packet used nodes and links is heavily loaded or overloaded. The above Like the documents mentioned below, the document is the IETF (Internet Engineering Task Force) at http://www.ietf.org/rfc.html available.

Bei den bekannten Verfahren zur lastabhängigen Markierung wird unter Last nicht die Rechenlast am Vermittlungsknoten verstanden, sondern die Übertragungslast am ausgehenden Link. Dies beinhaltet die implizite Annahme, dass die Vermittlungskapazität des Vermittlungsknotens immer ausreichend ist und hohe Last oder Überlast nur entsteht, wenn die Summe des Verkehrs für einen bestimmten Ausgangslink dessen Kapazität überschreitet.In the known methods for load-dependent marking the load does not mean the computing load at the switching node, but the transmission load on the outgoing link. This implicitly implies that the mediation capacity of the switching node is always sufficient and high load or overload only arises when the sum of traffic for a particular exit link whose capacity exceeds.

Die bekannten Verfahren zur lastabhängigen Markierung können unterschieden werden inThe known methods for load-dependent marking can can be distinguished into

  • – Warteschlangen-orientiert (hier wird markiert, wenn die Warteschlange bestimmte Füllhöhen überschreitet),- Queue-oriented (is marked here if the queue exceeds certain filling levels),
  • – Raten-orientiert (hier wird in Abhängigkeit von der Verkehrsrate markiert),- Rate-oriented (depending here marked by the traffic rate),
  • – virtuelle Warteschlangen (hier wird ein virtuelles System mitgeführt, bei dem die Übertragungskapazität kleiner ist als beim realen System; wenn die Warteschlange im virtuellen System bestimmte Füllhöhen überschreitet, wird im realen System markiert).- virtual Queues (here a virtual system is carried, at which the transmission capacity smaller is as with the real system; when the queue is virtual System exceeds certain filling levels, is marked in the real system).

Die bekannten Verfahren gehen davon aus, dass nicht verschiedene dieser Markierungsalgorithmen in einem Kommunikationsnetz angewendet werden.The known methods assume this from that not different of these labeling algorithms in one Communication network can be applied.

Für verschiedene Zwecke kann es jedoch sinnvoll sein, verschiedene Markierungsalgorithmen quasi gleichzeitig anzuwenden und bei der Auswertung getrennt zu berücksichtigen. Bei den bekannten Verfahren kann jedoch aus dem einmal markierten Datenpaket kein Rückschluss auf den jeweils angewandten Markierungsalgorithmus vorgenommen werden.For however, it can be useful for different purposes, quasi different marking algorithms to be used simultaneously and to be taken into account separately in the evaluation. In the known methods, however, the data packet once marked can be used no conclusion on the marking algorithm used in each case.

Bei einem durch WO 02/07381 A2 bekannt gewordenen Verfahren zur Stau-Verwaltung werden je nach Länge der Warteschlangen verschiedene Maßnahmen ergriffen, wobei ein verschieden großer Anteil der von dem jeweiligen Knoten ausgehenden Datenpakete markiert werden. Eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Markierungsalgorithmen beim Eintreffen von markierten Datenpaketen im Ausgangsknoten ist nicht vorgesehen.In one that has become known through WO 02/07381 A2 Traffic jam management procedures involve different measures depending on the length of the queues seized, with a different proportion of that of each Outbound data packets are marked. A distinction between different marking algorithms on arrival of marked Data packets in the output node are not provided.

Von der Anmelderin wurde in DE 102 04 088 bereits ein Verfahren zur Bestimmung der Last in einem Kommunikationsnetz mit Netzelementen vorgeschlagen, bei welchem die von allen Ausgangsknoten abgeleiteten Werte der Markierungsraten in ein Gleichungssystem eingebracht werden. Ferner wurde von der Anmelderin in der Patentanmeldung DE 102 04 089 ein Verfahren zur Zugangskontrolle zu einem Kommunikationsnetz vorgeschlagen, bei dem ebenfalls lastabhängige Markierungen ausgewertet werden. Für diese verschiedenen Aufgaben kann es durchaus zweckmäßig sein, verschiedene Markierungsalgorithmen zu verwenden.From the applicant was in DE 102 04 088 A method for determining the load in a communication network with network elements has already been proposed, in which the values of the marking rates derived from all output nodes are introduced into a system of equations. Furthermore, the applicant in the patent application DE 102 04 089 proposed a method for access control to a communication network, in which load-dependent markings are also evaluated. For these different tasks, it can be very useful to use different marking algorithms.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Anwendung und Auswertung verschiedener Markierungsalgorithmen innerhalb eines Kommunikationsnetzes zu ermöglichen.Object of the present invention is therefore the application and evaluation of different marking algorithms enable within a communication network.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,This task is solved by

  • – dass die internen Knoten mindestens zwei unterschiedliche Markierungsalgorithmen anwenden in Abhängigkeit davon, welcher Typ im Header des jeweils weiterzuleitenden Datenpakets angegeben ist,- that the internal nodes have at least two different marking algorithms apply depending which type is specified in the header of the data packet to be forwarded is
  • – dass die Eingangsknoten entsprechend der Zahl der unterschiedlichen Markierungsalgorithmen jeweils pro Pfad einen vorgegebenen Anteil der Datenpakete mit einem der vorgegebenen Typen kennzeichnen und- that the input nodes according to the number of different marking algorithms a given portion of the data packets with one for each path mark the specified types and
  • – dass zur Bestimmung der Markierungsraten der verwendeten Markierungsalgorithmen die Ausgangsknoten die Zahl der empfangenen markierten Datenpakete entsprechend dem Verhältnis der Zahlen der einzelnen Typen der empfangenen nicht markierten Datenpakete auf die einzelnen Typen aufteilen.- that to determine the marking rates of the marking algorithms used the output nodes the number of marked data packets received according to the ratio of Numbers of the individual types of the unmarked data packets received divide it up by type.

Bei den derzeit im Internet gebräuchlichen Standards sind zwei Bit innerhalb eines Headers vorgesehen, die bei markierten Datenpaketen einen vorgegebenen Zustand (11) einnehmen (CE-Markierung). Bei nicht markierten Datenpaketen sind zwei Codepoints möglich, nämlich ECT01 und ECT10. Datenpakete, die mit dem Code 00 versehen sind, werden nicht markiert, aber mit einer höheren Wahrscheinlichkeit verworfen.With the standards currently used on the Internet, there are two bits within a header seen that assume a predefined state (11) for marked data packets (CE marking). If data packets are not marked, two code points are possible, namely ECT01 and ECT10. Data packets with the code 00 are not marked, but are more likely to be discarded.

Für die Anwendung im Rahmen dieses Standards ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zwei unterschiedliche Markierungsalgorithmen in Abhängigkeit von zwei im Header angegebenen möglichen Typen angewendet werden und vorzugsweise dass die Eingangsknoten über jeweils einen Pfad gesendete Datenpakete gleich häufig mit dem einen oder anderen Typ kennzeichnen.For the application within the framework of this standard is for further training the invention provided that two different marking algorithms dependent on of two possible ones specified in the header Types are used and preferably that the input node over one Data packets sent with the same frequency with one or the other Mark type.

Eine einfache Bestimmung der auf die jeweiligen Markierungsalgorithmen bezogenen Markierungsrate ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch möglich, dass in den Ausgangsknoten die relative Markierungsrate für den ersten Typ zu M1 = 1 – (2a/N) und für den zweiten Typ zu M2 = 1 – (2b/N) berechnet wird, wobei N die Summe aller empfangenen markierten oder mit einem der Typen bezeichneten Datenpakete, a die Anzahl der nicht markierten empfangenen Datenpakete des ersten Typs und b die Anzahl der empfangenen nicht markierten Datenpakete des zweiten Typs ist.A simple determination of the on marking rate related to the respective marking algorithms is according to one advantageous embodiment of the invention possible in that the relative marking rate for the first in the output nodes Type for M1 = 1 - (2a / N) and for the second type to M2 = 1 - (2b / N) is calculated, where N is the sum of all received marked or data packets labeled with one of the types, a the number of not marked received data packets of the first type and b the number of the unmarked data packets received is of the second type.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:The invention leaves numerous embodiments to. One of them is schematic in the drawing based on several Figures shown and described below. It shows:

1 schematisch ein Kommunikationsnetz und 1 schematically a communication network and

2 ein Beispiel für Markierungen von Datenpaketen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 an example of marking data packets when carrying out the method according to the invention.

1 stellt schematisch das Kommunikationsnetz 1 mit Zugangsknoten 2, 3, 4 (Gateways) und internen Knoten 5, 6, 7, 8, 9 dar. Die Zugangsknoten 2, 3, 4 verbinden das Kommunikationsnetz 1 mit anderen Netzen und Endgeräten und bestehen jeweils aus einem Eingangsknoten 21, 31, 41 (ingress node) und einen Ausgangsknoten 22, 32, 42 (egress node). Die internen Knoten 5 bis 9 dienen zum Weiterleiten der jeweiligen Datenpakete von einem Eingangsknoten 21, 31, 41 zu einem Ausgangsknoten 22, 32, 42. Welchen Weg dabei jeweils ein Datenpaket nimmt, wird von Routing-Algorithmen bestimmt, die je nach Belastung der einzelnen Knoten veränderbar sind. Die Routing-Algorithmen im einzelnen sind an sich bekannt, und brauchen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert zu werden. 1 represents the communication network schematically 1 with access node 2 . 3 . 4 (Gateways) and internal nodes 5 . 6 . 7 . 8th . 9 The access nodes 2 . 3 . 4 connect the communication network 1 with other networks and end devices and each consist of an input node 21 . 31 . 41 (ingress node) and an output node 22 . 32 . 42 (egress node). The internal nodes 5 to 9 are used to forward the respective data packets from an input node 21 . 31 . 41 to an exit node 22 . 32 . 42 , Routing algorithms determine which path a data packet takes, which can be changed depending on the load on the individual nodes. The routing algorithms in detail are known per se and do not need to be explained in connection with the present invention.

Ergibt sich beispielsweise für die internen Knoten 5, 6 ein erhöhtes Verkehrsaufkommen, so werden die von ihnen weitergeleiteten Datenpakete mit einer Markierung M versehen. Solche Markierungen enthalten beispielsweise die Datenpakete, die vom Eingangsknoten 21 über die internen Knoten 5, 6 zum Ausgangsknoten 32 geleitet werden. Sind die internen Knoten 5, 6 sowie deren Verbindungen untereinander und zu den Knoten 21 und 32 überlastet, werden von den vom Eingangsknoten 21 zum Ausgangsknoten 32 zu sendenden Datenpaketen mehr über die internen Knoten 8, 9 geleitet.This results, for example, for the internal nodes 5 . 6 an increased traffic volume, the data packets forwarded by them are provided with a marker M. Such markings contain, for example, the data packets from the input node 21 over the internal nodes 5 . 6 to the output node 32 be directed. Are the internal nodes 5 . 6 as well as their connections to each other and to the nodes 21 and 32 are overloaded by those from the input node 21 to the output node 32 data packets to be sent more via the internal nodes 8th . 9 directed.

Im Ausgangsknoten 32 werden in einem vorgegebenen Zeitabschnitt die in den vom Eingangsknoten 21 erhaltenen Datenpaketen enthaltenen Markierungen M gezählt. Zusätzlich werden die Bytes und die Datenpakete gezählt, die in der vorgegebenen Zeit vom Eingangsknoten 21 zum Ausgangsknoten 32 übertragen werden. Die Anzahl der Markierungen geteilt durch die Anzahl der Datenpakete ergibt ein gutes Maß für die Belastung des Kommunikationsnetzes hinsichtlich der Übertragung zwischen dem Eingangsknoten 21 und dem Ausgangsknoten 32.In the exit node 32 are in a predetermined time period in the from the input node 21 received data packets contained markings M counted. In addition, the bytes and the data packets are counted in the specified time from the input node 21 to the output node 32 be transmitted. The number of markers divided by the number of data packets gives a good measure of the load on the communication network with regard to the transmission between the input node 21 and the output node 32 ,

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in folgenden ECT-Markierungen von Datenpaketen auf den Links 10, 11 und 12 betrachtet. Der Eingangsknoten 21 sendet abwechselnd ECT-Typen 10 und 01, was in der oberen Zeile in 2 dargestellt ist. Es ist nicht erforderlich, dass der Wechsel nach jedem Datenpaket, das über den Link 10 zum internen Knoten 5 gesendet wird, erfolgt. Entscheidend ist, dass über einen jeweils zu betrachtenden Zeitraum die ECT-Typen 10 und 01 gleich häufig gesendet werden.The following ECT markings of data packets on the links are used to explain the method according to the invention 10 . 11 and 12 considered. The input node 21 alternately sends ECT types 10 and 01 what in the top line in 2 is shown. It is not necessary to switch after every data packet that has the link 10 to the internal node 5 is sent. It is crucial that the ECT types are considered over a period of time 10 and 01 sent the same number of times.

Im Knoten 5 werden je nach vorliegender Last einige der Datenpakete mit CE-Markierungen versehen, das heißt, beide Bits werden auf 1 gesetzt. Dies ist in der mittleren Zeile der 2 erkennbar, welche die Datenpakete auf dem Link 11 darstellt. Einige noch nicht markierte Datenpakete werden dann im internen Knoten 6 bei entsprechender Last mit einer CE-Markierung versehen, so dass sich auf dem Link 12 die in der unteren Zeile der 2 dargestellten Datenpakete ergeben. Die Gesamtzahl N ist gleich 16. Von den Datenpaketen des Typs 10 sind drei nicht markiert worden, weshalb a gleich 3 ist. von den Datenpaketen des Typs 01 sind fünf nicht markiert worden. Deshalb ist b gleich 5. Die Markierungsraten errechnen sich dann, wie in 2 ferner angegeben, zu M1 = 5/8 und M2 = 3/8.In the knot 5 Depending on the load, some of the data packets are provided with CE markings, i.e. both bits are opened 1 set. This is the middle line of the 2 recognizable which the data packets on the link 11 represents. Some not yet marked data packets are then in the internal node 6 If there is a corresponding load, mark it with a CE so that it is on the link 12 the one in the bottom line of the 2 shown data packets result. The total number N is the same 16 , From the data packets of the type 10 three are not marked, so a is the same 3 is. of the data packets of the type 01 five have not been marked. Therefore b is the same 5 , The marking rates are then calculated as in 2 further indicated to M1 = 5/8 and M2 = 3/8.

Die Gleichungen zur Berechnung der Markierungsraten lassen sich wie folgt ableiten, wobei P eine Anzahl von Datenpaketen ist, für welche die relative Anzahl von markierten Datenpaketen – also die Markierungsrate – berechnet werden soll. Ferner ist N die Anzahl der ECT01-, ECT10- und CE-Datenpakete. Die anderen Datenpakete (P-N) sind irrelevant.The equations for calculating the Marking rates can be derived as follows, where P is a number of data packets is for which calculates the relative number of marked data packets - i.e. the marking rate shall be. Furthermore, N is the number of ECT01, ECT10 and CE data packets. The other data packets (P-N) are irrelevant.

Ferner sind
a die Anzahl der ECT01-Datenpakete,
b die Anzahl der ECT10-Datenpakete und
c die Anzahl der CE-Datenpakete.Furthermore are
a the number of ECT01 data packets,
b the number of ECT10 data packets and
c the number of CE data packets.

Es gilt also N = a + b + c.So N = a + b + c.

Wegen der abwechselnden Kennzeichnung als ECTO1 und ECT10 am Eingangsknoten gilt a ≤ N/2 und b ≤ N/2.Because of the alternating labeling as ECTO1 and ECT10 at the input node, a ≤ N / 2 and b ≤ N / 2.

Dann ergeben sich die Markierungsraten zu: M1 = 1 – (a/(N/2)) = 1 – (2a/N) und M2 = 1 – (b/(N/2)) = 1 – (2b/N). Then the marking rates are: M1 = 1 - (a / (N / 2)) = 1 - (2a / N) and M2 = 1 - (b / (N / 2)) = 1 - (2b / N).

Claims (4)

Verfahren zur Bestimmung der Last in einem Kommunikationsnetz mit Netzelementen, wie internen Knoten und Links, und mit Zugangsknoten, wobei die Zugangsknoten aus jeweils einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten bestehen und von angeschlossenen Endgeräten und/oder anderen Netzen Datenpakete zu- und ableiten, wobei die internen Knoten und Links nach Routing-Algorithmen Pfade bilden, über welche die Datenpakete von einem Eingangsknoten zu einem Ausgangsknoten geleitet werden, und wobei die internen Knoten Datenpakete mit einer lastabhängigen Markierung versehen, dadurch gekennzeichnet, – dass die internen Knoten mindestens zwei unterschiedliche Markierungsalgorithmen anwenden in Abhängigkeit davon, welcher Typ im Header des jeweils weiterzuleitenden Datenpakets angegeben ist, – dass die Eingangsknoten entsprechend der Zahl der unterschiedlichen Markierungsalgorithmen jeweils pro Pfad einen vorgegebenen Anteil der Datenpakete mit einem der vorgegebenen Typen kennzeichnen und – dass zur Bestimmung der Markierungsraten der verwendeten Markierungsalgorithmen die Ausgangsknoten die Zahl der empfangenen markierten Datenpakete entsprechend dem Verhältnis der Zahlen der einzelnen Typen der empfangenen nicht markierten Datenpakete auf die einzelnen Typen aufteilen.Method for determining the load in a communication network with network elements, such as internal nodes and links, and with access nodes, the access nodes each consisting of an input node and an output node and sending and receiving data packets from connected terminals and / or other networks, the internal ones Nodes and links according to routing algorithms form paths via which the data packets are routed from an input node to an output node, and the internal nodes provide data packets with a load-dependent marking, characterized in that - the internal nodes use at least two different marking algorithms depending on one another of which type is specified in the header of the data packet to be forwarded in each case, - that the input nodes, in accordance with the number of different marking algorithms, each identify a predetermined proportion of the data packets with one of the predetermined types per path and - To determine the marking rates of the marking algorithms used, the output nodes divide the number of received marked data packets into the individual types according to the ratio of the numbers of the individual types of the received unmarked data packets. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei unterschiedliche Markierungsalgorithmen in Abhängigkeit von zwei im Header angegebenen möglichen Typen angewendet werden.A method according to claim 1, characterized in that two different marking algorithms depending of two possible ones specified in the header Types are applied. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsknoten über jeweils einen Pfad gesendete Datenpakete gleich häufig mit dem einen oder anderen Typ kennzeichnen.A method according to claim 2, characterized in that the input node over Data packets sent one path each with the same frequency identify one or another type. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ausgangsknoten die relative Markierungsrate für den ersten Typ zu M1 = 1 – (2a/N) und für den zweiten Typ zu M2 = 1 – (2b/N) berechnet wird, wobei N die Summe aller empfangenen markierten oder mit einem der Typen bezeichneten Datenpakete, a die Anzahl der nicht markierten empfangenen Datenpakete des ersten Typs und b die Anzahl der empfangenen nicht markierten Datenpakete des zweiten Typs ist.A method according to claim 3, characterized in that in the output nodes the relative marking rate for the first Type for M1 = 1 - (2a / N) and for the second type to M2 = 1 - (2b / N) is calculated, where N is the sum of all received marked or data packets labeled with one of the types, a the number of not marked received data packets of the first type and b the number of the unmarked data packets received is of the second type.
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WO2002007381A2 (en) * 2000-07-18 2002-01-24 Alcatel Domain based congestion management

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