DE602004006395T2

DE602004006395T2 - Verfahren zur bandbreitenabschätzung in einer digitalen verbindung

Info

Publication number: DE602004006395T2
Application number: DE602004006395T
Authority: DE
Inventors: Jean Schmitt; Dominique Ivybridge LE FOLL; Bogdan Ghita
Original assignee: Acterna IPMS SAS
Current assignee: Acterna IPMS SAS
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: DE602004006395D1; US20060209702A1; EP1604487A2; FR2852762B1; CN1759566A; KR20050116824A; ATE362252T1; FR2852762A1; ES2287715T3; ZA200506973B; WO2004086678A2; BRPI0408734A; WO2004086678A3; AU2004222994A1; CN100384145C; AU2004222994B2; PL1604487T3; EP1604487B1; JP2006521049A

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Telekommunikation und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Abschätzung des Passbandes zwischen einem ersten und einem zweiten Punkt, die Datenpakete über eine Verbindung in einem Telekommunikationsnetz mit mehreren Nebennetzen austauschen können.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens bestimmt ist.
Die Erfindung findet Anwendung in den Telekommunikationsnetzen, wie z.B. dem Internet-Netz.
Stand der Technik
Ein bekanntes Verfahren zum Auswerten bzw. Abschätzen des Passbandes in einem Telekommunikationsnetz besteht darin, von einem ersten Punkt des Netzes eine Datei über das FTP-Protokoll (für File Transfer Protocol) zu übertragen, das eine Zeitmarkierung aufweist, und die Empfangsgeschwindigkeit dieser Datei durch einen zweiten Punkt des Netzes zu messen. Das Senden einer großen Datei über das FTP-Protokoll in einer Verbindung führt zu einer Überlastung des Netzes. Da übrigens die von den Benutzern des Netzes im Moment der Messung erzeugte Belastung unbekannt ist, garantiert eine Übertragung einer kleinen Datei über das FTP-Protokoll keine optimale Nutzung des Passbandes. Alle diese Faktoren tragen dazu bei, die Messung der Empfangsgeschwindigkeit der Dateien und infolgedessen das verfügbare Passband im Moment der Übertragung über das FTP-Protokoll durch den zweiten Punkt des Netzes dem Zufall zu überlassen.
Ein weiteres, im Stand der Technik bekanntes Verfahren besteht darin, die Absolutzeit der Übertragung einer Datei von Daten zwischen zwei Punkten des Netzes zu messen, deren Zeit an jedem Punkt mit der größtmöglichen Präzision gemessen wird. Dieses Verfahren ist sicherlich präziser, weist aber erhöhte Kosten insofern auf, als es die Verwendung eines Zeitmesssystems großer Präzision an jedem Ende des Netzes erfordert, wie es beispielsweise von einem Übertragungssystem vom GPS-Typ (für Global Positioning System) geliefert wird.
Der Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Dokument "Measuring Bandwidth", 1999, IEEE von K. Lai und M. Baker bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik mittels eines Verfahrens und einer Vorrichtung zu beseitigen, die einfach und kostengünstig sind und an beliebigen Punkten des Netzes eingesetzt werden können.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, unzweideutig einen Stau- bzw. Verstopfungspunkt zu isolieren und zu lokalisieren, wenn die zwischen zwei Punkten eines Netzes ausgetauschten Daten über mehrere Nebennetze gesendet werden.
Abriss der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung des Passbandes zwischen einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt mit Endgeräten, die digitale Datenpakete in einem Telekommunikationsnetz austauschen können, das mehrere Nebennetze umfasst.
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst die folgenden Schritte:
für jede Übertragungsrichtung über mindestens eines der genannten Nebennetze,

a. annähernd gleichzeitiges Zuordnen eines gleichen Identifizierers zu den emittierten Paketen,
b. zeitliches Erfassen und Aufzeichnen der empfangenen Pakete,
c. Identifizieren und Sortieren der empfangenen Pakete mit dem gleichen Identifizierer,
d. Auswählen der größtmöglichen ganzen Zahl m aus Paketgruppen mit dem gleichen Identifizierer,
e. Messen der Zeitintervalle, welche die Empfangsmomente voneinander trennen, durch den zweiten Paketpunkt der ausgewählten Gruppen,
f. Berechnen des Passbandes in Abhängigkeit von der Anzahl von Paketen der ausgewählten Gruppen und von der Gesamtdauer der Übertragung dieser Pakete.

Indem die gesendeten Pakete annähernd gleichzeitig in dem vom ersten zum zweiten Punkt der Verbindung übertragenen Datenfluss identifiziert werden, werden die realen Nutzungsbedingungen der Benutzer des Netzes geschaffen, in dem die Abschätzung des gemessenen Passbandes die tatsächliche Auslastung der Verbindung im Moment der Messung reflektiert.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Passband durch den folgenden Ausdruck berechnet:
wobei:

• l_i,m die Länge des Pakets vom Rang i der m^ten Paketgruppe darstellt,
• t_i die Zeitmarkierung des Pakets vom Rang i der m^ten Paketgruppe darstellt,
• t_i+1 die Zeitmarkierung des Pakets vom Rang i+1 der m^ten Paketgruppe darstellt,
• n_m die Anzahl von Paketen der m^ten Paketgruppe darstellt.

Um die Genauigkeit der Abschätzung bzw. Auswertung zu verbessern, wird das Verfahren auf eine Anzahl von Paketgruppen über 1 angewandt.
In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung wird die Abschätzung des Passbandes in Echtzeit durchgeführt.
Nach einer zweiten Ausführungsvariante wird die Abschätzung des Passbandes zeitlich versetzt durchgeführt.
Nach einer speziellen Anwendung des Verfahrens der Erfindung ist das Telekommunikationsnetz vom IP-Typ.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Abschätzen des Passbandes zwischen einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt, die Datenpakete in einem Telekommunikationsnetz mit mehreren Nebennetzen austauschen können. Diese Vorrichtung umfasst:

• Mittel zum Markieren der gesendeten Pakete,
• Mittel zum zeitlichen Erfassen der empfangenen Pakete,
• Mittel zum Sortieren der empfangenen Pakete,
• Mittel zum Messen der Zeitintervalle, welche Augenblicke des Empfangs durch den zweiten Punkt der gesendeten Pakete voneinander trennen,
• Mittel zum Berechnen des Passbandes.

Kurzbeschreibung der Zeichnung
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, die als nicht-einschränkendes Beispiel dient, unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren hervor, in denen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer digitalen Verbindung in einem Telekommunikationsnetz, in dem das Verfahren gemäß der Erfindung eingesetzt wird, und
2 ein Blockschema eines Paket-Analysemoduls gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die Erfindung wird im folgenden in einer Anwendung im Internet-Netz beschrieben.
1 stellt schematisch eine bidirektionale digitale Verbindung 1 zwischen einem ersten Endgerät A und einem zweiten Endgerät B dar, die jeweils mit einem ersten lokalen Netz 4 und einem zweiten lokalen Netz 6 verbunden sind, und digitale Daten über ein ersten Nebennetz 6 und ein zweites Nebennetz 8 gemäß dem TCP-Modus (für Transmission Control Protocol) oder gemäß dem UDP-Modus (User Datagram Protocol) austauschen. An jedem Ende der digitalen Verbindung 1 zwischen den Endgeräten A und B sind jeweils ein erstes und ein zweites Modul 10, 12 zur Markierung der vom Endgerät A (bzw. B) gesendeten Datenpakete sowie ein Analysemodul 14, 16 der von dem Endgerät A (bzw. B) empfangenen Datenpakete angeordnet.
2 stellt ein Blockschema eines Analysemoduls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dar, das eine Anpassungs-Schnittstelle 20 umfasst, welche mit der IP-Verbindung 1 über einen Koppler 22 verbunden ist, ein Modul 24 zum Extrahieren von Datenpaketen der Verbindung 1, ein Modul 26 zum Abrufen dieser Pakete, ein Modul 28 zum zeitlichen Erfassen bzw. Kennzeichnen der Pakete, das dazu bestimmt ist, eine gesendete Paketgruppe annähernd gleichzeitig ein- und demselben zeitlichen Identifizierer zuzuordnen, einen Speicher 30, der zur Speicherung der zeitlich erfassten Pakete vorgesehen ist, ein Modul 32 zur Sortierung der Pakete mit dem gleichen zeitlichen Identifizierer, ein Auswahlmodul 34, das dazu bestimmt ist, die Paketgruppen mit dem gleichen zeitlichen Identifizierer sowie die größte Anzahl empfangener Pakete zu isolieren, ein Modul 36 zur Messung der Übertragungszeit zwischen Paketen und ein Modul 38 zum Berechnen des Passbandes.
Während des Betriebs kann jedes der Endgeräte A oder B gleichzeitig Sender und Empfänger sein. Die ausgetauschten Daten werden über die Netze 6 und 8 transportiert, deren jeweilige Auslastung zu einem gegebenen Zeitpunkt von der Anzahl von verbundenen Benutzern abhängt. Die Markierung der Pakete wird anhand einer von dem empfangenden Endgerät zum sendenden Endgerät geschickten Anforderung erhalten. Sie kann beispielsweise durch Aktivierung der in der Norm RFC 1323 beschriebenen Option der zeitlichen Erfassung bzw. Identifizierung erstellt werden. Um das verfügbare Passband von einem Ende zum andern abzusetzen bzw. auszuwerten, isoliert das Extraktionsmodul 24 die übertragenen Datenpakete während einer sehr kurzen Zeitspanne vom Sender-Endgerät zum Empfänger-Endgerät und überträgt diese Pakete zu dem Modul 28 der zeitlichen Erfassung, welches jedem Paket ein Sendedatum zuordnet. Die Pakete werden anschließend in dem Speicher 30 gespeichert. Das Modul 32 sortiert die das gleiche Sendedatum tragenden Pakete und überträgt sie zum Modul 34. Letzteres wählt eine ganze Zahl von Gruppen unter den sortierten Gruppen mit der größten Anzahl von Paketen aus und überträgt diese Gruppen zum Messmodul 36, welches die Zeitintervalle misst, die den Empfang der verschiedenen aufeinanderfolgenden Pakete voneinander trennt. Die gemessenen Intervalle werden anschließend zu dem Modul 38 zur Berechnung des Passbandes übertragen, welches in Echtzeit das Passband der Verbindung als Funktion der Gesamtlänge der analysierten Pakete und der Übertragungsdauer dieser Pakete berechnet.
Um das in jedem Nebennetz verfügbare Passband abzuschätzen bzw. auszuwerten, wird die Analyse der empfangenen Pakete durch das zwischen den Nebennetzen 6 und 8 angeordnete dritte Modul 18 durchgeführt.

Claims

Verfahren zur Abschätzung des Passbandes zwischen einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt, zwischen denen digitale Datenpakete in einem Telekommunikationsnetz mit mehreren Nebennetzen ausgetauscht werden können, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: für jede Übertragungsrichtung über mindestens eines der genannten Nebennetze, a. annähernd gleichzeitiges Zuordnen eines gleichen Identifizierers zu den emittierten Paketen, b. zeitliches Erfassen und Aufzeichnen der empfangenen Pakete, c. Identifizieren und Sortieren der empfangenen Pakete mit gleichem Identifizierer, d. Auswählen der größtmöglichen ganzen Zahl m aus Paketgruppen mit dem gleichen Identifizierer, e. Messen der Zeitintervalle, welche die Empfangsmomente voneinander trennen, durch den zweiten Paketpunkt der ausgewählten Gruppen, f. Berechnen des Passbandes in Abhängigkeit von der Anzahl von Paketen der ausgewählten Gruppen und von der Gesamtdauer der Übertragung dieser Pakete.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Passband durch den folgenden Ausdruck berechnet wird:
wobei: • li,m die Länge des Pakets vom Rang i der m^ten Paketgruppe darstellt, • Ti die Zeitmarkierung des Pakets vom Rang i der m^ten Paketgruppe darstellt, • Ti+1 die Zeitmarkierung des Pakets vom Rang i+1 der m^ten Paketgruppe darstellt, • nm die Anzahl von Paketen der m^ten Paketgruppe darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl m größer oder gleich 1 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung der Datenpakete am Emissionspunkt auf Anforderung vom Empfangspunkt erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des Passbandes in Echtzeit erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des Passbandes zeitversetzt erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Telekommunikationsnetz vom IP-Typ ist.
Analysemodul von Datenpaketen, die in einem Telekommunikationsnetz empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: • Mittel zum Assoziieren eines gleichen Identifizierers zu den annähernd gleichzeitig emittierten Paketen, • Mittel zum zeitlichen Erfassen und Aufzeichnen der empfangenen Pakete, • Mittel zum Identifizieren und Sortieren der mit dem gleichen Identifizierer empfangenen Pakete, • Mittel zum Auswählen der größtmöglichen ganzen Zahl m von Paketgruppen mit dem gleichen Identifizierer, • Mittel zum Messen der Zeitintervalle, welche die Empfangsmomente voneinander trennen, durch den zweiten Punkt der Pakete der ausgewählten Gruppen, • Mittel zum Berechnen des Passbandes in Abhängigkeit von der Anzahl der Pakete der ausgewählten Gruppen und von der Gesamtdauer der Übertragung dieser Pakete.
Vorrichtung zum Abschätzen des Passbandes zwischen einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt, welche Datenpakete in einem Telekommunikationsnetz austauschen, mit einem Modul zur Markierung der gesendeten Pakete und einem Modul zur Analyse der empfangenen Pakete gemäß Anspruch 8.