WO2002062022A2

WO2002062022A2 - Method for improving resistance against network errors in a packet switched data network

Info

Publication number: WO2002062022A2
Application number: PCT/DE2002/000322
Authority: WO
Inventors: Andreas KIRSTÄDTER; Achim Autenrieth
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2002-08-08
Also published as: WO2002062022A3

Abstract

The invention relates to methods and devices wherein packet-specific forwarding occurs in packet switched data networks by means of active nodes with fast byte level processors which can be controlled by additional information transported in the packets.

Description

Beschreibungdescription

Verfahren zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Netzwerkfehler in einem paketvermittelten DatennetzMethod for improving the resistance to network errors in a packet-switched data network

Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Netzwerkfehler oder die Erhöhung der Fehlertoleranz, insbesondere bei hochgeschwindigkeitsvermittelten Netzwerken, wobei Netzwerkfehler in Form von Kabelbrüchen, Kno- tenzusammenbrüchen oder in Form von bösartigen Angriffen auftreten und wobei ausfallende Netzwerkelemente bzw. die davon betroffenen Verbindungen oder Datenströme so schnell wie möglich wiederhergestellt werden müssen.The invention relates to improving the resistance to network errors or increasing the fault tolerance, in particular in the case of high-speed switched networks, network errors in the form of cable breaks, node breakdowns or in the form of malicious attacks, and in which failing network elements or the connections or data streams affected thereby need to be restored as soon as possible.

Grundlagen hinsichtlich der Übertragung von Datenpaketen und der Organisation eines IP-Netzes sind beispielsweise aus W. Richard Stevens, TCP/IP-illustrated, Vol. 1, Chapter 3, S. 33-53, Addison-Wesley, 1994, Reading, USA, bekannt.The basics regarding the transmission of data packets and the organization of an IP network are, for example, from W. Richard Stevens, TCP / IP-illustrated, Vol. 1, Chapter 3, pp. 33-53, Addison-Wesley, 1994, Reading, USA, known.

Um eine Verbindung zwischen zwei Knoten widerstandsfähiger gegenüber Netzwerkfehlern zu machen besteht prinzipiell die Möglichkeit, die Information zu duplizieren und über getrennte physikalische Wege zum Zielknoten zu übertragen, wo die Information dann beispielsweise korreliert und ausgewählt wird. Dies ist jedoch gerade bei kurzzeitigen Störungen oder bei Störungen, die aufgrund der Systemanforderungen tolerierbar sind, unbefriedigend, da der Datendurchsatz unnötig reduziert wird bzw. eine unnötig hohe Übertragungsbandbreite erforderlich ist.In order to make a connection between two nodes more resistant to network errors, there is in principle the possibility of duplicating the information and transmitting it via separate physical paths to the destination node, where the information is then, for example, correlated and selected. However, this is unsatisfactory, especially in the case of short-term malfunctions or malfunctions which can be tolerated on the basis of the system requirements, since the data throughput is unnecessarily reduced or an unnecessarily high transmission bandwidth is required.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Netzwerkfehler in einem paketvermittelten Datennetz anzugeben, bei der/dem die oben genannten Nachteile vermieden werden. Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 5 oder 13 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausbildungen der Vorrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Verfahren.The object on which the invention is based is now to specify a device or a method for improving the resistance to network errors in a packet-switched data network, in which the above-mentioned disadvantages are avoided. This object is achieved in terms of the device by the features of patent claim 1 and in terms of the method by the features of patent claim 5 or 13. The further claims relate to advantageous configurations of the device and the method according to the invention.

Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass in einem paketvermittelten Datennetz durch aktive Knoten mit schnellen Byte-Level-Prozessoren, die durch in Paketen mitgeführte Zu- satzinformationen steuerbar sind, paketspezifisch eine unterschiedliche Fehlerbehandlung erfolgen kann.The invention essentially consists in the fact that different packet-specific error handling can take place in a packet-switched data network by active nodes with fast byte-level processors, which can be controlled by additional information carried in packets.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the figures. It shows

Figur 1 einen Ausschnitt eines Datennetzes mit normalen und aktiven Knoten undFigure 1 shows a section of a data network with normal and active nodes and

Figur 2 den Aufbau eines aktiven Knotens, der einen Bitlevel- Prozessor enthält.Figure 2 shows the structure of an active node that contains a bit level processor.

In Figur 1 ist ein Ausschnitt eines paketorientierten Datennetzes mit aktiven Knoten ANl...AN4 und normalen Knoten N1...N4 dargestellt. Hierbei werden Pakete C in Form von sogenannten Kapseln, die eine normale Nutzlast P und eine Zu- satzinfor ation I enthalten. Die Zusatzinfor ation I kann dabei aus Codefragmenten, aus Referenzen auf diese Codefragmente und/oder nach bestimmten Zeitintervallen Synchronisations- markierungen S enthalten. Diese Codefragmente können beispielsweise im aktiven Knoten AN4 eine Codierung im aktiven Knoten AN3 eine Decodierung, im aktiven Knoten ANl eine Duplizierung oder aber im aktiven Knoten AN2 eine Korrelation, einen Vergleich oder eine Auswahl bewirken. Nach dem aktiven Knoten ANl wird die Information bzw. die duplizierte Information über physikalisch getrennte Pfade Pl und P2 über die ÜO r l\J P¹ P¹ cπ o cn o (_π o ( l ö l_J. M tr ^ rt T rt σ Φ φ d •-o CΛ o α v Φ > !S Φ tr φ i i ^ α o iQ M d dFIG. 1 shows a section of a packet-oriented data network with active nodes AN1 ... AN4 and normal nodes N1 ... N4. Here, packages C are in the form of so-called capsules, which contain a normal payload P and additional information I. The additional information I can contain synchronization markings S from code fragments, from references to these code fragments and / or after certain time intervals. These code fragments can, for example, cause coding in the active node AN4, decoding in the active node AN3, duplication in the active node AN1 or a correlation, comparison or selection in the active node AN2. After the active node ANl, the information or the duplicated information about physically separate paths P1 and P2 is via the ÜO rl \ JP ¹ P ¹ cπ o cn o (_π o (l ö l_J. M tr ^ rt T rt σ Φ φ d • -o CΛ o α v Φ>! S Φ tr φ ii ^ α o iQ M dd

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kann die Operation in Abhängigkeit von der Nutzlast durchgeführt werden. Die Vorteile bestehen im Wesentlichen darin:the operation can be performed depending on the payload. The main advantages are:

1. Es werden nur einfache Byte-Level-Prozessoren für grundlegende Funktionen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Netzwerkfehlern wie beispielsweise Duplikation, Vergleich, Korrelation und Auswahl, benötigt, die eine schritthaltende Verarbeitung mit der normalen Übertragungsgeschwindigkeit erlauben.1. Only simple byte-level processors are required for basic functions to increase the resistance to network errors such as duplication, comparison, correlation and selection, which allow step-by-step processing at the normal transmission speed.

2. Diese Funktionen sind in Codefragmente enthalten, die gekapselt gemeinsam mit der Nutzlast in allen aktiven Knoten entlang des Übertragungspfades ausgeführt werden.2. These functions are contained in code fragments, which are encapsulated and carried out together with the payload in all active nodes along the transmission path.

3. Die Codefragmente in den Kapseln können die Wahl des Übertragungsweges (Routing) , das Zwischenspeichern in Warteschlangen (Queing) , die Datenformung (Shaping) und das Weiterleiten (Forwarding) der Pakete in Abhängigkeit des Kapselinhalts .3. The code fragments in the capsules can be the choice of the transmission path (routing), the buffering in queues (queing), the data shaping (shaping) and the forwarding (forwarding) of the packets depending on the capsule content.

4. Es wird ein selektives Duplizieren von Paketen ermöglicht, dies spart Bandbreite, da bei einigen Diensten nicht alle Pakete eines Datenstroms geschützt werden müssen.4. A selective duplication of packets is made possible, this saves bandwidth, since with some services not all packets of a data stream have to be protected.

5. Eine Neuberechnung des Cyclic Redundancy Checks (CRC) in aktiven Zwischenknoten kann beispielsweise den Verwurf von ganzen Paketen nach Einzelbitfehlern unterdrücken.5. A recalculation of the cyclic redundancy check (CRC) in active intermediate nodes can, for example, suppress the discarding of entire packets after single-bit errors.

Für Verbindungen mit sehr hohen Widerstandsfähigkeitsansprü- chen, kann beispielsweise ein 1+1-Schutzschema realisiert werden. Die Pakete beinhalten Codefragmente zur Duplikation eines Pakets, für die Suche von mehrfachen physikalisch getrennten Pfaden, gegebenenfalls die Einsetzung von Synchronisationsmarkierungen sowie für die Korrelation, den Vergleich und die Auswahl von Paketen. Am ersten aktiven Knoten ANl werden unterschiedliche Pfade Pl und P2 für die Übertragung zum Zielknoten AN2 gesucht. Wenn zwei physikalisch getrennte cυ ω o l\) P¹ P¹ For connections with very high resistance requirements, for example, a 1 + 1 protection scheme can be implemented. The packages contain code fragments for the duplication of a package, for the search for multiple physically separated paths, possibly the use of synchronization markings as well as for the correlation, comparison and selection of packages. At the first active node AN1, different paths P1 and P2 are searched for the transmission to the destination node AN2. If two physically separate cυ ω ol \) P ¹ P ¹

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Neben einer Duplizierung und Übertragung über zwei getrennte Pfade ist im Prinzip auch eine Verdreifachung, Vervierfachung usw. und entsprechend viele physikalisch getrennte Pfade möglich.In addition to duplication and transmission via two separate paths, tripling, quadrupling, etc. and a correspondingly large number of physically separate paths is also possible in principle.

Es ist darauf hinzuweisen, dass unter einer Verbindung sowohl eine physikalische als auch eine virtuelle Verbindung verstanden werden kann.It should be noted that a connection can be understood to mean both a physical and a virtual connection.

Die Erfindung und die beschriebenen Weiterbildungen der Erfindung können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung realisiert werden.The invention and the developments of the invention described can be implemented both in software and in hardware, for example using a special electrical circuit.

Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder eine ihrer Weiterbildungen möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausführt.Furthermore, an implementation of the invention or one of its further developments is possible through a computer-readable storage medium on which a computer program is stored which carries out the invention or further development.

Schließlich kann die Erfindung bzw. eine ihrer Weiterbildungen durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder eine i rer Weiterbildungen ausführt. Finally, the invention or one of its developments can be implemented by a computer program product which has a storage medium on which a computer program is stored which carries out the invention or one of its developments.

Claims

Patentansprüche claims

1. Vorrichtung zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Netzwerkfehlern in einem paketermittelten Datennetz, bei der Pakete aus Kapseln (C) bestehen, in denen neben der Nutzlast (P) Zusatzinformationen (I) übertragbar sind und bei der im Netz aktive Knoten ANl...AN4 vorhanden sind, die einfache durch die Zusatzinformationen steuerbare Prozessoren (BLP) aufweisen.1.Device for improving the resistance to network errors in a packet-averaged data network, in which packets consist of capsules (C) in which, in addition to the payload (P), additional information (I) can be transmitted and in which nodes ANl ... AN4 active in the network are present which have simple processors (BLP) which can be controlled by the additional information.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Prozessoren derart ausgebildet sind, dass Pakete duplizierbar, vergleichbar, korrelierbar und auswählbar sind.2. Device according to claim 1, in which the processors are designed in such a way that packets can be duplicated, compared, correlated and selected.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Zusatzinformation der Kapsel ein Codefragment o- der eine Referenz auf dieses Fragment enthält.3. Device according to claim 1 or 2, wherein the additional information of the capsule contains a code fragment or a reference to this fragment.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zusatzinformation der Kapsel eine Synchronisationsmarkierung (S) enthält.4. Device according to one of the preceding claims, wherein the additional information of the capsule contains a synchronization mark (S).

5. Verfahren zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Netzwerkfehlern in einem paketvermittelten Datennetz, bei dem Pakete in Form von Kapseln (C) übertragen werden, die neben einer Nutzlast (P) Zusatzinformationen (I) zur Steuerung von einfachen Prozessoren (BLP) in aktiven Knoten (AN) des Netzes enthalten.5. Method for improving the resistance to network errors in a packet-switched data network, in which packets are transmitted in the form of capsules (C) which, in addition to a payload (P), provide additional information (I) for controlling simple processors (BLP) in active nodes ( AN) of the network included.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem nur eine erste Kapsel einer Sequenz von Paketen Zusatzinformationen in Form von Codefragmenten und die anderen Kapseln dieser Sequenz lediglich Referenzen auf diese Codefragmente enthalten. 6. The method according to claim 5, in which only a first capsule of a sequence of packets contains additional information in the form of code fragments and the other capsules of this sequence only contain references to these code fragments.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem in die Zusatzinformation nach bestimmten Zeitintervallen oder einer bestimmten Anzahl von Paketen Synchronisie- rungsmarkierungen (S) eingefügt werden.7. The method according to claim 5 or 6, in which synchronization markings (S) are inserted into the additional information after specific time intervals or a specific number of packets.

8. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, bei dem in einen ersten der aktiven Knoten (ANl) Pakete in Abhängigkeit der Zusatzinformation dupliziert und über dort vorher ermittelte physikalisch getrennte Pfade (Pl, P2) wei- ter übertragen werden, bei dem diese weiter übertragenen Pakete in Abhängigkeit der mitgeführten Zusatzinformation in einem zweiten der aktiven Knoten (AN2) korreliert, verglichen und ausgewählt werden.8. The method according to claims 5 to 7, in which packets are duplicated in a first of the active nodes (ANl) as a function of the additional information and are transmitted further via physically separate paths (Pl, P2) previously determined there, in which they are transmitted further Packets can be correlated, compared and selected in a second of the active nodes (AN2) depending on the additional information carried.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem jedes Paket dupliziert und über physikalisch getrennte Pfade übertragen wird, d9. The method of claim 8, wherein each packet is duplicated and transmitted over physically separate paths, i

10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem nur Paketes eines oder mehrerer Pakettypen dupliziert und über getrennte physikalische Pfade übertragen wird.10. The method of claim 8, wherein only packets of one or more packet types are duplicated and transmitted over separate physical paths.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem nur I-Frames eines MPEG-codierten Videostroms dupli- ziert und über getrennte physikalische Wege übertragen werden.11. The method according to claim 10, in which only I frames of an MPEG-encoded video stream are duplicated and transmitted via separate physical paths.

12. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem aus einer Verknüpfung von n Übertragungen m weitere Übertragungen generiert werden und über zu den ursprünglichen Übertragungspfaden physikalisch getrennte Wege übertragen werden.12. The method according to claim 8, in which m further transmissions are generated from a combination of n transmissions and are transmitted via paths that are physically separate from the original transmission paths.

13. Verfahren zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit ge- genüber Netzwerkfehlern in einem paketvermittelnden Datennetz, bei dem normale Knoten (N1...N4) vorhanden sind, in denen eine Überprüfung bei auftretenden Einzel- oder Mehrfach- bitfehlern stattfinden und daraufhin eine Neuanforderung von Paketen (C) an den Endpunkten des Übertragungspfades stattfindet, bei dem in aktiven Knoten (ÄN1...AN4) dieses Netzes bei Ein- zel- oder Mehrfachfehlern eine Neuberechnung und Korrektur der Nutzlast derart erfolgt, dass in den normalen Knoten eines Netzes diese Fehler unerkannt bleiben und eine Neuanforderung eines Pakets unterbleibt, sofern diese Fehler von den Anforderungen der Anwendungsebene her tolerierbar sind. 13. Method for improving the resistance to network errors in a packet-switching data network, in which normal nodes (N1 ... N4) are present, in which a check in the event of single or multiple occurrences bit errors occur and then a new request for packets (C) takes place at the end points of the transmission path, in which active nodes (ÄN1 ... AN4) of this network recalculate and correct the payload in the event of single or multiple errors in such a way that in These errors remain undetected by the normal nodes of a network and a packet is not requested again, provided that these errors can be tolerated from the requirements of the application level.