DE60108942T2

DE60108942T2 - System und verfahren zum messungsbasierten adaptiven zwischenspeichen von virtuellen verbindungen

Info

Publication number: DE60108942T2
Application number: DE60108942T
Authority: DE
Inventors: Yetik Serbest; Haifeng Bi; Samuel Sigarto
Original assignee: SBC Technology Resources Inc
Current assignee: AT&T Labs Inc
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2021-01-20
Also published as: US20020064129A1; US6343065B1; US7248562B2; DE60108942D1; US8059536B2; AU2001232749A1; WO2001054365A1; US20090296576A1; US7586844B2; ATE289464T1; EP1252749B1; EP1252749A4; US20070230340A1; EP1252749A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Telekommunikation. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung die Verbesserung der Effektivität in Telekommunikationsnetzwerken auf Vermittlungsbasis, die virtuelle Verbindungen wie geschaltete, virtuelle Verbindungen (SVCe) verwenden. Das Telekommunikationsnetz kann virtuelle Tandemwähleinrichtungen enthalten, die Netze mit asynchronem Übertragungsmodus (ATM) verwenden.
2. Hintergrundinformationen
Bei normaler Verbindungsabwicklung muss eine Verzögerung der Vermittlung unterhalb eines annehmbaren Niveaus liegen, um die Dauer der signalfreien Pause, nachdem eine Telefonverbindung gewählt worden ist, möglichst gering zu halten. Die für eine normale Verbindungsabwicklung erforderliche Nachrichtenverarbeitung des Rufkanals ist für herkömmliche, mit Zeitteilungssystem (TDM) versehene, leitungsvermittelte Sprechnetze gut erforscht und gut benannt. Genaue Beschreibungen, die eine derartige Abwicklung erörtern, sind „Specifications of Signalling Systems No. 7 ISDN User Part" von ITU-T (International Telecommunications Union-Section Telecommunication), die ITU-T-Empfehlung Q.766, März 1993 und Bellcore "LSSGR: Switch Processing Time Generic Requirements, Teil 5.6", GR-1364-CORE, Ausgabe 1, Juni 1995. Diese genauen Beschreibungen schreiben die Anforderungen an eine Vermittlungsverzögerung zur Verarbeitung von Nachrichten des Zeichengabesystems Nr. 7 (SS7) vor.
Mit Bezug auf 1 der Zeichnungen verwendet die normale Verbindungsabwicklung Endämter 10, die über Tandem-Fernleitungen 12, direkte Fernleitungen 14 oder sowohl Tandem-Fernleitungen 12 als auch direkte Fernleitungen 14 verbunden sind. Jede Fernleitung 12, 14 ist eine mit 64 Kilobit pro Sekunde arbeitende, digitale Betriebsebene 0 (DSO), die zwischen den Vermittlungsstellen 10 gewissermaßen mit Zeitteilungssystem übertragen wird. Jedes Endamt 10 ist mit seinem benachbarten Endamt 10 und der Knotenvermittlungsstelle 16 gekoppelt, indem getrennte Fernleitungsgruppen verwendet werden. In diesem System werden die Fernleitungsgruppen im Voraus geplant und vorher mit einer zugeordneten Bandbreite versorgt, was zur Wirkungslosigkeit und hohen Betriebskosten führen kann.
Ein neues, die Technologie mit asynchronem Übertragungsmodus (ATM) verwendendes Sprechfernleitungssystem ist in der am 7. April 1999 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 09/287 092 mit der Bezeichnung „ATM-Based Distributed Virtual Tandem Switching System" („Verteiltes virtuelles Tandem-Wählersystem auf ATM-Basis") vorgeschlagen worden.
In diesem System, das in 2 gezeigt ist, werden Sprechfernleitungen von Endamtsvermittlungen 20, 26 durch eine Fernleitungsvorrichtung 22, 24 mit Wechselwirkungsfunktion (T-IWF) zu ATM-Zellen umgewandelt. Die T-IWF 22, 24 werden auf jedes Endamt 20, 26 verteilt und durch eine Zentralsteuerung und die Zeichengabevorrichtung 28 mit Wechselwirkungsfunktion (CS-IWF) gesteuert. Die CS-IWF 28 führt Funktionen der Verbindungssteuerung sowie eine Umwandlung zwischen dem Schmalband-Zeichengabe-Protokoll, System Nr. 7 (SS7), und einem Breitband-Signalgabe-Protokoll durch. Die T-IWF 22, 24, CS-IWF 28 und das ATM-Netz 30 bilden das verteilte, virtuelle Tandem-Wählersystem auf ATM-Basis. Nach dieser Architektur des Sprechverbindungsleitungsbetriebes über ATM (VTOA) sind Fernleitungen nicht mehr statistisch bereitgestellte DSO-Zeitkanäle. Statt dessen werden die Fernleitungen durch dynamisch errichtete, geschaltete, virtuelle Verbindungen (SVCen) verwirklicht, womit die Notwendigkeit entfällt, getrennte Fernleitungsgruppen für unterschiedliche Zielpunkte bereitzustellen wie es in Verbindungsnetzen auf TDM-Basis gemacht wird. (TDM – Mehrfachausnützung durch Zeitteilung).
Diese in jedem Amt notwendigen Aktionen werden bei Empfang einer speziellen SS7-Nachricht klar definiert, wenn innerhalb des Standardnetzes gearbeitet wird. Für einen normalen Durchgangs-Ferngesprächsablauf sendet das Abgangsamt eine Startadressennachricht (IAM) an die Tandemwähleinrichtung durch ein SS7-Netz. Die IAM-Nachricht enthält Leitadresse der Knotenvermittlungsstelle, anrufende Telefonnummer, angerufene Telefonnummer und Kennung der Verbindungsleitung. Die Tandemwähleinrichtung besitzt ein mittleres Verarbeitungsverzögerungsbudget von 180 ms wie es im „Anwenderteil für ISDN-Zwecke der Richtlinien des Zeichengabesystems Nr. 7" (360 ms für 95%-ige) genau festgelegt ist, um die IAM-Nachricht zu bearbeiten und eine Verbindungsleitung in der Verbindungsleitungsgruppe, die für die Ortnetzvermittlungsstelle vorher eingerichtet ist, zu reservieren.
In der Technologie des Sprechverbindungsleitungsbetriebes über ATM (VTOA) wird ein mit Mehrfachausnützung mit Zeitteilung (TDM) versehener normaler Durchgang durch drei Komponenten ersetzt: eine Verbindungsleitung-Wechselwirkungsfunktion (T-IWF), eine Steuerung und Zeichengabe-Wechselwirkungsfunktion (CS-IWF) und ein ATM-Netz. Die 3-Komponenten-Architektur (d.h. T-IWFen, CS-IWF und ATM-Netz) erfordert eine zur TDM-Verarbeitung unterschiedliche Nachrichtenverarbeitung des Zeichengabe-Kanals, muss aber zumindest die Effektivität der normalen Netzverarbeitung auf TDM-Basis aufrechterhalten. Das heißt, diese drei Komponenten sollten sich das mittlere Budget von 180 ms teilen, weil sie als einzige Informationseinheit, d.h. ein virtuelles Tandem-Wählersystem betrachtet werden. Daher ist die Zeit für das ATM-Netz zum Herstellen einer geschalteten, virtuellen Verbindung (SVC), die der Reservierung einer Verbindungsleitung des VTOA gleichwertig ist, knapp.
Bei einer VTOA-Architektur kommunizieren die Endämter und die virtuelle Durchgangsvermittlungsstelle (d.h. CS-IWF) durch ein SS7-Netzwerk, wie es in 2 ersichtlich ist, in der gleichen Weise, wie die Vermittlungsstellen in TDM-basierten Fernleitungsnetzen kommunizieren. Jedoch liegen die Funktionen von Steuerung/Zeichengabe und Herstellung einer Durchschaltung (ein SVC durch ein ATM-Netz) in dem CS-IWF und dem ATM-Netz bzw. dem T-IWF. Das Koordinieren unterschiedlicher Komponenten führt neue Nachrichtenvermittlungen in die Verarbeitung ein.
In der VTOA-Architektur weisen die CS-IWF nach Empfang einer IAM-Nachricht zwei Möglichkeiten auf. Die erste Möglichkeit besteht darin, zur Initiierung einer ATM-Verbindung eine Nachricht entweder an eine Ursprungs- oder eine Zielvermittlungs-T-IWF zu senden und auf eine Nachricht „ATM-SVC hergestellt" zu warten, bevor die IAM-Nachricht an die Zielvermittlungsstelle gesendet wird. Die zweite Möglichkeit besteht darin, die IAM-Nachricht an die Zielvermittlungsstelle zu dem gleichen Zeitpunkt zu senden, wo sie eine Anforderung an jede T-IWF zur Herstellung einer ATM-Verbindung sendet. Es wird erwartet, dass die ATM-Verbindung vor dem Empfang einer vollständigen Adressnachricht (ACM) bereit sein wird, was anzeigt, dass sich das Anrufen des Anzurufenden anwenden lässt und die Durchschaltung in dem Tandem hergestellt werden sollte. Die zweite Möglichkeit stellt für die Herstellung eines SVCs durch ein ATM-Netz mehr Zeit zur Verfügung. Jedoch kann ein SVC sehr gut durch mehrere ATM-Vermittlungen gehen, die im Allgemeinen ziemlich große Figuren als Verzögerungszeit des Verbindungsaufbaus aufweisen. Obwohl es einige Ausnahmen gibt, wäre es unvernünftig anzunehmen, die Verzögerungszeit sei gering, weil die Verzögerungszahlen neuer Vermittlungen doch noch getestet werden sollen, und angenommen werden kann, dass bereits eingesetzte ATM-Vermittlungen in den kommenden Jahren den Zweck erfüllen werden. Mit anderen Worten, für jede Möglichkeit besteht die Notwendigkeit zum schnellen SVC-Aufbau durch das ATM-Netz, um innerhalb der standardisierten Grenzen des Verzögerungsbudgets zu bleiben.
Eine Lösung für das Problem der Verzögerungszeit besteht darin, im ATM-Hauptbus ein überlagertes PVP-Netz (permanenter virtueller Pfad) zu konstruieren. Mit einem PVP-Netz benötigen nur Endpunkte von virtuellen Pfaden eine Rufverarbeitung, und Durchgangsknoten sind bei der Herstellung von SVCen nicht einbezogen. Ferner ist die Ausführung von virtuellen Pfadnetzen gut untersucht, und somit existieren viele vorgeschlagene Optimierungsalgorithmen. Jedoch ist die effiziente Verwaltung von virtuellen Pfadnetzen praktisch noch eine herausfordernde Aufgabe. Obwohl die Gestaltung eines elastischen virtuellen Pfades, der sich mit verändernden Bedingungen des Fernsprechverkehrs erneut selbst einschätzt, eine versprechende Lösung ist, gibt es gegenwärtig kein Standardverfahren, um die Kapazität von virtuellen Pfaden automatisch zu verändern. Folglich müsste sich ein Telekommunikationsträger zu einer gesetzlich geschützten Lösung festlegen, die ihre eigenen Nachteile aufweist. Schließlich leiden PVP-Netze an dem Nachteil, dass sie im Falle eines Netzversagens manuelles Umleiten erforderlich machen. Im Gegensatz dazu werden durch das Leitweglenkungs-Protokoll „Private Network-Network Interface (PNNI)" SVCen ohne Störung von dem Verwaltungssystem im Falle von Ausfällen im ATM-Netz automatisch umgeleitet. Dieses Merkmal bewirkt, dass die SVCen in hohem Maße Anklang für Verwaltungs- und Betriebszwecke finden.
Das US-Patent Nr. 5 953 316 beschreibt ATM-basierte Breitbandnetze. Damit die Verzögerungszeit eines Verbindungsaufbaus verringert wird, zwischenspeichert ein Verbindungsmanager Netzzustände, um die Anzahl von Fern-Prozeduraufrufen möglichst gering zu halten. Verbindungen oder „Leitwege" werden mit einer zugeordneten Zeitmarke zwischengespeichert, und es wird eine Zeitbegrenzungsperiode zur Leitweg-Ungültigkeitserklärung von T Sekunden definiert, so dass der Verbindungsmanager den zwischengespeicherten Leitweg erneut verwenden kann, wenn er weniger als T Sekunden alt ist.
ABRISS DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf das Vorerwähnte besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Verbesserung der Effektivität von VTOA-Systemen. Die vorliegende Erfindung reduziert die Gesamtzahl von SVCen in dem ATM-Netz, verbessert die Nutzung der Bandbreite und schließt die Notwendigkeit einer manuellen Zwischenspeicher-Verwaltung aus.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Zwischenspeichern eines geschalteten, virtuellen Schaltkreises (SVC) zur Verwendung innerhalb eines Telekommunikationsnetzes vorgesehen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Zwischenspeichern eines SVC für eine Zwischenspeicherdauer;
und
Verwenden des zwischengespeicherten SVC, wenn während der Zwischenspeicherung eine neue Rufanforderung für den Zielpunkt auftritt; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist:
Definieren eines Verzögerungsbudgets;
Schätzen einer Rufankunftsrate in dem Netzwerk;
Schätzen einer Verbindungsaufbauverzögerung in dem Netzwerk;
und
Bestimmen der Zwischenspeicherdauer auf der Grundlage des Verzögerungsbudgets, der geschätzten Rufankunftsrate und der geschätzten Verbindungsaufbauverzögerung.
Wenn ein SVC für die Zwischenspeicherdauer gespeichert ist, erleichtert das Zwischenspeichern die Verarbeitung von Telefonanrufen im Netzwerk innerhalb des Verzögerungsbudgets, indem eine Rufverarbeitung für eine neue SVC-Herstellung entfällt, wenn während der Zwischenspeicherung eine neue Rufanforderung für den Zielpunkt auftritt.
So überwindet das Verfahren zum Zwischenspeichern eines SVC die Einschränkungen von oben erörterten ATM-Vermittlungen durch eine verzögernde Freigabe von SVCen. Das heißt, ein bereits hergestellter SVC wird nicht unmittelbar freigegeben, wenn ein Gespräch endet (d.h. wenn irgendeine Seite auflegt). Stattdessen wird der SVC eine veränderliche Dauer lang, die als Zwischenspeicherzeit bezeichnet wird, mit der Ausnahme stromführend gehalten, dass während dieser Zeit eine weitere Rufanforderung für die gleiche Zielvermittlungsstelle ankommen wird. Die Zwischenspeicherdauer wird auf der Grundlage einer Rufankunftsrate und einer Verbindungsaufbauverzögerung, mit der man im ATM-Netz Erfahrung gemacht hat, adaptiv verändert, um innerhalb des erforderlichen Verzögerungsbudgets zu bleiben. Somit wird die Verarbeitungsbelastung des ATM-Netzes ständig überwacht, und folglich ist die Zwischenspeicherzeit verändert. Vorzugsweise wird die Zwischenspeicherzeit erhöht, wenn die Verbindungsaufbauzeit das Budget überschreitet, und ist verringert, wenn die Verbindungsaufbauzeit kleiner war als erforderlich. Die vorliegende Erfindung verfolgt aufmerksam Veränderungen in der Verarbeitungsbelastung des ATM-Netzes (Verbindungsaufbauverzögerung) und der Rufankunftsrate.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Zwischenspeicherdauer umgekehrt auf die Verbindungsaufbauverzögerung bezogen. Noch besser, die Zwischenspeicherdauer t_cache wird berechnet aus der Gleichung
in der

<λ>: eine Schätzung der mittleren Rufankunftsrate,
<d>_setup: eine Schätzung der mittleren Verzögerung des Verbindungsaufbaus in einem ATM-Netz,
d_budget: das Verzögerungsbudget,
β: eine vorgegebene Konstante zwischen Null und Eins; und
n: die Zeit ist, wenn die Rufankunftsrate und die Verbindungsaufbauverzögerung gemessen werden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Schätzung der mittleren Rufankunftsrate und die Schätzung der mittleren Verzögerung des Verbindungsaufbaus in dem ATM-Netz gefiltert. Vorzugsweise wird die Schätzung der mittleren Rufankunftsrate nach der Gleichung: <λ> (i) =(1 – w) <λ> (i – 1) + w <λ> (i)und die Schätzung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung im ATM-Netz nach der Gleichung: <d>setup (i) = (1 – w) <d>setup (i – 1) + w <d>setup (i)gefiltert, in der w ein Gewicht und l eine Zeiteinheit ist, Vorzugsweise ist w = 0,1.
In einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt des Schätzens der Rufankunftsrate das periodische Messen der Rufankunftsrate in einem vorbestimmten Intervall, und der Schritt des Schätzens der Verbindungsaufbauverzögerung in dem Netzwerk umfasst das periodische Messen der Verzögerung des Verbindungsaufbaus in dem Netzwerk in einem vorbestimmten Intervall. Das Messen der Verbindungsaufbauverzögerung kann weiterhin das Messen der Zeit zwischen dem Senden einer anfänglichen Aufbaunachricht von einer abgehenden Verbindungsleitungs-Zusammenwirkungsfunktion (T-IWF) und dem Empfangen einer endgültigen Verbindungsnachricht bei der abgehenden T-IWF umfassen.
Vorzugsweise wird der SVC zu einem Zielpunkt als Antwort auf einen Telefonanruf zu dem Zielpunkt hergestellt. Ferner wird vorzugsweise der SVC zwischengespeichert, nachdem der Telefonanruf beendet ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren zum Zwischenspeichern eines SVC weiterhin den Schritt des Auswählens eines am längsten, zwischengespeicherten SVC für eine Verwendung, wenn mehr als ein zwischengespeicherter SVC für den Zielpunkt verfügbar ist.
Nach einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein Telekommunikationssystem für die Zwischenspeicherung eines geschalteten, virtuellen Schaltkreises (SVC) vorgesehen, wobei das System aufweist:
ein ATM-Netzwerk,
zumindest einen SVC innerhalb des Netzwerks, wobei der SVC zu einem Zielpunkt als Antwort auf einen Telefonanruf zu dem Zielpunkt hergestellt wird; und
Zwischenspeichern des SVC für eine Zwischenspeicherdauer, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin aufweist:
ein vorbestimmtes Verzögerungsbudget,
mehrere Verbindungsleitungs-Zusammenwirkungsfunktionen zum Schätzen einer Rufankunftsrate (λ) und einer Verbindungsaufbauverzögerung des ATM-Netzes und zum Bestimmen einer Zwischenspeicherdauer, die auf dem vorbestimmten Verzögerungsbudget, der geschätzten Rufankunftsrate und der geschätzten Verbindungsaufbauverzögerung basiert; und
eine Steuer- und Signalisier-Zusammenwirkungsfunktion.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Zwischenspeicherdauer umgekehrt auf die Verbindungsaufbauverzögerung bezogen. Noch besser, die Zwischenspeicherdauer t_cache wird aus der Gleichung
berechnet, in der

<λ>: eine Schätzung der mittleren Rufankunftsrate,
<d>_setup: eine Schätzung der mittleren Verzögerung des Verbindungsaufbaus in dem ATM-Netz,
d_budget: das Verzögerungsbudget,
β: eine vorgegebene Konstante zwischen Null und Eins, und
n: die Zeit ist, wenn die Rufankunftsrate und die Verbindungsaufbauverzögerung gemessen werden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Schätzung der mittleren Rufankunftsrate und die Schätzung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung in dem ATM-Netz gefiltert.
Vorzugsweise wird die Schätzung der mittleren Rufankunftsrate nach der Gleichung: <λ> (i) = (1 – w) <λ> (i – 1) + w <λ> (i)und die Schätzung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung im ATM-Netz nach der Gleichung: <d>setup (i) = (1 – w) <d>setup (i – 1) + w <d>setup (i)gefiltert, in der w ein Gewicht und l eine Zeiteinheit ist.
Günstig ist, dass die Verbindungsleitungs-Zusammenwirkungsfunktionen die Rufankunftsrate durch periodisches Messen der Rufankunftsrate in einem vorbestimmten Intervall schätzen, wobei die Verbindungsleitungs-Zusammenwirkungsfunktionen die Verzögerung des Verbindungsaufbaus in dem Netzwerk durch periodisches Messen der Verbindungsaufbauverzögerung im Netzwerk in einem vorbestimmten Intervall schätzen.
In einem Fall weisen die mehreren T-IWFen weiterhin eine abgehende T-IWF auf, wobei die abgehende T-IWF die Verbindungsaufbauverzögerung misst, indem die Zeit zwischen dem Senden einer anfänglichen Aufbaunachricht von der abgehenden T-IWF und dem Empfangen einer endgültigen Verbindungsnachricht an der abgehenden T-IWF gemessen wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wählt die T-IWF einen am längsten zwischengespeicherten SVC für eine Wiederverwendung aus, wenn mehr als ein zwischengespeicherter SVC für den Zielpunkt verfügbar ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben durch Bezug auf die besonders erwähnte Anzahl von Zeichnungen durch nicht einschränkende Beispiele bevorzugter Ausführungen der vorliegenden Erfindung, in denen gleiche Bezugszahlen ähnliche Teile in durchweg mehreren Ansichten der Zeichnungen darstellen und in denen zeigen:
1 eine herkömmliche Netzwerkarchitektur der TDM-Telekommunikation;
2 eine bekannte Netzwerkarchitektur des virtuellen Verbindungsleitungsbetriebes über ATM-Telekommunikation;
3 Verbindungsaufbaunachrichten zur Verwendung in dem in 2 gezeigten VTOA-Telekommunikationsnetzwerks;
4 eine zufällige Folge nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
5 die Genauigkeit der Approximation auf das Simulationsergebnis nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
6a – 6d eine erste Simulation, die eine Verzögerung des SVC in Gaußscher Normalverteilung nutzt, nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
7a – 7d eine zweite Simulation, die eine Verzögerung des SVC in Gaußscher Normalverteilung nutzt, nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
8 die konvergierende Rate der Zwischenspeicherung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
9a und 9b eine dritte Simulation, die eine Verzögerung des SVC in Weibull-Verteilung nutzt, nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
10 die Effektivität im Verhältnis zum Verzögerungsbudget.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegende Erfindung ist auf die verzögernde Freischaltung von SVCen gerichtet. Das heißt, auch nachdem ein Gespräch endet, wird der hergestellte SVC eine selbstanpassende Dauer lang stromführend gehalten, mit einer Ausnahme, dass es während dieser Zeit eine Rufanforderung für den gleichen Zielpunkt geben kann, daher könnte der gleiche SVC wieder verwendet werden. Mit der vorliegenden Erfindung werden die Kosten der Verbindungsverarbeitung im ATM-Netz reduziert, indem die Dauer der Zwischenspeicherung selbstanpassend bestimmt wird. Der Anpassungsprozess wird nachstehend ausführlich erörtert.
Um eine geeignete Dauer der Zwischenspeicherung zu bestimmen, muss der Telekommunikationsträger zu Anfang hinsichtlich eines Verzögerungsbudgets für den ATM-Netzabschnitt des verteilten virtuellen Tandemwählersystems auf ATM-Basis entscheiden. Die Entscheidung würde höchst wahrscheinlich in Bezug auf die Verarbeitungsleistung der ATM-Vermittlungsstellen ein Kompromiss sein und sollte der Anforderung an eine Verbindungsaufbauverzögerung für Sprechnetze entsprechen. Für ein vorgegebenes Verzögerungsbudget d_budget (d.h. die Anforderung für mittlere Rufverarbeitungszeit) sollte die mittlere Aufbauverzögerungszeit des SVC im ATM-Netz unterhalb von d_budget gehalten werden. Andererseits würde die Anforderung der Verbindungsaufbauverzögerung für Sprechnetze verletzt werden. So könnten unerwünschte Konsequenzen wie eine Zunahme von ungeduldigen Auflegungen und erneuten Versuchen auf Grund der Verzögerung durch eskaliertes Nachwählen auftreten.
Weil T-IWFen am Rand des ATM-Netzes einen SVC-Aufbau in der VTOA-Architektur auslösen, wird das Programm der SVC-Zwischenspeicherung im T-IWF implementiert, um die Anforderung d_budget zu verstärken. Indem so verfahren wird, befinden sich die T-IWFen mit der SVC-Aufbauverzögerung in dem ATM-Netz im Gleichlauf. Jedoch brauchen die T-IWFen eine ATM-Topologie nicht zu kennen, um mit der Verzögerungszeit in Gleichlauf zu kommen.
Die Verarbeitungsbelastung in dem ATM-Netz ändert sich entsprechend der Zeit. So sollte die T-IWF die Änderungen in der Rufverarbeitungsbelastung des ATM-Netzes gründlich untersuchen, indem ein Messprogramm angewendet wird, um die SVC-Aufbauverzögerungszeit des ATM-Netzes zu schätzen. Weil sich die Aktivität des Sprechverkehrs mit der Tageszeit (Stunden während oder außerhalb der Arbeit) und durch Interessengemeinschaft (Tätigkeit oder Wohngebiet) ändert, sollte jede T-IWF eine getrennte Messung gegenüber jeder anderen T-IWF aufrechterhalten.
Die SVC-Aufbauverzögerungszeit kann durch Messung der Zeit geschätzt werden, die zwischen einer gesendeten „AUFBAU"-Nachricht der Teilnehmer-Netz-Schnittstelle (UNI) und einer empfangenen „VERBINDUNGS"-Nachricht verstrichen ist, wie es in 3 dargestellt ist. Am Anfang wird die „AUFBAU"-Nachricht von der abgehenden T-IWF an die zugeordnete ATM-Vermittlung gesendet, die mit einer „VERBINDUNGS-VERARBEITUNGS"-Nachricht antwortet, die anzeigt, dass die „AUFBAU"-Nachricht verarbeitet wird. Nachdem die abgehende T-IWF die „AUFBAU"- Nachricht empfängt, wird diese Nachricht durch das ATM-Netz an die ATM-Zielvermittlungsstelle gesendet. Die ATM-Zielvermittlungsstelle sendet die „AUFBAU"-Nachricht an die Ziel-T-IWF, die eine „ANRUF-VERARBEITUNG"-Nachricht zurück an die ATM-Zielvermittlungsstelle ausgibt. Nachdem die Ziel-T-IWF die „AUFBAU"-Nachricht verarbeitet und notwendige Hilfsmittel (z.B. eine virtuelle Kanalkennung) zuordnet, wird eine „VERBINDUNGS"-Nachricht an die ATM-Zielvermittlungsstelle gesendet, welche die Nachricht an die abgehende ATM-Vermittlungsstelle und letzten Endes an die abgehende T-IWF weiterleitet. Als Antwort auf die „VERBINDUNGS"-Nachrichten werden „VERBINDUNG-ACK"-Nachrichten (positive Rückmeldung) von der abgehenden T-IWF an die ATM-Vermittlungsstelle und von der ATM-Zielvermittlungsstelle an die Ziel-T-IWF gesendet.
Zwischen der mittleren SVC-Aufbauzeitverzögerung und der Dauer der Zwischenspeicherung besteht eine umgekehrte Beziehung. Das heißt, wenn die Dauer der Zwischenspeicherung zunimmt, nimmt die mittlere SVC-Aufbauzeitverzögerung ab. Außerdem nimmt die mittlere SVC-Aufbauverzögerungszeit zu, weil die Dauer der Zwischenspeicherung abnimmt. Zum Beispiel, je länger ein SVC zwischengespeichert wird, umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein abgehender Ruf aufgenommen wird, das heißt, dass man auf einen zwischengespeicherten SVC trifft.
Mit der vorliegenden Erfindung wird die Zwischenspeicherzeit t_cach _e mit der im ATM-Netz und der Rufankunftsrate erfahrenen Verzögerungszeit anpassungsfähig verändert. Während jedes Messintervalls (n^th T_MI) wird die Zwischenspeicherzeit t_cache wie in Gleichung (1) berechnet, in der <λ> die Schätzung der mittleren Rufankunftsrate und <d> die Schätzung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung im ATM-Netz ist.
In Gleichung (1) werden <λ> und <d>_setup durch Messungen erhalten und werden gemäß Gleichung (2) jede T_MI gefiltert. Der Parameter β ist eine vorbestimmte Konstante zwischen Null und Eins, die nachstehend erläutert wird. <λ>(i) = (1 – w) <λ> (i – 1) + w <λ> (i) <d>setup (i) = (1 – w) <d>setup (i – 1) + w <d>setup (i) (2)
Der Filtervorgang erhöht die Stabilität des Algorithmus, um die Wirkung von hochfrequenten Komponenten in den Messungen folglich zu reduzieren. Die Veränderliche 1 stellt einen zeitlichen Moment dar. Das Gewicht w bestimmt die zeitliche Konstante des Niedrigpassfilters. Je größer w ist, umso ansprechbarer ist der Algorithmus. Wenn w zu groß ist, wird das Filter die Wirkung von vorübergehend auftretenden Veränderungen in <λ> und <d>_setup nicht vermindern. Andererseits, je kleiner w ist, umso stabiler ist der Algorithmus. Mit anderen Worten, wenn w zu niedrig eingestellt ist, reagiert der Algorithmus zu langsam auf Veränderungen bei der tatsächlichen Rufankunftsrate und Verzögerung des Verbindungsaufbaus. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt w = 0,1.
Anzumerken ist, dass der Zweck adaptiver Zwischenspeicherung die mittlere Verbindungsaufbauverzögerung d_{post_cache} unterhalb der Anforderung d_setup ist, wenn im ATM-Netz ein SVC aufzubauen ist. Die aus der Gleichung (1) gefundene Zwischenspeicherzeit t_cache garantiert automatisch, dass d_{post_cache} ≤ d_setup ist, vorausgesetzt, dass ein geeignetes β verwendet wird.
Um es zusammenzufassen, jeder hergestellte SVC wird für eine Dauer von t_cach _e, die durch Gleichung (1) bestimmt ist, stromführend gehalten (d.h. zwischengespeichert). Darüber hinaus wird t_cache an die Änderungen der mittleren Rufankunftsrate λ und mittleren Verbindungsaufbauverzögerung d_setup im ATM-Netz angepasst, indem beide Veränderlichen gemessen werden. Die T-IWF jedes Endamtes führt diese Verfahren für jede andere Zielvermittlungsstelle aus. Wenn eine neue Rufanforderung ankommt und es bereits einen zwischengespeicherten SVC für die Zielpunkt-Vermittlungsstelle gibt, kann der gleiche SVC für diesen neuen Anruf genutzt werden, ohne ein weiteres SVC-Aufbauverfahren durchführen zu müssen. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird, wenn mehr als ein zwischengespeicherter SVC für den gleichen Zielpunkt verfügbar ist, der älteste zwischengespeicherte SVC ausgewählt.
Jeder SVC benötigt eine einzige Identifizierung, weil die T-IWFen unterscheiden müssen, welche SVCen zwischengespeichert werden, um den zwischengespeicherten SVCen zu verwenden. Somit notiert die abgehende T-IWF die Ziel-T-IWF der Identifizierung des zwischengespeicherten SVC. Das Protokoll zum Notieren ist vorzugsweise Message Gateway Control Protocol (MGCP). MGCP kann natürlich durch andere Protokolle, die das gleiche Ergebnis vollbringen, ersetzt werden.
Es wird jetzt die Ableitung der Gleichungen (1) und (2) erläutert. Zuerst wird eine explizite Beziehung zwischen der mittleren SVC-Aufbauverzögerung und der Zwischenspeicherzeit bestimmt. In der Analyse wird davon ausgegangen, dass Telefonanrufe eine Poissonsche Ankunftsrate λ und exponentiell verteilte unabhängige Haltezeiten mit einem mittleren 1/μ aufweisen. Eine in 4 dargestellte zufällige Folge zeigt den durch Paare dargestellten Zustand (Anzahl von SVCen, Anzahl von zwischengespeicherten SVCen), wobei die Anzahl von SVCen alle hergestellten Verbindungen umfasst und die Anzahl von zwischengespeicherten SVCen die SVCen darstellt, die sich in dem Zwischenspeicher befinden und zur Zeit keinen Fernsprechverkehr übertragen. Die obere Grenze für die Anzahl von SVCen ist die gesamte Anzahl von durch N_trunk dargestellten Verbindungsleitungen (DS0en), die von der Endamt-Vermittlungsstelle abgehen. Nur ein Teil der gesamten Verbindungsleitungen kann auf Grund der wichtigen Effektivität der Verbindungsleitung sowie auf Grund der SVC-Notwendigkeiten von anderen Diensten zwischengespeichert werden. Deshalb besteht eine obere Grenze, die durch N_{cache_limit} für die Anzahl von zwischengespeicherten SVCen dargestellt wird. Die Erörterung darüber, wie eine geeignete N_{cache_limit} auszuwählen ist, ist nachstehend vorgesehen.
Die zwischengespeicherten SVCen werden, wenn sie nicht wieder verwertet werden, freigegeben, nachdem die Dauer der Zwischenspeicherung t_cache abläuft. Obwohl t_cache für jede Adaptionsperiode konstant ist, wird in dieser Analyse vorausgesetzt, dass sie exponentiell verteilt ist.
Die stetige Zustandsverteilung der zufälligen Folge kann durch das Gauss-Seidel-Verfahren, das auf den Seiten 128–130 in „Introduction to the Numerical Solution of Markov Chains" von W. J. Stewart, Princeton NJ, Princeton University Press, 1994, gegeben ist, numerisch herausgefunden werden. Folglich ist es einfach, die mittlere Verbindungsaufbauverzögerung der adaptiven Zwischenspeicherung d_{post_cache} zu finden, wie sie nachstehend in Gleichung (3) gezeigt ist. Es ist anzumerken, dass, wenn es in dem System einen zwischengespeicherten SVC gibt, die Aufbauverzögerung eines neuen Anrufs Null ist, weil anzunehmen ist, dass die Aufbauverzögerung des SVC für einen durch einen zwischengespeicherten SVC bearbeiteten Anruf Null ist. Daher tragen zur Berechnung nur die Zustände mit nicht zwischengespeicherten SVCen (d.h. π (i, 0) bei.
Weil die Konstruktion der Zustandsübergangsmatrix der zufälligen Folge beschwerlich ist, wird eine Approximierung entwickelt. Für dieses Herangehen werden die Telefonanrufe zuerst durch ein Wartesystem mit Anrufreihung M/M/∞ bedient. In dem Zwischenspeicherungssystem werden SVCen durch einen exponentiellen Server mit einer mittleren Periode von t_{cache_mean} = f(t_cache, λ, μ), wobei t_{cache_mean} ∊[0, t_cache] auf Grund von Zwischenspeicherzugriffen ist, bedient (d.h. freigegeben). Weil es schwierig ist, einen exakten Ausdruck für t_{cache_mean} zu berechnen, genügt die folgende heuristische Approximierung: t_{cache_mean} ≈ β·t_cache, β ∊ [0, 1]. Wiederum wird, sobald die stetige Zustandsverteilung, die in diesem Falle wie in Gleichung (4) ersichtlich eine poissonsche ist, bestimmt ist, die mittlere Verbindungsaufbauverzögerung gemäß Gleichung (5) bestimmt.
Die infinite Größe des Wartesystems mit Anrufreihung ist in dieser Approximierung eine vernünftige Annahme, weil praktisch die Anzahl von Verbindungsleitungen extrem groß ausgelegt wird, um eine sehr kleine Wahrscheinlichkeit einer Blockierung zu haben (≈ 10^–3). Obwohl ein bestimmter Prozentsatz (≈ 10%) der gesamten Verbindungsleitungen praktisch infolge von Leistungsbelangen zum Zwischenspeichern zugelassen ist, ist die Anzahl von zwischenspeicherbaren SVCen noch groß, unter Berücksichtigung, dass die Gesamtzahl von Verbindungsleitungen in heutigen Endämtern größer als 4000 ist.
dpost_cache ≈ π (0) dsetup ≈ dsetupexp (–λβtcache) (5)
Die in Gleichung (5) gegebene Approximierung liefert eine in Gleichung (6) dargestellte, sehr brauchbare Beziehung zwischen der Zwischenspeicherzeit t_cache, der Rufankunftsrate λ und dem zugeordneten Verzögerungsbudget d_budget.
In 5 ist die Genauigkeit der Approximierung an das Simulationsergebnis für verschiedene β-Werte dargestellt. Für dieses Beispiel ist λ = 0,1 Anrufe/Sekunde, 1/μ = 90 Sekunden und d_setup = 120 ms. Wie in 5 ersichtlich ist, wird die Approximierung dynamischer, je näher β gegen 1 geht. Außerdem wird die Approximierung konservativer, je näher β gegen 0 geht. Ein wichtiger Punkt ist, dass zwischen dem Verzögerungsbudget d_budget und der Zwischenspeicherzeit t_cache eine umgekehrte Beziehung besteht.
Es sind zwei Schritte erforderlich, um N_{cache_limit} zu berechnen. Zuerst wird aus Gleichung (6) eine optimale Zwischenspeicherdauer t^* _cache benötigt. „Optimal" bedeutet den einzigen t_cache-Wert, der aus Gleichung (6) für eine gegebene SVC-Aufbauverzögerungsanforderung d_budget berechnet wird. Hierbei ist die Annahme, dass es eine angemessen genaue Schätzung der Rufankunftsrate λ gibt. Bei diesem Schritt wird die SVC-Aufbauverzögerung d in dem ATM-Netz beurteilt. Die Schätzung von d_setup ist von vielen Faktoren, wie die gesamte Rufankunftsrate an das Netz (und ihre Verteilung darin), der Netzwerktopologie und der erwarteten Anzahl von in den Anruf einbezogenen ATM-Vermittlungsstellen abhängig. Die ATM-Vermittlungsstellen haben unterschiedliche Verzögerungsfiguren für unterschiedliche Rufankunftsraten, denen sie ausgesetzt werden. Zum Beispiel könnte eine ATM-Vermittlungsstelle eine 10 ms betragende SVC-Aufbauverzögerung für 50 Anrufe/Sekunde und ein 30 ms betragende für 100 Anrufe/Sekunde aufweisen. Praktisch ist das ATM-Netz derart ausgelegt, dass die Rufankunftsrate zu einer einzelnen ATM-Vermittlungsstelle unter einem erforderlichen Wert gehalten wird. Außerdem kann in der Topologieausführung eine Einschränkung der maximalen Anzahl von ATM-Vermittlungsstellen für einen zu querenden Anruf verhängt werden. Angesichts dieser Beobachtungen gibt es viele technische Betrachtungen, die den ersten Schritt beeinflussen.
Im zweiten Schritt ist die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass π (N_{cache_limit}) aus zwischenspeicherbaren SVCen heraus läuft (d.h. die obere Grenze der Anzahl zwischengespeicherter SVCe zu finden). Wiederum ist π (N_{cache_limit}) ein technischer Parameter, der einzustellen ist. Das heißt, es hängt von dem Netzbediener ab zu entscheiden, wie häufig die Zwischenspeichergrenze N_{cache_limit} gefunden werden könnte. Nachdem π (N_{cache_limit}) gegeben ist, kann (N_{cache_limit}) aus der bekannten Erlang-B-Formel gefunden werden. Es ist anzumerken, dass λ und t^* _cache aus dem ersten Schritt bekannt sind.
Die folgende Erörterung konzentriert sich auf das messungsbasierte, anpassungsfähige Zwischenspeichern nach der vorliegenden Erfindung, das auf ein simuliertes Sprechnetzwerk eines großen hauptstädtischen Bereiches angewandt wird. Es wird gezeigt, dass sich das Verfahren aktuellen Veränderungen anpasst, dass die Aufbauverzögerung tatsächlich geringer ist als die erforderliche Verzögerung, und dass sich der Algorithmus den plötzlichen Veränderungen im Netz anpasst. Schließlich wird gezeigt, dass der Prozess wirksam, d.h. ohne übermäßige Netzquellen zu vergeuden, arbeitet.
In den folgenden Simulationen wird ein einzelnes Endamt geprüft und es wird angenommen, dass die Wahrscheinlichkeit einer Gesprächsblockierung in dem ATM-Netz Null ist. Diese Annahme scheint zuerst unvernünftig zu sein. Sie ist jedoch realistisch, insbesondere wenn der Telekommunikationsträger sein ATM-Netz so auslegt, dass es virtuell eine Null-Blockierkapazität für VTOA-Anwendungen aufweist.
Das ATM-Netz ist eine in den Simulationen durch eine SVC-Aufbauverzögerungsverteilung dargestellte Blackbox. Diese Vereinfachung vermeidet die Simulation jedes Knotens im Netz sowie das PNNI-Leitweglenkungsprotokoll. Außerdem sollte der Querverkehr für jedes andere Zielpunktquellenpaar simuliert werden. Die Folge ist, dass die Komplexität extrem groß werden könnte, speziell, wenn in dem Breitband-Hauptbus große Netzwerke für hauptstädtische Bereiche mit vielen Endämtern und eine relativ große Anzahl von ATM-Vermittlungsstellen simuliert werden. Aus diesem Grund ist die im ATM-Netz erfahrene SVC-Aufbauverzögerung durch unterschiedliche Verteilungen, die unterschiedliche Belastungsbedingungen darstellen, gekennzeichnet. In den folgenden Simulationen werden Verteilungen nach Gauss und Weibull die Netzverzögerung darstellen.
Es wird vorausgesetzt, dass in den Simulationen N_EO Endämter vorhanden sind und die angehäufte Rufankunftsrate an das interessierende Endamt unter den Zielendämtern gleichmäßig verteilt ist. Die gleichmäßige Verteilung wird gewählt, um die Effektivität von anpassungsfähigem Zwischenspeichern im schlechtesten Fall zu wählen. Falls sich Rufanforderungen tatsächlich auf bestimmte Zielpunkte (z.B. interessierende Gemeinsamkeit) konzentrieren, wird das Programm der SVC-Zwischenspeicherung besser funktionieren, das heißt, es wird insgesamt mehr Zwischenspeicherzugriffe geben.
Um die Effektivität des Zwischenspeicheralgorithmus zu messen, ist in Gleichung (7) eine neue Leistungsmetrik ρ definiert. Wie aus ihrer Definition ersichtlich wird, ist ρ das Verhältnis der durchschnittlichen Dauer von verwendeten SVCen (getragener Sprechverkehr) zur Gesamtdauer von verwendeten oder zwischengespeicherten SVCen (werden stromführend gehalten, nachdem das Gespräch vorbei ist). In Gleichung (7) stellen m_busy,i die Anzahl verwendeter (zwischengespeicherter) SVCe für das i-te Endamt und m_idle,i die Anzahl zwischengespeicherter SCVe für das i-te Endamt dar. Wenn zum Beispiel ein SVC einen Sprechverkehr eine Dauer von 80 Sekunden lang überträgt und anschließend unbesetzt 20 Sekunden lang zwischenspeichert, beträgt die Effektivität dieses SVC 80%. Offensichtlich ist die ideale Bedingung wenn ρ = 1 ist. Je näher ρ gegen 1 geht, umso erfolgreicher ist das Zwischenspeicherprogramm. Mit anderen Worten, ρ ist das Maß des Erfolgs des Zwischenspeicherprogramms.
Um die Entwicklungsfähigkeit des Zwischenspeicherprogramms nach der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, wurden durch die gegenwärtigen Erfinder umfassende Simulationen durchgeführt. Durch experimentelle Untersuchung wurden die folgenden Fragen beantwortet: „Trägt das anpassungsfähige Zwischenspeichern dem höchsten Ziel Rechnung, die Verzögerung des Verbindungsaufbaus unter dem erforderlichen Wert zu halten?"; „Passt sich das anpassungsfähige Zwischenspeichern den Änderungen von d_setup und λ an?"; und „Wie effizient ist das anpassungsfähige Zwischenspeichern?".
In den 6a bis 6d sind die Ergebnisse eines ersten Simulationsszenarios dargestellt. Die Einstellparameter des Zwischenspeicherprogramms und die Systemparameter sind wie folgt: β = 0, 5; w = 0,1, d_budget = 80 ms, N_EO = 50, N_trunk = 4000, N_{cache_limit} = 400 und 1/μ = 90 Sekunden. Das Messintervall T_MI ist auf 30 Sekunden eingestellt. Das Messintervall T_MI ist festgelegt, so dass es eine ausreichende Anzahl von Messproben gibt, um d_set _up und λ vernünftig zu schätzen. Für die SVC-Aufbauverzögerung im ATM-Netz wird eine Gaußsche Verteilung N(d_setup, d_σ) verwendet, die eine Poissonsche Rufankunftsrate λ ist. Um sich der oben gestellten, zweiten Frage zu widmen, werden N(d_setup, d_σ) und λ über die Zeit verändert, wie es in 6a dargestellt ist. Wenn λ = 0,3 Anrufe/Sekunde (pro jedes Ziel-Endamt) beträgt, ist die Entwicklung von N(d_setup, d_σ) wie folgt: N(120 ms, 5 ms) → N(200 ms, 5ms) → N(40 ms, 5 ms) → N(120 ms, 5 ms). Im zweiten Teil der Simulation wird die Verteilung der SVC-Aufbauverzögerung auf N(120 ms, 5 ms) gehalten, während die Rufankunftsrate λ von 0,3 Anrufe/Sekunde auf 0,5 Anrufe/Sekunde, anschließend von 0,5 Anrufe/Sekunde auf 0,2 Anrufe/Sekunde und schließlich von 0,2 Anrufe/Sekunde zurück auf 0,3 Anrufe/Sekunde verändert wird.
Wie in 6b dargestellt, hält das Zwischenspeichern nach der vorliegenden Erfindung die Verbindungsaufbauverzögerung d_{post_cache} unter der Anforderung d_budget = 80 ms. Bei plötzlichen Veränderungen von d_setup oder λ treten vorübergehende Störungen auf. Die Störungen können überwunden werden, indem ein β von kleiner als 0,5 verwendet wird. In 6c ist die Entwicklung von t_cache dargestellt. Immer dann, wenn die Differenz von d_setup – d_budget zunimmt oder λ abnimmt, erhöht sich t_cache. Wenn d_setup – d_budget zunimmt, vergrößert sich der Algorithmus t_cache, um die Zwischenspeicherzugriffe zu verbessern. Somit wird die Anzahl von normalen SCV-Einstellungen durch das ATM-Netz reduziert. Die Folge ist, dass die mittlere Verbindungsaufbauverzögerung d_{post_cache} unter d_budget gehalten wird. Wenn λ abnimmt, muss t_cache ebenso erhöht werden, um die Zwischenspeicherzugriffe konstant zu halten, weil Zwischenspeicherzugriffe auf Grund von weniger ankommenden Anrufen abnehmen, wenn t_cache nicht modifiziert ist. Die andere bemerkenswerte Beobachtung ist, dass t_cache = 0 ist, wenn d_setup < d_budget ist. Offensichtlich ist, dass ein Zwischenspeichern nicht notwendig ist, wenn die SVC-Aufbauverzögerung im ATM-Netz kleiner ist als die Anforderung.
Das Zwischenspeichern nach der vorliegenden Erfindung ist sehr effizient (z.B. größer als 96%) wie es in 6d gezeigt ist. Aus der Entwicklung von t und ρ wird bemerkt, dass ρ immer dann abnimmt, wenn t_cache zunimmt und umgekehrt. Der Grund ist, dass eine Zunahme von t_cache bedeutet, dass es eine Ausweitung in der unbesetzten SVC-Dauer im Durchschnitt gibt.
Das anpassungsfähige Zwischenspeichern nach der vorliegenden Erfindung untersucht ständig die SVC-Aufbauverzögerung im ATM-Netz sowie die Rufankunftsrate λ gründlich. Deshalb können Messfehler die Effektivität des Algorithmus dämpfen. Zum Prüfen der Wirkung von Messfehlern auf die Leistung des anpassungsfähigen Zwischenspeicherns wird die Standardabweichung der Gaußschen Verteilung für die SVC-Aufbauverzögerung erhöht. Während in dem vorhergehenden Szenario d_σ = 5 ms ist, ist im zweiten Szenario d_σ = 50 ms (eine zehnfache Zunahme). Die anderen Parameter sind die gleichen wie in dem ersten Simulationsszenario. Wie es die Simulationsergebnisse in 7a bis 7d zeigen, ist das anpassungsfähige Zwischenspeichern nach der vorliegenden Erfindung sehr stabil, und eine erhöhte Veränderung hat fast keinen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit. An diesem Punkt ist anzumerken, dass die Größe des Messintervalls T_MI einen großen Einfluss auf die Schätzung von d_setup und λ hat. Wenn T_MI übermäßig klein gehalten wird, dann wird es eine ungenügende Anzahl von Proben geben, um einen Mittelwert geeignet zu schätzen.
Die Konvergenzzeit des anpassungsfähigen Zwischenspeicherns ist eine wichtige Betrachtung. Um zu zeigen, wie schnell die Anpassung des Algorithmus ist, wird der Bereich zwischen den zwei vertikalen Strichlinien in 7b vergrößert, was in 8 dargestellt ist. In 8 stellt jeder Punkt ein Messintervall (T_MI) dar, das 30 Sekunden entspricht. Wie in der Figur dargestellt ist, erreicht bei plötzlicher Änderung von d_setup (von 40 ms auf 120 ms) d_{post_cache} die Anforderung (d_budget = 80 ms) in 6 Schritten, d.h. 180 Sekunden. Es ist wichtig anzumerken, dass die Konvergenzgeschwindigkeit des Algorithmus von vielen Faktoren abhängig ist. Das in den Filtern verwendete Gewicht w und das Messintervall T_MI sind die ersten zu beachtenden Faktoren. Offensichtlich könnte w größer gemacht werden oder für T_MI könnte eine kürzere Dauer verwendet werden, um die Konvergenzgeschwindigkeit zu erhöhen. Es soll jedoch angemerkt werden, dass ersteres auf Grund von erhöhter Empfindlichkeit gegenüber vorübergehend auftretenden Veränderungen zu Instabilität (z.B. Schwingung) führt, wogegen letzteres wegen einer unzureichenden Statistiksammlung die gleiche Wirkung aufweist.
In den vorhergehenden Simulationen wurde für die SVC-Aufbauverzögerung im ATM-Netz eine Gaußsche Verteilung verwendet. Als nächstes wurde der Einfluss einer Weibull-Verteilung auf die Simulation beobachtet. In diesem Szenario sind β = 0,5, w = 0,1, d_budget = 80 ms, N_EO = 50, T_MI = 30 Sekunden, N_trunk = 4000, N_{cache_limit} = 400 und 1/μ = 90 Sekunden. Die mittlere und Standardabweichung (d_setup, d_σ) der Weibull-Verteilung und λ ändern sich über die Zeit wie es in 9a dargestellt ist. Wenn λ = 0,3 Anrufe/Sekunde (pro jedes Ziel-Endamt) beträgt, ist die Entwicklung von (d_setup, d_σ) wie folgt: (120 ms; 43,6 ms) → (200 ms; 72,7 ms) → (40 ms; 14,5 ms) → (120 ms; 43,6 ms). Im zweiten Teil der Simulation ist d_setup = 120 ms und d_σ = 43,6 ms, während sich die Rufankunftsrate λ von 0,3 Anrufe/Sekunde auf 0,5 Anrufe/Sekunde, anschließend von 0,5 Anrufe/Sekunde auf 0,2 Anrufe/Sekunde und schließlich von 0,2 Anrufe/Sekunde zurück auf 0,3 Anrufe/Sekunde änderte. Wie in 9b ersichtlich ist, steht die Effektivität des anpassungsfähigen Zwischenspeicherns im Einklang mit den vorhergehenden Beobachtungen des Gaußschen Falls. Das anpassungsfähige Zwischenspeichern ist einer mittleren Schätzung zugrunde gelegt und hängt nicht von einer Verteilung ab. Die wichtige Bedingung hierbei ist, ein geeignetes Messintervall T_MI zu wählen.
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass es einen Kompromiss gibt zwischen der Effektivität ρ des Zwischenspeicherns und einer SVC-Aufbauverzögerung d_setup des ATM-Netzes in Bezug auf das zugeordnete Verzögerungsbudget d_budget. Das heißt, d_setup – d_budget ist der wesentliche Faktor zum Bestimmen der Effektivität ρ des Zwischenspeicherns. Je größer d_setup – d_budget ist, desto weniger effizient ist das anpassungsfähige Zwischenspeichern. Intuitiv wird die Zwischenspeicherdauer (folglich die Anzahl von zwischengespeicherten Verbindungen) erhöht, um die Anforderung einer kleinen Verzögerung zu erfüllen. Wie oben erörtert, ist das Verzögerungsbudget abhängig von der Verarbeitungskapazität der ATM-Vermittlungsstellen. Somit hängt die Effektivität außerdem von der Leistungsfähigkeit der Rufverarbeitung der ATM-Vermittlungstellen ab.
Das folgende Beispiel veranschaulicht diesen Punkt. In dem Beispiel gibt es drei Typen von ATM-Vermittlungsstellen, wobei jede eine andere SVC-Aufbauverzögerung aufweist. Folglich wird das aus diesen Vermittlungsstellen bestehende ATM-Netz eine unterschiedliche SVC-Aufbauverzögerung aufweisen. Die Voraussetzung ist, dass die Verarbeitungsverzögerung des SVC-Aufbaus im ATM-Netz mit dem ersten Typ von Vermittlungsstellen 80 ms (im Mittel), mit dem zweiten Typ von Vermittlungsstellen 120 ms beträgt, während sie mit dem dritten Typ von Vermittlungsstellen 200 ms beträgt. Das heißt, die erste ATM-Vermittlungsstelle besitzt eine gute SVC-Aufbauleistung und die dritte besitzt eine geringe Rufverarbeitungleistung. In den Simulationen beträgt die gesamte Rufankunftsrate 100 Anrufe/Sekunde, wobei die Anrufe gleichmäßig auf 100 Zielpunkt-Endämter verteilt sind. Die Effektivität für jedes d_budget∊ [5 ms, 200 ms] wird erreicht.
Die in 10 dargestellten Ergebnisse können auf zwei Arten interpretiert werden. Erstens, für ein vorgegebenes Verzögerungsbudget kann die maximale erreichbare Effektivität für jeden Typ von ATM-Vermittlungsstellen gefunden werden. Zweitens, für eine erforderliche Effektivität kann das Verzögerungsbudget, das zugeordnet werden sollte, bestimmt werden. Wenn zum Beispiel das Verzögerungsbudget 50 ms ist, wird die Effektivität des Zwischenspeicherprogramms mit guten, mittelmäßigen und schlechten ATM-Vermittlungsstellen in dem Hauptbus jeweils 94%, 90% und 84%. Andererseits sollten für die Zieleffektivität von 95% die Zuordnungen des Verzögerungsbudgets für gute, mittelmäßige und schlechte ATM-Vermittlungsstellen jeweils 55 ms, 80 ms und 135 ms sein.
Die Effektivität stabilisiert sich über einen bestimmten Wert des Verzögerungsbudgets hinaus. Zum Beispiel bleibt die Effektivität für die schlechten ATM-Vermittlungsstellen fast konstant, wenn das Verzögerungsbudget kleiner als 20 ms ist. Tatsächlich wird es immer für eine feste Rufankunftsrate Zwischenspeicherzugriffe über einen Verzögerungsbudgetwert hinaus geben, ganz gleich wie klein er wird, weil je größer d_setup – d_budget wird, umso größer wird t_cache, um die Anforderung an d_budget zu erfüllen. Für sehr kleine d_setup-Werte (d_setup ist unveränderlich), wird t_cache so groß, dass die Effektivität ρ auf Grund von unterstützten Zwischenspeicherzugriffen für d_budget unempfindlich wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf das Verändern der Zwischenspeicherdauer t_cache beschrieben worden ist, kann stattdessen die Anzahl von vorher hergestellten SVCen n_cache verändert werden. In diesem anderen Ausführungsbeispiel, d.h. einem vertikalen Zwischenspeicher, ist die anpassungsfähige Anzahl von vorher hergestellten SVCen n_cache in Abhängigkeit vom Schätzwert der Rufankunftsrate zur Nutzung bereit. Folglich könnte n_cache auch mit den wechselnden Verbindungsanforderungen anpassungsfähig eingestellt werden, wenn die Zeit fortschreitet. Das andere Ausführungsbeispiel liefert Ergebnisse, die dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel ähnlich sind, wie eine Anpassung von t_cache und n_cache den gleichen Einfluss auf die SVC-Aufbauverzögerung hat. Folglich verringert sich die mittlere SVC-Aufbauverzögerung, wenn n_cache zunimmt.
Der Nachteil des vertikalen Zwischenspeichers besteht in dem Mangel an Zerlegbarkeit. Das vertikale Programm kann analysiert werden, indem eine zufällige Folge (mit der Annahme von Poissonschen Eingängen und exponentiellen Haltezeiten) konstruiert wird, wobei der Zustand (Anzahl von Verbindungen, Anzahl von vorher hergestellten Verbindungen) durch Tupel dargestellt wird. Weil die zufällige Folge nicht zerlegbar ist, besteht die einzige Möglichkeit, n_cache mit den sich ändernden Sprechverbindungsbedingungen einzustellen, darin, eine numerische Analyse der neu konstruierten zufälligen Folge durchzuführen, da sich Schätzungen von λ (Rufankunftsrate) über die Zeit ändern. Indem so verfahren wird, kann ein geeignetes n_cache entsprechend den Messungen der Rufankunftsrate gefunden werden. Deshalb ist es schwierig, eine einfache explizite, inverse Beziehung zwischen der Anzahl von vorher hergestellten SVCen n_cache und der in dem Netz erfahrenen SVC-Aufbauverzögerung zu finden. Außerdem trägt dieser Lösungsweg eine hohe Verarbeitungslast für praktische Realisierungen. Infolgedessen ist es vorzuziehen, die Zwischenspeicherdauer anpassungsfähig einzustellen.
Die in Gleichung (6) dargestellte explizite, inverse Beziehung zwischen Verbindungsaufbauverzögerung und Zwischenspeicherzeit hat geholfen, einen Mechanismus zum Anpassen der Zwischenspeicherzeit (Gleichung [5].) abzuleiten, der die Bedingungen von Sprechverkehr (Rufankunftsrate) und Netz (Verbindungsverarbeitungsbelastung des Netzes) verfolgt. Wenn diese explizite Beziehung fehlt, könnten andere anpassungsfähige Programme verwendet werden. Zum Beispiel ist der Algorithmus des kleinsten, mittleren Quadrats ein guter Anwärter.
Mit der vorliegenden Erfindung können die für die TDM-Sprechnetze eingestellten Anforderungen an eine mittlere amtsinterne Verzögerung erfüllt werden. Jedoch werden in den Standards auch die 95-ten und 5-ten prozentualen Werte (Gaußsche Verteilungen vorausgesetzt) beschrieben. Zum Beispiel zeigt der 5-te prozentuale Wert, dass es eine Rufabschneidung (ungeduldige Auflegungen) von 5% geben wird, wobei in diesem Fall Netzreserven vergeudet werden. Diese Anforderungen können auch in das Zwischenspeichern nach der vorliegenden Erfindung einbezogen werden. Eine Lösung ist, die dringendste Anforderung (d.h. die 5-te, prozentige) anstelle der mittleren zu berücksichtigen. In diesem Fall würden alle Anforderungen erfüllt werden. Klar ist, dass ein geeignetes Messintervall gewählt werden sollte, um eine ausreichende Anzahl von Verzögerungsabfragewerten zu haben, damit die Voraussetzung der Gaußschen Verteilung für die amtsinterne Verzögerung bestätigt wird. Der Kompromiss hierbei ist die Effektivität. Die Zielanforderung kann verändert werden (mittlere oder 5-te prozentuale oder 95-te prozentuale), weil die Messungen von realen Abschneidungen verfügbar werden. Somit kann die Anforderung auch ein technischer Parameter sein, der einzustellen ist.
Mit der vorliegenden Erfindung ist ein anpassungsfähiges SVC-Zwischenspeicherprogramm vorzugsweise für VTOA-Anwendungen definiert. Die Motivierung basiert auf der Beobachtung, dass eine SVC-Herstellung durch ein ATM-Netz länger brauchen könnte als es durch die Standards heutiger Sprechnetze erforderlich ist.
Die Kapazität der Verbindungsbearbeitung im ATM-Netz wird als eine knappe Quelle behandelt. So werden durch die vorliegende Erfindung bereits hergestellte SVCe mehr als einmal wieder verwendet. Indem so verfahren wird, wird eine verzögerte Freigabe eines SVC-Mechanismus verwendet. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein SVC nicht plötzlich unterbrochen, nachdem die Benutzer das Gespräch beendet haben (auflegen), der SVC wird stattdessen eine anpassungsfähige Dauer (Zwischenspeicherzeit) lang stromführend gehalten, in der Hoffnung, dass es eine weitere Rufanforderung an den gleichen Zielpunkt geben wird. So entfällt die Verbindungsverarbeitung für eine neue SVC-Herstellung.
Zwischen der Zwischenspeicherzeit und der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung wurde eine inverse Beziehung gefunden. Durch Nutzung dieser Abhängigkeit ist ein Anpassungsprogramm für die Zwischenspeicherzeit entwickelt worden. Mit der vorliegenden Erfindung wird sowohl die mittlere Ankunftsrate als auch die mittlere Verbindungsaufbauverzögerung im ATM-Netz ständig gemessen, um die geeignete Zwischenspeicherdauer zu bestimmen, damit die Anforderung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung erfüllt wird.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf mehrere beispielhafte Ausführungen beschrieben worden ist, wird verständlich, dass die Worte, die benutzt wurden, vielmehr Worte der Beschreibung und Veranschaulichung als Worte einer Beschränkung sind. Obwohl die Erfindung mit Bezug auf spezielle Mittel, Materialien und Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung auf die offenbarten Besonderheiten beschränkt ist, vielmehr erstreckt sich die Erfindung auf alle funktionell ähnlichen Strukturen, Verfahren und Nutzungen, wie sie innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche liegen.

Claims

Verfahren zum Zwischenspeichern eines geschalteten virtuellen Schaltkreises (SVC) zur Verwendung innerhalb eines Telekommunikationsnetzwerks, welches Verfahren die Schritte aufweist: Zwischenspeichern eines SVC für eine Zwischenspeicherdauer (t_cache); und Verwenden des zwischengespeicherten SVC, wenn eine neue Rufanforderung zu dem Zielpunkt während der Zwischenspeicherung erfolgt; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist: Definieren eines Verzögerungsbudgets (d_budget); Schätzen einer Rufankunftsrate in dem Netzwerk (λ); Schätzen einer Verbindungsaufbauverzögerung in dem Netzwerk (d_setup); und Bestimmen der Zwischenspeicherdauer auf der Grundlage des Verzögerungsbudgets, der geschätzten Rufantwortrate und der geschätzten Verbindungsaufbauverzögerung.
SVC-Zwischenspeicherverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zwischenspeicherdauer umgekehrt auf die Verbindungsaufbauverzögerung bezogen ist.
SVC-Zwischenspeicherverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zwischenspeicherdauer t_cache anhand der Gleichung berechnet wird:
worin: <λ> ist eine Schätzung der mittleren Rufankunftsrate; <d>_setup ist eine Schätzung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung in einem ATM-Netzwerk; d_budget ist das Verzögerungsbudget; β ist eine vorbestimmte Konstante zwischen null und eins; und n ist die Zeit, zu der die Rufankunftsrate und die Verbindungsaufbauverzögerung gemessen werden.
SVC-Zwischenspeicherverfahren nach Anspruch 3, bei dem die Schätzung der mittleren Rufankunftsrate gefiltert wird und die Schätzung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung in dem ATM-Netzwerk gefiltert wird.
SVC-Zwischenspeicherverfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Schätzung der mittleren Rufankunftsrate gefiltert wird entsprechend der Gleichung: <λ> (i) = 1 – w) <λ> (i – 1) + w<λ> (i)und die Schätzung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung in dem ATM-Netzwerk gefiltert wird entsprechend der Gleichung: <d>setup (i) = (1 – w) <d>setup (i – 1) + w<d>setup (i)worin w ein Gewicht ist und 1 eine Zeiteinheit ist.
SVC-Zwischenspeicherverfahren nach Anspruch 5, bei dem w = 0,1 ist.
SVC-Zwischenspeicherverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Schätzens der Rufankunftsrate das periodische Messen der Rufankunftsrate in einem vorbestimmten Intervall aufweist, und bei dem der Schritt des Schätzens der Verbindungsaufbauverzögerung in dem Netzwerk das periodische Messen der Verbindungsaufbauverzögerung in dem Netzwerk in einem vorbestimmten Intervall aufweist.
SVC-Zwischenspeicherverfahren nach Anspruch 7, bei dem das Messen der Verbindungsaufbauverzögerung weiterhin das Messen der Zeit zwischen dem Senden einer anfänglichen Aufbaunachricht von einer verursachenden Verbindungsleitungs-Zusammenwirkungsfunktion (T-IWF) und dem Empfangen einer endgültigen Verbindungsnachricht bei der verursachenden T-IWF aufweist.
SVC-Zwischenspeicherverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der SVC zu einem Zielpunkt als Antwort auf einen Telefonruf zu dem Zielpunkt errichtet wird.
SVC-Zwischenspeicherverfahren nach Anspruch 9, bei dem der SVC zwischengespeichert wird, nachdem der Telefonruf beendet ist.
SVC-Zwischenspeicherverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend den Schritt des Auswählens eines am längsten zwischengespeicherten SVC für die Verwendung, wenn mehr als ein zwischengespeicherter SVC für den Zielpunkt verfügbar ist.
Telekommunikationssystem für die Zwischenspeicherung geschalteter virtueller Schaltkreise (SVC), welches System aufweist: ein ATM-Netzwerk; zumindest einen SVC innerhalb des Netzwerks, welcher SVC zu einem Zielpunkt hin als Antwort auf einen Telefonruf zu dem Zielpunkt errichtet ist; und Zwischenspeichern des SVC während einer Zwischenspeicherdauer (t_cache); dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin aufweist: ein vorbestimmtes Verzögerungsbudget (d_budget) mehrere Verbindungsleitungs-Zusammenwirkungsfunktionen (T-IWFen) zum Schätzen einer Rufankunftsrate (λ) und einer Verbindungsaufbauverzögerung (d_setup) des ATM-Netzwerks und zum Bestimmen einer Zwischenspeicherdauer (t_cache) auf der Grundlage des vorbestimmten Verzögerungsbudgets, der geschätzten Rufankunftsrate und der geschätzten Verbindungsaufbauverzögerung; und eine Steuer- und Signalisier-Zusammenwirkungsfunktion (CS-IWF).
Telekommunikationssystem nach Anspruch 12, bei dem die Zwischenspeicherdauer umgekehrt auf die Verbindungsaufbauverzögerung bezogen ist.
Telekommunikationssystem nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Zwischenspeicherdauer t_cache berechnet wird anhand der Gleichung:
worin: <λ> ist eine Schätzung der mittleren Rufankunftsrate; <d>_setup ist eine Schätzung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung in dem ATM-Netzwerk; d_budget ist das Verzögerungsbudget; β ist eine vorbestimmte Konstante zwischen null und eins; und n ist die Zeit, zu der die Rufankunftsrate und die Verbindungsaufbauverzögerung gemessen werden.
Telekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Schätzung der mittleren Rufankunftsrate gefiltert wird und die Schätzung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung in dem ATM-Netzwerk gefiltert wird.
Telekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die Schätzung der mittleren Rufankunftsrate gefiltert wird durch die Gleichung: <λ>(i) = (1 – w) <λ> (i – 1) + w<λ>(i)und die Schätzung der mittleren Verbindungsaufbauverzögerung in dem ATM-Netzwerk gefiltert wird durch die Gleichung: <d>setup (i) = (1 – w) <d>setup (i – 1) + w<d>setup (i)worin w ein Gewicht ist und 1 eine Zeiteinheit ist.
Telekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die Verbindungsleitungs-Zusammenwirkungsfunktionen die Rufankunftsrate durch periodisches Messen der Rufankunftsrate in einem vorbestimmten Intervall schätzen, und bei dem die Verbindungsleitungs-Zusammenwirkungsfunktionen die Verbindungsaufbauverzögerung in dem Netzwerk durch periodisches Messen der Verbindungsaufbauverzögerung in dem Netzwerk in einem vorbestimmten Intervall schätzen.
Telekommunikationssystem nach Anspruch 19, bei dem die mehreren T-IWFen weiterhin eine verursachende T-IWF aufweisen, wobei die verursachende T-IWF die Verbindungsaufbauverzögerung misst durch Messen der Zeit zwischen dem Senden einer anfänglichen Aufbaunachricht von der verursachenden T-IWF und dem Empfangen einer endgültigen Verbindungsnachricht bei der verursachenden T-IWF.
Telekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem die T-IWF einen am längsten zwischengespeicherten SVC für eine Wiederverwendung auswählt, wenn mehr als ein zwischengespeicherter SVC für den Zielpunkt verfügbar ist.