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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Pfades in
einem Netzwerk und eines Qualitätswerts
für den
Pfad sowie einen Netzwerkknoten.
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Ein
Netzwerk ermöglicht
das Übermitteln
von Nachrichten zwischen seinen Netzwerkknoten. In einem Netzwerk
sind aber nicht alle Netzwerkknoten des Netzwerks mit allen weiteren
Netzwerkknoten direkt verbunden. Eine Nachricht von einem sendenden
Netzwerkknoten zu einem empfangenden Netzwerkknoten muss daher in
den meisten Fällen über einen
oder mehrere Zwischenknoten weitergeleitet werden, um vom sendenden
Netzwerkknoten zum empfangenden Netzwerkknoten zu gelangen. Der Weg
vom sendenden Netzwerkknoten über
die Zwischenknoten zum empfangenden Netzwerkknoten wird dabei als
Pfad oder Route bezeichnet.
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Um
aus einer großen
Menge von theoretisch möglichen
Pfaden im Netzwerk für
eine Nachricht einen geeigneten Pfad auszuwählen, kommt ein Routing-Verfahren
in Verbindung mit einer Routing-Metrik zum Einsatz.
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Das
Routing-Verfahren ermittelt zuerst wenigstens einen, zweckmäßig aber
eine Mehrzahl von Pfadkandidaten, entlang derer die Nachricht übermittelt
werden könnte.
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Durch
die Routing-Metrik wird den Pfadkandidaten jeweils ein Pfaddistanzwert,
eine sog. Routen-Metrik, zugeordnet. Der Pfaddistanzwert ist ein Maß für die Qualität eines
Pfadkandidaten. Der Pfaddistanzwert wiederum kann bspw. aus Linkdistanzwerten
bestimmt werden, die wiederum ein Maß für die Qualität von einzelnen
Links des jeweiligen Pfadkandidaten sind. Als Link wird hierbei
die direkte Verbindung zweier Netzwerk knoten des Netzwerks bezeichnet.
Ein bekanntes Routing-Verfahren
ist bspw. AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector).
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In
den Pfaddistanzwert können
beispielsweise Nutzungskosten für
einen Link des Pfades und/oder die Anzahl der Links eines Pfades
eingehen. Weiterhin ist es möglich,
dass zusätzlich
oder alternativ Werte für
eine Übertragungsqualität entlang des
Pfadkandidaten oder eines Links des Pfadkandidaten und/oder Werte
für die Übertragungsgeschwindigkeit
des Pfadkandidaten oder eines Links des Pfadkandidaten eingehen.
Der Pfadkandidat mit dem optimalen Pfaddistanzwert wird in der Folge
als Pfad ausgewählt.
Die Nachricht kann nun entlang dieses Pfades übermittelt werden.
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Die
Verfahren zur Ermittlung des Pfaddistanzwertes werden als Routing-Metriken
bezeichnet. Eine bekannte Routing-Metrik ist ETX (Expected Transmission
Count). Mit der Routing-Metrik ETX wird derjenige Pfad ausgewählt, bei
dem die zu erwartende Anzahl an Übertragungen
am geringsten ist. Unter Übertragungen
sind hierbei sowohl Erstübertragungen
(Transmissions) als auch wiederholte Übertragungen (Retransmissions)
zu verstehen. Eine erste Übertragung
ist die Übertragung
eines Pakets über
einen Link. Eine wiederholte Übertragung findet
statt, wenn die erste Übertragung
nicht erfolgreich war. Zur Bestimmung der Linkdistanzwerte werden
bei ETX Datenpaketankunftsraten verwendet, die von den zwei zu dem
jeweiligen Link gehörigen Netzwerkknoten
ermittelt werden. Zur Ermittlung der Datenpaketankunftsraten werden
in regelmäßigen Zeitabständen Metrik-Nachrichten,
sog. Beacons, versendet.
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Die
bekannten Kombinationen aus Routing-Verfahren und Routing-Metrik
weisen den Nachteil auf, das Netzwerk mit zusätzlichen Nachrichten zu belasten.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein verbessertes
Verfahren zur Ermittlung eines Pfades in einem Netzwerk und eines
Qualitätswerts
für den
Pfad sowie einen Netzwerkknoten anzugeben, das zu seiner Durchführung bzw.
zu seinem Betrieb eine geringere Zahl von Nachrichten benötigt.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1 und hinsichtlich des Netzwerkknotens durch einen Netzwerkknoten
gemäß Anspruch
3 gelöst.
Die weiteren Ansprüche
betreffen bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie des Netzwerkknotens
und ein auf dem erfindungsgemäßen Netzwerkknoten
basierendes Netzwerk.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Ermittlung eines Pfades in einem Netzwerk und eines Qualitätswerts
für den
Pfad, umfassend ein Routing-Verfahren zur Ermittlung des Pfades
und eine Routing-Metrik zur Ermittlung des Qualitätswerts werden
im Rahmen des Routing-Verfahrens von wenigstens einem Netzwerkknoten
des Netzwerks Routing-Testnachrichten, insbesondere sog. Routing-Hellos,
in festlegbarem zeitlichen Abstand gesendet. Weiterhin wird zur
Ermittlung des Qualitätswerts
des Pfades eine Ermittlung wenigstens einer Datenpaketankunftsrate
für wenigstens
einen Link des Pfades durchgeführt
und die Datenpaketankunftsrate basierend auf wenigstens einer der
Routing-Testnachrichten ermittelt.
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Die
Routing-Testnachrichten können
bspw. sog. AODV-Hellos sein. Sie können zum Beispiel der Ermittlung
von oder Bekanntgabe an benachbarte Netzwerkknoten dienen.
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Die
Datenpaketankunftsrate gibt im Wesentlichen an, mit welcher Wahrscheinlichkeit
ein Paket sein Ziel erreicht. Die Datenpaketankunftsrate kann bspw.
der Quotient aus einer Anzahl von innerhalb einer Zeitspanne empfangenen
Routing-Testnachrichten
zu innerhalb der Zeitspanne tatsächlich
versendeten Routing-Testnachrichten sein.
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Durch
das Verfahren wird die Versendung von Beacon-Nachrichten unnötig. Das bedeutet, dass die
Belastung des Netzwerks mit Nachrichten verringert wird.
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Bevorzugt
wird bei einer Ermittlung des Pfades wenigstens eine Routen-Ermittlungsnachricht, insbesondere
eine Route-Request-Nachricht,
per Broadcast von wenigstens einem ersten Netzwerkknoten versendet
und die Routen-Ermittlungsnachricht weist eine Information über einen
bisher ermittelten Teil des Pfades und über eine Datenpaketankunftsrate
des ersten Netzwerkknotens in Bezug auf Nachrichten von einem vorherigen
Netzwerkknoten des Teils des Pfades auf.
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Der
Netzwerkknoten ist ausgestaltet zur Durchführung eines Verfahrens zur
Ermittlung eines Pfades in einem Netzwerk mittels eines Routing-Verfahrens
und eines Qualitätswerts
für den
Pfad mittels einer Routing-Metrik und weist eine Sende-/Empfangseinrichtung
zum Empfang von Routing-Testnachrichten des Routing-Verfahrens und
eine Prozessiereinrichtung auf. Die Prozessiereinrichtung ist derart
ausgestaltet, dass zur Ermittlung des Qualitätswerts basierend auf wenigstens
einer von einem weiteren Netzwerkknoten ausgehenden Routing-Testnachricht eine
Ermittlung wenigstens einer Datenpaketankunftsrate für einen
Link zwischen dem Netzwerkknoten und dem weiteren Netzwerkknoten durchgeführt wird.
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Bevorzugt
werden von dem Netzwerkknoten in festlegbarem zeitlichem Abstand
Routing-Testnachrichten gesendet.
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Das
Netzwerk weist erfindungsgemäße Netzwerkknoten
auf.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 einen
Netzwerkausschnitt
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1 zeigt
einen beispielhaften Netzwerkausschnitt, bestehend aus einem ersten
bis fünften Netzwerkknoten
K1 ... 5. Weiterhin zeigt 1 einen ersten
Link L1 zwischen dem ersten Netzwerkknoten K1 und dem zweiten Netzwerkknoten
K2, einen zweiten Link L2 zwischen dem zweiten Netzwerkknoten K2
und dem dritten Netzwerkknoten K3 sowie einen dritten Link L3 zwischen
dem dritten Netzwerkknoten K3 und dem vierten Netzwerkknoten K4.
Die drei Links L1 ... 3 bilden einen Pfad vom ersten Netzwerkknoten
K1 zum vierten Netzwerkknoten K4. Die als Pfeile abgebildeten Links
L1 ... 3 deuten die für
den Pfad verwendete jeweilige Übertragungsrichtung
an. Die Übertragungsrichtungen
sind vom ersten Netzwerkknoten K1 zum zweiten Netzwerkknoten K2
für den
ersten Link L1, vom zweiten Netzwerkknoten K2 zum dritten Netzwerkknoten
K3 für
den zweiten Link L2 sowie vom dritten Netzwerkknoten K3 zum vierten Netzwerkknoten
K4 für
den dritten Link L3.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird das Routing-Protokoll AODV (Ad-hoc On-demand
Distance Vector) als Grundlage verwendet. AODV sieht vor, dass die
Netzwerkknoten K1 ... 5 in regelmäßigen Abständen, hier 1 Sekunde, sog. Hello-Nachrichten versenden.
Weiterhin verwendet AODV bei der Ermittlung eines Pfadkandidaten RREQ-Nachrichten
(RREQ = Route Request Packet) und RREP-Nachrichten (RREP = Route
Reply Packet).
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Zum
einen dienen die Hello-Nachrichten der Ermittlung von Nachbarschaften
zwischen den Netzwerkknoten K1 ... 5. Weiterhin ermitteln die Netzwerkknoten
K1 ... 5 des Netzwerks aus den Hello-Nachrichten Datenpaketankunftsraten.
Empfängt der
zweite Netzwerkknoten K2 bspw. neun von zehn der Hello-Nachrichten des ersten
Netzwerkknotens K1, so bestimmt er die Datenpaketankunftsrate für den ersten
Link zu 9/10 = 90%. In diesem Beispiel sind die Datenpaketankunftsraten
für die
ersten zwei Links L1, L2 jeweils 90%, während die Datenpaketankunftsrate
für den
dritten Link L3 70% ist. Die Datenpaketankunftsraten beziehen sich
dabei auf die jeweilige Übertragungsrichtung
des Links L1 ... 3. Die Werte werden im Folgenden als die Datenpaketankunftsraten
in der Übertragungsrichtung
bezeichnet.
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Auch
für die
jeweils andere Übertragungsrichtung
eines der Links L1 ... 3 wird somit eine jeweilige Datenpaketankunftsrate bestimmt.
Die Datenpaketankunftsraten für
die beiden Übertragungsrichtungen
können
voneinander abweichen. Die Werte hierfür, die für den ersten Link L1 80%, für den zweiten Link
L2 90% und für
den dritten Link L3 70% betragen sollen, werden im Folgenden als
Datenpaketankunftsraten in der anderen Übertragungsrichtung bezeichnet.
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In
diesem Beispiel beabsichtigt der erste Netzwerkknoten K1, eine Nachricht
an den vierten Netzwerkknoten K4 zu senden. Es wird davon ausgegangen,
dass der erste Netzwerkknoten K1 den Pfad zum vierten Netzwerkknoten
K4 noch nicht kennt und daher ermitteln muss. Dazu werden RREQ-Nachrichten
versendet, die über
den zweiten und dritten Netzwerkknoten K2, K3 den vierten Netzwerkknoten
K4 erreichen. Dieser wiederum antwortet mit einer RREP-Nachricht,
die an den ersten Netzwerkknoten K1 zurückgeleitet wird.
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In
dieser Ausführungsform
der Erfindung werden nun die Datenpaketankunftsraten für die drei Links
L1 ... 3 mit der RREP-Nachricht
mit an den ersten Netzwerkknoten K1 zurückübertragen. Dieser wiederum
kann aus den so mitübertragenen
Datenpaketankunftsraten eine Routen-Metrik für den Pfad ermitteln und, falls
er noch andere Pfade zum vierten Netzwerkknoten K4 ermittelt hat,
einen geeigneten Pfad auswählen.
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Die
Ermittlung der Routen-Metrik kann bspw. durch eine der folgenden
Formeln erfolgen:
R
= Π LinksLM = Π Links(Dr × Df) (1) R = Π Links(D2r )(2) wobei:
- R
- Routen-Metrik
- LM
- Linkmetrik
- Dr
- Datenpaketankunftsrate
in der Übertragungsrichtung
- Df
- Datenpaketankunftsrate
in der anderen Übertragungsrichtung
- Links
- Anzahl der Links
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Mit
den Zahlenbeispielen ergibt sich als Routen-Metrik nach der ersten
Formel (1) R = 0,9 × 0,8 × 0,9 × 0,9 × 0,7 × 0,7 =
0,29, mit der zweiten Formel (2) R = 0,9 × 0,9 × 0,9 × 0,9 × 0,7 × 0,7 = 0,32. Bei Verwendung
der dritten Formel (3) ergibt sich R = 3,7.
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Wird
zur Ermittlung der Routen-Metrik die erste oder zweite Formel (1),
(2) verwendet, so ist der Pfad mit der größten Routen-Metrik der optimale Pfad.
Bei Verwendung der dritten Formel (3) ist der Pfad mit der geringsten
Routen-Metrik der beste Pfad.
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Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung ergibt sich, wenn die Linkmetriken bereits mit den RREQ-Nachrichten
weitergegeben werden. In diesem Fall kann bereits der vierte Netzwerkknoten
K4 über
den zu verwendende Pfad anhand der mit den RREQ-Nachrichten übermittelten
Linkmetriken entscheiden.
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Hierbei
kommt zum Tragen, dass RREQ-Nachrichten im Gegensatz zu RREP-Nachrichten
per Broadcast versendet werden. Das bedeutet, dass dem jeweiligen
sendenden Netzwerkknoten K1 ... 5 nicht bekannt ist, welcher oder
welche der anderen Netzwerkknoten K1 ... 5 die RREQ-Nachricht empfangen
wird. Das bedeutet, dass die Linkmetrik für einen von der RREQ-Nachricht überbrückten Link nur
vom jeweils diese RREQ-Nachricht empfangenden Netzwerkknoten angegeben
werden kann.
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Gemäß der Vorgehensweise
im Stand der Technik übermitteln
die Netzwerkknoten K1 ... 5 in den Beacon-Nachrichten jeweils ihre
jeweiligen Datenpaketankunftsraten an ihre benachbarten Netzwerkknoten
K1 ... 5, so dass jeder Netzwerkknoten K1 ... 5 nicht nur die Datenpaketankunftsraten
für eine Übertragungsrichtung der
Links zu seinen Nachbarn, sondern für beide Übertragungsrichtung kennt.
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Da
jedoch im erfindungsgemäßen Verfahren auf
die Verwendung von Beacons verzichtet wird, ist den Netzwerkknoten
K1 ... 5 nur die jeweilige Datenpaketankunftsrate in Richtung auf
sie zu bekannt.
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Dadurch
ist es in dieser zweiten Ausführungsform
der Erfindung nicht möglich,
die erste Formel (1) zur Ermittlung der Routen-Metrik zu verwenden.
Lediglich die zweite und dritte Formel (2), (3) können verwendet
werden, da diese nur die jeweils verfügbare Datenpaketankunftsrate
verwenden.
