DE19609081A1

DE19609081A1 - Verkehrssteuerungsmechanismus im ATM-Kommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE19609081A1
Application number: DE19609081A
Authority: DE
Inventors: Chung-Ju Chang; Ray-Guang Cheng; Tzung-Pao Lin; Ming-Chia Hsieh; Yao-Tzung Wang
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1997-06-26
Also published as: US5812526A

Description

Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Netzwerke mit asynchronem Transfer-Mode (ATM). Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Steuerung der Zulassung neuer Kom munikationen und die Steuerung der Übertragungsrate jeder zuge lassenen Kommunikation, um Überlast zu vermeiden. Fuzzy-Logik wird benutzt, um neue Kommunikationen anzunehmen und um die Übertragungsraten der zugelassenen Kommunikationen zu steuern.

Hintergrund der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein Kommunikationsnetzwerk 10 mit asynchronem Transfer-Mode (ATM). Die Erfindung wird hierin für ein breitban diges, integriertes, digitales Dienstenetzwerk 10 (B-ISDN) veranschaulicht, obwohl die Erfindung gleichermaßen auf andere Arten von ATM-fähigen Kommunikationsnetzwerken 10 anwendbar ist, wie etwa auf synchrone, optische Netzwerke (SONET). Ferner wird das Modell eines Telefonnetzwerkes benutzt, um die Erfindung zu veranschaulichen, obgleich die Erfindung auch auf Kabelfernseh netzwerke, Rechnerdatennetzwerke, usw., anwendbar ist. Das Kommunikationsnetzwerk 10 hat viele Knoten n1, n2, n3, n4, n5, n6, n7, n8, n9, n10, n11 und n12, die durch Kommunikationslei tungen verbunden sind. Die Kommunikationsleitungen können nicht abgeschirmte, verdrillte Drahtpaare, koaxiale Kabel, optische Glasfasern, Satellitentransponder, Vermittlungen, usw. sein. In dem Kommunikationsnetzwerk 10 sind die Knoten n1, n2, n3, n4, n5 und n6 Endgeräte oder TE. Z.B. sind die TE Kundenanlagen geräte oder CPE, wie etwa Telefone, Kabelfernsehkopfstationen oder Rechensysteme. Die Knoten n7 und n8 sind Netzwerkabschluß einheiten oder NT. Die Knoten n9, n10, n11 und n12 sind z. B. zentrale Vermittlungsämter, die ATM-Vermittlungen einschließen.

Kommunikation wird auf dem Kommunikationsnetzwerk 10 durch Übertragung von Bitströmen auf den Verbindungsleitungen erreicht. Der Bitstrom wird in Zeitschlitzen fester Länge orga nisiert. Jeder Knoten, der die Kommunikation wünscht, schreibt Pakete fester Länge, sogenannte Zellen, in die Zeitschlitze. Fig. 2 zeigt eine Zelle 20 zur Veranschaulichung. Die Zelle 20 hat einen Kopfabschnitt 22, in den der Knoten Steuerungsinfor mation schreibt, und einen Nutzabschnitt 24, in den der Knoten eine zu übermittelnde Nachricht schreibt. Der Knoten, der eine Zelle zu übertragen wünscht, schreibt die so erzeugte Zelle in einen bestimmten Zeitschlitz des Bitstroms, der auf der ausge wählten, abgehenden Verbindungsleitung übertragen wird.

Entsprechend dem ATM wird Kommunikation durch Übertragung von Zellen, die Nachrichten enthalten, entlang eine Reihe von Knoten des Kommunikationsnetzwerkes 10 erreicht. Insbesondere werden die Zellen über eine Reihe von einzelnen Verbindungen zwischen Paaren von Knoten des Kommunikationsnetzwerkes übertragen. Es wird auf M. DE PRYKER, ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE SOLUTION FOR BROADBAND ISDN, 2. Ausgabe, Kap. 2.4.5.4, S. 84-87 (1955) verwiesen. Diese Reihe von Verbindungen wird zur Veranschaulichung während einer Einrichtprozedur vorbestimmt, wenn die Kommunikation begonnen wird. Um z. B. die Kommunikation zwischen dem Knoten n1 und dem Knoten n4 freizugeben, kann die folgende Reihe von Verbindungen zwischen Knoten vom Knoten n1 bis zum Knoten n4 eingerichtet werden, wie folgt:
Knoten n1 → Knoten n7 → Knoten n9 → Knoten n10 → Knoten n11 → Knoten n8 → Knoten n4

Ähnlich kann eine Umkehrreihe von Verbindungen zwischen Kno ten vom Knoten n4 bis zum Knoten n1 eingerichtet werden, wie folgt:
Knoten n4 → Knoten n8 → Knoten n11 → Knoten n10 → Knoten n9 → Knoten n7 → Knoten n1

Die Knoten n1 oder n4, die Zellen zum Übertragen erzeugen, werden als Quellknoten bezeichnet. Die Knoten n4 oder n1, die die letztlich beabsichtigten Empfänger der Zellen sind, werden als Zielknoten bezeichnet. Jeder andere Knoten n7, n9, n10, n11, n8 oder n12 ist ein Zwischenknoten.

Ein virtueller Kanal (VC) wird definiert als ein Kommunika tionskanal, der durch einen Knoten zur Übertragung von Zellen einer bestimmten Verbindung zu einer zweiten Vorrichtung dyna misch eingerichtet wurde. Die Sammlung aller VC einer Reihe von Verbindungen wird als eine virtuelle Kanalverbindung (VCC) bezeichnet. Beim Einrichten einer Reihe von Verbindungen wird ein VCC-Bezeichner der Kommunikation zugeordnet. Jeder Knoten (z. B. der Knoten n8) in der Reihe der Knoten (z. B. n1, n7, n9, n10, n11, n8, n4) richtet einen virtuellen Kanal zum Übermitteln von Zellen zum nächsten Knoten in der Reihe von Knoten für die Kommunikation (z. B. zu dem Knoten n4) ein. Jeder Knoten der Reihe von Knoten erzeugt einen Eintrag in einer Routentabelle für jede Kommunikation. Jeder Eintrag wird durch den VCC-Bezeichner der jeweiligen Kommunikation gekennzeichnet und enthält Informationen, wie empfangene (oder neu erzeugte) Zellen zum nächsten Knoten der Reihe von Knoten zu übertragen sind. Z.B. kann der gekennzeichnete Routentabelleneintrag einen Hin weis des virtuellen Kanals zur Wegelenkung der Zelle enthalten, wie etwa einen virtuellen Kanalbezeichner (VCI).

Nachdem die Reihe der Verbindungen eingerichtet worden ist, erzeugt der Quellknoten (z. B. n1) eine oder mehrere Zellen 20. Der Quellknoten n1 schreibt den der Kommunikation zugewiesenen VCC-Bezeichner in den Zellenkopf 22 und die an den Zielknoten (z. B. n4) zu übermittelnden Nachrichten in den Nutzabschnitt 24. Der Knoten n1 schreibt dann die erzeugten Zellen 20 in bestimmte Zeitschlitze des abgehenden Bitstroms, der zum nächsten Knoten (z. B. n7) der Reihe von Knoten für jene Kommunikation übertragen wird. Jeder Zwischenknoten (z. B. der Knoten n7), der die Zelle 20 empfängt, benutzt den in der Zelle gespeicherten VCC-Bezeich ner, um dort auf die Routentabelle zuzugreifen. Der Zwischenkno ten (z. B. der Knoten n7) benutzt den aufgegriffenen Routentabel leneintrag (insbesondere den VCI des aufgegriffenen Routentabel leneintrags), um die Zelle an den passenden VC des nächsten Knotens (z. B. Knoten n9) der Reihe der Knoten zu übertragen. Dieser Prozeß wird in jedem Zwischenknoten (z. B. n9, n10, n11, n8) wiederholt, bis die Zelle im Zielknoten n4 ankommt.

Es wird bemerkt, daß das ATM-Protokoll zwei Knoten erlaubt, semipermanente Verbindungen zur Übermittlung vielfacher, simul taner VCC zwischen den Knoten einzurichten. Solche semiperma nente Verbindungen werden als virtuelle Pfade (VP) bezeichnet. VP werden zur Veranschaulichung ebenfalls in jedem Zellkopf durch einen jeweiligen virtuellen Pfadbezeichner (VPI) bezeich net.

Beim Übertragen von Zellen auf VC schreibt jeder Knoten eine Zelle in einen Zeitschlitz eines abgehenden, an einen anderen Knoten gerichteten Bitstroms, der dem VC zugeordnet ist. Ähnlich liest jeder Knoten selektiv Zellen aus den Zeitschlitzen der empfangenen, hereinkommenden Bitströme und führt dieselbe Schreiboperation an andere abgehende Bitströme aus. Diese Form des Hinzufügens und Verwerfens von Zellen von unterschiedlichen Bitströmen wird als Zellenschichtmultiplexen bezeichnet.

Entsprechend dem ATM verändert sich die Zahl der Zeitschlitze bestimmter abgehender Bitströme, die eingerichtet wurden, um die Zellen jedes VC zu transportieren, mit der Zeit, abhängig von der gegenwärtigen Verkehrslast zum jeweiligen Moment in dem Kno ten. Zur Veranschaulichung ist die Bandbreite, d. h. die Bitrate, jedes abgehenden Bitstroms eine begrenzte Menge wie etwa 155 MBit/s. Im Fall zu starken Verkehrs, d. h., daß zu viele Zellen in einem abgehenden Bitstrom als in dem Moment verträglich zu übertragen sind, wird davon gesprochen, daß Überlastung auf tritt. Im Fall von Überlastung in einem Knoten darf der Knoten überschüssige Zellen verwerfen. Verworfene Zellen können erneut von dem Quellknoten bei Erkennung des Verlusts der Zellen über tragen werden. Da Überlast dazu neigt, ein spontanes Ereignis von kurzer Dauer zu sein, neigt das Verwerfen von Zellen dazu, die Verkehrslast (die Anzahl der zu übertragenden Zellen in einem gegebenen Bitstrom zu einem Zeitpunkt) zu verringern und die Überlast zu beseitigen. Es ist zu beachten, daß einige Quellknoten Zellen mit einer konstanten Rate erzeugen, während andere Zellen mit einer veränderlichen Rate erzeugen, die eine mittlere Bitrate und eine Spitzenbitrate aufweist. Ferner ist die Ankunft von Zellen von jedem Quellknoten in etwa zufalls bedingt über der Zeit verteilt. Deshalb wird Überlast beseitigt trotz der Tatsache, daß verworfene Zellen vom Quellknoten erneut übertragen werden.

Wenn Zellen verworfen werden, wird eine Verzögerung in der Zustellung dieser Zellen eingeführt. Dies stellt in dem Kommuni kationssystem 10 ein Problem dar. Es ist zu beachten, daß Zellen Nachrichten für unterschiedliche Kommunikationstypen enthalten können. In einigen Kommunikationen können die Zellen allgemeine Transaktionsdaten enthalten. Andererseits können die Zellen in anderen Kommunikationen Video-, Audio- oder interaktive Kommuni kationsinformationen enthalten. Solche Zellen sind sehr zeitem pfindlich. Verzögerte Zellen mit Video- oder Audiodaten können bewirken, daß Audio- oder Videodekoder leerlaufen, was zu psy cho-audiell oder psycho-visuell feststellbaren Diskontinuitäten in Ton oder Video führt. Solche Diskontinuitäten sind im besten Fall ärgerlich, und im schlechtesten Fall führen sie zu unver ständlichem Audio oder Video. Verzögerungen bei Zellen mit interaktiven Daten können Echos erzeugen, wenn es eine Kreuz kopplung zwischen den beiden Richtungen der Kommunikation gibt. Alternativ können die Verzögerungen es erforderlich machen, daß die Teilnehmer an jeder Seite der Kommunikation erkennbar lange Zeitspannen abwarten, bevor sie eine Antwort auf ihre Nachrich ten empfangen. Dies verschlechtert die interaktive Kommunika tion, da weder Echos noch erkennbare Verzögerungen in einer gewöhnlichen interaktiven Konversation auftreten.

Jeder Kommunikation kann eine Dienstgüte (QoS) zugeordnet sein. Dienstgüte kann in Begriffen unterschiedlicher maximaler Kommunikationstoleranzen ausgedrückt werden, wie etwa Zellen übertragungsverzögerung, Verzögerungszittern, Zellenverlustver hältnis und/oder gebündelte Zellenverluste. Allgemein gesprochen haben Zellen mit interaktiven, Audio- und Videodaten engere Dienstgüte-Anforderungen als Transaktionsdaten. Die Knoten kön nen die Dienstgüte-Anforderungen jeder Kommunikation als eine Basis zur Vermeidung von Überlast verwenden. Jedoch ist das Auf treten von Überlast und die Vorhersage von Verkehrslasten im allgemeinen eine nicht-lineare Funktion.

Nach dem Stand der Technik wurden verschiedene Verfahren zur Steuerung von Überlast und Zulassung (unten beschrieben) in einem ATM-Kommunikationsnetzwerk vorgeschlagen. Siehe R. Guèrin, H. Ahamadi & M. Nagahshineh, Equivalent Capacity and Its Application to Bandwidth Allocation in High-Speed Networks, IEEE J. Select. Areas Comm., Bd. 9, H. 7, S. 968-81, September 1991; S. Q. Li & S. Chong, Fundamental Limits of Input Rate Control in High Speed Network, Proc. INFOCOM′93, S. 662-71 (1993); A. Hiramatsu, ATM Communications Network Control by Neural Networks, IEEE Trans. Neural Networks, Bd. 1, H. 1, S. 122-20, März 1990; T. Ndousse, Fuzzy Neural Control of Voice Cells in ATM Networks, IEEE J. Select. Areas Comm., Bd. 12, H. 9, Dezember 1994; A. Bonde & S. Ghosh, A Comparative Study of Fuzzy Versus "Fixed" Thresholds for Robust Queue Management in Cell-Switching Networks, IEEE Trans. Networking, Bd. 2, H. 4, August 1994; U.S. Patent Nr. 5 341 336; und U.S. Patent Nr. 5 179 556. Die Verkehrssteuerungsstrategien können in zwei Kategorien ein geteilt werden, nämlich Zulassungssteuerung und Überlaststeu erung. Die Zulassungssteuerungsstrategien bestimmen, ob ein bestimmter Knoten einen VC für eine neue Kommunikation auf der Basis einrichten soll oder nicht, ob die zusätzlich von der neuen Kommunikation erzeugten Zellen vermutlich Überlast bewir ken oder nicht. Die Überlaststeuerungsstrategien passen die Erzeugung von Zellen für jede Kommunikation an, für die ein VC bereits durch einen bestimmten Knoten eingerichtet wurde, in der Absicht, die Verkehrslast in dem Knoten zu verringern, und dadurch das Auftreten von Überlast abzuwenden.

Der Guèrin-Hinweis schlägt ein "äquivalentes Kapazitätsver fahren" zur Bestimmung vor, ob eine neue Kommunikation in einem Knoten zuzulassen ist oder nicht (um die Kommunikation durch Zuordnung eines VC während der Einrichtung zu ermöglichen). Der Knoten empfängt die mittlere Bitrate, die Spitzenbitrate, die Spitzenbitratendauer und eine Dienstgüte-Anforderung für die neue Kommunikation. Unter Benutzung dieser Parameter simuliert der Knoten eine Multimedia-Verkehrsquelle mittels einer linea ren, mathematischen Analyse, um die Bandbreite zu bestimmen, die der Knoten bereitstellen muß, um die neue Kommunikation zu ermöglichen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die line are, mathematische Analyse kompliziert ist und die Verwendung von Näherungswerten verlangt, um die erforderlichen Berechnungen in Echtzeit auszuführen. Auf der Basis der Simulationsanalyse ergibt dieses Verfahren eine geringe Ausnutzung der System resourcen. D.h., bei weitem zu vielen Kommunikationen wird die Zulassung zu jedem Knoten verweigert, was zu einer geringen Ausnutzung der Bandbreite jedes abgehenden Bitstroms in jedem Knoten führt.

Der Hiramatsu-Hinweis schlägt die Benutzung eines neuralen Netzwerks vor, um die Beziehung zwischen der vom Netzwerk lie ferbaren Dienstgüte und den im Knoten beobachteten Kommunika tionsparametern (z. B. Zellenankunftsrate, Zellenverlustrate, usw.) und den durch die neue Kommunikation spezifizierten Kommunikationsparametern (z. B. durchschnittliche Bitrate, Bit ratenveränderungen, usw.) zu "lernen". Auf der Basis der gelernten Beziehung kann ein Knoten bestimmen, ob eine neue Kommunikation zugelassen wird oder nicht. Es gibt mehrere Pro bleme mit dieser Technik. Zum einen steht die Zahl der neuralen Knoten in enger Beziehung zur Komplexität der Entscheidungs funktion, die zur Bestimmung der Beziehung von Dienstgüte zu den Kommunikationsparametern auszuwerten ist. Zur Zeit gibt es kein wohldefiniertes und umfassendes Modell, das als ein Bezugsrahmen für den Entwurf der Entscheidungsfunktion benutzt werden kann. Zum zweiten ist die Entscheidungsfunktion, die das neurale Netz werk "lernt", nur relevant für eine bestimmte Verkehrsart. Falls es irgendwelche Verkehrsänderungen im Netzwerk gibt, muß das neurale Netzwerk erneut auf die neuen Netzwerkbedingungen abge stimmt werden, was möglicherweise das Hinzufügen von neuralen Knoten erforderlich macht.

Der Li-Hinweis schlägt ein Überlaststeuerungsverfahren mit zwei Schwellwerten vor. Jeder Knoten, der Zellen an einen ande ren Knoten überträgt, hat nach einem "leckenden-Eimer"-Mecha nismus 30 zu arbeiten, wie in Fig. 3 gezeigt. Zu übertragende Zellen werden in einer Warteschlange 32 gespeichert. Ein Tor 34 steuert die Übertragung der Zellen vom Kopf der Warteschlange 32 zum Schwanz der Ausgabewarteschlange 38 als Reaktion auf einen Belegungsbitpool 36. Falls ein Belegungsbit in dem Belegungsbit pool 36 verfügbar ist und eine Zelle am Kopf der Warteschlange 32 zur Ausgabe ansteht, überträgt das Tor 34 die Zelle von der Warteschlange 32 zur Warteschlange 38 und entfernt das Bele gungsbit in dem Belegungsbitpool 36. Zellen werden dann von der Ausgabewarteschlange 38 an einen aufnehmenden Knoten ausgegeben. Belegungsbits werden im Pool 36 in konstanten Zeitabschnitten wieder aufgefüllt. Der leckende Eimer 30 erlaubt einem Knoten effizient, von der Bandbreite des aufnehmenden Knotens zu "borgen". Nach dem Li-Hinweis werden zwei Arten von Belegungs bits vorgesehen. Ursprünglich werden nur Belegungsbits der ersten Art benutzt, um Zellen zur Ausgabewarteschlange 38 zu übertragen. Wenn die Belegungsbits der ersten Art vollständig aufgebraucht sind, dann werden Belegungsbits der zweiten Art benutzt, um die Zellen zur Ausgabewarteschlange 38 zu übertra gen. Falls mehr Zellen empfangen werden als Belegungsbits der ersten und zweiten Art (und die in der Warteschlange 32 gepuf fert werden können), dann werden die darüberhinaus gehenden Zellen verworfen. Falls Überlast im aufnehmenden Knoten auf tritt, dann werden Zellen, die mit den Belegungsbits der zweiten Art korrespondieren, verworfen, um Überlast abzuwenden. Die Gesamtzahl der Zellen der ersten Art korrespondiert mit einem ersten Schwellwert von Zellen, die im Fall von Überlast nicht verworfen werden. Die Gesamtzahl der Zellen der zweiten Art korrespondiert mit einem zweiten Schwellwert. Die Zellen, die mit der zweiten Art von Belegungsbits korrespondieren (die über den ersten Schwellwert hinaus produziert werden, aber unter dem zweiten Schwellwert liegen), können im Fall von Überlast verwor fen werden. Jene Zellen, die über den zweiten Schwellwert hinaus produziert werden, werden automatisch verworfen, um Überlast abzuwenden. Das Problem mit diesem Verfahren ist, daß es schwie rig ist, vollständige Statistiken zum Auftreten von Überlast in einem Kommunikationsnetzwerk zu erhalten. Deshalb ist es schwie rig, die zwei Schwellwerte einzustellen. Ferner ist die Begrün dung für das Einrichten von zwei Schwellwerten unklar.

U.S. Patent Nr. 5 179 556 schlägt einen Verkehrssteuerungs mechanismus vor, der darauf gerichtet ist, die Zellen für ausge wählte Übertragung abhängig davon zu priorisieren, ob die Zellen Teil eines Bündels sind oder nicht. Eine Quelle von Zellen "kodiert" die Zellen, um zu kennzeichnen, ob die Zellen am Beginn, in der Mitte oder am Ende eines Zugs von Zellen in einem Bündel sind. Einzelne Zellen, die nicht Teil eines Bündels sind, werden nicht kodiert. Jeder Knoten hat eine Zustandsmaschine, die jeder abgehenden Verbindungsstrecke zugeordnet ist. Die Zustandsmaschine bestimmt, ob empfangene Zellen zu blockieren oder zu übertragen sind. (Die Zustandsmaschine kennt nur zwei Zustände: Blockieren oder Übertragen). Die Zustandsmaschine dekodiert alle kodierten Zellen und benutzt die Bündelcodes als Basis zur Zulassung eines Übergangs von einem Zustand zu dem anderen. D.h., eine Zustandsmaschine kann von dem Blockierungs zustand zum Übertragungszustand oder umgekehrt nur am Beginn oder Ende eines Bündels, aber nicht in der Mitte eines Bündels überwechseln. Dieses Patent schlägt auch einen Verbindungszu lassungsmechanismus vor, der einen einzigen Schwellwert benutzt, um zu bestimmen, ob eine neue Kommunikation zu einem Knoten zuzulassen ist oder nicht. Das Problem mit diesem Patent ist, daß Verkehrslasten schwierig vorherzusagen sind, so daß es schwierig ist, geeignete Kriterien (d. h. Schwellwerte) zur Bestimmung einzurichten, wann von einem Übertragungszustand zu einem Blockierzustand überzuwechseln ist oder wann Kapazität zur Ermöglichung einer neuen Kommunikation in einem Knoten verfügbar ist.

U.S. Patent Nr. 5 341 366, der Bonde-Hinweis und der Ndousse-Hin weis schlagen vor, Fuzzy-Logik und Fuzzy-Mengen entweder in Überlast- oder Zulassungssteuerung zu verwenden. Fuzzy-Logik und Fuzzy-Mengen können am besten im Vergleich zu normaler Logik und normalen Mengen erklärt werden. In normaler Logik kann jede Kon stante und logische Aussage nur einen von zwei Werten einnehmen, nämlich wahr oder falsch (oder 0 und 1). In Fuzzy-Logik kann jede Konstante und Aussage ein ganzes Kontinuum von Werten zwi schen wahr und falsch oder 0 und 1 einnehmen. Diese Werte stel len die Möglichkeit zwischen 0 und 1 dar, daß die korrespondie rende Fuzzy-Logikkonstante oder -variable wahr ist. Ähnlich kann in normaler Mengenlehre eine Aussagefunktion über einer Gruppe von Mengenelementen definiert werden, die bestimmen, ob ein Men genelement in einer vorgegebenen Menge mit absoluter Sicherheit enthalten ist oder nicht. Es wird z. B. die Menge der positiven, ganzen Zahlen betrachtet. Eine Aussage L(x) kann über der gesam ten Menge der ganzen Zahlen derart definiert werden, daß L(x) = 1 (wahr) ist für x < 0 und L(x) = 0 (falsch) ist für x 0. Bei Fuzzy-Mengen kann eine fuzzy-logische Aussage definiert werden, die die Möglichkeit zwischen 0 und 1 dafür bezeichnet, daß ein Element ein Element der Menge ist. Ein mathematischer Ausdruck, der Werte zu solchen Möglichkeiten konvertiert, wird als eine Mitgliedschaftsfunktion bezeichnet. Es wird der Fall von großen Personen betrachtet. Eine mit µ_groß(x) bezeichnete Mitglied schaftsfunktion kann derart definiert werden, daß µ_groß(x) = 0 für x 1,9 m, µ_groß(x) = 10x-19 für 1,9 m < x 2 m, und µ_groß(x) = 1 für x < 2 m ist. Mitgliedschaftsfunktionen können kontinuierlich sein, wie in obigem Beispiel gezeigt, oder können diskret mit vielen Quantenschichten sein.

Der folgende Formalismus wird für Fuzzy-Logik und Fuzzy-Mengen definiert, wie hier benutzt. Es wird eine linguistische Variable als eine Variable definiert, die über einen gegebenen Wertebereich definiert ist, der ein Universum der Abhandlung genannt wird. Eine linguistische Variable ist auch einer Menge von Termen zugeordnet, wobei jeder Term eine Fuzzy-Menge ist. Es wird z. B. eine linguistische Variable v betrachtet, die ein Maß der Pufferbelegung von 0 bis zu einer Konstanten Vc ist. Es wird angenommen, daß die Termmenge T(v) der linguistischen Variablen v die Terme {Niedrig, Mittel und Hoch} einschließt. Eine Mit gliedschaftsfunktion existiert, die die Möglichkeit bestimmt, daß ein gegebener Wert von v in dem Universum der Abhandlung zwischen 0 und V_c ein Mitglied der Fuzzy-Menge Niedrig ist. Ahnlich sind Mitgliedschaftsfunktionen für die Fuzzy-Mengen Mittel und Hoch definiert. Z.B. ist die in Fig. 4 gezeigte, mit µ_Niedrig(v) bezeichnete Mitgliedschaftsfunktion für die Menge Mittel eine sigmoide Funktion. Die mit µ_Mittel(v) bezeichnete Mitgliedschaftsfunktion für die Menge Mittel ist eine Dreiecks funktion f(v; V_c/2, V_c/2, V_c/2), wobei f(x; x₀, a₀, a₁) gegeben ist durch:

Die mit µ_Hoch(v) bezeichnete Mitgliedschaftsfunktion für die Menge Hoch ist eine Trapezfunktion g(v; 3V_c/4, V_c, V_c/4,0), wobei g(x; x₀, x₁, a₀, a₁) gegeben ist durch:

Es wird der Wert v = V_c/2 betrachtet. Die Mitgliedschaft von v = V_c/2 in den Termmengen Niedrig, Mittel und Hoch ist wie folgt:
µ_Niedrig (v = V_c/2) = 0,5, µ_Mittel (v = V_c/2) = 1 und µ_Hoch (v = V_c/2) = 0. Mit diesen gegebenen Möglichkeiten der Mitgliedschaft von v = V_c/2 in jeder der Termmengen können eine Anzahl von Fuzzy-Logikregeln zur Steuerung der Zulassung oder Verkehrsregulierung (wie unten beschrieben) definiert werden.

Nach den obigen Hinweisen wird ein Fuzzy-Mechanismus 40, wie in Fig. 5 gezeigt, in Überlaststeuerung und Zulassungssteuerung benutzt. Ein Kommunikationsparameter X wird in einen Fuzzyfizie rer-Schaltkreis 42 eingegeben, der ein Universalprozessor sein kann. Der Fuzzyfizierer-Schaltkreis 42 führt eine oder mehrere geeignete Mitgliedschaftsfunktionen (wie unten beschrieben) aus, um den eingegebenen Parameter in eine oder mehrere Möglichkeiten umzuwandeln. Eine Inferenz-Maschine 44 (Universalprozessor oder spezieller Fuzzy-Prozessor) führt die Fuzzy-Logikregeln einer Fuzzy-Logikregelbasis 46 (einem Speicher, der Fuzzy-Logikregeln speichert) mit den Möglichkeiten aus. Eine Fuzzy-Logikregel liegt in der Form einer Aussage R₀ vor:
R₀: Falls P₁ = P_1,c dann P₂ = P_2,c
wobei P₁ und P₂ linguistische Eingabe- bzw. Ausgabevariablen sind. P_1,c und P_2,c sind bestimmte Terme von P₁ bzw. P₂. Z. B. kann P_1,c der eingegebene Parameter X und P_2,c kann eine vorbestimmte Konstante sein, die repräsentativ für den Term P₂ ist. Nach der Fuzzy-Mengenlehre gibt es verschiedene Wege, solch eine Fuzzy-Logik aussage auszuwerten. Z. B. kann bei der Auswertung von R₀ die Möglichkeit, daß P₂ gleich P_2,c ist, gleichgesetzt werden mit der Möglichkeit, daß P₁ gleich P_1,c ist. Im Fall, daß P₁ eine zusam mengesetzte Möglichkeit derart ist, daß P₁ = P₃ ∧ P₄ ∧ . . . oder P₁ = P₅ ∨ P₆ ∨ . . . ist, werden die folgenden Regeln der Zusammen setzung angewandt. Für ein logisches UND, d. h., P₁ = P₃ ∧ P₄, ist P₁ gleich dem Minimum der Möglichkeiten P₃ und P₄. Für ein logisches ODER, d. h., P₁ = P₅ ∨ P₆, ist P₁ gleich dem Maximum der Möglichkeiten P₃ und P₄. Es ist möglich, daß mehr als eine Fuzzy-Regel die Möglichkeit bestimmt, daß die Fuzzy-Aussage P₂ ein bestimmter Term P_2,c1 ist. Es werden z. B. die folgenden Fuzzy-Regeln betrachtet:

R₁: Falls P₁ = P_1,c dann P₂ = P_2,c1
R₂: Falls P₁ = P_2,c dann P₂ = P_2,c2
R₃: Falls P₁ = P_3,c dann P₂ = P_2,c1

In diesem Fall bestimmen beide Regeln R₁ und R₃ eine Möglichkeit, daß P₂ = P_2,c1 gemeint ist. Die Möglichkeit, daß P₂ = P_2,c1 durch jede der Regeln gemeint ist, bedeutet einfach das Maximum der Möglichkeiten der Regeln R₁ und R₃.

Die solcherweise durch die Inferenz-Maschine bestimmten Möglichkeiten der Regeln werden dann an einen Defuzzyfizierer-Schalt kreis 48 ausgegeben, der ein Universalprozessor sein kann. Der Defuzzyfizierer-Schaltkreis 48 wandelt die Möglichkeiten in eine "deutliche" Ausgabe Y um. Wiederum können unterschiedliche Strategien benutzt werden. Das Gewicht jedes Terms kann benutzt werden. Zur Veranschaulichung sei die deutliche Ausgabe einfach ein gewichteter Durchschnitt jedes Terms der linguistischen Aus gabevariablen. Das Gewicht jedes Terms ist einfach die Möglich keit der korrespondierenden Regel, die wie oben beschrieben bestimmt wird. In jedem Fall von mehrfachen Regeln mit dersel ben, resultierenden Aussage (d. h. Regeln R₁ und R₃), wird das Maximum der Möglichkeiten der Regeln als das Gewicht für den korrespondierenden Term der linguistischen Variablen benutzt.

Die Hinweise Ndousse, Bonde und U.S. Patent Nr. 5 341 366 benutzen Fuzzy-Logik, um Überlast oder Zulassung in einem Kommu nikationsnetzwerk zu steuern. Ndousse benutzt Fuzzy-Logik in dem oben notierten Leckender-Eimer-Mechanismus, um die Schwellwerte einzustellen, bei denen selektives Verwerfen von Zellen in einem Knoten auftritt, um die Verkehrslast zu steuern. Bonde benutzt ebenfalls Fuzzy-Logik, um das selektive Verwerfen von Zellen zu steuern, um die Verkehrslast in einem Knoten anzupassen. Bonde benutzt Fuzzy-Logik, um den Anteil der zu verwerfenden Zellen auf der Basis der Belegung der Eingangswarteschlangen eines Knotens zu bestimmen. U.S. Patent Nr. 5 341 266 benutzt Fuzzy-Lo gik, um die Zulassung neuer Kommunikationen in einem Knoten zu steuern. Jedoch steuert keines der Fuzzy-Logik-Verkehrssteue rungsschemata sowohl die Zulassung einer Kommunikation in einem Knoten als auch die Anpassung der Anzahl von produzierten Zellen für jede Kommunikation.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Fuzzy-Logik-Verkehrssteuerungsprozeß und ein System vorzusehen, der bzw. das sowohl die Zulassung von Kommunikationen in einem Knoten, als auch die Zahl der übertragenen Zellen steuert.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Ziele werden durch die vorliegende Erfindung erreicht. Die Umgebung der vorliegenden Erfindung ist ein Kommu nikationsnetzwerk, das eine Vielzahl untereinander verbundener Knoten enthält. Jeder der Knoten kommuniziert mit jedem anderen durch Übertragung eines Bitstroms zu einem anderen über Verbin dungsstrecken, wobei die Bitströme in Zeitschlitze fester Länge organisiert sind. Kommunikation wird erreicht nach dem ATM-Pro tokoll, wobei die Knoten selektiv Zellen fester Länge von den Zeitschlitzen fester Länge des Bitstroms lesen und Zellen fester Lange dort hinein schreiben. Quellknoten können Zellen mit einer festen Bandbreite oder einer variablen Bandbreite aussenden. Den Zellen von jeder Kommunikation ist eine Dienstgüte-Anforderung zugeordnet. Jeder Knoten kann viele Warteschlangen, einschließ lich einer Warteschlange für jede Dienstgüte-Anforderung haben.

Nach einer Ausführungsform hat jeder Knoten eine Fuzzy-Ver kehrssteuerung zur Steuerung der Zulassung neuer Kommunikationen zum Knoten und zur Einstellung der Rate, mit der jeder andere Knoten Zellen an den Knoten (zum Einfügen in die vielen Warte schlangen) für jede bereits zugelassene Kommunikation überträgt. Die Fuzzy-Verkehrssteuerung benutzt eine Fuzzy-Regelbasis und eine Fuzzy-Logikinferenzmaschine, um die Zulassung neuer Kommu nikationen zum Knoten zu steuern und um die Übertragungsrate von Zellen von bereits zu dem Knoten zugelassenen Kommunikationen einzustellen. Die Fuzzy-Verkehrssteuerung hat einen Fuzzy-Band breitenrechner, eine Fuzzy-Zulassungssteuerung und eine Fuzzy-Über laststeuerung. Zur Veranschaulichung kann ein Systemparame terrechner vorgesehen werden, zum Bestimmen von Verkehrslast parametern wie etwa Warteschlangenbelegung q, Veränderungsrate von Warteschlangenbelegungen Δq und Zellenverlustwahrscheinlich keit p_l einer gegebenen Warteschlange mit einer bestimmten Dienstgüte. Diese Parameter werden von der Fuzzy-Überlaststeu erung aufgenommen. Die Fuzzy-Überlaststeuerung "fuzzyfiziert" diese Parameter, d. h. wandelt sie in Fuzzy-Werte mittels vorde finierter Mitgliedschaftsfunktionen um, und wertet eine Menge von vordefinierten Fuzzy-Regeln auf den "fuzzyfizierten" Para metern aus. Bei der Auswertung der Fuzzy-Logikregeln bestimmt die Fuzzy-Überlaststeuerung einen Verkehrslastanpassungspara meter y. Die Fuzzy-Überlaststeuerung "defuzzyfiziert" den Ver kehrslastanpassungsparameter y, d. h. wandelt den Verkehrslast anpassungsparameter y in einen "deutlichen" Wert unter Benutzung einer vordefinierten Umwandlungsformel um. Die Fuzzy-Verkehrs steuerung benutzt den deutlichen Verkehrslastanpassungsparameter y, um ein Signal an jeden Knoten abzusetzen, der Zellen an den Knoten heranführt, welcher die Fuzzy-Verkehrssteuerung enthält, zur Anpassung der Zellenübertragungsrate (d. h. Blockieren/Frei geben oder Steuerung des Pegels der Zellenproduktion) für jede Kommunikation.

Der Fuzzy-Bandbreitenrechner empfängt Parameter von jedem anderen Knoten, der Zulassung seiner Kommunikation zu dem Knoten beantragt, der die Fuzzy-Verkehrssteuerung enthält. Zur Veran schaulichung sind diese Parameter die mittlere Bandbreite R_m, die Spitzenbandbreite R_p und die Bündeldauer T_p der neuen Kommunika tion. Zur Veranschaulichung spezifiziert die Anforderung auch eine Dienstgüte, die einer spezifischen Ausgabewarteschlange des Knotens zugeordnet werden kann, die die Fuzzy-Verkehrssteuerung enthält. Der Fuzzy-Bandbreitenrechner "fuzzyfiziert" diese Para meter und wertet eine Menge von vorbestimmten Fuzzy-Logikregeln mit den fuzzyfizierten Parametern aus. Bei der Auswertung der vorbestimmten Fuzzy-Logikregeln bestimmt der Fuzzy-Bandbreiten rechner einen Bandbreitenkapazitätsanforderungsparameter C_e. Der Fuzzy-Bandbreitenrechner "defuzzyfiziert" den Bandbreitenkapazi tätsanforderungsparameter C_e. Zur Veranschaulichung kann ein Netzwerkresourcenmanager vorgesehen werden, der den deutlichen Bandbreitenkapazitätsanforderungsparameter C_e aufnimmt und daraus einen verfügbaren Bandbreitenkapazitätsparameter C_a bestimmt. Zum Beispiel kann der Netzwerkresourcenmanager eine Tabelle benut zen, um über die Information (d. h. VPI, VCI, Bandbreitenkapazi tätsanforderung C_e, usw.) Buch zu führen, die für jede angenom mene neue Kommunikation benötigt wird. Die Fuzzy-Zulassungssteu erung empfängt den verfügbaren Bandbreitenkapazitätsparameter C_a, den Verkehrsanpassungsparameter y für die Warteschlange, die von der Fuzzy-Überlaststeuerung bestimmt worden ist, und die Ver lustwahrscheinlichkeit p_l (der Warteschlange, die die Zellen der neuen Kommunikation empfangen wird) z. B. von dem Systempara meterrechner. Die Fuzzy-Zulassungssteuerung "fuzzyfiziert" diese empfangenen Parameter und wertet eine Menge von vorbestimmten Fuzzy-Logikregeln mit ihnen aus. Bei der Auswertung der Fuzzy-Logikregeln bestimmt die Fuzzy-Zulassungssteuerung ein Zulas sungsanforderungsentscheidungssignal z. Die Fuzzy-Zulassungs steuerung "defuzzyfiziert" das Zulassungsanforderungsentschei dungssignal z und gibt das deutliche Entscheidungssignal z an den Knoten ab, der Zulassung der Kommunikation beantragt.

Zur Veranschaulichung sind ein Prozeß für Fuzzy-Überlast steuerung und ein Prozeß für Fuzzy-Kommunikationszulassungs steuerung vorgesehen, die durch die Fuzzy-Logiksteuerung ausge führt werden. Ein äquivalentes Kapazitätsmodell wird zur Veran schaulichung benutzt, um eine Menge von Fuzzy-Logikregeln zur Abschätzung der Bandbreitenkapazitätsanforderung für eine neue Kommunikation zu entwickeln, deren Zulassung zu einem Knoten angefordert wird. Die Menge der Fuzzy-Logikregeln, die bestim men, ob eine neue Kommunikation in einem Knoten zugelassen wird oder nicht, werden von einem Dienstgüte-Anforderungsstandpunkt entwickelt; die Bandbreitenkapazitätsanforderung, das Vorliegen von Überlast und die Zellenverlustwahrscheinlichkeit werden als eine Basis zur Entscheidung benutzt, ob eine neue Kommunikation zuzulassen ist oder nicht. Ein Überlaststeuerungsverfahren mit zwei Schwellwerten wird zur Veranschaulichung benutzt, um eine Menge von Fuzzy-Logikregeln zur Bestimmung eines Parameters für die Anpassung der Anzahl der zur Eingabe in den Knoten produ zierten Zellen zu entwickeln. In jedem Prozeß werden Parameter empfangen, und Fuzzy-Logikregeln werden mit den Parametern aus gewertet, um einen Ausgabeparameter zu bestimmen. Zur Veran schaulichung sind die Mitgliedschaftsfunktionen jeder Regel dreieckige oder trapezförmige Funktionen.

Zur Veranschaulichung wird die Menge der Regeln für die Bestimmung eines Verkehrslastanpassungsparameters y für eine bestimmte Ausgabewarteschlange aus der Termmenge T(q) = {E, F}, T(Δq) = {N, P}, T(p_l) = {S, NS} und T(y) = {IM, IS, DS, NC} ent wickelt, wobei:
q die Zellenbelegung einer bestimmten Ausgabewarteschlange des Knoten ist,
Δq die Veränderungsrate der Zellenbelegung der bestimmten Ausgabewarteschlange ist,
p_l die Zellenverlustwahrscheinlichkeit der bestimmten Ausga bewarteschlange ist,
y der Verkehrslastanpassungsparameter für die bestimmte Ausgabewarteschlange ist,
E die leere Warteschlangenbelegung bedeutet,
F die volle Warteschlangenbelegung bedeutet,
N negatives Wachstum der Warteschlangenbelegungsrate bedeu tet,
P positives Wachstum der Warteschlangenbelegungsrate bedeu tet,
S befriedigende Zellenverlustrate bedeutet,
NS unbefriedigende Zellenverlustrate bedeutet,
IM viel Zunahme der Verkehrslast einer bestimmten Ausgabe warteschlange bedeutet,
IS etwas Zunahme der Verkehrslast einer bestimmten Ausgabe warteschlange bedeutet,
DS etwas Abnahme der Verkehrslast einer bestimmten Ausgabe warteschlange bedeutet, und
NC keine Änderung der Verkehrslast der bestimmten Ausgabewarteschlange bedeutet.

Die Regeln sind wie folgt:

Die Menge der Regeln für die Bestimmung der Bandbreitenkapa zitätsanforderung C_e einer ankommenden Anforderung nach Zulassung einer neuen Kommunikation zum Netzwerk werden bestimmt aus der Termmenge T(R_p) = {S, M, L}, T(R_m) = {Lo, Hi}, T(T_p) = {Sh, Me, Lg} und T(C_e) = {C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, C₆}, wobei:
R_p eine Spitzenbandbreite der neuen, Zulassung verlangenden Kommunikation ist,
R_m eine mittlere Bandbreite der neuen, Zulassung verlangen den Kommunikation ist,
T_p eine Spitzenbandbreitenbündeldauer der neuen, Zulassung verlangenden Kommunikation ist,
C_e eine Bandbreitenkapazitätsanforderung der neuen, Zulas sung verlangenden Kommunikation ist,
S eine geringe Spitzenbandbreite bedeutet,
M eine mittlere Spitzenbandbreite bedeutet,
L eine große Spitzenbandbreite bedeutet,
Lo eine geringe mittlere Bandbreite bedeutet,
Hi eine große mittlere Bandbreite bedeutet,
Sh eine kurze Spitzenbandbreitenbündelperiode bedeutet,
Me eine mittlere Spitzenbandbreitenbündelperiode bedeutet,
Lg eine lange Spitzenbandbreitenbündelperiode bedeutet,
C₁ einen ersten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₂ einen zweiten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₃ einen dritten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₄ einen vierten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₅ einen fünften Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet, und
C₆ einen sechsten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet.

Die Fuzzy-Logikregeln sind:

Die Menge der Regeln für die Bestimmung des Entscheidungs signals z, das anzeigt, ob eine ankommende Anforderung für die Zulassung einer neuen Kommunikation anzunehmen ist oder nicht (und ob deren Zellen in einer entsprechenden Ausgabewarte schlange anzunehmen sind oder nicht), werden aus der Termmenge T(C_a) = {NE, E}, T(y) = {N, P}, T(p_l) = {S, NS} und T(z) = {R, WR, WA, A} bestimmt, wobei:
C_a eine verfügbare Bandbreitenkapazität ist (die von der Bandbreitenkapazitätsanforderung bestimmt wird),
z das Entscheidungssignal ist, das anzeigt, ob die Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation anzunehmen ist oder nicht,
NE nicht genügende Kapazität für neue Kommunikationen bedeutet,
E genügende Kapazität für neue Kommunikationen bedeutet,
N bedeutet, daß die Verkehrslastbedingung überlastet ist,
P bedeutet, daß die Verkehrslastbedingung nicht überlastet ist,
S befriedigende Zellenverlustrate in der jeweiligen Ausgabewarteschlange bedeutet,
NS unbefriedigende Zellenverlustrate in der jeweiligen Ausgabewarteschlange bedeutet,
R Rückweisung der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet,
WR weiche Rückweisung der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet,
WA weiche Annahme der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet, und
A Annahme der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet.

Die Fuzzy-Logikregeln sind:

Kurz gesagt wird ein Prozeß und ein System vorgesehen zur Steuerung des Verkehrs in einem Knoten eines ATM-Kommunikations netzwerks. Fuzzy-Logik wird in dem Prozeß und dem System benutzt, um Überlast abzuwenden bei der Zulassung neuer Kommu nikationen und bei dem Empfang von Zellen von bereits zum Knoten zugelassenen Kommunikationen. Der Prozeß und das System nach der vorliegenden Erfindung sind praktisch zu verwirklichen und sehen auch eine Verbesserung im Vergleich zu konventionellen Verkehrs steuerungen vor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein konventionelles ATM-Kommunikationsnetzwerk.

Fig. 2 zeigt eine konventionelle Zelle.

Fig. 3 zeigt einen konventionellen "Leckender-Eimer"-Übertra gungssteuerungsmechanismus.

Fig. 4 zeigt konventionelle Mitgliedschaftsfunktionen.

Fig. 5 zeigt eine konventionelle Fuzzy-Logiksteuerung.

Fig. 6 zeigt einen Knoten nach einer Ausführungsform der vor liegenden Erfindung.

Fig. 7 zeigt die Fuzzy-Logiksteuerung des Knotens von Fig. 6 mit größerem Detail.

Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Verbesserung in der Zellen verlustwahrscheinlichkeit während einer Überlastperiode veran schaulicht.

Fig. 9 bis 19 sind Diagramme, die die Verbesserungen bei der zugelassenen Zahl der Kommunikationen, bei den zurückgewiesenen Kommunikationen und die gesamte Bandbreitennutzung durch die vorliegende Erfindung veranschaulichen.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Fig. 6 zeigt einen Knoten 100 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zur Veranschaulichung ist der Knoten 100 ein NT, obgleich der Knoten 100 irgendein Knoten in einem ATM-Kommunikationsnetzwerk sein kann (wie etwa das in Fig. 1 gezeigte Kommunikationsnetzwerk 10). Zur Veranschaulichung schließt der Knoten 100 viele Ausgabewarteschlangen 110 und 120 ein. Jede Warteschlange 110, 120 dient zur Speicherung von Zel len, die von ankommenden Bitströmen empfangen wurden, für die spätere Aussendung an einen oder mehrere Bitströme. Zur Veran schaulichung ist eine Warteschlange vorgesehen für jeden unter schiedlichen Typ von Dienstgüte, der von dem Knoten geführt wird. In Fig. 6 sind die Dienstgüten im wesentlichen gruppiert in verzögerungsempfindliche (wie etwa Audio-, Video- oder inter aktive Daten tragende Zellen) und verzögerungsunempfindliche (wie etwa Transaktionsdaten tragende Zellen). Jedoch ist dies lediglich für Zwecke der Veranschaulichung. Die Dienstgüten können in unterschiedliche Anzahlen von Warteschlangen aufge teilt werden. Wie gezeigt, werden vielfache Zellquellen 130-1, 130-2, . . ., 130-M1 und 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 vorgesehen, die TE-Knoten sein können. Die Zellquellen 130-1, 130-2, . . ., 130-M1 sind Knoten, die verzögerungsempfindliche Zellen produzieren. Die Zellquellen 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 sind Knoten, die verzöge rungsunempfindliche Zellen produzieren. Wenn Zellen von den Quellen 130-1, 130-2, . . ., 130-M1 empfangen werden, werden sie vorübergehend in die Ausgabewarteschlange 110 eingereiht. Ähn lich werden Zellen, die von den Quellen 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 empfangen wurden, vorübergehend in die Ausgabewarteschlange 120 eingereiht. Die eingereihten Zellen werden aus den jeweiligen Warteschlangen 110, 120 periodisch ausgelesen und in geeignete Zeitschlitze von abgehenden Bitströmen geschrieben. Zur Veran schaulichung hat die Warteschlange 110 eine maximale Belegung von K₁ Zellen und die Warteschlange 120 eine maximale Belegung von K₂ Zellen.

Der Knoten 100 hat eine Fuzzy-Verkehrssteuerung 150. Die Fuzzy-Verkehrssteuerung 150 empfängt Anforderungen von Zell quellen während der Einrichtung von Kommunikation, um neue Kommunikationen zum Knoten 100 zuzulassen (d. h. einen VC zum Empfang von Zellen für die neuen Kommunikationen bereitzustel len). Als Reaktion sendet die Fuzzy-Verkehrssteuerung 150 ein Entscheidungssignal an die Zellenquelle, die die Anforderung ausgegeben hat, das entweder die Anforderung annimmt oder zurückweist. Zusätzlich überprüft die Fuzzy-Verkehrssteuerung 150 periodisch die Verkehrslast im Knoten 100. Aufgrund dieser Überprüfung wendet die Fuzzy-Verkehrssteuerung 150 Überlast durch Ausgabe von Verkehrslasteinstellungssignalen an die Zel lenquellen 130-1, 130-2, . . ., 130-M1, 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 ab. Die Zellenquellen 130-1, 130-2, . . ., 130-M1 und 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 passen die Rate, mit der sie Zellen an den Knoten 100 abgeben, an. Z.B. verringert oder erhöht die Quellen 130-1, 130-2, . . ., 130-M1 zur Veranschaulichung die Rate, mit der Daten kodiert werden, und verringert oder erhöht damit die Rate, mit der Zellen produziert werden, in Abhängigkeit vom Verkehrslast anpassungssignal. Die Quellen 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 dagegen stoppen zur Veranschaulichung die Aussendung von Zellen gänzlich oder starten erneut das Aussenden von Zellen, in Abhängigkeit vom Verkehrseinstellungsparameter. In anderer Weise gesagt, kön nen die Quellen 130-1, 130-2, . . ., 130-M1 Zellen mit einer konti nuierlich variablen Rate produzieren und abgeben durch z. B. einer Einstellung des Kodierprozesses. Die Quellen 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 hingegen können entweder Zellenproduktion aufgeben oder Zellenproduktion wiederaufnehmen. Es wird bemerkt, daß dieser Typ von Betrieb wünschenswert ist; in Audio-, Video- und Transaktionskommunikation ist es wichtig, kontinuierlich Daten zuzuführen, um Dekoderunterschreitung (beim Zielknoten) zu ver meiden, selbst zu Lasten der Datengenauigkeit. Für Transaktions rechnerdaten jedoch brauchen Daten nicht kontinuierlich zuge führt zu werden, aber sollten so genau wie möglich sein.

Zusätzlich schließt der Knoten 100 Vermittlungsschaltkreise und Kopfübersetzungsschaltkreise 160 ein. Diese Schaltkreise 160 verwirklichen Tabelleneinsicht und Zellenschichtmultiplexen.

Fig. 7 zeigt die Fuzzy-Verkehrssteuerung 150 mit größerem Detail. Wie gezeigt, schließt die Fuzzy-Verkehrssteuerung 150 drei Fuzzy-Logiksteuerungsschaltkreise ein, nämlich einen Fuzzy-Band breitenrechner 210, eine Fuzzy-Zulassungssteuerung 220 und eine Fuzzy-Überlaststeuerung 230. Diese Fuzzy-Steuerungen können unter Benutzung der in Fig. 5 gezeigten Architektur mit Univer salprozessoren oder mit spezialisierten Fuzzy-Prozessoren ver wirklicht werden. Zusätzlich werden ein Netzwerkresourcenmanager 240, ein Systemparameterrechner 250, ein Kodierratenmanager schaltkreis 260 und ein Übertragungsratenmanagerschaltkreis 270 vorgesehen. Die Funktionen jedes dieser Schaltkreise werden kurz beschrieben, wie folgt:

(1) Der Systemparameterrechner 250 mißt die Warteschlangenbele gung q, die Warteschlangenbelegungsveränderungsrate Δq und die Zellenverlustrate p_l jeder der Warteschlangen 110 und 120 (Fig. 6). Diese Parameter q, Δq und p_l werden an die Fuzzy-Überlast steuerung 230 ausgegeben.
(2) Die Fuzzy-Überlaststeuerung 230 empfängt die Parameter q, Δq und p_l einer bestimmten Warteschlange 110 oder 120 und wertet mit ihnen eine vorbestimmte Menge von Fuzzy-Logikregeln einer Fuzzy-Logik überlastregelbasis aus. Zu dem Zweck wandelt die Fuzzy-Über laststeuerung 230 die Parameter q, Δq und p_l in Fuzzy-Werte unter Benutzung vorbestimmter Mitgliedschaftsfunktionen der Fuzzy-Logiküberlastregelbasis um. Die Fuzzy-Überlaststeuerung 230 wertet dann die Fuzzy-Logikregeln mit den Fuzzy-Parameter werten aus, um einen Fuzzy-Wert eines Verkehrslastanpassungs parameters y zu produzieren. Unter Benutzung von vorbestimmten Formeln wandelt die Fuzzy-Überlaststeuerung 230 den als Fuzzy-Logik wert vorliegenden Verkehrslastanpassungsparameter y in einen deutlichen Verkehrslastanpassungsparameter y um.
(3) Der Fuzzy-Bandbreitenrechner 210 empfängt viele Parameter von einer Zellenquelle, die Zulassung ihrer neuen Kommunikation im Knoten 100 (Fig. 6) beantragen. Diese Parameter sind die Spitzenbandbreite R_p, die mittlere Bandbreite R_m und die Spitzen bandbreitenbündelperiode T_p (Dauer, in der ein Zug von Zellen mit der maximalen Zellenrate der Zellenquelle produziert wird). Wie die Fuzzy-Überlaststeuerung 230 benutzt der Fuzzy-Bandbreiten rechner 210 vorbestimmte Mitgliedschaftsfunktionen einer vorbe stimmten Regelbasis, um die Parameter R_p, R_m und T_p in Fuzzy-Logikwerte umzuwandeln. Der Fuzzy-Bandbreitenrechner 210 wertet dann die Fuzzy-Logikregeln der Regelbasis mit den Fuzzy-Parame terwerten aus, um Fuzzy-Werte einer Bandbreitenkapazitätsanfor derung C_e der neuen Kommunikation zu bestimmen. Unter Benutzung einer vorbestimmten Formel wandelt der Fuzzy-Bandbreitenrechner 210 die als Fuzzy-Logikwert vorliegende Bandbreitenkapazitäts anforderung C_e in eine deutliche Bandbreitenkapazitätsanforderung C_e um.
(4) Der Netzwerkresourcenmanagerschaltkreis 240 berechnet die Bandbreitenkapazität, die gegenwärtig verfügbar ist für die Zuweisung C_a entsprechend der von dem Fuzzy-Bandbreitenrechner 210 geschätzten Bandbreitenkapazitätsanforderung C_e Ferner verzeichnet der Netzwerkresourcenmanager 240 inkremental die gegenwärtige Nutzung der Systembandbreitenresourcen als eine Funktion der Bandbreitenkapazitätsanforderungsabschätzungen C_e jeder neuen Kommunikation. Z.B. wird nach Annahme einer neuen Kommunikation mit Bandbreitenkapazitätsanforderung C_e der neue Wert C_a aktualisiert durch Subtraktion von C_e von dem alten Wert von C_a. Im Gegensatz dazu wird nach Auflösung einer existierenden Kommunikation mit der Bandbreitenkapazitätsanforderung C_e der neue Wert von C_a aktualisiert durch Addition von C_e zu dem alten Wert von C_a.
(5) Die Fuzzy-Zulassungssteuerung 220 empfängt die Parameter der gegenwärtig für die Zuweisung verfügbaren Bandbreitenkapazität C_a, der Verkehrslastanpassung y und der Zellenverlustrate p_l. Unter Benutzung vorbestimmter Mitgliedschaftsfunktionen einer Fuzzy-Logikregelbasis wandelt die Fuzzy-Zulassungssteuerung 220 die Parameter C_a, y und p_l in Fuzzy-Werte um. Die Fuzzy-Zulas sungssteuerung 220 wertet dann die Fuzzy-Logikregeln der Fuzzy-Logik regelbasis mit den Fuzzy-Logikwerten der Parameter C_a, y und p_l aus, um einen Fuzzy-Wert des Entscheidungsparameters z zu bestimmen. Unter Benutzung einer vorbestimmten Formel der Fuzzy-Logik regelbasis wandelt die Fuzzy-Zulassungssteuerung 220 den Fuzzy-Logikwert des Entscheidungsparameters z in einen deut lichen Entscheidungsparameter z um.
(6) Der Kodierratenmanager 260 empfängt den deutlichen Verkehrs lastanpassungsparameter y. Als Reaktion darauf gibt der Kodier ratenmanager 260 ein Signal an die Zellenquellen aus, die Zellen mit einer veränderlichen Rate produzieren können (d. h., die Quellen 130-1, 130-2, . . ., 130-M1 von Fig. 6), um die Anzahl der an den Knoten 100 (Fig. 6) abgegebenen Zellen zu verringern oder zu erhöhen. Dies kann in den Zellenquellen erreicht werden durch selektives Verwerfen von Zellen geringerer Wichtigkeit, durch Verändern der Kodierung, um Zellen mit einer unterschiedlichen Rate zu erzeugen, oder durch beide Techniken.
(7) Der Bitratenmanagerschaltkreis 270 empfängt den deutlichen Lastanpassungsparameter y. Als Reaktion darauf gibt der Bit ratenmanagerschaltkreis 270 ein Signal zum Blockieren (Aufheben) oder Freigeben (Wiederaufnahmen) der Produktion und Abgabe von Zellen von jenen Zellenquellen aus, die keinen Datenverlust tolerieren können (d. h., die Quellen 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 von Fig. 6).

Unten wird die Fuzzy-Logikverarbeitung des Fuzzy-Bandbreiten rechners 210, der Fuzzy-Zulassungssteuerung 220 und der Fuzzy-Überlaststeuerung 230 mit größerem Detail diskutiert.

In der Fuzzy-Überlaststeuerung 230 wird das Modell mit zwei Schwellwerten als Basis zur Ableitung der Fuzzy-Logikregelbasis benutzt. Durch Simulation wurden die Parameter der Warteschlan genbelegung q, der Warteschlangenbelegungsveränderung Δq und der Zellenverlustwahrscheinlichkeit p_l entdeckt, daß sie eine gute Grundlage zur Bestimmung der "Überlastung" einer bestimmten War teschlange 110 oder 120 (Fig. 6) im Knoten 100 bilden. Zusätz lich eröffnen die Simulationen, daß die folgende Termmenge eine optimale Grundlage zur Bestimmung der Verkehrslastanpassung bil den: T(q) = {E, F}, T(Δq) = {N, P}, T(p_l) = {S, NS} und T(y) = {IM, IS, DS, NC} entwickelt, wobei:
E die leere Warteschlangenbelegung der bestimmten Warte schlange bedeutet,
F die volle Warteschlangenbelegung der bestimmten Warte schlange bedeutet,
N negatives Wachstum der Warteschlangenbelegungsrate der bestimmten Warteschlange bedeutet,
P positives Wachstum der Warteschlangenbelegungsrate der bestimmten Warteschlange bedeutet,
S befriedigende Zellenverlustrate der bestimmten Warte schlange bedeutet,
NS unbefriedigende Zellenverlustrate der bestimmten Warte schlange bedeutet,
IM viel Zunahme der Verkehrslast im Knoten bedeutet,
IS etwas Zunahme der Verkehrslast im Knoten bedeutet,
DS etwas Abnahme der Verkehrslast im Knoten bedeutet, und
NC keine Änderung der Verkehrslast im Knoten bedeutet.

Die folgenden Mitgliedschaftsfunktionen sind in der Fuzzy-Logik regelbasis zur Umwandlung der Parameter in Fuzzy-Logikwerte definiert:
µ_E(q) = g(q; 0, E_e, 0, E_w)
µ_F(q) = g(q; F_e, K_i, F_w, 0)
µ_N(Δq) = g(Δq; -K_i, N_e, 0, N_w)
µ_P(Δq) = g(Δq; P_e, K_i, P_w, 0)
µ_S(p_l) = g(p_l; 0, S_e, 0, S_w)
µ_NS(p_l) = g(p_l; NS_e, 1, NS_w, 0)
µ_IM(y) = f(y; IM_c, 0, 0)
µ_IS(y) = f(y; IS_c, 0, 0)
µ_DS(y) = f(y; DS_c, 0, 0)
µ_NC(y) = f(y; NC_c, 0, 0)
wobei f(x; x₀, a₀, a₁) eine Dreiecksfunktion ist, die definiert wird durch:

und wobei g(x; x₀, x₁, a₀, a₁) eine Trapezfunktion ist, die definiert wird durch:

Vorteilhafterweise werden die Konstanten E_e und F_e auf die niedrigen und hohen Schwellwerte in dem Modell mit zwei Schwell werten gesetzt. E_w und F_w werden beide gleich der Differenz zwischen den zwei Schwellwerten, F_e-E_e, gesetzt. Die Konstante K_i wird gleich der maximalen Warteschlangenbelegung K₁ gesetzt, wenn y für die Warteschlange 110 (Fig. 6) bestimmt wird, und K_i wird gleich der maximalen Warteschlangenbelegung K₂ gesetzt, wenn y für die Warteschlange 120 (Fig. 6) bestimmt wird. N_e wird gleich der Warteschlangenbelegungsänderungsrate während einer Periode von Überlast und P_e wird gleich der Warteschlangenbele gungsänderungsrate während überlastfreier Perioden gesetzt. Die Konstanten P_w und N_w werden beide gleich der Differenz zwischen den zwei Warteschlangenbelegungsänderungsraten P_e und N_e gesetzt, d. h., P_w = N_w = P_e-N_e. Die Konstante IM_c wird gleich dem maxi malen Prozentsatz von Zellen gesetzt, die gehindert werden, den Knoten 100 (Fig. 6) zu erreichen oder die im Fall von Überlast verworfen werden können. Die Konstante NC_c wird auf Null gesetzt. Die Konstante IS_c wird gleich einem Wert zwischen IM_c und NC_c gesetzt. Ein kleiner Wert von IS_c sieht größere Verkehrslast steuerungsgenauigkeit vor, während ein größerer Wert von IS_c eine größere Anpassungsfähigkeit an neue Verkehrsbedingungen vor sieht. Der jeweilige Wert von IS_c kann durch Simulation ausge wählt werden, um Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit entspre chend der Zahl und Typen von Zellenquellen 130-1, 130-2, . . ., 130-M1, 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 (Fig. 6), die Zellen an den Knoten 100 (Fig. 6) übertragen können, auszugleichen. Aus Gründen der Symmetrie wird DS_c gleich -IS_c gesetzt.

Das Folgende ist eine Regelbasis, die zur Veranschaulichung benutzt wird, um den Verkehrslastanpassungsparameter y zu gewinnen:

In jeder Regel (z. B. der Regel 3) spezifizieren die linken drei Spalten (der linguistischen Variablen q, Δq, p_l) Termmengen (z. B. E, N bzw. S) einer Bedingung. Die Mitgliedschaftswerte der kor respondierenden linguistischen Eingabevariable q, Δq und p_l in ihren jeweiligen Termmengen (z. B. E, N bzw. S) werden als Konjunktion kombiniert, um zu bestimmen, ob die Regel "feuert", d. h. ob die Bedingung der Regel wahr ist. Falls die Regel feuert, ist das Ergebnis der Regel die Mitgliedschaft einer bestimmten Konstanten in der korrespondierenden Termmenge der linguistischen Variablen y. Z. B. ist Regel 1:
Falls q = E ∧ Δq = N ∧ p_l = S dann y = IM
Mit einfachen Worten gesagt: Falls die Warteschlange relativ leer ist, die Rate der Warteschlangenbelegung sich verringert und die Zellenverlustwahrscheinlichkeit innerhalb befriedigender Grenzen liegt, dann kann der Verkehr um einen großen Betrag nach oben angepaßt werden. Fuzzy-Logik erlaubt das Modellieren und Auswerten von ungenauen Aussagen, wie etwa "ist relativ leer" oder "ist innerhalb befriedigender Grenzen". Ferner ermöglicht Fuzzy-Logik die Bestimmung von ungenauen Werten, wie etwa "großer Betrag". Um jede Regel auszuwerten, wird eine Funktion von den Ergebnissen der Auswertung der Mitgliedschaftsfunktionen über den drei Variablen q, Δq und p_l der Bedingung der Regel gebildet. Das Ergebnis dieser Funktion wird dann mit dem Ergeb nis der Auswertung der Mitgliedschaftsfunktion der Variablen y der Folgerung der Regel multipliziert. Z.B. kann die Funktion der Mitgliedschaftsfunktionsergebnisse der Variablen q, Δq und p_l einfach das Produkt dieser Ergebnisse sein. Vorzugsweise ist die Funktion das Minimum der Ergebnisse der Auswertung jeder Mit gliedschaftsfunktion. Das Minimum (oder Produkt) wird dann mit dem Ergebnis der Auswertung der Mitgliedschaftsfunktion der bestimmten Konstanten IM_c in der Termmenge IM multipliziert, um ein Gewicht für die Termmengenkonstante IM_c, nämlich w_IM, zu pro duzieren. So ist für Regel 8:

w_NC = min(µ_F(q), µ_p(Δq), µ_NS(p_l))·µ_NC(NC_c)

Der deutliche Verkehrslastanpassungsparameter y kann bestimmt werden durch Bildung eines gewichteten Durchschnitts aller Gewichte und ihrer korrespondierenden Termmengenkonstanten (die in mindestens einer Regel enthalten sind) So gilt:

Es wird bemerkt, daß einige Regeln dieselbe Termmenge für die linguistische Verkehrslastanpassungsvariable y haben. Z. B. haben die Regeln 1, 2, 4, 5 und 6 alle die Termmenge IM. Es wird ange nommen, daß die Regeln der Regelbasis konjunktiv feuern, d. h. jede Regel feuert mit unterschiedlichem Grad. Um deshalb das Gewicht (z. B. w_IM), das Konstanten, wie etwa IM_c, von resultie renden Termmengen, wie etwa IM, in mehr als einer Regel zugeord net ist, zu bestimmen, wird das Gewicht für jede der Regeln bestimmt, die dieselbe resultierende Termmenge IM enthalten (d. h. w1 = min(µ_E(q), µ_N(Δq), µ_S(p_l))·µ_IM(IM_c), w2 = min(µ_E(q), µ_N(Δq), µ_NS(p_l))·µ_IM(IM_c), usw.). Das Maximum dieser Gewichte wird dann ausgewählt als das Gewicht, das der Konstan ten IM_c zugeordnet ist, d. h., w_IM = max (w1, w2, w4, w5, w6). Die obige Auswertung und der Produktionsprozeß zur Produktion des deutlichen Wertes "y₀" aus den "fuzzyfizierten" Parametern q, Δq und p_l wird als der "Min-Max"-Prozeß bezeichnet.

Der so bestimmte, deutliche Verkehrsanpassungsparameter y₀ wird zur Veranschaulichung an den Kodierratenmanager 260 (Fig. 7) oder den Übertragungsratenmanager 270 (Fig. 7) geschickt, abhängig davon, ob y₀ für die Warteschlange 110 (Fig. 6) oder die Warteschlange 120 (Fig. 6) bestimmt wird. Als Reaktion gibt der Kodierratenmanager 260 (Fig. 7) oder der Übertragungsraten manager 270 (Fig. 7) ein geeignetes Signal zur Anpassung der Übertragungsrate der Zellenquellen 130-1, 130-2, . . ., 130-M1 oder 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 aus.

Es wird bemerkt, daß es einige Ungleichheiten bei der Auswahl der Terme für den Verkehrslastanpassungsparameter y gibt. D.h., daß zwei unterschiedliche Terme für zunehmende Verkehrslast vor gesehen sind, nämlich IM und IS, aber nur ein Term für abneh mende Verkehrslast vorgesehen ist, nämlich DS. Das kommt daher, daß von dem Knoten 100 (Fig. 6) angenommen wird, daß er den Zellenverkehr von Null bis zum Einsetzen von Überlast zunehmen läßt, von welchem Punkt aus die Last des Zellenverkehrs gehalten oder etwas vermindert wird, um Überlast abzuwenden.

Der Betrieb des Fuzzy-Bandbreitenrechners 210 (Fig. 7) wird nun beschrieben. Zur Veranschaulichung schreibt jede Zellen quelle 130-1, 130-2, . . ., 130-M1 oder 140-1, 140-2, . . ., 140-M2 gewisse Parameter in jede Anforderung nach Zulassung einer neuen Kommu nikation zu dem Knoten (Fig. 6). Diese Parameter schließen die Spitzenbandbreite R_p, die mittlere Bandbreite P_m, die Spitzen bandbreitenbündelperiode T_p und die Dienstgüte der neuen Kommu nikation ein. Als Reaktion auf diese Parameter bestimmt der Fuzzy-Bandbreitenrechners 210 eine Bandbreitenkapazitätsanfor derung C_e einer jeden Anforderung unter Benutzung einer Fuzzy-Logikregelbasis.

Simulationen haben ergeben, daß die folgenden Termmengen optimal für die Berechnung der Bandbreitenkapazitätsanforderung C_e sind: T(R_p) = {S, M, L}, T(R_m) = {Lo, Hi}, T(T_p) = {Sh, Me, Lg} und T(C_e) = {C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, C₆}, wobei:
S eine geringe Spitzenbandbreite bedeutet,
M eine mittlere Spitzenbandbreite bedeutet,
L eine große Spitzenbandbreite bedeutet,
Lo eine geringe mittlere Bandbreite bedeutet,
Hi eine große mittlere Bandbreite bedeutet,
Sh eine kurze Spitzenbandbreitenbündelperiode bedeutet,
Me eine mittlere Spitzenbandbreitenbündelperiode bedeutet,
Lg eine lange Spitzenbandbreitenbündelperiode bedeutet,
C₁ einen ersten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₂ einen zweiten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₃ einen dritten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₄ einen vierten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₅ einen fünften Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet, und
C₆ einen sechsten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet.

Zur Veranschaulichung werden die folgenden Mitgliedschaftsfunk tionen benutzt, um die Parameter R_p, R_m und T_p und die ausgewähl ten Bandbreitenkapazitätsanforderungsparameter C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, C₆ zu "fuzzyfizieren":
µ_S(R_p) = g(log(R_p); log(R_p,min), S_e, 0, S_w)
µ_M(R_p) = f(log(R_p); M_c, M_w0, M_w1)
µ_L(R_p) = g(log(R_p); L_e, log(R_p,max), L_w, 0)
µ_Lo(R_m) = g(R_m/R_p; 0, Lo_e, 0, Lo_w)
µ_Hi(R_m) = g(R_m/R_p; Hi_e, 1, Hi_w, 0)
µ_Sh(T_p) = g(log(T_p); log(T_p,min), Sh_e, 0, Sh_w)
µ_Me(T_p) = f(log(T_p); Me_c, Me_w0, Me_w1)
u_Lg(T_p) = g(log(T_p); Lg_e,log(T_p,min), Lg_w, 0)
µ_C1(C_e) = f(C_e; C_1,c, 0, 0)
µ_C2(C_e) = f(C_e; C_2,c, 0, 0)
µ_C3(C_e) = f(C_e; C_3,c, 0, 0)
µ_C4(C_e) = f(C_e; C_4,c, 0, 0)
µ_C5(C_e) = f(C_e; C_5,c, 0, 0)
µ_C6(C_e) = f(C_e; C_6,c, 0, 0)
R_p,min, R_p,max, T_p,min und T_p,max sind die minimalen bzw. maximalen, möglichen Werte für R_p bzw. T_p. S_e, S_w, M_c, M_w0, M_w1, L_e, L_w, Lo_e, Lo_w, Hi_e, Hi_w, Sh_e, Sh_w, Me_c, Me_w0, Me_w1, Lg_e, Lg_w, C_1,c, C_2,c, C_3,c, C_4,c, C_5,c und C_6,c sind vorbestimmte Konstanten der Terme T(R_p) = {S, M, L}, T(R_m) = {Lo, Hi}, T(T_p) = {Sh, Me, Lg} und T(C_e) = {C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, C₆}. Mittels Simulation des äquivalenten Kapazitätsmodells können die Konstanten S_e, M_c, L_e, Lo_e, Hi_e, Sh_e, Me_c und Lg_e auf geeignete Grenzwerte gesetzt werden, um die Parameter R_p, R_m/R_p und T_p des äquivalenten Kapazitätsmodells zu kennzeichnen. Vorteilhafterweise ist S_w = M_w0 = M_c-S_e, M_w1 = L_w = L_e-M_c, Lo_w = Hi_w = Hi_e-Lo_e. Ferner können die folgen den, anfänglichen Zuweisungen gemacht werden, die später feinab gestimmt werden: Sh_w = Me_w0 = Me_c-Sh_e, Me_w1 = Lg_w = Lg_e-Me_c. Die Konstante C_1,c = R_m. Die Konstanten C_2,c, C_3,c, C_4,c, C_5,c und C_6,c können aus der rekursiven Formel bestimmt werden:

Die Fuzzy-Regelbasis ist dann wie folgt:

Wie in der Fuzzy-Überlaststeuerung 230 (Fig. 7), werden für jede Regel die Mitgliedschaftswerte eines jeden Terms der lingu istischen Variable R_p, R_m oder T_p konjunktiv vereinigt, um eine Bedingung zu bilden, die das Feuern einer Regel steuert. Die rechte Spalte ist das Ergebnis, das produziert wird, wenn die Regel feuert. Die Regeln werden ausgewertet und eine deutliche Bandbreitenkapazitätsanforderung C_e wird unter Benutzung des oben beschriebenen "Min-Max"-Prozesses produziert.

Der Betrieb der Fuzzy-Zulassungssteuerung 220 (Fig. 7) wird nun beschrieben. Die Fuzzy-Zulassungssteuerung 220 (Fig. 7) empfängt den Verkehrslastanpassungsparameter y von der Überlast steuerung 230 (Fig. 7), die zuweisbare Bandbreitenkapazität C_a von dem Netzwerkresourcenmanager 240 (Fig. 7) und die Zellen verlustwahrscheinlichkeit p_l. (Es wird daran erinnert, daß die zuweisbare Bandbreitenkapazität C_a durch den Netzwerkresourcen manager 240 aus der Bandbreitenkapazitätsanforderung C_e erzeugt wird). Die empfangenen Parameter y und p_l korrespondieren mit der Warteschlange, in der die Zellen der neuen Kommunikation vor übergehend gespeichert werden, wenn die neue Kommunikation zuge lassen wird. Mittels Simulation wurden die folgenden Termmengen für die Parameter y, C_a und z definiert: T(C_a) = {NE, E}, T(y) = {N, P} und T(z) = {R, WR, WA, A}, wobei:
NE nicht genügende Bandbreitenkapazität für neue Kommunika tionen bedeutet,
E genügende Bandbreitenkapazität für neue Kommunikationen
N bedeutet, daß die Verkehrslastbedingung überlastet ist,
P bedeutet, daß die Verkehrslastbedingung nicht überlastet ist,
R Rückweisung der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet,
WR weiche Rückweisung der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet,
WA weiche Annahme der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet, und
A Annahme der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommu nikation bedeutet.

Die Regelbasis der Fuzzy-Zulassungssteuerung 220 (Fig. 7) schließt die folgenden Mitgliedschaftsfunktionen zur Fuzzyfizie rung der Parameter y, C_a und z ein:

µ_NE(C_a) = g(C_a; 0, NE_e, 0, NE_w)
µ_E(C_a) = g(C_a; E_e, 0, E_w, 0)
µ_N(y) = g(y; -y_max, N_e, 0, N_w)
µ_P(y) = g(y; P_e, y_max, P_w, 0)
µ_R(z) = f(z; R_c, 0, 0)
µ_WR(z) = f(z; WR_c, 0, 0)
µ_WA(z) = f(z; WA_c, 0, 0)
µ_A(z) = f(z; A_c, 0, 0)

Die Konstante y_max ist der maximale Prozentsatz von Zellen, die jemals gehindert wurden, zum Knoten 100 zu gelangen. NE_e, NE_w, E_e, E_w, N_e, N_w, P_e, P_w, R_c, WR_c, WA_c und A_c sind vorbestimmte Kon stanten. Es wird angenommen, daß es j Typen von Warteschlangen 110 und 120 im Knoten 100 (Fig. 6) gibt, einschließlich einer Warteschlange für jeden j-ten Typ der Dienstgüte. Es wird ferner angenommen, daß C_j der Teil der gesamten Bandbreite ist, der für den j-ten Typ der Dienstgüte benutzt wird (welcher in der Anfor derung nach Zulassung der Kommunikation spezifiziert ist). In solch einem Fall wird E_e auf einen Teil von C_j gesetzt, der ausgewählt wurde, um eine Verkehrslastschätzungsunsicherheit zu tolerieren, die aus der Dynamik der Verkehrscharakteristiken und einer Fuzzy-Verwirklichung des äquivalenten, für die Anpassung der Verkehrslast benutzten Kapazitätsmodells resultiert. NE_e ist kleiner als E_e und wird ausgewählt, um den Notstand des Mangels an Bandbreitenkapazität für die Zuweisung an eine neue Kommuni kation zu repräsentieren. Die Konstanten Ne und Pe werden durch Beobachtung des Verkehrslastanpassungsparameters y der Fuzzy-Über laststeuerung 230 (Fig. 7) unter Simulation zur Bestimmung der Verkehrslastschwellwerte bei Überlast bzw. ohne Überlast gesetzt. Allgemein gesprochen müssen diese Parameter durch Simulation kalibriert werden, weil die Natur der Überlast von unterschiedlichen Verkehrsumgebungen abhängt. Die Konstante R_c wird gleich Null gesetzt, und die Konstante A_c wird auf Eins gesetzt. Ohne Verlust von Allgemeingültigkeit wird WR_c gleich (R_c+z_a)/2 und WA_c gleich (A_c+z_a)/2 gesetzt, wobei z_a ein vorbe stimmter Annahmeschwellwert R_c z_a A_c ist.

Es wird bemerkt, daß dieselben Termmengen und Mitglied schaftsfunktionen für den Parameter y in der Fuzzy-Zulassungs steuerung 220 (Fig. 7) und in der Fuzzy-Überlaststeuerung 230 (Fig. 7) benutzt werden. Die über dem Parameter p_l definierten Termmengen und Mitgliedschaftsfunktionen sind oben angeführt.

Die Fuzzy-Regelbasis in der Fuzzy-Zulassungssteuerung 220 schließen die folgenden Regeln ein:

Die Auswertung der Regeln und die Defuzzyfizierung des Ent scheidungssignalparameters z ist ähnlich dem oben beschriebenen. Falls das deutliche Entscheidungssignal z₀ größer als z_a ist, dann wird die Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation angenommen. Sonst bezeichnet das Entscheidungssignal z₀, daß die Anforderung zurückgewiesen wird.

Die Leistung der Fuzzy-Verkehrssteuerung 150 (Fig. 6 und 7) wird durch Simulation analysiert. In der Simulation werden zwei Typen von Zellenquellen betrachtet. Ein erster Typ von Zellen quelle sendet Audio-, Video- oder interaktive Daten. Die Kommu nikationen derartiger Zellenquellen können generell eine gewisse Anzahl verworfener Zellen tolerieren. Jedoch sind durch solche Quellen erzeugte Zellen zeitempfindlich; die Kommunikation der Zellen kann nicht große Verzögerungen tolerieren. Der zweite Typ von Zellenquelle sendet Transaktionsrechnerdaten. Die Kommuni kationen von solchen Quellen können nicht sehr viele verworfene Zellen tolerieren, aber sind nicht zeitempfindlich; solche Zellen können große Verzögerungen tolerieren. Eine erste Warte schlange 110 (Fig. 6) wird für Zellen des ersten Typs mit einer maximalen Belegung von K₁ = 100 vorgesehen. Eine zweite Warte schlange 120 (Fig. 6) wird für Zellen des zweiten Typs mit einer maximalen Belegung von K₂ = 100 vorgesehen. Die Dienstgüte für die beiden Diensttypen wird zu 10^-5 angenommen.

Zu Vergleichszwecken wurde der von dem Guèrin-Hinweis vorge schlagene äquivalente Kapazitätsprozeß und der vom Li-Hinweis vorgeschlagene Verkehrssteuerungsprozeß mit zwei Schwellwerten ebenfalls simuliert. In der Simulation wird jede neue Kommuni kation durch einen Kommunikationseinrichtungsprozeß begonnen. Ein Knoten bestimmt, ob die neue Kommunikation unter Erhaltung der Dienstgüte der bereits zugelassenen Kommunikationen zuge lassen werden kann oder nicht. Verkehrslasten wurden auch ver größert, um Überlast im Knoten zu simulieren.

Die folgenden Konstanten werden in der Simulation benutzt:

(1) Fuzzy-Überlaststeuerung 230 (Fig. 7):
für T(Δq) = {N, P} N_e = -1, P_e = 1 und N_w = P_w = 2;
für T(p_l) = {S, NS} S_e = 5·10^-6, NS_e = 10^-5 und S_w = NS_w = 5·10^-6;
für T(q) = {E, F} E_e = L₁ = 75, F_e = L₂ = 90 und E_w = F_w = 15 (es wird bemerkt, daß L₁ und L₂ die zwei Schwellwerte in dem Über laststeuerungsprozeß mit zwei Schwellwerten sind); und
für T(y) = {DS, NO, IS, IM} DS_c = -0,2/3, NC_c = 0, IS_c = 0,2/3 und IM_c = 0,2.
(2) Fuzzy-Bandbreitenrechner 210 (Fig. 7):
für T(R_p) = {S, M, L) S_e = -3, S_w = 0,9, M_c = -2, M_w0 = M_w1 = 1, L_e = -1 und L_w = 0,9, wobei R_p,max = 1 und R_p,min = 10^-4;
für T(R_m) = {Lo, Hi} Lo_e = 0,6, Lo_w = 0,15, Hi_e = 0,75 und Hi_w = 0,1;
für T(T_p) = {Sh, Me, Lg} Sh_e = -3, Sh_w = 0,7, Me_c = -2, Me_w0 = Me_w1 = 0,8, Lg_e = -1 und Lg_w = 0,7, wobei T_p,max = 100 s und T_p,min = 10^-9 s; und
für T(C_e) = {C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, C₆} sind die Konstanten wie oben beschrieben.
(3) Fuzzy-Zulassungssteuerung 220 (Fig. 7):
für T(C_a) = {NE, E} NE_e = 0,05·C_j, E_e = 0,1·C_j und Ne_w = E_w = 0,05·C_j,
wobei C_j=1 = 0,8, C_j=2 = 0,2;
für T(y) = {N, P} N_e = -y_max/5, P_e = y_max/5 und N_w = P_w = 2·y_max/5, wobei y_max = IM = 0,2; und
für T(z) = {R, WR, WA, A} R_c = 0, A_c = 1, WR_c = 0,25, WA_c = 0,75 und z_a = 0,5.

Die kombinierte Zellenverlustrate P_c und die Systemnutzung werden benutzt als eine Basis für den Vergleich der Fuzzy-Logiksteue rung der vorliegenden Erfindung zum Stand der Technik. Die kombinierte Zellenverlustrate für die ersten und zweiten Typen von Zellenverkehr wird gegeben durch:

P_c = (1-ζ)·P₁ + ζ·P₂

Hier wird eine V 06865 00070 552 001000280000000200012000285910675400040 0002019609081 00004 06746ariable ζ (0 ζ 1) eingeführt, um die zwei Typen von Zellenverkehr zu unterscheiden. Da der zweite Typ von Zellenverkehr Zellen erneut senden kann und sie in ihrer Gesamt heit am Ziel empfangen haben kann, selbst wenn die Zelle verwor fen wird, wird ζ gleich 0,2 gesetzt. Wie früher bemerkt, kann Überlast erleichtert werden durch selektives Verwerfen von Zellen des Typ-1-Zellenverkehrs. So wird für Typ-1-Zellenverkehr eine zuvor ausgewählte Zellenverlustrate P_S,j und eine Zellenver lustrate P_N,j definiert, die eintrifft, wenn die Warteschlange voll ist. Deshalb:

P_j = k·P_S,j + P_N,j für j = 1 oder 2

wobei k eine Proportionalitätskonstante (0 k 1) ist. Zur Veranschaulichung wird k gleich 0,8 gesetzt.

Fig. 8 veranschaulicht ein Überlastszenarium, wobei Überlast zum Zeitpunkt t = 1 (10⁵ Zelleneinheiten) passiert. Zum Zeitpunkt t = 10 (10⁶ Zelleneinheiten) ist die Überlast vergangen und die Dienstgüte jeder Kommunikation hat sich erholt. Wie in Fig. 8 gezeigt, sieht die vorliegende Erfindung eine Verbesserung des Standes der Technik. Insbesondere sieht die vorliegende Erfin dung eine 11% Verbesserung bezüglich des Systems nach dem Stand der Technik vor, bei dem keine Überlaststeuerung benutzt wird, und eine 4% Verbesserung bezüglich des Überlaststeuerungspro zesses mit zwei Schwellwerten, der durch den Li-Hinweis vorge schlagen wurde.

Fig. 9 bis 19 veranschaulichen Zulassungssteuerung. Fig. 9 und 10 zeigen die Zahl der interaktiven Sprach- und Videokommu nikationen über der Zeit nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum äquivalenten Bandbreiteverfahren, das durch Guèrin vorgeschlagen wurde. Ähnlich zeigen Fig. 11 und 12 die Zahl der Transaktionsdatenkommunikationen hoher und niedriger Bitrate, die über der Zeit nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum äquivalenten Bandbreiteverfahren, das durch Guèrin vorge schlagen wurde, zugelassen wurden. In Fig. 9 bis 12 verändert sich die Zahl aller Verkehrsbenutzer mit der Zeit unter zwei unterschiedlichen Überlaststeuerungsverfahren. Wie gezeigt, läßt die vorliegende Erfindung mehr Kommunikationen von jedem Typ zu als das konventionelle, äquivalente Bandbreitenverfahren, das durch den Guèrin-Hinweis vorgeschlagen wird. Fig. 13, 14, 15 und 16 zeigen die Anrufzurückweisungswahrscheinlichkeit für inter aktive Sprach-, Video- und Transaktionskommunikation hoher Bit rate bzw. Transaktionskommunikation niedriger Bitrate. In Fig. 13 bis 16 wird die Kommunikationszurückweisungswahrscheinlich keit für jeden Typ von Verkehr in Bezug zur Zeit verändert. Wie der läßt die vorliegende Erfindung mehr Kommunikationen jedes Typs zu als das konventionelle, äquivalente Bandbreitenverfah ren, das durch den Guèrin-Hinweis vorgeschlagen wird, und hat deshalb eine niedrige Kommunikationszurückweisungswahrschein lichkeit. Fig. 17, 18 und 19 zeigen grafisch die Nutzung von Typ-1- (d. h. interaktivem Sprach- und Video-), Typ-2- (Transak tions-) und gesamtem Verkehr. Die Fuzzy-Verkehrssteuerung nach der vorliegenden Erfindung sieht insgesamt eine 11% Verbesserung in der Bandbreitennutzung im Vergleich zu Guèrin vor.

Kurz gesagt wird eine Fuzzy-Verkehrssteuerung vorgesehen zur Steuerung der Zulassung neuer Kommunikationen zu dem Knoten (und ihrer Zellen zu vielen Warteschlangen) und zur Anpassung der Rate, mit der jeder Knoten Zellen an den Knoten aussendet (zum Einfügen in die vielen Warteschlangen) für jede bereits zugelas sene Kommunikation. Die Fuzzy-Verkehrssteuerung hat einen Fuzzy-Band breitenrechner, eine Fuzzy-Zulassungssteuerung und eine Fuzzy-Überlaststeuerung. Die Fuzzy-Überlaststeuerung empfängt Parameter der Warteschlangenbelegung q, der Veränderungsrate von Warteschlangenbelegungen Δq und der Zellenverlustwahrscheinlich keit p_l. Die Fuzzy-Überlaststeuerung "fuzzyfiziert" diese Para meter, d. h. wandelt sie in Fuzzy-Werte mittels vordefinierter Mitgliedschaftsfunktionen um, und wertet vordefinierte Fuzzy-Re geln mit den "fuzzyfizierten" Parametern aus. Bei der Auswer tung der Fuzzy-Logikregeln bestimmt die Fuzzy-Überlaststeuerung einen Fuzzy-Wert des Verkehrslastanpassungsparameters y. Die Fuzzy-Überlaststeuerung "defuzzyfiziert" den Fuzzy-Wert des Ver kehrslastanpassungsparameters y, d. h. wandelt den Verkehrslast anpassungsparameter y in einen "deutlichen" Wert unter Benutzung einer vordefinierten Umwandlungsformel um. Die Fuzzy-Verkehrs steuerung benutzt den deutlichen Verkehrslastanpassungsparameter y, um ein Signal an jeden Knoten abzusetzen, der Zellen an den Knoten heranführt, welcher die Fuzzy-Verkehrssteuerung enthält, zur Anpassung der Zellenübertragungsrate (d. h. Blockieren/Frei geben oder Steuerung des Pegels der Zellenproduktion) für jede Kommunikation. Der Fuzzy-Bandbreitenrechner empfängt die mitt lere Bandbreite R_m, die Spitzenbandbreite R_p und die Spitzenband breitenbündeldauer T_p für jede neue Kommunikation, die Zulassung zu dem Knoten anfordert. Der Fuzzy-Bandbreitenrechner "fuzzyfi ziert" diese Parameter und wertet eine Menge von vorbestimmten Fuzzy-Logikregeln mit den fuzzyfizierten Parametern aus. Bei der Auswertung der vorbestimmten Fuzzy-Logikregeln bestimmt der Fuzzy-Bandbreitenrechner einen Bandbreitenkapazitätsanforde rungsparameter C_e. Der Fuzzy-Bandbreitenrechner "defuzzyfiziert" den Bandbreitenkapazitätsanforderungsparameter C_e. Die Fuzzy-Zulassungssteuerung empfängt den verfügbaren Bandbreitenkapazi tätsparameter C_a (der aus dem Bandbreitenanforderungsparameter C_a bestimmt wird), den Verkehrsanpassungsparameter y, der von der Fuzzy-Überlaststeuerung bestimmt worden ist, und die Zellenver lustwahrscheinlichkeit p_l. Die Fuzzy-Zulassungssteuerung "fuzzy fiziert" diese empfangenen Parameter und wertet eine Menge von vorbestimmten Fuzzy-Logikregeln mit ihnen aus. Bei der Auswer tung der Fuzzy-Logikregeln bestimmt die Fuzzy-Zulassungssteue rung einen Zulassungsanforderungsentscheidungssignal z. Die Fuzzy-Zulassungssteuerung "defuzzyfiziert" das Zulassungsanfor derungsentscheidungssignal z und gibt es an den Knoten ab, der Zulassung der Kommunikation beantragt.

Schließlich dient die obige Diskussion lediglich zur Veran schaulichung der Erfindung. Die in der Technik Geübten können zahlreiche Ausführungsformen entwerfen, ohne vom Geist und Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Prozeß zur Steuerung von Überlast in einem Knoten eines Kommunikationsnetzwerkes, der die Schritte enthält:

(a) Bestimmen der Verkehrsparameter Belegung q, Verände rungsrate der Warteschlangenbelegung Δq und Zellenverlustwahr scheinlichkeit p_l einer Warteschlange, die mit einem Kommunika tionstyp korrespondiert und durch den Knoten gesteuert wird,
(b) Auswerten von mehreren Fuzzy-Logikregeln mit jedem der Verkehrsparameter q, Δq und p_l, um einen Verkehrslastanpassungs parameter y zu bestimmen, und
(c) Ausgabe eines Signals zur Anpassung der Rate, mit der Zellen erzeugt werden, das von dem Verkehrslastanpassungspara meter y abhängt, an jeden Knoten, der Zellen für jeden der Kom munikationstypen erzeugt, die durch den Knoten gesteuert werden.

2. Prozeß nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Auswertens fer ner die Schritte enthält:
Bestimmen der Mitgliedschaft der Verkehrsparameter q, Δq und p_l in jedem Term der Termmengen T(q), T(Δq) und T(p_l), der in den vorbestimmten Logikregeln enthalten ist, und von vorbestimmten Verkehrslastanpassungskonstanten in jedem Term der Termmenge T(y), die in den vorbestimmten Fuzzy-Logikregeln enthalten sind,
Auswählen eines Gewichtes für jeden einzigartigen Term in der Termmenge T(y), der in den vorbestimmten Fuzzy-Logikregeln ent halten ist, wobei jedes Gewicht gebildet wird durch Multiplizie ren des Minimums oder Produkts der Mitgliedschaft von q, Δq und p_l in jeweiligen Termmengen mit der Mitgliedschaft der vorbe stimmten Verkehrslastanpassungskonstanten, die in einer der vorbestimmten Fuzzy-Logikregeln enthalten ist, und
Bestimmen des Verkehrslastanpassungsparameters y durch Bilden eines gewichteten Durchschnitts von jedem der ausgewählten Gewichte und der vorbestimmten Verkehrslastanpassungskonstanten von korrespondierenden Termen in der Termmenge T(y) des Ver kehrslastanpassungsparameters.

3. Prozeß nach Anspruch 2, wobei die Mitgliedschaftsfunktionen diskret sind.

4. Prozeß nach Anspruch 2, wobei T(g) = {E, F}, T(Δq) = {N, P}, T(p_l) = {S, NS} und T(y) = {IM, IS, DS, NC} sind, und wobei:
E die leere Warteschlangenbelegung bedeutet,
F die volle Warteschlangenbelegung bedeutet,
N negatives Wachstum der Warteschlangenbelegungsrate bedeu tet,
P positives Wachstum der Warteschlangenbelegungsrate bedeu tet,
S befriedigende Zellenverlustrate bedeutet,
NS unbefriedigende Zellenverlustrate bedeutet,
IM viel Zunahme der Verkehrslast bedeutet,
IS etwas Zunahme der Verkehrslast bedeutet,
DS etwas Abnahme der Verkehrslast bedeutet, und
NC keine Änderung der Verkehrslast bedeutet, und
wobei die vorbestimmten Fuzzy-Logikregeln sind:

5. Prozeß nach Anspruch 3, wobei die Mitgliedschaftsfunktionen µ_E, µ_F, µ_N, µ_P, µ_S, µ_NS, µ_IM, µ_IS, µ_DS und µ_NC der Terme E, F, N, P, S, NS, IM, IS, DS und NC definiert werden durch:
µ_E(q) = g(q; 0, E_e, 0, E_w)
µ_F(q) = g(q; F_e, K_i, F_w, 0)
µ_N(Δq) = g(Δq; -K_i, N_e, 0, N_w)
µ_P(Δq) = g(Δq; P_e, K_i, P_w, 0)
µ_S(p_l) = g(p_l; 0, S_e, 0, S_w)
µ_NS(p_l) = g(p_l; NS_e, 1, NS_w, 0)
µ_IM(y) = f(y; IM_c, 0, 0)
µ_IS(y) = f(y; IS_c, 0, 0)
µ_DA(y) = f(y; DS_c, 0, 0)
µ_NC(y) = f(y; NC_c, 0, 0)
wobei g(x; x₀, x₁, a₀, a₁) eine Trapezfunktion ist mit einer Trapez plateau-Ordinate von 1 und mit einem linken Trapezplateau-Abs zissenkantenpunkt x₀, einem rechten Trapezplateau-Abszissenkan tenpunkt x₁, einer linken Dreiecksabschnitt-Abszissenbreite a₀ und einer rechten Dreiecksabschnitt-Abszissenbreite a₁, und wobei f(x; x₀, a₀, a₁) eine Dreiecksfunktion ist mit einer maximalen Ordi nate von 1 bei dem Abszissenmittelpunkt x₀, einer linken Drei ecksabschnitt-Abszissenbreite a₀ und einer rechten Dreiecks abschnitt-Abszissenbreite a₁, und wobei E_e, E_w, F_e, K_i, F_w, N_e, N_w, P_e, P_w, S_e, S_w, NS_e, NS_w, IM_c, IS_c, DS_c, NC_c vorbestimmte Kon stanten der Terme T(q), T(Δq), T(p_l) und T(y) sind.

6. Prozeß nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationstypen mit unterschiedlichen Dienstgüten korrespondieren, und der Prozeß ferner die Ausführung der Schritte (a) bis (c) für eine zweite Warteschlange enthält, die mit einem unterschiedlichen Kommuni kationstyp korrespondiert.

7. Prozeß zur Vorhersage einer Bandbreitenanforderung für jede Anforderung nach Zulassung einer neuen Kommunikation zu einem Knoten eines Kommunikationsnetzwerkes, die Schritte enthaltend:

(a) Empfangen der Übertragungsratenparameter Spitzenband breite R_p, mittlere Bandbreite R_m und Bündeldauer T_p der neuen Kommunikation in einem Knoten von einem anderen Knoten, der eine Anforderung auf Zulassung der neuen Kommunikation stellt,
(b) Auswerten einer ersten Vielzahl von Fuzzy-Logikregeln mit den Übertragungsratenparametern R_p, R_m und T_p, um eine Bandbrei tenkapazitätsanforderung C_e der neuen Kommunikation zu bestimmen,
(c) Bestimmen einer zuweisbaren Bandbreitenkapazität C_a aufgrund der Bandbreitenkapazitätsanforderung C_e, und
(d) Auswerten einer zweiten Vielzahl von Fuzzy-Logikregeln mit zumindestens der zuweisbaren Bandbreitenkapazität C_a, um ein Entscheidungssignal z zu bestimmen, das anzeigt, ob die neue Kommunikation zuzulassen ist oder nicht.

8. Prozeß nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Auswertens einer ersten Vielzahl von Fuzzy-Logikregeln die Schritte ent hält:
Bestimmen der Mitgliedschaft der Übertragungsratenparameter R_p, R_m und T_p in jedem Term der Termmenge T(R_p), T(R_m) und T(T_p), der in der ersten Vielzahl von Fuzzy-Logikregeln enthalten ist, und von vorbestimmten Bandbreitenkapazitätsanforderungskonstan ten in jedem Term der Termmenge T(C_e) in der ersten Vielzahl von Fuzzy-Logikregeln,
Auswählen eines Gewichtes für jeden einzigartigen Term in der Termmenge T(C_e), der in der ersten Vielzahl von Regeln enthalten ist, wobei jedes Gewicht gebildet wird durch Multiplizieren des Minimums oder Produkts der Mitgliedschaft der Parameter R_p, R_m und T_p in jeweiligen Termmengen mit der Mitgliedschaft der Band breitenkapazitätsanforderungskonstanten, die in jeder Regel der ersten Menge von Fuzzy-Logikregeln enthalten ist, und
Bestimmen der Bandbreitenkapazitätsanforderung C_e durch Bil den eines gewichteten Durchschnitts der Gewichte und der vorbe stimmten Bandbreitenkapazitätsanforderungskonstanten von jedem korrespondierenden Term in der Termmenge T(C_e) der Bandbreiten kapazitätsanforderungskonstanten.

9. Prozeß nach Anspruch 8, wobei T(R_p) = {S, M, L}, T(R_m) = {Lo, Hi}, T(T_p) = {Sh, Me, Lg} und T(C_e) = {C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, C₆}, wobei:
S eine geringe Spitzenbandbreite bedeutet,
M eine mittlere Spitzenbandbreite bedeutet,
L eine große Spitzenbandbreite bedeutet,
Lo eine geringe mittlere Bandbreite bedeutet,
Hi eine große mittlere Bandbreite bedeutet,
Sh eine kurze Spitzenbandbreitenbündelperiode bedeutet,
Me eine mittlere Spitzenbandbreitenbündelperiode bedeutet,
Lg eine lange Spitzenbandbreitenbündelperiode bedeutet,
C₁ einen ersten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₂ einen zweiten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₃ einen dritten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₄ einen vierten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet,
C₅ einen fünften Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet, und
C₆ einen sechsten Bandbreitenkapazitätspegel bedeutet, und
wobei die erste Vielzahl von Fuzzy-Logikregeln sind:

10. Prozeß nach Anspruch 9, wobei die Mitgliedschaftsfunktionen µ_S, µ_M, µ_L, µ_Lo, µ_Hi, µ_Sh, µ_Me, µ_Lg, µ_C1, µ_C2, µ_C3, µ_C4, µ_C5 und µ_C6 definiert werden durch:
µ_S(R_p) = g(log(R_p); log(R_p,min), S_e, 0, S_w)
µ_M(R_p) = f(log(R_p); M_c, M_w0, M_w1)
µ_L(R_p) = g(log(R_p); L_e, log(R_p,max), L_w, 0)
µ_Lo(R_m) = g(R_m/R_p; 0, Lo_e, 0, Lo_w)
µ_Hi(R_m) = g(R_m/R_p; Hi_e, 1, Hi_w, 0)
µ_Sh(T_p) = g(log(T_p); log(T_p,min), Sh_e, 0, Sh_w)
µ_Me(T_p) = f(log(T_p) Me_c, Me_w0, Me_w1)
µ_Lg(T_p) = g(log(T_p); Lg_e, log(T_p,min), Lg_w, 0)
µ_C1(C_e) = f(C_e; C_1,c, 0, 0)
µ_C2(C_e) = f(C_e; C_2,c, 0, 0)
µ_C3(C_e) = f(C_e; C_3,c, 0, 0)
µ_C4(C_e) = f(C_e; C_4,c, 0, 0)
µ_C5(C_e) = f(C_e; C_5,c, 0, 0)
µ_C6(C_e) = f(C_e; C_6,c, 0, 0)
wobei g(x; x₀, x₁, a₀, a₁) eine Trapezfunktion ist mit einer Trapez plateau-Ordinate von 1 und mit einem linken Trapezplateau-Abs zissenkantenpunkt x₀, einem rechten Trapezplateau-Abszissenkan tenpunkt x₁, einer linken Dreiecksabschnitt-Abszissenbreite a₀ und einer rechten Dreiecksabschnitt-Abszissenbreite a₁, und wobei f(x; x₀, a₀, a₁) eine Dreiecksfunktion ist mit einer maximalen Ordi nate von 1 bei dem Abszissenmittelpunkt x₀, einer linken Drei ecksabschnitt-Abszissenbreite a₀ und einer rechten Dreiecks abschnitt-Abszissenbreite a₁, und wobei R_p,min, R_p,max, T_p,min und T_p,max die minimalen bzw. maximalen, möglichen Werte für R_p bzw. T_p sind, und wobei S_e, S_w, M_c, M_w0, M_w1, L_e, L_w, Lo_e, Lo_w, Hi_e, Hi_e, Sh_e, Sh_w, Me_c, Me_w0, Me_w1, Lg_e, Lg_w, C_1,c, C_2,c, C_3,c, C_4,c, C_5,c und C_6,c vorbestimmte Konstanten der Terme T(R_p) = {S, M, L}, T(R_m) = {Lo, Hi}, T(T_p) = {Sh, Me, Lg} und T(C_e) = {C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, C₆} sind.

11. Prozeß nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Auswertens der zweiten Vielzahl von Fuzzy-Logikregeln die Schritte enthält:
Bestimmen einer Zellenverlustwahrscheinlichkeit p_l und eines Verkehrslastanpassungsparameters y in dem Knoten,
Bestimmen der Mitgliedschaft der verfügbaren Kapazität in jedem Term der Termmenge T(C_a) der zuweisbaren Bandbreitenkapa zität C_a, der in der zweiten Vielzahl von Fuzzy-Regeln enthalten ist, der Mitgliedschaft der vorbestimmten Entscheidungssignal konstanten in jeder Termmenge T(z) des Entscheidungssignals z, der in der zweiten Vielzahl von Fuzzy-Regeln enthalten ist, der Mitgliedschaft des Verkehrslastanpassungsparameters y in jedem Term der Termmenge T(y) des Verkehrslastanpassungsparameters y, der in der zweiten Vielzahl von Fuzzy-Regeln enthalten ist, und der Mitgliedschaft des Zellenverlustwahrscheinlichkeitsparame ters p_l eines jeden Terms der Termmenge T(p_l) des Zellenverlust wahrscheinlichkeitsverkehrsparameters, der in der zweiten Viel zahl von Fuzzy-Regeln enthalten ist,
Auswählen eines Gewichtes für jeden einzigartigen Term in der Termmenge T(z), der in der zweiten Vielzahl von Fuzzy-Logik regeln enthalten ist, wobei jedes Gewicht gebildet wird durch Multiplizieren des Minimums oder Produkts der Mitgliedschaft der Parameter C_a, y und p_l in jeweiligen Termmengen mit der Mitglied schaft der vorbestimmten Entscheidungssignalkonstanten, die in einer Regel der zweiten Vielzahl von Fuzzy-Logikregeln enthalten ist, und
Bestimmen des Entscheidungssignals z durch Bilden eines gewichteten Durchschnitts der Gewichte und der vorbestimmten Entscheidungssignalkonstanten von jedem korrespondierenden Term in der Termmenge T(z) des Entscheidungssignals.

12. Prozeß nach Anspruch 11, wobei T(C_a) = {NE, E}, T(y) = {N, P}, T(p_l) = {S, NS} und T(z) = {R, WR, WA, A}, wobei:
NE nicht genügende Kapazität für neue Kommunikationen bedeutet,
E genügende Kapazität für neue Kommunikationen bedeutet,
N bedeutet, daß die Verkehrslastbedingung überlastet ist,
P bedeutet, daß die Verkehrslastbedingung nicht überlastet ist,
S befriedigende Zellenverlustrate bedeutet,
NS unbefriedigende Zellenverlustrate bedeutet,
R Rückweisung der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet,
WR weiche Rückweisung der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet,
WA weiche Annahme der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet, und
A Annahme der Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation bedeutet, und
wobei die zweite Vielzahl von Fuzzy-Logikregeln enthält:

13. Prozeß nach Anspruch 12, wobei die Mitgliedschaftsfunktionen u_NE, µ_E, µ_N, µ_P, µ_S, µ_NS, µ_R, µ_WR, µ_WA und µ_A definiert werden durch:
µ_NE(C_a) = g(C_a; 0, NE_e, 0, NE_w)
µ_E(C_a) = g(C_a; E_e, 0, E_w, 0)
µ_N(y) = g(y; -y_max, N_e, 0, N_w)
µ_P(y) = g(y; P_e, y_max, P_w, 0)
µ_S(p_l) = g(p_l; 0, S_e, 0, S_w)
µ_NS(p_l) = g(p_l; NS_e, 1, NS_w, 0)
µ_R(z) = f(z; R_c, 0, 0)
µ_WR(z) = f(z; WR_c, 0, 0)
µ_WA(z) = f(z; WA_c, 0, 0)
µ_A(z) = f(z; A_c, 0, 0)
wobei g(x; x₀, x₁, a₀, a₁) eine Trapezfunktion ist mit einer Trapez plateau-Ordinate von 1 und mit einem linken Trapezplateau-Abs zissenkantenpunkt x₀, einem rechten Trapezplateau-Abszissenkan tenpunkt x₁, einer linken Dreiecksabschnitt-Abszissenbreite a₀ und einer rechten Dreiecksabschnitt-Abszissenbreite a₁, und wobei f(x; x₀, a₀, a₁) eine Dreiecksfunktion ist mit einer maximalen Ordi nate von 1 bei dem Abszissenmittelpunkt x₀, einer linken Drei ecksabschnitt-Abszissenbreite a₀ und einer rechten Dreiecks abschnitt-Abszissenbreite a₁, und wobei y_max der maximale Pro zentsatz von Zellen ist, die gehindert werden, in das Netzwerk zu gelangen, und wobei NE_e, NE_w, E_e, E_w, N_e, N_w, P_e, P_w, S_e, S_w, NS_e, NS_w, R_c, WR_c, WA_c und A_c vorbestimmte Konstanten sind, und wobei WR_c = (R_c+z_a)/2 und WA_c = (A_c+z_a)/2, und wobei z_a ein vorbe stimmter Annahmeschwellwert R_c z_a A_c ist, und wobei z anzeigt, daß eine neue Kommunikation nur zugelassen werden kann, falls z < z_a ist.

14. Knoten in einem ATM-Kommunikationsnetzwerk, enthaltend:
mindestens eine Ausgabewarteschlange zur vorübergehenden Speicherung von Zellen für die Übertragung in einem abgehenden Zeitschlitz, und
eine Fuzzy-Logikverkehrssteuerung zur Steuerung des Empfangs von Zellen in der zumindestens einen Warteschlange durch Steuerung der Zulassung von neuen Kommunikationen in dem Knoten und zur Steuerung von Überlast in dem Knoten, wobei die Fuzzy-Logik verkehrssteuerung enthält:
eine Fuzzy-Überlaststeuerung zur Auswertung einer ersten Menge von Fuzzy-Logikregeln mit den Verkehrsparametern Bele gung q, Änderungsrate Δq und Zellenverlustwahrscheinlichkeit p_l der mindestens einen Warteschlange, die mit einem von dem Knoten gesteuerten Kommunikationstyp korrespondiert, um einen Verkehrslastanpassungsparameter y zu bestimmen, und zur Aus gabe eines Signals zur Anpassung der Rate, mit der Zellen generiert werden, das von dem Verkehrslastanpassungsparameter y an jeden anderen Knoten, der Zellen für jeden der von dem Knoten gesteuerten Kommunikationstypen erzeugt, abhängt,
einen Fuzzy-Bandbreitenrechner zum Empfang der Übertra gungsratenparameter in dem Knoten, nämlich Spitzenbandbreite R_p, mittlere Bandbreite R_m und Bündeldauer T_p der neuen Kom munikation von einem anderen Knoten, der eine Anforderung nach Zulassung der neuen Kommunikation ausgegeben hat, und zur Auswertung einer zweiten Menge von Fuzzy-Logikregeln mit den Übertragungsratenparametern R_p, R_m und T_p, um eine Band breitenkapazitätsanforderung C_e der neuen Kommunikation zu bestimmen, und
eine Fuzzy-Zulassungssteuerung zur Auswertung einer drit ten Menge von Fuzzy-Logikregeln mit einer zuweisbaren Band breitenkapazität C_a, die von dem Bandbreitenkapazitätsanfor derungsparameter C_e abhängt, um ein Entscheidungssignal z zu bestimmen, das anzeigt, ob die neue Kommunikation zuzulassen ist oder nicht.