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Stand: 28.10.2003 |
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Hierarchische Netze: Netzmodellhierarchisches Netz Einzugsbereich Vermittlungsfunktion Bündel wechselseitig betriebene Bündel nichthierarchisches Teilnetz Dreieckrouting Verkehrslenkung Taktsteuerung Begriffe und DefinitionenDas Netz ist ein Bedienungssystem für Kommunikationsanforderungen von einzubindenden Verkehrsquellen und -senken (Teilnehmer, Netzein- und -ausstiege) und besteht aus Knoten und Kanten. Das hierarchische Netzmodell für ein Telekommunikationsnetz verwendet strukturierte Knoten und Kanten. Kleinste Einheit eines Knotens ist die Vermittlungseinheit (VE) mit begrenzter Kapazität. Eine VE kann eine oder mehrere Funktionen ausführen, in der Regel Vermittlungsfunktionen der Netzebenen aber auch z.B Auslandsfunktion, Netzübergangsfunktion oder Sonderfunktion. Jede von ihnen mit Vermittlungsfunktionen hat einen hierarchisch bestimmten Einzugsbereich. Das hierarchische Netz gliedert sich in die Ebenen 1,..., Ebmax und alle Vermittlungsfunktionen sind jeweils genau einer dieser Ebenen zugeordnet. Die Ebene ist der Rang einer Vermittlungsfunktion.
Bild: Netzhierarchie, 3-Ebenen-Netz, Letztwege Alle VE mit derselben Vermittlungsfunktion bilden eine Vermittlungsstelle (VSt). Sie haben in diesem Modell denselben Standort, nämlich den Standort der VSt. Eine Untergliederung in Betriebsstellen ist dennoch möglich. Die Einzugsbereiche der VSt der Ebene 1 sind außerhalb des Netzes begründet. Der Einzugsbereich (kurz: Bereich) einer VSt einer höheren Netzebene ist durch die Menge der zugeordneten VSt der nächstniedrigeren Ebene definiert. VSt-Bereiche einer Ebene sind disjunkt. Nimmt eine VE mehrere Funktionen wahr, dann heißen die niederrangigen Funktionen "verdeckt" (VE-verdeckt). Eine VE kann prinzipiell auch mehrere gleichrangige Funktionen wahrnehmen. Als Knoten kämen naturgemäß die VSt, also die Vermittlungsfunktionen infrage. Da aber eine VSt aus mehreren VE gebildet werden und eine VE wiederum mehrere Funktionen erfüllen kann, sind weder die VSt für sich noch die VE für sich geeignet, als Knoten eines Netzes modelliert zu werden. Es wäre sehr schwierig, eine praktische Interpretation für die Kanten zwischen ihnen zu geben. Als Knoten wird deshalb das kleinste Ensemble von VE angesehen, das mindestens eine VSt bildet und bezüglich der Vermittlungsfunktionen "abgeschlossen" ist. Das soll bedeuten, dass für jede VE eines Knotens gilt, alle Funktionen der VE sind auch Funktionen des Knotens, und dass für jede Vermittlungsfunktion des Knotens gilt, alle VE mit dieser Funktion gehören auch zum Knoten. Ein Knoten kann also auch mehrere vollständige VSt umfassen. Alle auf diese Weise zusammengefassten VE haben den gleichen Standort. Ein Knoten besteht also aus mindestens einer VE und mindestens eine seiner VE hat eine Vermittlungsfunktion. Sein Standort kann durch geografische Koordinaten lokalisiert werden. Die VSt, die im Knoten die höchstrangige Funktion repräsentiert, wird als "offene" VSt bezeichnet, die übrigen dagegen als "verdeckt" (knotenverdeckt). Der Knoten wird mit der VStKz seiner offenen VSt bezeichnet. Eine Kante in dem Netz ist die Menge aller gerichteten Bündel von einem Knoten zu einem anderen. Es gibt aber auch Bündel innerhalb eines Knotens (örtliche Leitungen), soweit diese durch Funktionentrennung der VE und die Verkehrsführung erforderlich werden. Ein (verkehrstheoretisches) Bündel ist zunächst die Menge aller Leitungen (oder Kanäle) von einer VE (als Ursprung) zu einer Zielfunktion, die sich bezüglich des Verkehrstransports "gegenseitig aushelfen" können. Wegen der möglichen Verteilung der Zielfunktion auf mehrere VE kann "Bündelteilung im Ziel" erforderlich werden. Die entstehenden Teilbündel werden im folgenden als "Bündel" bezeichnet. Die Bündelkapazität ist von Verkehrsangebot, Streuwert und Bündelgröße abhängig. Ursprung ist die VE, bei der ein Bündel beginnt und Ziel ist die VE, bei der das Bündel endet. Für ein gerichtet betriebenes Bündel ist diese Zuordnung eindeutig. Das Bündel transportiert dann Verkehr vom Ursprung zum Ziel. Wechselseitig betriebene Bündel kann es zwischen Vermittlungsstellen derselben Netzebene und als auf/absteigende Bündel zwischen einer VSt und einer ihr in höherer Ebene übergeordneten VSt geben. Bei "Bündelteilung" entsteht ein in beiden Verkehrsrichtungen verzweigtes "Netzchen" zwischen je zwei VE-Mengen. Ein Teilbündel dieses Netzchens transportiert dann sowohl Verkehr vom Ursprung zum Ziel als auch vom Ziel zum Ursprung. Insbesondere können dem hierarchischen Netz nichthierarchische Teilnetze mit eigenem mehrstufigem Dreieckrouting eingebettet sein. Ein solches NHR-Teilnetz umfasst nur eine VE-Menge mit Vermittlungsfunktionen derselben Netzebene. Seine Bündel werden ausschließlich wechselseitig betrieben. Das Routing kann VE- oder VSt-bezogen sein, das Teilnetz kann Querweg- oder Letztwegcharakter haben. Aufgabe des Netzes ist es, Verkehr von den Quellen zu den Senken über kostengünstige Wege zu leiten. Ein Weg besteht, falls Quelle und Senke nicht vollständig in einer VE liegen, aus mindestens einem, im allgemeinen aber aus mehreren Abschnitten entsprechend der genutzten Bündel. Beim ersten Wegabschnitt liegt der Bündelursprung in der Quelle. Das Ziel eines Bündels ist gleichzeitig Ursprung des Bündels im nächsten Wegabschnitt oder liegt, wenn es der letzte Wegabschnitt ist, in der Senke. Welche Wege wirklich gewählt werden, hängt davon ab, welche Bündel genutzt werden können bzw. zulässig sind, wie groß die jeweilige Bündelkapazität ist bzw. gemacht werden kann und welche Vorschriften der Verkehrslenkung berücksichtigt werden müssen. Verkehr, der auf verschiedene Senken desselben Bereichs zielt, kann zusammengefasst auf ein gemeinsames (diesen Senken oder dem Ursprung übergeordnetes) Ziel geführt werden. Der Verkehr, der von einer bestimmten VE zu einer bestimmten Senke gelangen soll, wird "Verkehrselement" genannt. Das Verkehrselement wird durch die Senke, seinen Verkehrswert und seinen Streuwert charakterisiert. TaktsteuerungIm hierarchischen Netz kann ab einer VE erst dann ein Bündel zu einem bestimmten Ziel berechnet werden, wenn bekannt ist, wieviel Verkehr letztlich von der VE zu diesem Ziel weitergeführt werden soll. Es muss also sicher sein, dass aller Verkehr, der möglicherweise zu diesem Ziel geführt werden könnte, schon in der VE zusammen geflossen ist, sich also in den entsprechenden Verkehrselementen kumuliert hat. Wir wollen dann davon sprechen, dass alle diese Verkehrselemente der VE "vollständig" sind, sie werden durch später berechnete Bündel, die zu dieser VE führen, nicht mehr geändert. Anders ist es bei nichthierarchischen Teilnetzen. Zu Beginn der Berechnungen sind nur die Verkehrselemente der VE mit Vermittlungsfunktionen der Ebene 1 vollständig, sofern sie aufsteigenden Verkehr enthalten. Daher können nun auch Bündel von diesen VE ausgehend gemäß der Verkehrslenkung und der Bündelberechnungsverfahren eingerichtet werden. Entsprechend der Bündelkapazität kann den jeweiligen Verkehrselementen des Ursprungs wieder Verkehr entnommen und den Verkehrselementen der Ziel-VE hinzugefügt werden. Damit sind jetzt alle Verkehrselemente mit aufsteigendem Verkehr, die zu VE mit Vermittlungsfunktionen der Ebene 2 gehören, vollständig. Auf diese Weise lässt sich bis zu Ebene Ebmax verfahren und man hat für den gesamten aufsteigenden Verkehr Bündel eingerichtet. Für den absteigenden Verkehr gelingt dies jetzt analog, denn die VE mit F-Funktionen, die der Ebene Ebmax zugeordnet sind, haben jetzt auch vollständige Verkehrselemente, sofern sie absteigenden Verkehr enthalten usw.. Ein lineares Verfahren zur Bündelberechnung ist deshalb möglich, weil es sich hier um gerichtete Bündel eines hierarchischen Netzes handelt. Es lässt sich in Takte gliedern, die durch die Netzebenen bestimmt werden.
Takt bestimmt also, für welche VE als Ursprung Bündel berechnet werden können. Normalerweise ist, wenn in diesem Zusammenhang von Ursprungsfunktionen der VE gesprochen wird, für aufsteigenden Verkehr die höchstrangige Funktion (maxFkt) und für absteigenden Verkehr die niedrigstrangige Funktion der VE gemeint. Dahinter steht die Annahme, dass der Verkehr zuerst so weit wie möglich innerhalb einer VE von einer niederrangigen Funktion (VSt) zur höherrangigen auf- bzw. von einer höherrangigen zur niederrangigen absteigt. Dadurch soll die Einrichtung paralleler Bündel weitestgehend vermieden werden. Für eine bestimmte Interpretationsvariante der Verkehrslenkung kann für aufsteigenden Verkehr aber auch die Einrichtung von Bündeln ab einer niederrangigen Funktion (mittelbar durch Takt vorgegeben) erzwungen werden. Innerhalb eines Taktes lässt sich noch eine Untertaktung einführen, die durch die Verkehrslenkung nahegelegt wird. Sie bestimmt, in welcher Reihenfolge die Ziele angesteuert werden, zu denen die zu berechnenden Bündel führen.
Die Eintragungen in diesem Schema gelten natürlich jeweils nur soweit, als für das entsprechende Verkehrselement möglich und laut Verkehrslenkung zulässig. So treten bei der Bündelberechnung für absteigenden Verkehr nur die Untertakte UTakt < Nummer der Ebene der Ursprungsfunktion auf. Es können auch zwei Arten von wechselseitig betriebenen Bündeln in das hierarchische Netz eingegliedert werden. Für deren Dimensionierung sind Abweichungen von der Takt- und Untertaktsteuerung erforderlich: Wechselseitige Bündel zwischen VSt derselben Netzebene (ggf. mit Bündelteilung) werden als Netzchen berechnet, indem der Verkehr aller beteiligten VE zugleich in ein abgebildetes Teilnetz übertragen, dort die Dimensionierung vorgenommen und die geleisteten Verkehre sowie die überlaufenden Verehre anschließend in das hierarchische Netz rückübertragen werden. Wechselseitige auf/absteigende Bündel werden ebenfalls als eigene Teilnetze, jedoch in zwei Schritten, berechnet. Die aufsteigende Richtung im zugeordneten Takt gerichteter Bündel desselben Ziel; die absteigende Richtung erst im Takt der Gegenrichtung. Diese Netzchen bleiben als (reduzierte) Objekte solange erhalten, bis die Berechnung der Rückrichtung abgeschlossen ist. In Teilnetzmodellen mit nichthierarchischem Routing (NHR) werden ebenfalls wechselseitig betriebene Bündel eingerichtet und dimensioniert. Prinzip des ZielanhebensWird in einem bestimmten Takt ausgehend von einem Ursprung (VE) nach Verkehrslenkungsvorschrift in einem Untertakt UTakt1 die Einrichtung eines Bündels zum Ziel F1 und in einem anderen Untertakt UTakt2 die eines Bündels zum Ziel F2 gefordert und werden beide Funktionen F1 und F2 von derselben (Ziel-)VE wahrgenommen, würden zunächst zwei parallele Bündel entstehen. Um diesen (meist unerwünschten) Effekt zu vermeiden, wird für solchen Fall das sogenannte "Zielanheben" realisiert. Seien die Bezeichnungen F1 und F2 so gewählt, dass F2 die höherrangige Funktion bezeichnet, bedeutet dies, dass die Forderung nach Einrichtung eines Bündels im Takt UTakt1 einfach ignoriert wird und das Verkehrselement bis zum nächsten Untertakt unberührt bleibt oder anders gesagt, das Ziel F1 bis zum Ziel F2 angehoben wird.
Jede VE hat mindestens eine höchstrangige Funktion (maxFkt) und höchstens bis zu dieser kann natürlich nur eine Zielanhebung erfolgen. Das Prinzip des Zielanhebens gilt für auf- und absteigenden Verkehr gleichermaßen. Es ist nur zu beachten, dass für aufsteigenden Verkehr der Untertakt UTakt1 vor dem Untertakt UTakt2 liegt (UTakt1 < UTakt2), während es beim absteigenden Verkehr genau umgekehrt ist (UTakt2 < UTakt1). Etwas problematisch wird es, wenn das Ziel F1 auf mehrere VE verteilt ist, von denen aber nicht alle auch die Funktion F2 wahrnehmen, und Bündelteilung im Ziel angeordnet ist. In dem Fall wird die Ziel-VE-Menge auf diejenigen VE eingeschränkt, für die F1 die höchstrangige Funktion ist. Analog zum Zielanheben und ebenfalls mit dem Ziel, parallele Bündel zu vermeiden, wird für absteigende Quer- und Letztwege in den eigenen Bereich mit "Ursprungsabsenkung" operiert. Das bedeutet, falls Verkehr in den Bereich einer verdeckten Funktion zu führen ist, wird auch hier ein Untertakt übergangen und werden Bündel erst ab dieser verdeckten Funktion der VE berechnet. |
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