-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Nutzungsgebühren in
einem Paketdatenübertragungsnetz.
-
Aus
DE 196 54 482 ist ein Verfahren
zur Tarifierung in Kommunikationsnetzen bekannt. Dabei wird ein
Endgerät
mit einem Indikatoralarm für
die Überschreitung
von vorgegebenen Prozessalarmgrenzen betreffend Gebühren vorgesehen.
-
Die
DE 196 34 664 betrifft
ein Verfahren zur Festlegung einer Gebühr in einem Telekommunikationsnetz,
wobei eine Verbindung zwischen Teilnehmern des Telekommunikationsnetzes
nur aufgebaut wird, wenn eine vorgegebene Gebührengrenze aktuell nicht überschritten
wird.
-
Die
EP 0 346 897 offenbart ein
Verfahren zum Erfassen von Nutzungsgebühren in einem Telekommunikationsnetz,
wobei eine quantitative Erfassung der Datenübertragung erfolgt und bei
Erreichen einer vorgebbaren Anzahl übertragener Datenpakete Meldungen
an die Gebührenerfassungsstelle übermittelt
werden.
-
Der
Datentransfer in Paketdatenübertragungsnetzen
ist ein diskontinuierlicher Prozeß und hängt insbesondere stark vom
Teilnehmerverhalten bzw. der Anwendung ab. Paketdatenübertragungsnetze
sind für
eine Vielzahl von Anwendungen geeignet, die stark unterschiedliche Übertragungsaktivitäten entfalten.
Dazu gehören
z.B. Telematik-Anwendungen wie etwa die Fernüberwachung von technischen
Einrichtungen, bei denen im Laufe von lang andauernden Übertragungssitzungen
relativ kleine Datenmengen übertragen
werden, genauso wie Dateitransfer oder Internetverkehr, wo Zeiträume mit
geringer Aktivität
und sol che mit hoher Aktivität
abwechseln, und auch Übertragungen
mit mittleren bis hohen, gleichbleibenden Übertragungsraten wie etwa Audio-
oder Videoübertragungen.
-
Zu
Abrechnungs- und Statistikzwecken werden in den Knoten eines solchen
Paketdatenübertragungsnetzes
Daten erfaßt,
die die Übertragungsaktivität der Teilnehmer
betreffen, und werden als Datensätze
oder „Records" auf ein nicht-flüchtiges
Speichermedium wie etwa eine Festplatte geschrieben, wenn eine übertragene
Datenmenge bzw. die Dauer der Übertragungssitzung
eine bestimmte Schwelle überschritten
hat. Das Speichermedium kann sowohl in einem Knoten oder Router
des Netzes selbst als auch an anderer Stelle im Netz (zentral) ausgeführt sein.
Da das Schreiben der Datensätze
die Leistungsfähigkeit
der Paketvermittlung beeinträchtigt, besteht
das Bedürfnis,
die Zahl der Aufzeichnungsvorgänge
auf das unbedingt nötige
Mindestmaß zu beschränken.
-
Andererseits
müssen
Records so oft wie nötig
geschrieben werden, um die Daten zu sichern und weiterverarbeiten
zu können.
So lange sie nicht gesichert sind, besteht die Möglichkeit des Verlustes dieser
Daten durch technische Störungen
oder betrügerische
Eingriffe ins System von dritter Seite. Dieses Risiko sowie die
Motivation zu betrügerischen
Eingriffen sind natürlich
um so größer, je
seltener die Aufzeichnungen gemacht werden, d. h. je größer der Gebührenbetrag
ist, der später
anhand der gemachten Aufzeichnung berechnet und dem Teilnehmer in Rechnung
gestellt wird. Um die hiermit verbundene Gefahr von finanziellen
Verlusten für
die Betreiber solcher Netze zu minimieren, ist es wiederum wünschenswert,
Records häufig
aufzuzeichnen.
-
Die
Erzeugung von Records in festen Zeitintervallen, wie sie bei einem
Fernmeldenetz ohne weiteres praktikabel ist, ist bei einem Paketdatenübertragungsnetz
nicht zweckmäßig, weil
die Übertragungsraten
unterschiedlicher Sitzungen um Zehnerpotenzen differieren können und
dementsprechend auch der Gebührenwert,
der einer Aufzeichnung entspricht, und der in Abhängigkeit
von der übertragenen
Datenmenge berechnet wird, extrem streuen würde.
-
Die
Häufigkeit,
mit der solche Records erzeugt werden, ist daher zwangsläufig ein
Kompromiß zwischen
widerstreitenden Anforderungen.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erfassen
von Nutzungsgebühren in
einem Paketdatenübertragungsnetz
anzugeben, das einen geringen Aufwand bei der Erzeugung und Aufzeichnung
fällig
gewordener Gebühren
mit einer hohen Sicherheit vor Datenverlust und Fremdeingriff verwendet.
-
Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst.
Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, daß im Laufe einer Übertragungssitzung
fällig
gewordene Gebühren
berechnet werden und daß eine
Aufzeichnung über
die fällig gewordenen
Gebühren
gemacht wird, wenn diese eine Schwelle überschritten haben.
-
Dadurch
wird vermieden, daß für Übertragungssitzungen
mit niedriger Übertragungsaktivität Aufzeichnungen
gemacht werden, denen nur ein geringer Gebühren-Gegenwert entspricht,
d. h. es wird vermieden, daß dies
Art von Überrtragungssitzungen das Übertragungsnetz
mit einer Vielzahl von zu verarbeitenden und zu übertragenden Gebührenaufzeichnungen
belasten, deren Gebühren-Gegenwert in
einem schlechten Verhältnis
zum damit verbundenen Aufwand steht.
-
Zusätzlich ist
es z. B. möglich,
unterschiedlichen Anwendungen jeweils unterschiedliche, an ihr Übertragungsverhalten
angepaßte
Gebührensätze zuzuordnen
und so die Häufigkeit,
mit der Aufzeichnungen gemacht werden, an das wirtschaftliche Risiko
bei Datenverlust anzupassen.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Zweckmäßig ist
insbesondere, daß der
Wert der Schwellen-Gebührensumme
in Abhängigkeit
von der Datenrate der Übertragungssitzung
festgelegt wird.
-
Als
eine Faustregel wird die Schwellen-Gebührensumme um so niedriger festgelegt,
je niedriger die Datenrate der Übertragungssitzung
ist. Wenn man davon ausgeht, daß die
Wahrscheinlichkeit, daß man
Daten verliert oder Opfer eines betrügerischen Eingriffs wird, proportional
zu der Zeitdauer ist, in der die Gebührendaten ungesichert bleiben
und der durch einen Datenverlust oder Eingriff zu erwartende Schaden
dem mittleren ungesicherten Gebührenbetrag,
also etwa der Hälfte
der Schwellen-Gebührensumme
entspricht, läßt sich
das Risiko für
Sitzungen mit unterschiedlichen Datenraten in etwa vereinheitlichen,
indem man die Schwellen-Gebührensumme für jede Sitzung
so festlegt, daß das
Produkt aus Schwellen-Gebührensumme
und mittlerer Datenrate für
alle Sitzungen das gleiche ist.
-
Abweichungen
von dieser Faustregel sind zweckmäßig bei Sitzungen mit stoßartigem
Datenverkehr, etwa bei Dateitransfer oder Internet-Zugriff. Bei
solchen Übertragungssitzungen
sollten Aufzeichnungen auch dann erzeugt werden, wenn der Datenverkehr
unterbrochen ist bzw. ruht, die Schwellen-Gebührensumme aber noch nicht vollständig erreicht
ist, denn andernfalls besteht die Gefahr, daß beträchtliche Gebührenbeträge über lange
Zeiträume
ungesichert bleiben.
-
Um
die variablen Aufzeichnungszeitpunkte festzulegen, wird gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens eine Funktion berechnet,
die von der Übertragungsaktivität seit Sitzungsbeginn oder
letzter Aufzeichnung abhängt
und monoton mit dieser wächst,
und eine Aufzeichnung wird dann gemacht, wenn diese Funktion eine
Schwelle überschreitet,
wobei die Schwelle eine abnehmende Funktion der Zeitdauer seit Sitzungsbeginn
oder letzter Aufzeichnung ist. Der Wert der Funktion steht in einem
eindeutigen Zusammenhang mit dem mit der Aufzeichnung dem Teilnehmer
belasteten Gebührenbetrag.
Sie wird deshalb im folgenden der Einfachheit halber als Gebührenfunktion
bezeichnet.
-
Durch
die Abnahme der Schwelle im Laufe der Zeit ist gewährleistet,
daß auch
bei minimaler Übertragungsaktivität nach einer
endlichen Zeit die Schwelle überschritten
wird und eine Aufzeichnung angelegt wird, wobei, in dem Fall, daß die Übertragungsaktivität in einer
Sitzung kurz vor Erreichen der Schwelle abbricht, die Wartezeit
bis zum Anlegen der Aufzeichnung um so kürzer ist, je knapper die Schwelle
verfehlt wurde. Dies bedeutet: je größer die bereits vom Netzbetreiber
erbrachte Übertragungsleistung
ist, und je größer somit
der zu sichernde Gebührenbetrag
ist, um so kürzer
ist die Wartezeit bis zum Anlegen der Aufzeichnung.
-
Die Übertragungsaktivität einer Übertragungssitzung
kann in Bit oder, völlig äquivalent,
im Vielfachen von Bits gemessen werden, sie kann aber auch in Paketen
gemessen werden, wobei die Länge bzw.
Bitzahl eines Paketes in einem Paketdatenübertragungssystem nicht für alle Pakete
gleich sein muß. Die Übertragungsaktivität kann übrigens
auch als eine abgeleitete Größe betrachtet
werden, die aus übertragener
Informationsmenge und übertragener Paketzahl
berechnet wird, und die es somit erlaubt, Gebühren nicht nur allein anhand
der übertragenen Informationsmenge
oder der – durch
die Zahl der übertragenen
Pakete bestimmten – Übermittlungsleistung
des Paketübertragungssystems
zu berechnen, sondern beide Faktoren gewichtet in die Gebührenberechnung
einfließen
zu lassen.
-
Um
die Belastung eines Knotens des Paketdatenübertragungsnetzes durch die
Erfassung der Aufzeichnungen gering zu halten, kann ferner vorteilhafterweise
vorgesehen werden, daß die
oben erwähnte
Gebührenfunktion
in einem zeitgesteuerten Zyklus berechnet wird. Für eine korrekte
Gebührenerfassung
ist es nämlich
nicht erforderlich, daß zu
jedem Zeitpunkt der Wert der Funktion bekannt ist, der der Übertragungsaktivität bis zum
gegenwärtigen Zeitpunkt
entspricht wenn infolge der zeitgesteuerten Berechnung der Funktion
erst mit einer geringfügigen Verspätung erkannt
wird, daß diese
die Schwelle überschritten
hat, so ist dies für
die Gebührenerfassung
nicht störend.
-
Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 ein schematisches Diagramm
eines Paketdatenübertragungsnetzwerkes,
in dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist,
-
2 veranschaulicht das herkömmliche Verfahren
zur Festlegung der Zeitpunkte, zu denen Aufzeichnungen über fällig gewordene
Gebühren
gemacht werden;
-
3 veranschaulicht eine erste
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
-
4 und 5 veranschaulichen zwei Varianten einer
zweiten Ausgestaltung des Verfahrens.
-
Das
in 1 dargestellte Paketdatenübertragungssystem
umfaßt
eine Mehrzahl von Knoten K1, K2, K3, K4, von denen jeder mit wenigstens
einem anderen Knoten und Teilnehmern TN11, TN12, ..., TN21, ...,
etc. verbunden ist. Ein Gebührenkonto in
Form eines Datenspeicherbereiches, in dem Aufzeichnungen über durch Übertragungsaktivitäten eines
Teilnehmers in dem Netzwerk verursachte Kosten aufgezeichnet sind,
ist jedem einzelnen Teilnehmer zugeordnet; diese Gebührenkonten
können
an einer Mehrzahl von Knoten K1, K2, ... geführt sein, insbesondere kann
für jeden
Teilnehmer das Gebührenkonto
an demjenigen Knoten geführt
sein, an dem er direkt angeschlossen ist; es ist aber auch möglich, die
Gebührenkonten
aller Teilnehmer an einem Knoten oder einem Teil der Knoten des
Netzwerkes zentral zu führen.
-
Die
Erfassung der Gebühren,
ihre Berechnung und Aufzeichnung führt zu einer Arbeitsbelastung
der einzelnen Knoten mit der Folge, daß ihre Rechenleistung nicht
vollständig
für die
Vermittlung von Daten zwischen den Teilnehmern zur Verfügung steht.
Wenn die Gebührenkonten
zentralisiert geführt werden,
ergibt sich eine zusätzliche
Belastung des Netzwerkes durch die Notwendigkeit, die Gebühreninformationen
genauso wie die zwischen den Teilnehmern übertragenen Nutzdaten durch
das Netzwerk zu befördern,
wodurch Übertragungskapazität blockiert
wird.
-
2 veranschaulicht die herkömmliche Vorgehensweise
bei der Erfassung der Gebühren. Sie
zeigt in Form eines Graphen die im Laufe der Zeit t in einer Übertragungssitzung
zwischen zwei Teilnehmern übertragene
Datenmenge D, gemessen in Bit oder Byte oder einem Vielfachen davon.
Zu Beginn der Übertragungssitzung,
zum Zeitpunkt t = 0, ist die Datenmenge gleich Null. Sie nimmt im
Laufe der Zeit zu, bis sie zum Zeitpunkt t1 eine
Schwelle S erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Aufzeichnung angelegt,
und das Gebührenkonto
des Teilnehmers, der die Sitzung eingeleitet hat, wird mit einem
Betrag belastet, der der übertragenen
Datenmenge entspricht. Gleichzeitig wird der Zählwert der Datenmenge D auf
Null zurückgesetzt.
Die übertragene
Datenmenge nimmt wiederum mit der Zeit zu, wobei bei dem hier betrachteten
Beispiel zum Zeitpunkt t1' die Datenrate erhöht wird.
Zum Zeitpunkt t2 wird erneut die Schwelle
S der Datenmenge erreicht, eine weitere Aufzeichnung wird angelegt,
und der Zählwert
der Datenmenge wird erneut auf Null zurückgesetzt. Die Übertragung
mit hoher Rate endet am Zeitpunkt t2', vor abermaligem
Erreichen der Schwelle S. Solange nicht weitere Daten übertragen
werden, wird keine neue Aufzeichnung angelegt. Der den seit der
letzten Aufzeichnung übertragenen
Datenmenge entsprechende Gebührenbetrag
bleibt somit so lange nicht durch eine Aufzeichnung gesichert, wie
die Übertragung nicht
fortgesetzt wird oder die Sitzung beendet und infolgedessen eine
neue Aufzeichnung angelegt wird.
-
Gemäß einer
ersten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß das in
einer Sitzung pro Zeiteinheit übertragene
Datenvolumen erfaßt
wird, und daß die
Schwelle S für
die betreffende Sitzung in Funktion des erfaßten Werts festgelegt wird.
Indem für
Sitzungen, die eine geringe Übertragungsaktivität entfalten,
eine niedrigere Schwelle S gewählt
wird als für
Sitzungen mit starker Übertragungsaktivität, ist gewährleistet,
auch bei ersteren häufig
genug Gebührenaufzeichnungen
angelegt werden, um die Gefahr von Einbußen in vertretbarem Rahmen
zu halten.
-
Die
Festlegung der Schwelle kann erfolgen, wenn bei der Etablierung
einer Sitzung Information über
den Typ der Sitzung übertragen
wird, aus der das Paketdatenübertragungsnetz
die voraussichtliche Übertragungsaktivität der Sitzung
ablesen oder schätzen
kann. Vorzugsweise wird das pro Zeiteinheit übertragene Datenvolumen vom
Paketdatenübertragungsnetz
gemessen und die Schwelle wird anhand des Messwerts festgelegt.
Eine solche Messung erfolgt zweckmäßigerweise während der
gesamten Übertragungssitzung,
wobei die Messergebnisse, die in der Zeit zwischen dem Beginn der
Sitzung und der ersten Aufzeichnung oder zwischen zwei Aufzeichnungen
erhalten worden sind, dazu dienen, die Schwelle für die nächstfolgende
Aufzeichnung festzulegen.
-
3 veranschaulicht die Festlegung
der Aufzeichnungszeitpunkte t1, t2, ... gemäß einer zweiten Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei dieser Ausgestaltung ist eine Messung der Übertragungsqualität nicht
erforderlich. Es wird eine Gebührenfunktion
f berechnet, die eine monoton wachsende Funktion des Datenübertragungsvolumens ist.
Einer einfachen Variante zufolge kann die Funktion f z.B. die Form
f = c1D + c2P haben,
wobei D die übertragene
Datenmenge in MB und P die Zahl der übertragenen Pakete ist und
c1, c2 nichtnegative Konstanten
sind, von denen eine Null sein kann. Die Figur zeigt den Verlauf
der Gebührenfunktion
im Laufe der Zeit für
eine exemplarische Übertragungssitzung.
Es wird wie in 2 eine Übertragungssitzung betrachtet,
die zum Zeitpunkt t = 0 beginnt, zwischen den Zeitpunkten t = 0
und t = t1' eine erste, niedrige Datenrate, dann
bis zum Zeitpunkt t2' eine zweite, höhere Datenrate aufweist und
nach dem Zeitpunkt t2' eine Datenrate von 0 hat.
-
Die
Schwelle S ist hier eine Funktion der Zeit t. Sie wird jeweils zu
Beginn einer Übertragungssitzung
am Zeitpunkt t = 0 auf einen hohen Startwert gesetzt, von dem aus
sie monoton fällt.
Die Funktion f(D,P) nimmt von ihrem Ausgangswert 0 bei t = 0 zunächst linear
zu, bis sie zum Zeitpunkt t1 die zeitabhängige Schwelle
S(t) kreuzt.
-
Zusammen
mit dem Anlegen einer Aufzeichnung am Zeitpunkt t1 wird
die Gebührenfunktion
f auf den Wert 0 und die Schwelle S(t) auf den hohen Startwert zurückgesetzt,
und der Abfall der Schwelle S(t) und das Wachstum der Gebührenfunktion
f(t) mit der im Laufe der Zeit übertragenen
Datenmenge beginnen von neuem. Zum Zeitpunkt t1' wird die Datenrate
der Übertragungssitzung
heraufgesetzt, so daß die
Steigung der Gebührenfunktion
f zunimmt. Der Zeitabstand zwischen t2 und
t1 ist somit kleiner als der zwischen t1 und t = 0; die im zweiten Zeitintervall übertragene
Datenmenge ist größer als
die im ersten übertragene.
-
Wenn
zum Zeitpunkt t2' die Datenübertragung abbricht, wächst die
Gebührenfunktion
f nicht weiter. Die Schwelle S(t) fällt jedoch weiterhin, so daß die Gebührenfunktion
zum Zeitpunkt t3 wiederum die Schwelle S
erreicht und eine Aufzeichnung angelegt wird.
-
Die
Schwellen-Gebührensumme,
bei deren Überschreitung
eine Aufzeichnung angelegt wird, ist also um so niedriger, je geringer
die mittlere Datenrate der Übertragungssitzung
im betrachteten Zeitintervall [0,t1], [t1,t2], ... ist.
-
Die
Zeitabhängigkeit
der Schwelle schließt selbstverständlich nicht
aus, daß die
Gebührenfunktion
außer
vom Übertragungsvolumen
auch selbst von der Zeit abhängig
sein kann.
-
4 veranschaulicht eine weitere
Ausgestaltung des Verfahrens anhand eines Graphen, der die zeitliche
Entwicklung der Gebührenfunktion
f für eine
exemplarische Übertragungssitzung
zeigt, die von t = 0 bis t = t0' eine konstante Übertragungsaktivität aufweist
und bei der bei t0' die Übertragung unterbrochen wird.
Die Entwicklung der Gebührenfunktion
f ist als durchgezogene Linie dargestellt.
-
Eine
Schwelle S, bei deren Überschreitung eine
Aufzeichnung angelegt wird, wird anhand einer mittleren zeitlichen
Ableitung der Gebührenfunktion, kurz
als mittlere Gebührenrate
bezeichnet, festgelegt; sie ist als Strichpunktlinie dargestellt.
Die mittlere Gebührenrate
f*(t) ist hier einfach definiert als der Quotient aus dem Wert der
Gebührenfunktion
f zum Zeitpunkt t und der Zeit t, wobei die Zeit jeweils ab dem
Beginn der Übertragungssitzung
oder der letzten Aufzeichnung gerechnet wird, je nachdem, was kürzer zurückliegt.
-
Bei
dem in 4 betrachteten
Verlauf einer Datenübertragung
nimmt das Übertragungsvolumen vom
Zeitpunkt t = 0 bis t0' linear zu, und f* ist konstant. Ab
t0' werden keine
Daten mehr übertragen,
infolgedessen nimmt f* im Laufe der Zeit proportional zum Kehrwert
der Zeit ab. Proportional dazu nimmt auch die Schwelle S ab, und
zum Zeitpunkt t1 erreicht die Gebührenfunktion
f den Wert von S, woraufhin eine Aufzeichnung angelegt wird.
-
Alternativ
dazu kann die mittlere Gebührenrate
auch definiert werden als Differenz zwischen der Gebührenfunktion
f(t) an einem gegenwärtigen
Zeitpunkt t und der Gebührenfunktion
f(t – Δt) an einem um
eine fest gewählte
Zeitspanne Δt
zurückliegenden
Zeitpunkt, dividiert durch die Zeitspanne Δt. Dann ergibt sich für den gleichen
Verlauf der Übertragung
und der Gebührenfunktion
wie bereits in 4 betrachtet
der in 5 gezeigte Verlauf
der Schwelle S: Mit Ende der Übertragung
zur Zeit t0' beginnt die Schwelle S linear zu fallen
und erreicht mit einer Verzögerung Δt den Wert
0. Spätestens
dann hat die Gebührenfunktion,
unabhängig
von ihrem Wert zum Zeitpunkt t0', die Schwelle S
erreicht und die Aufzeichnung wird ausgelöst.
-
Bei
einer einfachen Ausgestaltung der oben beschriebenen Verfahren kann
man als Gebührenfunktion
direkt einen Zählwert
der übertragenen
Bits oder Pakete verwenden. Flexible Tarifstrukturen, die z. B bei
einer Hochratenübertragung
niedrigere Gebühren
pro übertragenem
Megabyte zu berechnen erlauben als bei einer sporadischen oder langsamen Übertragung,
erfordern jedoch die Berechnung einer aus direkten Zählwerten
abgeleiteten, berechneten Gebührenfunktion.
Um den Rechenaufwand bei der Erfassung der Gebühren zu begrenzen, wird bei
einer Weiterentwicklung der oben beschriebenen Verfahren die Berechnung
der Gebührenfunktion
nicht begleitend mit der Zählung
der übertragenen
Daten durchgeführt,
sondern die Knoten des Netzes sind mit einem Zeitgeber ausgestattet,
der in Zeitabständen
von z. B. mehreren Minuten bis einer halben Stunde, die Berechnung
der Gebührenfunktion
für die
aktiven Übertragungssitzungen
der an die Knoten angeschlossenen Teilnehmer veranlaßt. Dabei
kann die Berechnung der Gebührenfunktion
ergeben, daß die
Schwelle nicht nur erreicht, sondern bereits überschritten ist. Dies bedeutet
für den
Netzbetreiber jedoch keinen Verlust, da der in Rechnung gestellte Gebührenbetrag
nicht der Wert der Schwelle ist, sondern der tatsächlich berechnete
Gebührenwert.