(54) Título: PROCESSO E SISTEMA DE CONTROLE DE ADMISSÃO EM UMA REDE DE ACESSO (51) lnt.CI.: H04L 12/28; H04L 12/801; H04L 12/911 (73) Titular(es): TELEFONAKTIEBOLAGET LM ERICSSON (PUBLI) (72) Inventor(es): WEI ZHAO (85) Data do Início da Fase Nacional: 20/06/2008
1/10 “PROCESSO E SISTEMA DE CONTROLE DE ADMISSÃO EM UMA REDE DE ACESSO”
CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção relaciona-se geralmente a redes de comunicação, e em particular, a um processo de controle de admissão em uma rede de acesso baseada em Ethernet.
DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA [002] Na indústria da comunicação, ambos operadores e clientes reconheceram as vantagens de serviços de tripla execução (isto é, um serviço composto para serviços de voz, dados e vídeo). Para prover serviços de tripla execução a usuários finais conectados a uma rede de acesso de banda larga, um mecanismo de Qualidade de Serviço (QoS) bem definido é essencial. Suporte de QoS pode ser dividido em duas categorias: QoS absoluto e QoS relativo, com ambos tendo suas próprias apbcações. Para serviços com suporte de QoS absoluto, controle de admissão é precisado.
[003] De um nível alto, um processo de controle de admissão para uma rede de acesso baseada em Ethernet pode ser descrito como o seguinte: [004] Boolean Bandwidth_admission_control (QoS_request,
Topology).
[005] Este processo leva dois parâmetros de contribuição,
QoS_request e Topologia. O valor de retomo do processo será verdadeiro quando há largura de banda suficiente para admitir um pedido de admissão, ou falso, onde o pedido deve ser rejeitado devido à largura de banda insuficiente. Ao verificar a largura de banda disponível, o processo olha para os endereços de Mac de fonte e destino incluídos no parâmetro de pedido de QoS, e determina o trajeto na rede entre a fonte e o destino usando a informação no parâmetro de Topologia.
[006] A rede de acesso baseada em Ethernet pode ter topologias diferentes, mas a qualquer dado momento, as bgações ativas em uma rede de
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2/10 acesso baseada em Ethernet sempre formam uma estrutura de árvore. Isto é porque quando há um anel ativo na rede de acesso, tráfego radiodifundido será transmitido sempre novamente ao longo do anel e eventualmente inundará a rede. Assim tradicionalmente, há várias ligações de reserva na rede de acesso que são ativadas só quando uma ligação ativa falha, que resulta em uma nova estrutura de árvore. As ligações de reserva estão normalmente inativas, isto é, elas não compartilham a carga de tráfego. O processo de controle de admissão de largura de banda só verifica as ligações ativas ao longo do trajeto. Assim sob certas condições, o processo de controle de admissão pode rejeitar um pedido de admissão porque as ligações ativas estão fortemente carregadas, enquanto as ligações de reserva estão inativas sem qualquer carga de tráfego. Isto é um desperdício de recursos de rede.
[007] Por conseguinte, há uma necessidade por um processo de controle de admissão melhorado que supere as falhas da técnica anterior. A presente invenção provê um tal processo.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [008] Em um aspecto, a presente invenção é dirigida a um processo de controle de admissão em uma rede de acesso tendo ambas ligações ativas e ligações de reserva inativas. O processo inclui receber um pedido de serviço na rede de acesso, e procurar por um trajeto de ligações com largura de banda suficiente para servir o pedido de serviço. A etapa de procura inclui procurar ambas as ligações ativas e as ligações de reserva inativas na rede de acesso. O pedido de serviço é admitido se um trajeto com largura de banda suficiente para servir o pedido de serviço for achado. O processo pode procurar primeiro por um trajeto de ligações ativas tendo largura de banda suficiente para servir o pedido de serviço, e então procurar um por trajeto tendo pelo menos uma ligação de reserva inativa e largura de banda suficiente se um trajeto de ligações ativas com largura de banda suficiente não for achado.
[009] Em outro aspecto, a presente invenção é dirigida a um
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3/10 processo de controle de admissão em uma rede de acesso baseada em Ethernet tendo ambas ligações ativas e ligações de reserva inativas. O processo inclui receber um pedido de serviço na rede de acesso; procurar por um trajeto de bgações ativas com largura de banda suficiente para servir o pedido de serviço; e se um trajeto de ligações ativas com largura de banda suficiente para servir o pedido de serviço for achado, admitir o pedido de serviço. Se um trajeto de bgações ativas com largura de banda suficiente para servir o pedido de serviço não for achado, o processo procura por um trajeto com largura de banda suficiente para servir o pedido de serviço entre trajetos tendo pelo menos uma ligação de reserva inativa. Se um trajeto tendo pelo menos uma bgação de reserva inativa e largura de banda suficiente para servir o pedido de serviço não for achado, o pedido de serviço é rejeitado. Se um trajeto tendo pelo menos uma ligação de reserva inativa e largura de banda suficiente para servir o pedido de serviço for achado, o pedido de serviço é admitido. Trajetos com ligações de reserva inativas só podem ser procurados se o pedido de serviço for um pedido de unidifusão.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0010] Figura 1 é um diagrama de bloco simphficado de uma topologia de rede de acesso exemplar adequada para implementar a presente invenção.
[0011] Figura 2 é um fluxograma ilustrando um processo de controle de acesso existente.
[0012] Figura 3 é um fluxograma ilustrando as etapas de uma concretização preferida do processo da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES [0013] Em uma rede de acesso baseada em Ethernet, as bgações de reserva são principalmente inativas por causa do tráfego de radiodifusão. A presente invenção usa as bgações de reserva para aumentar as bgações ativas quando as bgações ativas estão fortemente carregadas, assim melhorando o
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4/10 desempenho de rede.
[0014] O processo de controle de admissão de largura de banda da presente invenção primeiro segue o processo de admissão padrão para determinar se há largura de banda disponível em ligações ativas ao longo do trajeto para operar um novo pedido de admissão de unidifusão. Se largura de banda bastante for achada no trajeto ativo, o processo retoma verdadeiro. Porém, quando há largura de banda insuficiente disponível no trajeto ativo para o pedido de unidifusão, em vez de retomar falso e rejeitar o pedido de serviço, a presente invenção procura por outro trajeto utibzando as bgações de reserva. A invenção procura do nó de rede conectado à bgação falhada ao nó de destino. Vários tais trajetos podem existir, e o processo de controle de admissão verifica largura de banda disponível em todos os trajetos, começando com o trajeto tendo o mínimo número de saltos. Se largura de banda disponível for achada em um dos trajetos, o processo de controle de admissão retoma verdadeiro e instrui o nó afetado para mudar sua tabela de remessa e trocar tráfegos de seguimento ao longo do trajeto recentemente achado. Se nenhum trajeto for achado com largura de banda suficiente, ou um trajeto extra não existir, o processo de controle de admissão retoma falso e rejeita o pedido de serviço.
[0015] Figura 1 é um diagrama de bloco simpbficado de uma topologia de rede de acesso exemplar 10 adequada para implementar a presente invenção. Na rede, nós de acesso (AN1-AN6) lla-llf estão conectados a nós de agregação (AGN1 - AGN3) 12a-12c. Os nós de agregação e o nó de borda de acesso (AEN) 13 estão conectados de um modo completamente entrelaçado. Assim, três bgações de reserva 14a-14c, descritas por Unhas pontilhadas, são providas. Ligações ativas dentro da rede são descritas por Unhas sóbdas. Pedidos admissão de QoS são recebidos pelos nós de acesso 11.
[0016] O algoritmo utibzado pelo processo de controle de admissão
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5/10 de largura de banda da presente invenção é como segue:
Boolean Bandwidth_admission_control (QoS_request,
Topology) [0017] Há dois parâmetros de entrada, o QoS_request e Topology. As estruturas detalhadas dos dois parâmetros são:
QoS_request:
ServiceType: Unidifusão/Multidifusão/Radiodifusão;
/* O algoritmo verifica ligações de reserva só para serviço de
Unidifusão */
SourceMacAddress; DestinationMacAddress;
/* Este par de endereços é usado para achar os nós de rede correspondentes */
MinBandwidth; PeakBandwidth;
/* A exigência de largura de banda do serviço */
MaxDelay; MaxJitter; etc /* Outros parâmetros não são considerados neste algoritmo */ Topologia:
NodeAddress[l... n]; /* Endereço de Mac de cada nó na rede Links[1... m]: /* Todas as ligações na rede */
EndNodel: NodeAddress
EndNode2: NodeAddress /* Os endereços dos dois nós para os quais a ligação está conectada */
Capacidade; /* Largura de banda total */
AvailableCapacity; /* Largura de banda Atualmente
Disponível */
Estado: Ativo/Reserva; / * Se a bgação estiver em uso ou inativa */ [0018] Eigura 2 é um fluxograma ilustrando um processo de controle
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6/10 de acesso existente. O processo começa na etapa 21, onde um pedido de serviço é recebido de um nó de acesso. O pedido de serviço inclui um parâmetro de pedido de QoS. Na etapa 22, o processo entra no processo de controle de admissão normal. O processo olha para os endereços de Mac de fonte e destino incluídos no parâmetro de pedido de QoS, e determina se as ligações ativas ao longo do trajeto têm largura de banda suficiente para operar o novo pedido de admissão. O processo só verifica as ligações ativas ao longo do trajeto. Se todas as ligações tiverem largura de banda suficiente para controlar o novo pedido de admissão, o pedido é admitido. Se qualquer das bgações ativas tiver largura de banda insuficiente, o pedido de admissão é rejeitado.
[0019] Na etapa 23, é determinado se condições de largura de banda habilitam o novo pedido de admissão ser admitido. Se sim, o processo se move à etapa 24 e admite o pedido de serviço. Na etapa 25, o processo modifica a capacidade disponível para as bgações envolvidas. O processo então termina na etapa 26. Porém, se foi determinado na etapa 23 que condições de largura de banda não habilitam o novo pedido de admissão ser admitido, o processo se move à etapa 27, onde o pedido de serviço é rejeitado. O processo então termina na etapa 26.
[0020] Figura 3 é um fluxograma ilustrando as etapas de uma concretização preferida do processo da presente invenção. Como notado acima, o processo de controle de admissão de largura de banda da presente invenção primeiro segue o processo de admissão padrão (etapas 21-23) para determinar se há largura de banda disponível em ligações ativas ao longo do trajeto para operar um novo pedido de admissão. Se largura de banda suficiente for achada no trajeto ativo, o processo admite o novo pedido de serviço na etapa 24, modifica a capacidade disponível para as bgações envolvidas na etapa 25, e termina na etapa 26.
[0021] Porém, se for determinado na etapa 23 que há largura de banda
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[0022] Porém, se o pedido de serviço for um pedido de unidifusão, o processo se move à etapa 32 e procura todos os trajetos, incluindo as ligações de reserva, para um trajeto com largura de banda suficiente. A invenção procura do nó de rede conectado à ligação falhada (isto é, a ligação com largura de banda insuficiente) para o nó de destino. Vários tais trajetos podem existir, e o processo de controle de admissão verifica largura de banda disponível em todos os trajetos, começando com o trajeto tendo o mínimo número de ligações. Na etapa 33, o processo analisa individualmente cada trajeto achado. Na etapa 34, o processo verifica a capacidade de largura de banda de cada ligação em um dado trajeto. Na etapa 35, é determinado se a ligação sendo analisada atualmente tem largura de banda suficiente para operar o novo pedido. Se não, o processo se move à etapa 36 e determina se o trajeto sendo analisado atualmente é o último trajeto. Se sim, então nenhum trajeto foi achado com largura de banda suficiente, ou um trajeto extra não existe. Portanto, o processo se move etapa 37, onde o novo pedido de unidifusão é rejeitado. O processo então termina na etapa 38.
[0023] Porém, se for determinado na etapa 35 que a ligação sendo analisada atualmente tem largura de banda suficiente para operar o novo pedido, o processo se move à etapa 39, onde é determinado se esta ligação é a última ligação no trajeto sendo analisado atualmente. Se não, o processo retoma à etapa 34 e continua analisando as ligações restantes no trajeto analisado até que todas as ligações tenham sido analisadas ou uma ligação com largura de banda insuficiente seja descoberta.
[0024] Uma vez que todas as ligações em um dado trajeto foram determinadas ter largura de banda suficiente, o processo se move à etapa 40,
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8/10 onde o pedido de unidifusão é admitido. Na etapa 41, o processo modifica a capacidade disponível para as ligações envolvidas. O processo também instrui o nó afetado para mudar sua tabela de remessa e trocar tráfego de seguimento ao longo do trajeto recentemente achado. O processo então termina na etapa 38.
[0025] Está claro da Figura 3 que a parte mais pesada do processo é procurar por todos os trajetos disponíveis entre quaisquer pares de fonte e destino. Várias etapas podem ser tomadas para otimizar esta parte do processo. Primeiro, desde que a topologia de rede não mudará freqüentemente, o trajeto, incluindo todas as ligações, pode ser calculado antecipadamente quando a rede estabiliza e é armazenada estaticamente no sistema. Desse modo, a procura e cálculo não tem que ser executados toda vez que um pedido de serviço chega. Isto reduz dramaticamente os recursos e tempo precisado para o controle de admissão. Quando há uma mudança de topologia de rede, ou quando falha de ligação ocorre, todos os trajetos são recalculados novamente depois que a rede estabiliza novamente. Como redes de acesso baseadas em Ethernet são bastante estáveis, tais recálculos deveríam ser raros.
[0026] Outra possível otimização se acha no fato que na rede de acesso, todos os pedidos entram na rede pelos nós de acesso lla-llf e deixam a rede pelo nó de borda de acesso 13. Portanto, o cálculo de trajeto só é precisado entre pares de nó de acesso/nó de borda de acesso em vez de todos os pares na rede. Isto adicionalmente reduz o tempo e recursos precisados para cálculo de trajeto.
[0027] Uma terceira otimização provê desempenho de rede melhorado. Depois que todos os trajetos entre um dado par são achados, os trajetos são ordenados baseado em uma ponderação e são armazenados de uma maneira descendente ou ascendente em peso. A ponderação pode ser baseada em qualquer fator de interesse ao operador, tal como número de
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9/10 saltos, capacidades de ligação, e similar. Depois disso, quando o processo de controle de admissão procura por um trajeto disponível para um pedido de serviço, o processo analisa o trajeto mais favorável (ponderado) primeiro. [0028] A complexidade da presente invenção reside pesadamente na procura de trajeto. Para procurar todos os possíveis trajetos entre um dado par de um gráfico ponderado, vários algoritmos existentes, tais como Trajeto Mais Curto K (KSP) e Fluxo Máximo (MF) podem ser aplicados. Entre eles, o algoritmo de KSP provê uma aproximação bastante boa de achar todos os possíveis trajetos. Outra vantagem de KSP é que sua saída já é ordenada de acordo com o peso predefinido, que economiza o tempo de escolha igualmente. No pior caso, o processo de controle de admissão provê uma complexidade de O(nlog(n)), onde n é o número de nós na rede. Porém, a complexidade é diminuída se o processo for otimizado de forma que procura de trajeto não seja requerida toda vez que um pedido de serviço chega. Adicionalmente, a procura não é requerida uma vez que a rede esteja estável. Dada a natureza altamente segura de redes baseadas em Ethernet hoje (mais de 99,9%), a complexidade que de fato o processo adiciona ao sistema é desprezível.
[0029] Assim, o processo de controle de admissão de largura de banda da presente invenção melhora utilização de recurso de rede fazendo uso das ligações de reserva na rede para pedidos de serviço de unidifusão. O processo melhora desempenho de rede habilitando pedidos de serviço adicionais serem admitidos na rede que caso contrário seriam rejeitados usando o processo de controle de admissão de largura de banda tradicional. A complexidade da presente invenção não aumenta com números crescentes de serviços. A complexidade permanece constante a maioria do tempo, e consome potência computacional adicional só quando a rede muda e converge novamente.
[0030] A presente invenção pode certamente ser efetuada de outros modos específicos que não aqueles publicados aqui sem partir das
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10/10 características essenciais da invenção. As concretizações presentes são, portanto, para serem consideradas sob todos os aspectos como ilustrativas e não restritivas e todas as mudanças vindo dentro do significado e gama de equivalência das reivindicações anexas são pretendidas serem abrangidas nelas.
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