BRPI0721805A2

BRPI0721805A2 - mÉtodo de administrar qualidade de serviÇo em uma rede de ip, rede de ip e nodos de borda de egresso e de ingresso de uma rede de ip

Info

Publication number: BRPI0721805A2
Application number: BRPI0721805-2A
Authority: BR
Inventors: Attila Bader; Andras Csaszar
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2013-02-13
Also published as: ES2351586T3; PL2153590T3; JP2010528542A; ATE479256T1; EP2153590A1; US20100177633A1; WO2008145178A1; AU2007353984A1; EP2153590B1; JP4921589B2; DE602007008772D1; AU2007353984B2; US8780710B2

Abstract

MÉTODO DE ADMINISTRAR QUALIDADE DE SERVIÇO EM UMA REDE DE IP, REDE DE IP E NODOS DE BORDA DE EGRESSO E DE INGRESSO DE UMA REDE DE IP. Um método de administrar qualidade de serviço em uma rede de IP é provido. O método inclui identificar, em um nodo de borda de egresso da rede, que congestão está presente em um ou mais roteadores dentro da rede. São selecionados fluxos de dados para terminação para remover a congestão. Pelo menos uma notificação de terminação de fluxo é enviada do nodo de borda de egresso a um nodo de borda de ingresso da rede, a pelo menos uma notificação de terminação de fluxo identificando os fluxos de dados selecionados. São terminados fluxos de baixa prioridade provenientes dos fluxos da dados selecionados imediatamente no nodo de borda de ingresso. Só são terminados fluxos de alta prioridade se congestão ainda está presente depois de um período de retardo predeterminado. O retardo pode ser aplicado no nodo de borda de ingresso ou nodo de borda de egresso. A invenção também provê um método para só admitir fluxos de baixa prioridade na rede se a rede tiver recursos disponível para vários fluxos de alta prioridade acima um limiar dinamicamente determinado.

Description

"MÉTODO DE ADMINISTRAR QUALIDADE DE SERVIÇO EM UMA REDE DE IP, REDE DE IP E NODOS DE BORDA DE EGRESSO E DE INGRESSO DE UMA REDE DE IP" Campo da Invenção

A presente invenção se refere ao tratamento de fluxo de

prioridade em domínios sem estado definido em rede de IP domínios. Em particular, a invenção se refere a um sistema para manter fluxos de alta prioridade quando há congestionamento nas redes.

Conhecimento da Invenção O aprovisionamento de serviços de emergência é cada vez

mais importante em redes de telecomunicações. Chamadas de emergência ou fluxos de dados precisam usualmente ter prioridade sobre outras chamadas ou fluxos de dados na rede. A Recomendação ITU-T Y.1541, uNetwork Performance Objectives for IP-Based Services", maio de 2002, especifica diferentes tipos de prioridade para redes de IP.

Nas redes de IP, protocolos de gerenciamento de recursos no caminho de dados têm sido investigados nos anos recentes para assegurar qualidade de serviço (QoS). Tais protocolos são responsáveis para assegurar que recursos necessários são satisfeitos para fluxos de dados chegando na borda de um domínio da rede ou sistema autônomos, e para assegurar que os nodos internos do domínio são fornecidos com informação considerando o caminho futuro do fluxo. Isto permite aos nodos internos fazerem uma decisão de controle de admissão local. Um fluxo é usualmente admitido em um domínio de rede somente se todos os nodos internos no caminho o tenham admitido. Um fluxo é admitido fim a fim somente se todos os domínios intermediários tenham feito uma decisão de admissão positiva. A admissão de um fluxo também requer a reserva de recursos em todos os nodos internos (exceto para controle de admissão com base em medição simples).

Serviços Integrados (IntServ) é uma arquitetura adotada para assegurar QoS para tráfego em tempo real e não em tempo real na Internet. A organização de padronização Internet Engineering Task Force (IETF) especificou o protocolo de ReSerVation (RSVP) de recursos para reservar recursos em roteadores de IP, como especificado na RFC 2205. Cada roteador ao longo do caminho de dados armazena estados de reserva "por fluxo". Os estados de reservas são estados "soft", que tem de ser atualizado enviando mensagens de atualização periódicas. Se um estado de reserva não é atualizado, o estado e os correspondentes recursos são removidos após um período de tempo. Reservas também podem ser removidas através de mensagens de retirada explícita. Mensagens de RSVP sempre seguem o caminho de dados, e assim RSVP pode operar ao lado de protocolos de encaminhamento padrões. Se tráfego é re-encaminhado, mensagens de atualização fazem reservas no novo caminho de dados.

Em grandes redes, o número de fluxos, e por conseguinte o número de estados de reserva, é alto. Isto pode levar ao problema de armazenar e manter estados por fluxo em cada roteador. Uma outra arquitetura, Serviços Diferenciados (DiffServ), tem por conseguinte sido proposta para fornecer QoS em redes de grandes dimensões, e é descrito na RFC 2475. Na arquitetura de DiffServ, serviços são oferecidos em um agregado, mais propriamente do que em base por fluxo, de modo a permitir dimensionar para redes maiores. Tanto do estado por fluxo quanto possível é forçado para as bordas da rede, e serviços diferentes são oferecidos para esses agregados de roteadores. Isto fornece escalonamento da arquitetura de DiffServ.

A diferenciação de serviço é alcançada usando o campo de Serviços Diferenciados (DS) no cabeçalho de IP. Pacotes são classificados em grupos de Per-Hop Behaviour (PHB) nos nodos de borda da rede de DiffServ. Pacotes são tratados em roteadores de DiffServ de acordo com o PHB indicado pelo campo de DS no cabeçalho de mensagem. A arquitetura de DiffServ não fornece qualquer meio aos dispositivos fora do domínio para dinamicamente reservar recursos ou receber indicações de disponibilidade de recursos da rede. Na prática, provedores de serviço se baseiam no tempo de subscrição de Acordos de Nível de Serviço (SLAs) que estatisticamente definem os parâmetros do tráfego que serão aceitos a partir de um cliente.

As próximas etapas IETF em Grupo de Trabalho em Sinalização (NSIS) do IETF está correntemente trabalhando em um protocolo para encontrar novos requisitos de sinalização de redes de IP dos dias de hoje, como definido na RFC 3726. O protocolo de aplicação de NSIS é fundamentalmente similar ao RSVP, mas há várias novas características, uma das quais é o suporte de diferentes Modelos de QoS. Um dos modelos de QoS sob especificação é gerenciamento de recursos em DiffServ (RMD). RMD define métodos de controle de admissão escalonáveis para redes de DiffServ, tal que nodos internos dentro de um domínio possuem estados agregados mais propriamente do que informação de estado por fluxo. Por exemplo, nodos internos podem conhecer a largura de banda reservada agregada, mais propriamente do que cada reserva individual de fluxo. RMD também usa estados de soft (tal com RSVP), e liberação explícita de recursos é também possível. RMD também inclui uma função de "preempção", que é capaz de terminar um número de fluxos de pacote requeridos quando o congestionamento ocorre de modo a manter a QoS requerida para os fluxos remanescentes. Isto é descrito em WO 2006 / 052174.

Um recente Anteprojeto da Internet ("RSVP Extensions for Emergency Services", F. Le Faucheur, et.al, draft-lefaucheur-emergency- rsvp-02.txt) especifica uma extensão de RSVP para suportar serviços de emergência. Isto define um elemento de política de prioridade para RSVP e descreve exemplos de modelo de alocação de largura de banda para prioridade da admissão de admissão.

Quando métodos por fluxo são usados (IntServ com RSVP ou sinalização de QoS-NSLP), o tratamento dos fluxos de alta prioridade não é um, já que cada nodo mantém estados por fluxo. Onde uma decisão precisa ser tomada para admitir ou obter por preempção um fluxo, consideração pode ser tomada da prioridade do fluxo em cada roteador. Em domínios "sem estado definido", tal como agregação de RMD ou RSVP, os nodos internos não mantém informação de estado por fluxo, somente estados agregados (e.g., por classe). Por conseguinte, eles não podem associar pacotes de dados com informação de prioridade. Nos métodos sem estado definido, os nodos de borda são responsáveis para admissão e preempção de fluxos, e eles também têm de tomar decisões de prioridade.

Nos métodos descritos no Anteprojeto da Internet ("RSVP Extensions for Emergency Services", F. Le Faucheur, et.al, draft-lefaueheur- emergency-rsvp-02.txt), prioridade da admissão é levada em conta. Isto significa que esses métodos garantem que fluxos de maior prioridade podem ser admitidos para uma rede em preferência aos fluxos de prioridade mais baixa. Contudo, essas soluções assumem um ambiente mudando lentamente (i.e. aumento relativamente lento de chamadas e nenhuma mudança de topologia). O suporte de QoS, ou tratamento de prioridade no caso de falha de elo de comunicação ou de nodo, é baseado em estado por fluxo, que não é disponível com protocolo sem estado definido tal como RMD. RMD descreve um método, conhecido como um algoritmo de congestionamento severo, para assegurar QoS em um domínio sem estado definido de Diffserv quando re- encaminhamento ocorre (devido, por exemplo, à falha de elo de comunicação ou de nodo). Se um roteador está severamente congestionado (i.e. ele está descartando um grande número de pacotes), os nodos de borda de RMD terminam alguns dos fluxos de modo a manter QoS para os fluxos remanescentes. A prioridade de fluxos pode ser levada em conta preferencialmente descartando fluxos de baixa prioridade, mas o problema não é inteiramente solucionado. Isto pode ser entendido considerando a situação ilustrada na figura 1. Figura 1 é um diagrama esquemático de nodos selecionados em um domínio sem estado definido. O diagrama mostra uma borda de ingresso 101, roteador interno 102 e borda de egresso 103. Suponha que há congestionamento no roteador interno 102. De acordo com o algoritmo de congestionamento severo de RMD, pacotes de dados são marcados pelo roteador interno de modo a notificar os nodos de borda sobre o congestionamento. Os números de bytes marcados indicam o tráfego em excesso. Em cada nodo de borda de egresso 103, o número de bytes marcados é medido, e uma decisão é tomada para terminar um correspondente número de fluxos. Isto é alcançado pela borda de egresso 103 enviando uma mensagem para a borda de ingresso 101 para terminar os fluxos requeridos. Prioridade é levada em conta selecionando e terminando fluxos de baixa prioridade.

Contudo, pode ser que terminar todos os fluxos de baixa

prioridade ainda não seja suficiente para superar o congestionamento, no qual caso fluxos de alta prioridade também serão terminados. Por exemplo, suponha que a composição de tráfego 104 no nodo de borda de egresso 103 é tal que 90% dos fluxos são chamadas de alta prioridade 105. Isto pode aumentar, por exemplo, porque este nodo direciona tráfego para um centro de emergência. Se 40% de todo tráfego tem de ser terminado, então todas as chamadas de prioridade baixa 106 (10% do total) serão terminadas, mas o congestionamento ainda estará presente. O congestionamento pode somente ser superado terminando aproximadamente 30% do tráfego de prioridade alta em adição a todo o tráfego de baixa prioridade.

Contudo, suponha que há muitas chamadas de prioridade baixa passando através do roteador congestionado 102, mas que deixam a rede através de outros nodos de egresso. Esta situação é ilustrada na Figura 2, que mostra nodos em um domínio similar àquele mostrado na figura 1. Neste caso o domínio tem dois diferentes nodos de egresso 103, 203 que têm diferentes composições 104, 204 de tráfego de baixa e alta prioridade. Neste exemplo, o primeiro nodo de borda de ingresso 103 tem 10% de tráfego de baixa prioridade 106 e 90% de tráfego de alta prioridade 105, como antes. O segundo nodo de ingresso 203 tem 80% de tráfego de baixa prioridade 206 e 20% tráfego de alta prioridade 205. Neste caso, se há um 40% de sobrecarga no roteador 102, ambos os nodos de egresso iriam terminar 40% do tráfego. O segundo nodo de borda de egresso 203 iria ser capaz de terminar somente fluxos de baixa prioridade, mas o primeiro nodo de borda de ingresso 103 ainda iria terminar 30% de seu tráfego de alta prioridade (como antes). Isto não é desejável, porque o segundo nodo de borda de egresso 203 ainda tem fluxos de baixa prioridade 206 que poderiam ser terminados em preferência aos fluxos de alta prioridade no primeiro nodo de egresso 103. Se mais fluxos de baixa prioridade 206 foram terminados pelo segundo nodo de egresso 203, não haveria necessidade para o primeiro nodo de egresso 103 terminar os fluxos de alta prioridade 105.

Como consideração adicional é que, em situações de emergência (i.e. quando há muitos fluxos de alta prioridade), falhas de elo de comunicação ou de nodo ocorrem com maior probabilidade do que sob condições normais, levado ao congestionamento. Assim sendo há uma chance significativa que alto congestionamento e muitos fluxos de alta prioridade vão ocorrer ao mesmo tempo. É, por conseguinte, importante que redes devam tratar seus problemas apropriadamente.

Sumário da invenção

A invenção descreve um método de controle de admissão e um

método de preempção em domínios sem estado definido da rede para tratar tráfego de prioridade. O algoritmo de controle de admissão assegura ambos QoS e prioridade em condições de operação normal. O algoritmo de preempção permite situações não esperadas que não são solucionadas através do controle de admissão.

De acordo com um aspecto da presente invenção é fornecido um método para gerenciar qualidade de serviço em uma rede de IP que transmite fluxos de dados tendo pelo menos, dois níveis de prioridade, o método compreendendo:

- identificar, em um nodo de borda de egresso da rede, que congestionamento está presente em um ou mais roteadores dentro da rede;

- selecionar fluxos de dados para terminação para remover o congestionamento;

- enviar pelo menos, uma notificação de término de fluxo a

partir do nodo de borda de egresso para um nodo de borda de ingresso da rede, a pelo menos, uma notificação de término de fluxo identificando os fluxos de dados selecionados;

- imediatamente terminar fluxos de baixa prioridade a partir dos fluxos de dados selecionados no nodo de borda de ingresso; e

- terminar fluxos de alta prioridade a partir dos fluxos de dados selecionados no nodo de borda de ingresso somente se congestionamento está ainda presente após um pré-determinado período de retardo.

Assim sendo quando congestionamento é inicialmente identificado, fluxos de baixa prioridade são terminados imediatamente, mas há um retardo antes dos fluxos de alta prioridade serem terminados. Isto permite fluxos de baixa prioridade passarem através de outro nodos de borda de egresso para serem terminados, assegurar que fluxos de alta prioridade não são terminados ao menos que não haja alternativa. Se o congestionamento está ainda presente após o retardo, então não há nenhuma opção a não ser iniciar terminar fluxos de alta prioridade da mesma forma.

O retardo pode ser introduzido preferencialmente no, ou o nodo de borda de ingresso ou o nodo de borda de egresso. Se o retardo é introduzido no nodo de borda de ingresso, a borda de egresso pode operar normalmente, e enviar uma notificação inicial de término de fluxo identificando todos os fluxos de dados selecionados para terminação. Se a solução de QoS é baseada em um controlador de largura de banda (BB), o retardo pode ser introduzido pelo BB. Quando a notificação inicial de término de fluxo é recebida pelo nodo de borda de ingresso, somente fluxos de baixa prioridade são terminados. Se isto não resolve o congestionamento, o nodo de borda de egresso vai continuar a enviar subseqüentes notificações de término de fluxo para o nodo de borda de ingresso com instruções para terminar os fluxos. Após o retardo, o nodo de borda de ingresso termina os fluxos de alta prioridade se essas subseqüentes notificações de terminação continuam a chegar.

Se o retardo é introduzido no nodo de borda de egresso, o nodo de borda de ingresso pode operar normalmente, e terminar todos os fluxos assim que possível, ele é instruído para fazer assim através de uma notificação de terminação de fluxo. Quando a borda de egresso identifica congestionamento, ela inicialmente envia uma notificação de término de fluxo de baixa prioridade para o nodo de borda de ingresso, instruindo somente a terminação de fluxos de baixa prioridade. Outros nodos de egresso devem, de forma simultânea, estar fazendo a mesma coisa. Se essas notificações não são bem sucedidas em remover o congestionamento, o nodo de borda de egresso envia uma notificação de término de fluxo de alta prioridade após o retardo, tal que os fluxos de alta prioridade são terminados somente se não há fluxos de baixa prioridade deixados para serem terminados.

O nodo de borda de egresso preferencialmente identifica que congestionamento está presente em uma rede como um resultado de roteadores em uma rede marcando os cabeçalhos de pacotes de dados passando com um sinalizador de congestionamento, para indicar que os pacotes têm passado através de um roteador congestionado. A notificação de terminação de fluxo(s) é preferencialmente uma mensagem de protocolo de QoS-NSLP. De modo a assegurar que uma rede tem recursos suficientes para fluxos de alta prioridade, o nodo de borda de ingresso preferencialmente admite fluxos de baixa prioridade na rede somente se os recursos na rede estão acima de um limite. Este limite pode corresponder a um dado número de fluxos de alta prioridade.

O limite pode ser um valor estático para o nodo de borda de ingresso, mas é preferencialmente determinado dinamicamente nas bases de um ou mais do número de reservas de recursos ativos para fluxos de alta prioridade, o número de reservas de recursos ativos para fluxos de baixa prioridade, a taxa de solicitações de recursos para fluxos de alta prioridade e a taxa de solicitações de recursos para fluxos de baixa prioridade. A taxa de solicitações de recursos para fluxos de dados de alta prioridade é particularmente importante: se esta aumenta, os recursos reservados para fluxos de alta prioridade (quando uma decisão está sendo feita se fluxos de baixa prioridade são admitidos) podem ser aumentados. Em uma modalidade, o limite é calculado como uma função linear da taxa de solicitações de recursos para fluxos de alta prioridade.

Fluxos de alta prioridade podem então ser admitidos na rede automaticamente, ou pelo menos, nas bases de uma política única. Isto assegura que fluxos de alta prioridade entram uma rede com um retardo tão pequeno quanto possível. Se congestionamento ocorre, o processo de preempção descrito acima vai identificar congestionamento, e fluxos de baixa prioridade vão iniciar a serem terminados.

Preferencialmente o nodo de borda de ingresso envia uma mensagem de reserva através de uma rede para o nodo de borda de egresso, a mensagem de reserva contendo um objeto de reserva de recursos para reservar recursos ao longo do caminho de dados e um objeto de disponibilidade de recursos para coletar informação sobre os recursos disponíveis ao longo do caminho de dados. O nodo de borda de egresso pode enviar uma resposta para o nodo de borda de ingresso, a resposta indicando se as reservas de recursos foram bem sucedidas e indicando os recursos disponíveis ao longo do caminho de dados.

A invenção também fornece uma rede de IP, um nodo de borda de ingresso e / ou um nodo de borda de egresso configurado a realizar qualquer dos métodos descritos acima.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção é fornecido um nodo de borda de egresso de uma rede de IP, configurado para:

- identificar que congestionamento está presente em um ou mais roteadores dentro da rede;

- selecionar os fluxos de dados para terminação para remover o congestionamento, os fluxos de dados selecionados incluindo fluxos de baixa prioridade ou fluxos de alta prioridade ou ambos;

- enviar, para um nodo de borda de ingresso da rede, uma notificação de término de fluxo de baixa prioridade identificando os fluxos de baixa prioridade a partir dos fluxos de dados selecionados;

- monitorar o congestionamento de novo após um pre- determinado período de retardo; e

- se o congestionamento ainda está presente após o pre- determinado período de retardo, enviar para o nodo de borda de ingresso uma notificação de terminação de fluxo de alta prioridade, identificando os fluxos de alta prioridade a partir dos fluxos de dados selecionados para terminação.

De acordo com um aspecto adicional da presente invenção é fornecido um nodo de borda de ingresso de uma rede de IP, configurado para:

- reservar estados na rede;

- passar adiante fluxos de dados na rede nas bases dos estados

reservados;

- receber uma notificação inicial de término de fluxo proveniente de um nodo de borda de egresso da rede, a notificação inicial de término de fluxo identificando fluxos de dados selecionados para terminação;

- terminar fluxos de baixa prioridade a partir dos fluxos de dados selecionados;

- esperar por um pré-determinado período de retardo; e

- terminar fluxos de alta prioridade a partir dos fluxos de dados selecionados somente se uma subseqüente notificação de término de fluxo é recebida proveniente do nodo de borda de egresso após o pré-determinado período de retardo, a subseqüente notificação de término de fluxo incluindo

ainda fluxos de dados selecionados para terminação que incluem os fluxos de alta prioridade incluídos na notificação de terminação inicial.

De acordo com ainda um aspecto adicional da presente invenção, é fornecido um nodo de borda de ingresso de uma rede de IP, configurado para:

- reservar estados na rede; e

- passar adiante fluxos de dados na rede nas bases dos estados reservados; onde fluxos de baixa prioridade são passados adiante na rede somente se os recursos disponíveis em uma rede são maiores do que um limite assegurando suficientes recursos para um mínimo número de fluxos de

alta prioridade. O limite é preferencialmente determinado dinamicamente nas bases da taxa de solicitações de recursos para fluxos de alta prioridade.

Descrição Breve dos Desenhos

Figura 1 uma representação esquemática de elementos de um domínio de DiffServ de IP sofrendo congestionamento;

Figura 2 é uma representação esquemática de um domínio de

DiffServ de IP similar àquele da Figura 1;

Figura 3 é uma representação esquemática de um domínio de DiffServ de IP ilustrando um processo de controle de admissão; e

Figura 4 é uma representação esquemática de um domínio de DiffServ de IP ilustrando um processo de controle de congestionamento. Descrição detalhada da Modalidade Preferida Um domínio de DiffServ de IP típico, tal como que por exemplo mostrado na figura 1, compreende nodo de borda de ingresso e nodo de borda de egresso e roteadores internos. O domínio de DiffServ despacha fluxos de dados de baixa e alta prioridade. Prioridade é um descritor de "nível de chamada", que significa que prioridade "de passagem" pode ser diferente do que prioridade de "admissão" ou de "preempção". Tráfego de baixa prioridade pode ter os mesmos requisitos de QoS de nível de pacote que tráfego de alta prioridade. Um exemplo disto é o caso de chamadas de voz. Uma chamada de telefonia de voz normal tem os mesmos requisitos de retardo / variação, no nível de pacote, que uma chamada de telefone de emergência. Contudo, quando há congestionamento, chamadas de emergência devem ser mantidas em preferência às chamadas de telefonia de voz normal. Cabeçalhos de pacote incluem um campo de classificação, conhecido como um Ponto de Código de Serviço Diferenciado (DSCP), e é possível usar diferentes DSCPs para fluxos de alta e baixa prioridade. Isto significa que a eles podem ser atribuídos diferentes PHBs no DiffServ.

Contudo, se o mesmo DSCP é usado para fluxos de alta e baixa prioridade, pacotes de ambas prioridades podem operar sob o mesmo comportamento de passagem. Ainda mais, o número de DSCPs disponíveis é limitado. Isto é relacionada a um problema geral de DiffServ, que é que o espaço de ponto de código disponível é muito limitado. É, por conseguinte, desejável não distinguir entre fluxos de alta e baixa prioridade usando diferente DSCPs. No sistema descrito abaixo, fluxos de alta e baixa prioridade são distinguidos no nível de chamada. No nível de pacote eles se comportam na mesma maneira, i.e. eles podem usar o mesmo DSCP.

De modo a assegurar QoS e corrigir alocação de prioridade sob ambas, condições normais e não esperadas, um processo de controle de admissão e um processo de preempção podem ser usados.

O processo de controle de admissão é usado antes de um fluxo ser admitido na rede. Quando uma solicitação chega para um novo fluxo de baixa prioridade baixa para um nodo de borda de ingresso de um domínio sem estado definido, o nodo de borda de ingresso tenta reservar recursos para aquele fluxo enviando uma mensagem de reserva através do domínio sem estado definido. Em adição à reserva, a disponibilidade de recursos é verificada para chamadas de alta prioridade. Os recursos disponíveis podem ser coletados no caminho de dados usando o objeto AdSpec no RSVP ou usando QoS disponível no QoS-NSLP. Chamadas de baixa prioridade são admitidas somente se os recursos disponíveis são maiores do que um valor limite. O valor limite é uma função do número de chamadas de prioridade esperada na borda de ingresso e da freqüência das novas solicitações de recursos. Nesta maneira o súbito aumento de solicitações de recursos pode ser levado em conta quando admitindo chamadas de baixa prioridade. Já que a disponibilidade de recursos para fluxos de alta prioridade é verificada quando fluxos de baixa prioridade são admitidos, reserva de recursos adicionais no domínio sem estado definido para fluxos de alta prioridade não é necessário. Controle de admissão de fluxos de alta prioridade pode ser baseado em uma decisão de política única na borda de ingresso. Isto assegura rápida admissão para chamadas de prioridade, já que reservas para fluxos de alta prioridade dentro dos domínios sem estado definido não necessitam ser efetuadas.

Este processo pode ser entendido com referência à Figura 3, que é uma ilustração esquemática de um domínio de DiffServ de IP 300 tendo dois nodos de borda de ingresso 301, 302, dois nodos de borda de egresso 303, 304 e três roteadores internos 305, 306, 307. Antes da chamada ou do fluxo de dados é admitido ao domínio de DiffServ 300, uma solicitação de sinalização chega em um nodo de borda de ingresso 301, indicado os recursos e a prioridade do fluxo requeridos. O nodo de borda de ingresso 301 verifica a prioridade do fluxo requerido. Se esta é alta prioridade, o fluxo é admitido. Políticas adicionais podem ser aplicadas, tal como por exemplo limitando os fluxos de prioridade verificando para ver se um número máximo de fluxos de prioridade admitidos, ou uma quantidade máxima de recursos reservados para fluxos de prioridade, foi atingido. Isto pode ser feita em uma maneira por nodo de ingresso (modelo de mangueira) ou em uma maneira por par de ingresso e egresso (modelo de tronco).

Se a solicitação pertence a um fluxo de baixa prioridade, uma mensagem de sinalização é enviada através do domínio, solicitando recursos dentro do domínio, e verificando disponibilidade de recursos adicionais dentro do domínio. O fluxo de prioridade baixa é admitido se:

(1) a reserva dentro do domínio é bem sucedido, e

(2) os recursos disponíveis são maiores do que um valor limite, denotado por A.

A pode ser uma constante, configurada para o nodo de borda

de ingresso 301. Alternativamente, ela pode ser uma função do número de reservas de recursos ativos e da freqüência de solicitações de recursos de fluxos de alta e baixa prioridade, denotada por niow, rl0w, nhigh, rhigh respectivamente. A=F («low, rloyv, «high, rhigh)

Como um simples exemplo, A pode ser uma função linear da taxa de freqüência de solicitações de chamada de alta prioridade:

A = a+b* rhjgh

Aqui a indica uma reserva de recursos restrita para fluxos de alta prioridade. O termo b* rhigh permite um aumento significativo de fluxos pode ser levado em conta. Por exemplo, se o número de chamadas de emergência aumenta consideravelmente devido a uma situação de emergência, Thigh aumenta e mais recursos são por conseguinte reservados para chamadas de alta prioridade (o número que é também esperado aumentar consideravelmente).

Duas opções estão disponíveis para verificar os recursos disponíveis e fazendo uma reserva de largura de banda para fluxos de baixa prioridade.

Em uma opção, o limite A é configurado no nodo de borda de ingresso 301. Na outra opção A é determinada em cada nodo.

Se A é um parâmetro por ingresso (configurado no nodo de borda de ingresso 301), então usando o protocolo de NSIS, diferentes processos para reservar reservas são descritos no QoS-NSLP e QSpec Template. Um possível processo de reserva iniciada por remetente é como a seguir:

O nodo de borda de ingresso 301 envia, para um nodo de borda de egresso 303, uma mensagem de RESERVE que inclui objetos de nQoS Desired" e "QoS Available". "QoS Desired" é usado para reservar is recursos requeridos ao longo do caminho. "QoS Available" coleta os recursos disponíveis. Em resposta, o nodo de borda de egresso 303 envia uma mensagem de resposta, que indica se a reserva foi bem sucedida ou não. Isto também indica para o nodo de borda de ingresso 301, os recursos disponíveis ao longo do caminho de dados. O nodo de borda de ingresso 301 admite um fluxo de baixa prioridade somente se os recursos disponíveis são maiores do que A. Se esta condição não é satisfeita, os recursos (que acabaram de ser reservados) são removidos.

Na outra opção, A é configurado em cada etapa de entrada e saída. Neste caso, como uma mensagem de RESERVE viaja a partir do nodo de borda ingresso 301 para o nodo de borda de egresso 303, isto encontra uma condição de admissão dupla em cada etapa de entrada e saída. Cada nodo opera a condição baseada em reserva normal, assim como comparando a capacidade livre de elo de comunicação local para A. Se reserva é completada e todos os elos de comunicação locais têm recursos suficientes comparados aos seus parâmetros de recursos locais, o fluxo é admitido.

O processo de controle de admissão fornece QoS para fluxos admitidos sob condições de operação normal. De modo a tratar condições extremas, tal como um grande aumento da taxa de chamada, e / ou falha de elo de comunicação ou de nodo (que pode resultar em um grande rajada não esperada de fluxos de alta prioridade), um algoritmo de preempção também pode ser requerido. O algoritmo de preempção é usado para terminar alguns fluxos de modo a manter QoS para os outros fluxos. O algoritmo de preempção descrito assegura que fluxos de baixa prioridade são terminados e fluxos de alta prioridade são preservados.

Será apreciado que, se não há bastantes fluxos de tráfego de baixa prioridade que podem ser terminados, chamadas de maior prioridade serão terminados da mesma forma. O algoritmo de preempção assegura que fluxos de alta prioridade são terminados somente se não há fluxos de prioridade mais baixa que podem ser terminados. O algoritmo de preempção é também responsável para terminar chamadas de baixa prioridade no caso de congestionamento severo após re-encaminhamento, e.g. devido à falha de elo de comunicação ou de nodo.

Sob condições não esperadas, o tráfego pode ser maior do que a capacidade do roteadores, ou elos de comunicação. Um exemplo é mostrado na figura 4, que ilustra o domínio 300 mostrado na figura 3. Na situação mostrado na figura 4, um elo de comunicação 408 em um caminho de dados falha entre roteadores internos 307, 308. Após detectar falha de elo de comunicação, o protocolo de encaminhamento, re-encaminha o tráfego para um caminho de dados alternativo através dos elos de comunicação 409, 410 e dos roteadores 305, 306. Nesta situação não há nenhum controle de admissão antes do re-encaminhamento, assim pode ocorrer que o tráfego será maior do que a capacidade de um ou mais dos roteadores 305, 306 ou dos elos de comunicação 409, 410 no novo caminho. O roteador congestionado 305 descarta os pacotes que não podem ser tratados.

RMD define uma função de tratamento de congestionamento de severo para prevenir pacotes simplesmente sendo descartados. No RMD, cada roteador 305, 306, 307 periodicamente mede o número de bytes descartados, e re-marca os pacotes passando pelo roteador ou roteadores congestionados. Os pacotes são marcados no campo de DSCP. O número de bytes re-marcados indicam o excesso de tráfego. A operação dos roteadores internos está quase idêntico àquele descrito no anteprojeto de IETF [A. Bader, et. al, "RMD-QOSM: An NSIS QoS Signaling Policy Model for Networks Using Resource Management in the DiffServ (RMD), " work in progress] e no WO 2006/052174.

Os nodos de borda de egresso 303, 304 têm uma função dedicada para tratar congestionamento severo dentro do domínio. Cada nodo de borda de egresso 303, 304 monitora se há pacotes re-marcados e, se pacotes re-marcados são detectados, isto periodicamente mede o número de bytes marcados. Isto também identifica os fluxos afetados e determina quantos, e que, fluxos devem ser terminados para aliviar o congestionamento. Os fluxos a serem terminados são selecionados de acordo com suas prioridades. Os fluxos de prioridade mais baixa são selecionados primeiro. Se não há bastantes fluxos de baixa prioridade que podem ser terminados, fluxos de maior prioridade são selecionados da mesma forma. Os nodos de borda de egresso 304, 305 enviam uma mensagem de notificação 411, para cada fluxo selecionado, para o correspondente nodo de borda de ingresso 301 (no qual o fluxo originou), de modo a terminar os fluxos selecionados.

Quando esta mensagem de notificação 411 é recebida, o nodo de borda de ingresso 301 verifica a prioridade do correspondente fluxo, e de qual nodo de borda de egresso 303 a mensagem de terminação chegou. Se a prioridade é baixa, fluxo é terminado imediatamente.

Se a mensagem de notificação corresponde ao fluxo de alta prioridade, o fluxo não é terminado imediatamente. Em vez disso, a decisão que se o fluxo deve ser terminado é suspenso por um período de tempo Tdelay, que é tipicamente 2-3 períodos de medição. Os fluxos de alta prioridade selecionados são terminados somente se mensagens de terminação da mesma borda de egresso estão ainda sendo recebidos após Tdday. Se não há mensagens de notificação adicionais para fluxos de alta prioridade, os fluxos de alta prioridade selecionados não são terminados. Este algoritmo assegura que, se há ainda fluxos de baixa prioridade passando pelo nodo congestionado nodo 305 mas deixando o domínio 300 através de diferente nodos de borda de egresso 304, esses fluxos de baixa prioridade serão terminados em vez do fluxos de alta prioridade. Terminação de fluxos de alta prioridade é por conseguinte evitado.

O algoritmo pode ser ainda refinado se a taxa de bit dos fluxos selecionados para terminação é conhecida no nodo de borda de ingresso 301 (e.g. através de medição, ou a partir do tipo de tráfego). Neste caso o nodo de borda de ingresso 301 pode monitorar a quantidade de tráfego dos fluxos de alta prioridade selecionados e, após o tempo de retardo, somente terminar aqueles fluxos que correspondem à sobrecarga efetiva.

Em uma modalidade alternativa, o retardo pode ser introduzido e monitorado por um controlador largura de banda (BB) que instrui o nodo de borda de ingresso se os fluxos devem ou não serem terminados dependendo de suas prioridades.

Em uma modalidade alternativa, os nodos de borda de egresso 303, 304 retêm as mensagens de notificação de terminação 411 para os fluxos de alta prioridade quando eles primeiro recebem pacotes marcados indicando congestionamento. As mensagens de notificação de terminação 411 para fluxos de alta prioridade são enviados somente se pacotes marcados indicando fluxos de alta prioridade congestionados estão ainda sendo recebidos após o intervalo de tempo de retardo Tdday. Nesta modalidade o nodo de borda de ingresso 301 se comporta na mesma maneira para fluxos de alta e baixa prioridade: eles são terminados imediatamente após as mensagens de notificação 411 serem recebidas.

O algoritmo de preempção é também responsável para manter QoS para tráfego de alta prioridade quando os recursos para fluxos de alta prioridade solicitados no nodo de borda de ingresso 301 é maior do que A. Neste caso, o processo de controle de admissão ainda admite fluxos de alta prioridade automaticamente (ao menos que prevenido através de uma outra política). Se isto leva ao congestionamento então fluxos de baixa prioridade no mesmo caminho de dados serão terminados pelo algoritmo de preempção, como já descrito.

Os processos descritos assim sendo tratam tráfego de alta prioridade e de baixa prioridade dinamicamente. O processo de controle de admissão assegura que haverá recursos para fluxos de alta prioridade, e para fluxos de baixa prioridade se eles são admitidos. Contudo, não há necessidade de reservar largura de banda para fluxos de alta prioridade. Recursos são por conseguinte usados mais eficientemente.

A admissão de fluxos de alta prioridade é rápida, já que não há reserva de recursos dentro do domínio de DiffServ para esses fluxos.

O controle de admissão e processos de preempção juntos fornecem um suporte de QoS robusto. Mudanças lentas em uma rede são tratadas através do controle de admissão. Quando volumes de tráfego mudam rapidamente, o algoritmo de preempção pode reagir às mudanças e restaurar QoS para a maioria ou todas as chamadas envolvendo fluxos de alta prioridade.

Assim sendo os processes descritos podem eficientemente tratar grande aumento de solicitações de reserva para fluxos de alta prioridade. Os processos são baseados em estados por classe, e assim são aplicáveis com protocolos sem estado definido tal como RMD. Mesmo sem estados por fluxo, os processos descritos resolvem congestionamento severo devido ao re-encaminhamento. Controle de admissão é mais eficiente em largura de banda. A terminação de tráfego de prioridade mais baixa em vez de tráfego de alta prioridade pode ser evitada em certas situações.

Será apreciado que variações das modalidades descritas acima

podem estar dentro do escopo da invenção.

Claims

1. Método de administrar qualidade de serviço em uma rede de IP que transmite fluxos de dados que têm pelo menos dois níveis de prioridade, o método caracterizado pelo fato de que compreende: identificar, a em um nodo de borda de egresso da rede, que congestão está presente em um ou mais roteadores dentro da rede; selecionar fluxos de dados para terminação para remover a congestão; enviar pelo menos uma notificação de terminação de fluxo do nodo de borda de egresso para um nodo de borda de ingresso da rede, a pelo menos uma notificação de terminação de fluxo identificando os fluxos de dados selecionados; terminar imediatamente fluxos de baixa prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados no nodo de borda de ingresso; terminar fluxos de alta prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados no nodo de borda de ingresso se congestão ainda está presente depois de um período de retardo predeterminado.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o período de retardo predeterminado é introduzido pelo nodo de borda de ingresso.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: uma notificação de terminação de fluxo inicial identificando todos os fluxos de dados selecionados é enviada do nodo de borda de egresso no nodo de borda de ingresso assim que a congestão seja identificada no nodo de borda de egresso; os fluxos de baixa prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados são terminados no nodo de borda de ingresso quando a notificação de terminação inicial é recebida; notificações de terminação de fluxo subseqüentes identificando fluxos de dados adicionais selecionadas para terminação são enviadas a partir do nodo de borda de egresso para o nodo de borda de ingresso se congestão ainda está presente depois de períodos de medida predeterminados; e os fluxos de alta prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados só são terminados no nodo de borda de ingresso se: pelo menos uma das mensagens de notificação de terminação subseqüentes é recebida pelo nodo de borda de ingresso depois do período de retardo predeterminado; e a pelo menos uma mensagem de notificação de terminação subseqüente recebida depois do período de retardo predeterminado inclui os mesmos fluxos de alta prioridade nos fluxos de dados adicionais selecionados para terminação.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a taxa de bit dos fluxos de alta prioridade selecionados é conhecida pelo nodo de borda de ingresso, e não mais fluxo de alta prioridade é terminado do que exigido para reduzir a congestão.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o período de retardo predeterminado é introduzido por um corretor de largura da banda.

6. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: uma notificação de terminação de fluxo inicial identificando todos os fluxos de dados selecionados é enviada do nodo de borda de egresso ao nodo de borda de ingresso assim que a congestão seja identificada no nodo de borda de egresso; os fluxos de baixa prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados são terminados pelo corretor de largura da banda quando a notificação de terminação inicial é recebida; são enviadas notificações de terminação de fluxo subseqüentes identificando fluxos de dados adicionais selecionadas para terminação do nodo de borda de egresso para o nodo de borda de ingresso se congestão ainda está presente depois de períodos de medida predeterminados; e os fluxos de alta prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados só são terminados no corretor de largura da banda se: pelo menos uma das mensagens de notificação de terminação subseqüentes é recebida pelo nodo de borda de ingresso depois do período de retardo predeterminado; e a pelo menos uma mensagem de notificação de terminação subseqüente recebida depois do período de retardo predeterminado inclui os mesmos fluxos de alta prioridade nos fluxos de dados adicionais selecionados para terminação.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o período de retardo predeterminado é introduzido pelo nodo de borda de egresso.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que: uma notificação de terminação de fluxo de baixa prioridade, identificando fluxos de baixa prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados, é enviada do nodo de borda de egresso ao nodo de borda de ingresso assim que a congestão seja identificada no nodo de borda de egresso; são terminados os fluxos de baixa prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados no nodo de borda de ingresso quando a notificação de terminação de baixa prioridade é recebida; uma notificação de terminação de fluxo de alta prioridade identificando os fluxos de alta prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados para terminação é enviado do nodo de borda de egresso no nodo de borda de ingresso se a congestão ainda está presente depois do período de retardo predeterminado; e terminar os fluxos selecionados de alta prioridade no nodo de borda de ingresso quando a notificação de terminação de fluxo de alta prioridade é recebida.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o um ou mais roteadores marcam os cabeçalhos de pacotes de dados que atravessam o um ou mais roteadores com um sinalizados de congestão para indicar que tais pacotes atravessaram um roteador congestionado.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a notificação de terminação de fluxo é uma mensagem de protocolo QoS-NSLP.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, se o nodo de borda de ingresso recebe um pedido para um fluxo de dados de ingresso de baixa prioridade, o fluxo de dados de baixa prioridade só é admitido na rede se os recursos disponíveis na rede são mais altos que um limiar.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o limiar é determinado para assegurar que recursos suficientes estão disponíveis para um determinado número de fluxos de alta prioridade.

13. Método de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o limiar é determinado com base em um ou mais do número de reservas de recurso ativas para fluxos de alta prioridade, o número de reservas de recurso ativas para fluxos de baixa prioridade, a taxa de pedidos de recurso para fluxos de alta prioridade e a taxa de pedidos de recurso para fluxos de baixa prioridade.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o limiar é uma função linear da taxa de pedidos de recurso para fluxos de alta prioridade.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de que o fluxo de dados de baixa prioridade só é admitido à rede se um caminho de dados está reservado pela rede.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que, quando o nodo de borda de ingresso recebe o pedido para o fluxo de dados de baixa prioridade, uma mensagem de reserva é enviada no nodo de borda de egresso, a mensagem de reserva que contém um objeto de reserva de recurso para reservar recursos ao longo do caminho de dados e um objeto de disponibilidade de recurso por colecionar informação sobre os recursos disponíveis ao longo do caminho de dados.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o nodo de borda de egresso responde à recepção da mensagem de reserva enviando uma resposta no nodo de borda de ingresso, a resposta indicando se a reserva de recurso tinha êxito e indicando os recursos disponíveis ao longo do caminho de dados.

18. Método de quaisquer de reivindicações 11 a 17, caracterizado pelo fato de que, se o nodo de borda de ingresso recebe um pedido para um fluxo de dados de alta prioridade, o fluxo de dados de alta prioridade é admitido na rede com base de uma única decisão política.

19. Método de quaisquer de reivindicações 11 a 17, caracterizado pelo fato de que, se o nodo de borda de ingresso recebe um pedido para um fluxo de dados de alta prioridade, o fluxo de dados de alta prioridade é admitido automaticamente na rede.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a rede de IP é construída usando arquitetura de serviços diferenciada.

21. Rede de IP, caracterizada pelo fato de que é configurada para realizar o método de qualquer reivindicação precedente.

22. Nodo de borda de egresso de uma rede de IP, caracterizado pelo fato de que é configurado para executar o método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20.

23. Nodo de borda ingresso de uma rede de IP, caracterizado pelo fato de que é configurado para executar o método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20.

24. Nodo de borda de egresso de uma rede de IP, caracterizado pelo fato de que é configurado para: identificar que congestão está presente em um ou mais roteadores dentro da rede; selecionar fluxos de dados para terminação para remover a congestão, os fluxos de dados selecionados incluindo fluxos de baixa prioridade ou fluxos de alta prioridade ou ambos; enviar, para um nodo de borda de ingresso da rede, uma notificação de terminação de fluxo de baixa prioridade identificando os fluxos de baixa prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados; monitorar a congestão novamente depois de um período de retardo predeterminado; e se a congestão ainda está presente depois do período de retardo predeterminado, enviar no nodo de borda de ingresso uma notificação de terminação de fluxo de alta prioridade, enquanto identificando os fluxos de alta prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados para terminação.

25. Nodo de borda de ingresso de uma rede de IP, caracterizado pelo fato de que é configurado para: reservar estados na rede; fluxos de dados dianteiros na rede em base dos estados reservados; receber uma notificação de terminação de fluxo inicial de um nodo de borda de egresso da rede, a notificação de terminação de fluxo inicial identificando fluxos de dados selecionados para terminação; terminar fluxos de baixa prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados; esperar por um período de retardo predeterminado; e terminar fluxos de alta prioridade provenientes dos fluxos de dados selecionados somente se uma notificação de terminação de fluxo subseqüente é recebida do nodo de borda de egresso depois do período de retardo predeterminado, a notificação de terminação de fluxo subseqüente incluindo fluxos de dados adicionais selecionados para terminação incluindo os fluxos de alta prioridade incluídos na notificação de terminação inicial.

26. Nodo de borda de ingresso de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que é disposto de forma que fluxos de baixa prioridade só são remetidos na rede se os recursos disponíveis na rede são mais altos que um limiar que assegura recursos suficientes para um número mínimo de fluxos de alta prioridade.

27. Nodo de borda de ingresso de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o limiar é determinado com base em pelo menos a taxa de reservas de recurso para fluxos de alta prioridade.

28. Nodo de borda de ingresso de acordo com a reivindicação 26 ou 27, caracterizado pelo fato de que é disposto de forma que, se o nodo de borda de ingresso recebe um pedido para um fluxo de dados de alta prioridade, o fluxo de dados de alta prioridade é admitido na rede com base em uma única decisão política.

29. Nodo de borda de ingresso de uma rede de IP, caracterizado pelo fato de que é configurado para: reservar estados na rede; e remeter os fluxos dados na rede com base nos estados reservados; em que só são remetidos fluxos de baixa prioridade na rede se os recursos disponíveis na rede são mais altos que um limiar que assegura recursos suficientes para um número mínimo de fluxos de alta prioridade.