ES2253664T3 - Procedimiento para determinar la carga de trafico en una red de telecomunicaciones por medio de marcaje de paquetes de datos. - Google Patents
Procedimiento para determinar la carga de trafico en una red de telecomunicaciones por medio de marcaje de paquetes de datos.Info
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Abstract
Un método para determinar la carga de los elementos de red existentes en una red de telecomunicaciones con elementos de red, en particular nodos y enlaces internos, y con nodos de acceso, en la que cada uno de los nodos de acceso consiste en un nodo de entrada y un nodo de salida, y pasar datos hacia o procedentes de dispositivos terminales y/u otras redes, en el que los nodos y enlaces internos forman rutas según algoritmos de encaminamiento mediante los que se encaminan los paquetes de datos desde un nodo de entrada hacia un nodo de salida, y en el que los nodos internos proporcionan paquetes de datos con marcado dependiente de la carga, caracterizado porque los nodos de salida cuentan los paquetes de datos procedentes de la red de comunicaciones y las marcas contenidas en los mismos por rutas separadas, y derivan un valor de la carga relativa existente a lo largo de una ruta particular, y porque los valores derivados de todos los nodos de salida se introducen como parámetros en un sistema de ecuaciones que describe la red de comunicaciones, y su solución produce la carga relativa determinada de los elementos de la red.
Description
Procedimiento para determinar la carga de tráfico
en una red de telecomunicaciones por medio de marcaje de paquetes de
datos.
La invención se refiere a un método para
determinar la carga de los elementos de red existentes en una red de
telecomunicaciones con elementos de red, en particular nodos y
enlaces internos, y con nodos de acceso, en la que cada uno de los
nodos de acceso consiste en un nodo de entrada y un nodo de salida,
y pasar datos hacia o procedentes de dispositivos terminales y/u
otras redes, en el que los nodos y enlaces internos forman rutas
según algoritmos de encaminamiento mediante los que se encaminan los
paquetes de datos desde un nodo de entrada hacia un nodo de salida,
y en el que los nodos internos proporcionan paquetes de datos con
marcado dependiente de la carga.
Para identificar sobrecargas o congestión en
Internet, Kudangode K. Ramakrishnan, Sally Floyd y David Black, IETF
RFT 3168: Adición de notificación explícita de congestión (ECN)
al IP ("The Addition of Explicit Congestion Notification (ECN)
to IP"), Septiembre 2001, han dado a conocer que a los paquetes
de datos que hayan pasado por al menos un nodo interno y que hayan
tenido una identificación de sobrecarga se les añade una marca que
consiste en un bit de ajuste correspondiente. Tras la recepción del
paquete de datos en un nodo de salida, puede determinarse si al
menos uno de los nodos y enlaces usados para transferir esos
paquetes de datos está sumamente cargado o sobrecargado. El
documento antes mencionado y los documentos del Grupo de Trabajo de
Ingeniería de Internet - IETF ("Internet Engineering Task
Force") que se mencionan más adelante, pueden encontrarse en
Internet en la dirección http://www.ietf.org/rfc.html.
En los procedimientos conocidos de marcado
dependiente de la carga, el término carga se refiere a la carga de
transmisión del enlace de salida, en lugar de a la carga informática
del nodo retransmisor. Esto incluye la suposición implícita de que
la capacidad de reenvío del nodo retransmisor siempre es adecuada, y
la carga elevada se convierte en sobrecarga si la suma del tráfico
existente supera esta capacidad de un enlace específico.
Los procedimientos conocidos de marcado
dependiente de la carga pueden subdividirse en:
- Orientados a colas (el marcado se produce
cuando la cola supera un nivel especificado de ocupación),
- Orientados a la velocidad de transferencia (el
marcado se produce en función de la velocidad de transferencia del
tráfico), y
- Cola virtual (en este caso se simula un sistema
virtual en el que la capacidad de transferencia es menor que la del
sistema real; cuando la cola del sistema virtual supera el nivel de
ocupación especificado se produce el marcado en el sistema
real).
En el documento titulado "Señalización y
recargo de la calidad de servicio en Internet multiservicio usando
RSVP" ("QoS Signalling and Charging in a
Multi-service Internet using RSVP"), de Karsten
M., Universidad Técnica de Darmstadt - 2000, se muestran diferentes
posibilidades de señalizar la calidad de servicio ("Quality of
Service" - QoS) y de recargar el coste usando el protocolo de
reserva de recursos ("resource reservation protocol" - RSVP),
el cual transmite el estado de reserva de las rutas existentes
dentro de Internet. No obstante, la señalización del servicio puede
efectuarse a través de una subred cuyo recargo es posible mediante
notificación explícita de congestión ("explicit congestion
notification" - ECN).
Usando estos procedimientos conocidos es posible
realizar una determinación aproximada de la carga de cualquier ruta.
Sin embargo no es posible efectuar la determinación de la carga
existente dentro de la red de comunicaciones, particularmente en
elementos individuales de la red.
En consecuencia, el objeto de la invención es
proporcionar un método para determinar la carga existente dentro de
una red de comunicaciones mediante el que pueda determinarse la
carga de elementos individuales de la red.
Este objeto se consigue en la invención, en la
que los nodos de salida cuentan los paquetes de datos y las marcas
incluidas que entran en la red de comunicaciones, y producen un
resultado para cada uno de la carga relativa existente a lo largo de
esa ruta particular, y en la que todos los valores derivados de
todos los nodos de salida se introducen como parámetros en un
sistema de ecuaciones que describe la red de comunicaciones, con
nodos internos y nodos de acceso, y cuya solución produce la carga
relativa determinada de los elementos de la red.
El procedimiento según la invención tiene la
ventaja de que puede determinarse la carga de los elementos de la
red que fueron identificados cuando se pusieron las marcas. Tales
elementos de la red fundamentalmente son nodos y enlaces, pero el
procedimiento no se limita a estos elementos de la red, sino que en
el procedimiento pueden introducirse otros elementos de la red,
tales como memorias intermedias. En los nodos no se requiere ningún
equipo adicional de envío de mensajes de carga a uno o varios puntos
centrales o no centrales. Los nodos internos pueden permanecer en la
misma estructura que la habitual de Internet, por ejemplo.
Un desarrollo adicional del método según la
invención consiste en el hecho de que el sistema de ecuaciones es
lineal. Este desarrollo puede configurarse ventajosamente de modo
que el sistema de ecuaciones sea como sigue:
\sum ln (1 -
m(L_{n})) = ln (1 -
m(P_{ij}))
para todo i y j, donde ln es el
logaritmo natural, L_{n} es la carga pertinente de un elemento de
la red, m(L) es una función de cálculo de probabilidad de
marca comprendida entre 0 y 1 para una carga relativa L, y
M(P_{ij}) es la carga relativa derivada de una ruta p
existente entre un nodo de entrada i y un nodo de salida j, y donde
se forma la suma de todos los elementos de la red de la ruta
específica
P_{ij}.
Este desarrollo permite calcular las ecuaciones
en el menor tiempo posible de cálculo, de modo que la determinación
de la carga se efectúa durante estos intervalos mayoritariamente
breves sin gran tiempo de cálculo. Estos cálculos pueden realizarse
en una ubicación central. También es posible dirigir el
procedimiento basado en la invención desde muchas ubicaciones
adecuadas no centrales, tales como los nodos de acceso.
Un prerrequisito para la determinación fiable de
la carga se proporciona en una realización ejemplar, en la que los
nodos reflejan la frecuencia de marcas de acuerdo con una función
continua y estrictamente monótona creciente de la carga.
Para determinar la carga existente en un elemento
particular de la red, concretamente en los nodos y enlaces internos,
el procedimiento basado en la invención puede incluir el hecho de
que, durante el marcado efectuado en los nodos, se determina la
carga existente en el nodo, y/o de que, tras el marcado, se tienen
en cuenta las cargas existentes en el enlace anterior del nodo.
Otra realización del método según la invención
usa la carga relativa determinada para controlar algoritmos de
encaminamiento, y las cargas relativas determinadas se tienen en
cuenta en la asignación de la ruta de los paquetes de datos a enviar
al nodo de entrada.
Asimismo, las cargas relativas determinadas
pueden almacenarse para usarlas en sus evaluaciones.
Normalmente el número de rutas supera al de
enlaces o nodos. Dado que los parámetros individuales de los
cálculos también incluyen cierto grado de error (a causa de la
demora producida durante la adquisición de datos), puede ocurrir que
el sistema de ecuaciones esté especificado en exceso y que, por
tanto, no sea resoluble directamente. Esto se evita en otra
realización ejemplar por el hecho de que los cálculos de la solución
del sistema de ecuaciones tienen lugar cuando el número de valores
de la carga relativa indicados por los nodos de salida es adecuado
para dar una solución unívoca al sistema de ecuaciones.
Esto quiere decir que para los cálculos sólo se
usan los últimos valores de carga de la ruta que contengan la
cantidad de elementos de la red que sean linealmente independientes,
englobando por tanto a todos los elementos de la red.
Además de la determinación de la carga relativa
existente dentro de la red de comunicaciones, particularmente la
carga relativa de todos los elementos de la red, el método según la
invención también puede usarse para determinar las capacidades de
todos los elementos de la red. Para ello, una realización ejemplar
adicional de la invención prevé que en los nodos de salida la
velocidad de transferencia de los datos de entrada se determine
además basándose en rutas separadas, y que se utilice la siguiente
ecuación para determinar las capacidades de todos los elementos de
la red:
C_{n} = (\sum
t_{ij} ) /
L_{n},
donde C_{n} es la capacidad del
elemento de la red, L_{n} es la carga relativa determinada,
t_{ij} es la velocidad de transferencia de los datos transferidos
a lo largo de una ruta P_{ij}, y se forma la suma sobre todas las
rutas
P_{ij}.
En el método según la invención puede
determinarse o, expresado con mayor propiedad, puede estimarse la
carga relativa de los elementos individuales de la red, pero se
originan errores debidos a las inevitables inexactitudes de medida y
demoras de transferencia. En la ampliación antes mencionada del
procedimiento basado en la invención, el sistema de ecuaciones
consiste en un encadenamiento multiplicativo de coeficientes. Este
encadenamiento se convierte en un encadenamiento aditivo mediante
una función logarítmica de transformación, de modo que se obtiene un
sistema lineal de ecuaciones. Debido al encadenamiento
multiplicativo de coeficientes original los errores antes
mencionados pueden ser bastante grandes.
Esto se evita mediante otro desarrollo de la
realización, en el que:
- la velocidad de transferencia de los datos de
entrada en los nodos de salida se determina separadamente por
ruta,
- las velocidades de transferencia de datos
determinadas para los elementos individuales determinados de la red,
para las rutas en las que está situado el elemento particular de la
red, se suman a la velocidad total de transferencia de datos del
elemento de la red,
- la velocidad total de transferencia de datos y
la carga relativa pueden determinarse de nuevo, y
- la carga relativa determinada se corrige
teniendo en cuenta la carga relativa previamente determinada y una
alteración de la velocidad total de transferencia de datos.
Las velocidades de transferencia de datos de
todas las rutas que atraviesan el nodo o enlace se suman para
determinar la velocidad total de transferencia de datos por nodo o
por enlace. Esta suma tiene la ventaja de que los errores no se
repiten, ni se amplían, como en el sistema de ecuaciones antes
mencionado.
Una realización ventajosa de este desarrollo se
basa en el hecho de que la carga relativa corregida se calcula a
partir del valor medio de cada carga determinada y de que la carga
relativa previamente determinada se pondera con la alteración de la
velocidad total de transferencia de datos.
Esta realización puede diseñarse de modo que el
cálculo de la carga relativa corregida se base en la ecuación
L_{k} =
(\alpha \cdot L_{a} \cdot U_{n} / U_{a} + L_{n})/(\alpha +
1),
donde L_{k} es la carga relativa
corregida, \alpha es un factor de ponderación que determina la
intensidad con que se tiene en cuenta la alteración de la velocidad
total de transferencia de datos, L_{a} es el valor previamente
determinado de la velocidad relativa de transferencia de datos,
U_{n} es la velocidad total particular de transferencia de datos
determinada, U_{a} es la velocidad total de transferencia de datos
previamente determinada, y L_{n} es la carga relativa determinada
realmente.
El factor de ponderación \alpha ha de
determinarse individualmente por el especialista basándose en
precondiciones.
Existen muchas realizaciones posibles de la
invención. Algunas de ellas se representan esquemáticamente en el
dibujo y se describen a continuación.
El dibujo muestra esquemáticamente la red de
comunicaciones 1 con nodos de acceso 2, 3, 4 (elementos de
interconexión o pasarelas) y nodos internos 5, 6, 7, 8, 9. Los nodos
de acceso 2, 3, 4 conectan la red de comunicaciones 1 con otras
redes y otros dispositivos terminales, y cada nodo de acceso
consiste en un nodo de entrada 21, 31, 41 ("ingress node") y un
nodo de salida 22, 32, 42 ("egress node"). Los nodos internos 5
a 9 sirven para retransmitir los paquetes de datos procedentes de un
nodo de entrada 21, 31, 41 hacia un nodo de salida 22, 32, 42. La
ruta que toma un paquete de datos particular se determina mediante
los algoritmos de encaminamiento y se ajusta basándose en las cargas
de los nodos individuales. Los algoritmos de encaminamiento son
conocidos en particular y no es necesario describirlos con mayor
detalle en relación con esta invención.
Si, por ejemplo, se produce un aumento de la
demanda de tráfico en los nodos internos 5, 6 entonces se aplica una
marca M a los paquetes de datos que ellos retransmiten. Tales marcas
las contienen, por ejemplo, los paquetes de datos que se
retransmiten desde el nodo de entrada 21 por los nodos internos 5, 6
hacia el nodo de salida 32. Si se sobrecargan los nodos internos,
además de sus conexiones entre sí y con los nodos 21 y 32, entonces
los paquetes de datos a enviar desde el nodo de entrada 21 al nodo
de salida 32 se encaminan a través de los nodos internos 8, 9.
En el nodo de salida 32 se cuentan durante un
intervalo de tiempo predeterminado los paquetes de datos recibidos
procedentes del nodo de entrada 21 que estén marcados con M. También
se cuentan los octetos y los paquetes de datos que se transfieran
desde el nodo de entrada 21 hacia el nodo de salida 32 durante el
intervalo de tiempo predeterminado. El número de marcas dividido por
el número de paquetes de datos proporciona una buena medida de la
carga existente en la red de comunicaciones respecto a la
transferencia existente entre el nodo de entrada 21 y el nodo de
salida 32.
En los nodos internos individuales se realiza el
marcado con una probabilidad m(L), donde L es una carga
relativa. Para cada par (i, j) de nodos de acceso conectados por una
ruta, p_{ij} es la ruta de conexión. Por consiguiente, la carga
medida M(p_{ij}) a lo largo de la ruta P_{ij} asciende
a
M(p_{ij}) = 1 - ((1 -
m(L_{1})) \cdot (1 - m(L_{2})) \cdot ... \cdot (1 - m
(L_{n}))),
donde n es el número de nodos de
cada ruta, y se genera una ecuación para cada ruta p_{ij}. Este
sistema de ecuaciones puede transformarse como
sigue:
1 -
M(p_{ij}) = ((1 - m(L_{1})) \cdot (1 -
m(L_{2})) \cdot ... \cdot (1 –
m(L_{n}))).
Por medio de una aplicación logarítmica se
obtiene el sistema lineal de ecuaciones
\sum
ln(1 - m(L_{n})) = ln(1 -
M(p_{ij}))
para cualquier valor de i y j, en
el que la función ln(1 - m(L_{1})) puede sustituirse
por y_{i}. En caso de que m(L_{1}) tenga una función
inversa comprendida entre 0 y 1, entonces puede resolverse
ln(l -m(L(_{1})) = y_{i} para todos los
nodos. Usando la solución del sistema lineal de ecuaciones puede
determinarse la solución del sistema de ecuaciones de
salida.
En caso de que el cálculo de m(L) se base
en la carga de un enlace, entonces las rutas pueden verse según
estén dirigidas, es decir, ambas direcciones de una ruta se
consideran por separado. Por consiguiente, ambas direcciones de un
enlace se representan mediante condiciones de carga separadas.
La capacidad c_{n} de los nodos o enlaces puede
calcularse basándose en los valores determinados de la carga
relativa L_{n} de los nodos o enlaces internos y en las
velocidades de transferencia de datos determinadas en los nodos de
salida o transferidos a través de las rutas individuales P_{ij} de
datos como sigue:
C_{n} = (\sum
t_{ij})/L_{n},
donde C_{n} es la capacidad del elemento de la
red, L_{n} es la carga relativa determinada, t_{ij} es la
velocidad de transferencia de los datos transferidos a lo largo de
una ruta P_{ij}, y se forma la suma usando todas las rutas
P_{ij}.
Claims (14)
1. Un método para determinar la carga de los
elementos de red existentes en una red de telecomunicaciones con
elementos de red, en particular nodos y enlaces internos, y con
nodos de acceso, en la que cada uno de los nodos de acceso consiste
en un nodo de entrada y un nodo de salida, y pasar datos hacia o
procedentes de dispositivos terminales y/u otras redes, en el que
los nodos y enlaces internos forman rutas según algoritmos de
encaminamiento mediante los que se encaminan los paquetes de datos
desde un nodo de entrada hacia un nodo de salida, y en el que los
nodos internos proporcionan paquetes de datos con marcado
dependiente de la carga, caracterizado porque los nodos de
salida cuentan los paquetes de datos procedentes de la red de
comunicaciones y las marcas contenidas en los mismos por rutas
separadas, y derivan un valor de la carga relativa existente a lo
largo de una ruta particular, y porque los valores derivados de
todos los nodos de salida se introducen como parámetros en un
sistema de ecuaciones que describe la red de comunicaciones, y su
solución produce la carga relativa determinada de los elementos de
la red.
2. El método según la reivindicación 1,
caracterizado porque el sistema de ecuaciones es lineal.
3. El método según la reivindicación 2,
caracterizado porque el sistema de ecuaciones es como
sigue:
\sum
ln(1 - m(L_{n})) = ln(1 -
m(P_{ij}))
para todo i y j, donde ln es el
logaritmo natural, L_{n} es la carga pertinente de un elemento de
la red, m(L) es una función de cálculo de probabilidad de
marca comprendida entre 0 y 1 para una carga relativa L, y
M(P_{ij}) es la carga relativa derivada de una ruta p
existente entre un nodo de entrada i y un nodo de salida j, y donde
se forma la suma de todos los elementos de la red de la ruta
específica
P_{ij}.
4. El método según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque los nodos establecen la
frecuencia de marcado basándose en una función continua y
estrictamente monótona creciente de la carga.
5. El método según la reivindicación 4,
caracterizado porque la implementación de las marcas en los
nodos se basa en la carga de los nodos.
6. El método según la reivindicación 4,
caracterizado porque la implementación de las marcas en los
nodos se basa en las cargas de los enlaces de salida de los
nodos.
7. El método según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque la carga relativa
determinada se usa para controlar algoritmos de encaminamiento.
8. El método según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque la carga relativa
determinada se tiene en cuenta en las asignaciones de las rutas de
los paquetes de datos a enviar desde los nodos de entrada.
9. El método según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque las cargas relativas
determinadas se almacenan en una memoria intermedia para su
evaluación.
10. El método según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque los cálculos de resolución
del sistema de ecuaciones se llevan a cabo cuando el número de
valores de la carga relativa indicados por los nodos de salida es
suficiente para dar una solución unívoca al sistema de
ecuaciones.
11. El método según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque un ejemplo ampliado de
realización de la invención prevé que la velocidad de transferencia
de los datos de entrada en los nodos de salida se determine además
basándose en rutas separadas, y que se use la siguiente ecuación
para determinar las capacidades de todos los elementos de la
red:
C_{n} =
(\sum
T_{ij})/l_{n},
donde C_{n} es la capacidad del
elemento de la red, L_{n} es la carga relativa determinada,
T_{ij} es la velocidad de transferencia de los datos transferidos
a lo largo de una ruta P_{ij}, y se forma la suma sobre todas las
rutas
P_{ij}.
12. El método según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque:
- la velocidad de transferencia de los datos de
entrada en los nodos de salida se determina separadamente por
ruta,
- las velocidades de transferencia de datos
determinadas para los elementos individuales determinados de la red,
para las rutas en las que está situado el elemento particular de la
red, se suman a la velocidad total de transferencia de datos del
elemento de la red,
- la velocidad total de transferencia de datos y
la carga relativa pueden determinarse de nuevo, y
- la carga relativa determinada se corrige
teniendo en cuenta la carga relativa previamente determinada y una
alteración de la velocidad total de transferencia de datos.
13. El método según la reivindicación 12,
caracterizado porque la carga relativa corregida se calcula
a partir del valor medio de cada carga determinada y porque la carga
relativa previamente determinada se pondera con la alteración de la
velocidad total de transferencia de datos.
14. El método según la reivindicación 13,
caracterizado porque el cálculo de la carga relativa
corregida se efectúa mediante la ecuación
L_{k} =
(\alpha \cdot L_{a} \cdot U_{n} / U_{a} + L_{n})/(\alpha +
1),
donde L_{k} es la carga relativa corregida,
\alpha es un factor de ponderación que determina la intensidad con
que se tiene en cuenta la alteración de la velocidad total de
transferencia de datos, L_{a} es el valor previamente determinado
de la velocidad relativa de transferencia de datos, U_{n} es la
velocidad total particular de transferencia de datos determinada,
U_{a} es la velocidad total de transferencia de datos previamente
determinada, y L_{n} es la carga relativa determinada
realmente.
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2003
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