ES2341521B1 - Procedimiento de gestion de ancho de banda en redes de paquetes. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de gestión de ancho de banda en
redes de paquetes.
Un procedimiento de gestión de una conexión
entre un primer nodo de punto de acceso y un segundo nodo de punto
de acceso viajando dicha conexión a través de una red basada en
paquetes que comprende una pluralidad de nodos de agregación
intermedios, comprendiendo el procedimiento las etapas de: en el
primer nodo de punto de acceso: para cada uno de una pluralidad, M,
de tipos de tráfico identificados por un código de tráfico
respectivo, enviar durante un cierto período de tiempo T, una
pluralidad de paquetes IP respectivos al segundo nodo de punto de
acceso; para cada uno de dichos paquetes IP recibidos en dicho
segundo nodo de punto de acceso, recibir desde dicho segundo nodo de
punto de acceso un paquete IP respectivo en respuesta a dicho
paquete IP recibido previamente, y calcular el retardo total
experimentado por cada par de paquetes IP; el procedimiento también
comprende las etapas de: para cada uno de los M tipos de tráfico,
seleccionar el retardo mínimo de dichos retardos calculados; para
cada uno de dichos M tipos de tráfico, calcular un retardo promedio;
almacenar dichas M mediciones de retardo mínimo y dichas M
mediciones de retardo promedio; para cada uno de dichos M tipos de
tráfico, tomar una decisión sobre si rechazar dicha conexión
basándose en dichas M mediciones de retardo mínimo almacenadas y
dichas M mediciones de retardo promedio.
Description
Procedimiento de gestión de ancho de banda en
redes de paquetes.
La presente invención se refiere a la gestión de
ancho de banda en redes IP.
Una posible evolución para operadores de redes
de telecomunicaciones móviles es proporcionar cobertura 3G en
interiores mejorada en el hogar u oficina de un cliente final, con
la posibilidad de ofrecer diferentes servicios (tanto voz como
datos) a través de la cobertura 3G utilizando las líneas DSL
(Digital Subscriber Loop, bucle de abonado digital)
existentes.
Uno de los aspectos más difíciles de implementar
en un sistema extremo a extremo que incluye una red IP es cómo
calcular el ancho de banda (BW) disponible en tal red IP cuando hay
llamadas entrantes. Basándose en el ancho de banda disponible, un
punto de acceso (AP) deberá poder determinar si una solicitud
entrante específica se admite o se desestima. Esto significa que,
si hay falta de ancho de banda (BW), deben desestimarse conexiones
sensibles a retardo, mientras que el tráfico no sensible a retardo
podría aceptarse y procesarse siguiendo la estrategia de calidad de
servicio (QoS) aplicada por los operadores de red.
La solicitud de patente europea
EP-1919229-A2 da a conocer un
procedimiento y aparato para gestionar el ancho de banda de vídeo y
datos sobre DSL. En esta descripción se muestra una memoria
intermedia responsable de gestionar el ancho de banda local
asociado a un cliente o usuario específico. El aparato dado a
conocer para gestionar el ancho de banda se refiere a congestión en
los hilos de cobre de par trenzado que conectan la residencia del
abonado individual al DSLAM o primer punto de acceso desde el
abonado, pero no a los nodos centrales que distribuyen
conteni-
dos.
dos.
De forma similar, el documento
US2007/0127489-A1 da a conocer un aparato y
procedimiento para optimizar el uso y entrega de múltiples
aplicaciones sobre un bucle de abonado digital. De nuevo, este
documento no se refiere a la congestión en la red IP externa.
Desafortunadamente, en la actualidad no hay
mecanismos precisos que permitan el cálculo del ancho de banda
disponible en relación con la red IP externa (al contrario que el
ancho de banda disponible desde el abonado al punto de acceso),
puesto que en sistemas basados en paquetes hay fluctuaciones muy
rápidas que podrían provocar un fuerte impacto sobre la estrategia
QoS.
Por tanto, hay una necesidad de proporcionar un
mecanismo para resolver problemas de congestión en tales redes
IP.
La presente invención tiene como objetivo
abordar la necesidad anteriormente mencionada por medio de un
mecanismo basado en retardos de paquetes para tanto enlace
descendente como enlace ascendente.
En un primer aspecto de la presente invención se
proporciona un procedimiento de gestión de una conexión entre un
primer nodo de punto de acceso (en inglés, access point node)
y un segundo nodo de punto de acceso viajando dicha conexión a
través de una red basada en paquetes que comprende una pluralidad de
nodos de agregación intermedios. El procedimiento comprende las
etapas de, en el primer nodo de punto de acceso: para cada uno de
una pluralidad de M tipos de tráfico identificados por un código de
tráfico respectivo, enviar durante un cierto período de tiempo T,
una pluralidad de paquetes IP respectivos al segundo nodo de punto
de acceso; para cada uno de dichos paquetes IP recibidos en dicho
segundo nodo de punto de acceso, recibir desde dicho segundo nodo
de punto de acceso un paquete IP respectivo en respuesta a dicho
paquete IP recibido previamente y calcular el retardo total
experimentado por cada par de paquetes IP.
El procedimiento puede comprender
adicionalmente: para cada uno de los M tipos de tráfico, seleccionar
el retardo mínimo de dichos retardos calculados; para cada uno de
dichos M tipos de tráfico, calcular un retardo promedio; almacenar
dichas M mediciones de retardo mínimo y dichas M mediciones de
retardo promedio; para cada uno de dichos M tipos de tráfico, tomar
una decisión sobre si rechazar dicha conexión basándose en dichas M
mediciones de retardo mínimo almacenadas y dichas M mediciones de
retardo promedio.
En una realización particular, si dicha conexión
solicitada requiere tráfico sensible al retardo, dicha decisión se
toma como sigue: si dicho retardo promedio almacenado para un cierto
tipo de tráfico es superior o igual a un cierto umbral o si dicho
retardo mínimo para dicho cierto tipo de tráfico es superior a dicho
cierto umbral, entonces dicha conexión se rechaza.
\newpage
En otra realización particular, si dicha
conexión requiere tráfico no sensible a retardo, dicha decisión se
toma como sigue: si dicho retardo promedio almacenado para un cierto
tipo de tráfico es superior o igual a un cierto umbral, entonces
dicha conexión se rechaza.
El ancho de banda asignado si dicha conexión se
acepta se calcula preferentemente según la siguiente fórmula:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
en la que BW denota el ancho
de banda total disponible en dicho primer nodo de punto de acceso en
Kbps, i denota un código de tráfico dado y Peak_Rate (tasa
pico) denota el BW máximo que puede conseguirse en el enlace para
cualquier tipo de tráfico entre dicho primer nodo de punto de acceso
y dicho segundo nodo de punto de
acceso.
El retardo promedio se calcula preferentemente
según la siguiente expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
en la que N denota el número de
mediciones asociadas al código de tráfico i tomadas dentro de
dicho cierto período de tiempo T y z denota el número de
mediciones tomadas dentro de un período de tiempo, pudiendo z
adoptar cualquier valor natural entre 1 y N. En una realización
particular, las z mediciones son las z mediciones más
recientes.
La etapa de enviar repetidamente un paquete IP
respectivo desde dicho nodo de punto de acceso hasta dicho nodo de
destino comprende preferentemente enviar repetidamente un mensaje
ping. De forma conveniente, la etapa de calcular el retardo
experimentado por cada uno de los paquetes IP enviados por dicho
nodo de destino en respuesta a un paquete IP respectivo recibido
previamente puede comprender enviar un mensaje de respuesta a cada
uno de dichos mensajes de ping. Más preferentemente, dicho mensaje
de ping es un mensaje de solicitud de eco ICMP y dicho mensaje de
respuesta es un mensaje de respuesta de eco ICMP.
Preferentemente, el procedimiento también
comprende, en dicho segundo nodo de punto de acceso: enviar para
dicho cierto período de tiempo T, una pluralidad de paquetes IP
respectivos a dicho primer nodo de punto de acceso; para cada uno
de dichos paquetes IP recibidos desde dicho segundo nodo de punto de
acceso en dicho primer nodo de punto de acceso, recibir un paquete
IP respectivo en respuesta a dicho paquete IP recibido previamente,
y calcular el retardo total experimentado por cada par de paquetes
IP; para cada uno de los M tipos de tráfico, seleccionar el retardo
mínimo de dichos retardos calculados; para cada uno de dichos M
tipos de tráfico, calcular un retardo promedio; almacenar dichas M
mediciones de retardo mínimo y dichas M mediciones de retardo
promedio; para cada uno de dichos M tipos de tráfico, tomar una
decisión sobre si rechazar dicha conexión basándose en dichas M
mediciones de retardo mínimo almacenadas y dichas M mediciones de
retardo promedio.
En un aspecto adicional de la presente invención
se proporciona un nodo de punto de acceso que comprende medios para
llevar a cabo el procedimiento anteriormente mencionado. Este nodo
de punto de acceso esta configurado preferentemente para
proporcionar cobertura 3G en un hogar de un cliente final utilizando
líneas DSL existentes.
En un aspecto adicional de la presente invención
se proporciona un sistema que comprende el nodo de punto de acceso
anteriormente mencionado, y comprendiendo adicionalmente una red
basada en paquetes a la que se conecta dicho nodo de punto de
acceso, y una red de comunicaciones móviles a la que se conecta
dicha red basada en paquetes.
En un aspecto final de la presente invención se
proporciona un programa informático que comprende medios de código
de programa informático adaptados para realizar las etapas del
procedimiento anteriormente mencionado cuando dicho programa se
ejecuta en un ordenador, un procesador de señal digital, una
disposición de puertas programables en campo, un circuito integrado
de aplicación específica, un microprocesador, un microcontrolador,
o cualquier otra forma de hardware programable.
Las ventajas de la invención propuesta
resultarán evidentes en la descripción que sigue.
Para completar la descripción y con el fin de
proporcionar una mejor comprensión de la invención se proporciona
un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman una parte integral de
la descripción e ilustran una realización preferida de la
invención, que no debería interpretarse como que restringe el
alcance de la invención, sino como un ejemplo de cómo puede
realizarse la invención. Los dibujos comprenden las siguientes
figuras:
La figura 1 muestra una representación
esquemática de la arquitectura de red según la presente
invención.
La figura 2 muestra una representación
esquemática del control de flujo entre dos nodos de punto de acceso
según una realización de la presente invención.
La figura 3 muestra un escenario de aplicación
ejemplar de la presente invención.
La implementación de la presente invención puede
llevarse a cabo como sigue:
La figura 1 muestra una representación
esquemática de una red basada en paquetes 110, tal como una
arquitectura de red IP, a la que puede aplicarse la invención.
Comprende una pluralidad de nodos de agregación intermedios (IAN,
del inglés intermediate aggregation nodes) 101 102 103 104
105 106 107. La figura 1 también muestra varios nodos de punto de
acceso (del inglés access point nodes) 121 122 configurados
para conectar la red IP 110 a cualquier otra red. Preferentemente,
el procedimiento de la invención puede aplicarse en el caso de
conexiones (basadas en IP) virtuales semipermanentes más que en
escenarios basados en conexiones virtuales por conmutación. Esto se
debe al hecho de que, en comunicaciones conmutadas, cada paquete
puede seguir una trayectoria diferente, como consecuencia de lo
cual los tiempos de llegada de cada uno de los paquetes son también
diferentes.
En una realización particular, estos nodos de
punto de acceso 121 122 son equipos en las instalaciones del
cliente (CPE, del inglés customer premises equipments), es
decir, equipos de telecomunicaciones usados tanto en interiores
como exteriores para originar, encaminar y finalizar una
comunicación. Ejemplos no limitativos de CPE son: encaminadores
(router), dispositivos de acceso a Internet (IAD, del inglés
Internet access devices), módulos decodificadores de señal
(STB, del inglés set top box), terminales telefónicos y
máquinas fax. Son unidades de terminal (del inglés terminal
units) asociadas a equipos de telecomunicaciones, ubicadas en
el lado del abonado y que se conectan al canal de comunicaciones del
proveedor o portador de la información (datos, voz, vídeo). El CPE
proporciona al equipo al que se conecta una dirección IP, bien
estática o bien dinámica, en función del proveedor de servicios de
Internet.
El procedimiento de la invención busca permitir
detectar situaciones de congestión de extremo a extremo entre dos
equipos diferentes debido a las rápidas fluctuaciones de tráfico en
sistemas basados en paquetes y por tanto reaccionar en
consecuencia. El procedimiento se explica a continuación en relación
con la figura 2, que muestra una representación esquemática del
control de flujo entre un primer nodo de punto de acceso 222
(similar a 121 122 en la figura 1) y un segundo nodo de punto de
acceso 221 (similar a 121 122 en la figura 1) seleccionado como
nodo de destino. En este ejemplo particular, el nodo de punto de
acceso seleccionado que gestiona el mecanismo es el punto de acceso
222, mientras que el nodo seleccionado como nodo de destino para
medir el ancho de banda es el punto de acceso 221.
En primer lugar, el equipo en las instalaciones
del cliente (CPE) 222 del primer punto de acceso (AP) dispara de
forma periódica un ping (paquetes ICMP, en el que ICMP significa
protocolo de mensajes de control de Internet (del inglés
Internet Control Message Protocol), definido en la norma RFC
792), basándose en el número de códigos DSCP (en el que DSCP
significa punto de código de servicios diferenciados (del inglés
Differentiated Services Code Point), definido en la norma
RFC 2474). La norma RFC 2474 define M=16 códigos DSCP diferentes
que representan 16 tipos de tráfico. Ejemplos no limitativos de
tipos de tráfico diferentes que tienen prioridades diferentes
representados por códigos DSCP respectivos diferentes son: EF
(expedited forwarding), que se refiere a tráfico y
señalización de voz; AF1 (assured forwarding), que se refiere
a tráfico de transmisión continua (streaming); AF2, que se
refiere a tráfico interactivo (BW mínimo garantizado); y BE (best
effort), que se refiere a tráfico de mejor esfuerzo puro. Como
resulta evidente para los expertos en la técnica, algunos de estos
M tipos de tráfico son sensibles a retardo y algunos otros son no
sensibles a retardo.
Este ping tiene como objetivo la dirección IP
configurada por la compañía operadora. Esto significa que cada ping
se envía a una dirección IP específica, que es a la que llega el
tráfico (en este caso, la dirección IP del punto de acceso de
destino 221).
Preferentemente, el ping tiene como objetivo un
punto de acceso de destino que es un agregador de puntos de acceso
(AP). Para que el ping alcance el punto de acceso de destino 221,
puede pasar a través de uno o más nodos de agregación intermedios
101 102... 107.
Este ping consiste en enviar mensajes de
solicitud de eco ICMP y recibir mensajes de respuesta de eco para
determinar si un nodo o anfitrión (host) está disponible o
no, para determinar el tiempo que necesita un paquete para ir y
volver a ese nodo o anfitrión y para determinar la cantidad de
anfitriones a través de los que viaja cada paquete.
El tamaño del ping debe ser el mismo para todos
los códigos DSCP. Preferentemente, se elige que el tamaño del ping
sea 1 Byte para que este tamaño no tenga impacto sobre las
mediciones de tiempo. Preferentemente, el nodo de punto de acceso
222 envía secuencialmente un ping para cada uno de los M códigos
DSCP y, una vez que ha terminado de enviar esta pluralidad de
pings, comienza de nuevo enviando un ping para cada uno de los M
códigos DSCP. En otras palabras, los pings se envían de forma
periódica y continua para medir las condiciones de congestión
dentro del enlace entre el nodo de punto de acceso de origen 222 y
el nodo de punto de acceso de destino 221.
Como se muestra en la figura 2, el punto de
acceso de origen 222 envía un mensaje de eco ICMP hacia el punto de
acceso de destino 221. El nodo de destino 221 envía de vuelta un
mensaje de respuesta de eco ICMP al punto de acceso de origen 222.
Como se ilustra en la figura 2, un temporizador T_{0} comienza a
contar (desde 0) cuando el mensaje de eco ICMP deja el punto de
acceso 222 y se ajusta a 0 de nuevo cuando el mensaje de respuesta
de eco ICMP correspondiente se recibe en el punto de acceso 222. Una
vez que el punto de acceso de origen 222 detecta la llegada de ese
mensaje de respuesta de eco ICMP, envía otro mensaje de eco ICMP.
El punto de acceso de origen 222 envía ese mensaje de eco ICMP
subsiguiente en un instante de tiempo definido en otro temporizador
que define la periodicidad de los pings.
T_{1} denota el tiempo empleado por el mensaje
de eco ICMP para llegar desde el nodo de punto de acceso de origen
222 a la ubicación remota (nodo de punto de acceso de destino 221),
teniendo en cuenta cualquier retardo inter-
no.
no.
T_{1}' denota un temporizador de procesamiento
interno en el nodo de punto de acceso de destino 221 y se refiere
al tiempo empleado por el nodo de destino 221 en recibir y procesar
el paquete. T_{2} indica el tiempo empleado por el mensaje de
respuesta de eco ICMP para viajar desde el nodo de punto de acceso
de destino 221 al nodo de punto de acceso de origen 222.
Finalmente, T_{3} denota el retardo de ida y vuelta o tiempo
total. En otras palabras, T_{3} es el tiempo que pasa desde el
instante en que un mensaje de eco ICMP deja el nodo de punto de
acceso de origen 222 hasta el instante en que su mensaje de
respuesta de eco ICMP correspondiente (en respuesta a ese mensaje
de eco ICMP) alcanza ese nodo de punto de acceso de origen 222. Este
T_{3} incluye retardos de procesamiento interno tanto en el punto
de acceso de origen 222 como en el nodo de punto de acceso de
destino 221.
Estas mediciones de retardo se realizan de forma
periódica. Un temporizador configurable, configurado según las
necesidades del operador de red, define el período. El nodo de punto
de acceso de origen 222 es el que realiza las mediciones de retardo
(T_{3}) para un ping. En una realización particular, el nodo de
punto de acceso de destino 221 también realiza tales mediciones de
retardo. De este modo, se lleva a cabo un mecanismo basado en
retardos de paquetes para tanto enlace ascendente como enlace
descendente. Para que tanto los nodos de origen como de destino 222
221 se informen mutuamente acerca de sus situaciones respectivas
(cálculos de retardos, etc.) se requiere una comunicación entre
ellos por medio de mensajes de señalización (tal como una
comunicación propieta-
ria).
ria).
Para cada uno de los pings que tienen código
DSCP diferente disparados por un nodo de punto de acceso 222, el
punto de acceso 222 mide los retardos registrados en la marca de
tiempo en el paquete IP respectivo. El campo "marca de tiempo"
(en inglés time stamp) mide el retardo del paquete al que
pertenece. El punto de acceso 222 almacena a continuación esos
retardos de tiempo medidos y registrados en una memoria o memoria
intermedia (en inglés memory buffer), preferentemente dentro
del punto de acceso 222.
Después de realizar de forma periódica estas
mediciones de ping durante un cierto período de tiempo (lo bastante
largo como para medir varias (N) mediciones de retardo para cada uno
de los M códigos DSCP, que representan diferentes prioridades de
servicio), tanto el nodo de punto de acceso de origen 222 como el
nodo de punto de acceso de destino 221 almacenan, para cada uno de
los diferentes M códigos DSCP, el retardo mínimo
Min_Delay_{i} medido durante el período de tiempo T (en el
que se han tomado N mediciones por cada código DSCP) y una medición
de retardo promedio por cada tipo de tráfico (es decir, por cada
código DSCP) Av_Delay_{i}. La medición de retardo
promedio, Av_Delay_{i}, se calcula para un subconjunto de
las N muestras disponibles, siendo el número de muestras en ese
subconjunto un entero entre 1 y N. Como se detalla más adelante, la
medición de retardo promedio se calcula preferentemente para un
cierto número de mediciones z para cada uno de los M códigos DSCP,
variando ese número desde 1 (en cuyo caso el valor promedio de hecho
depende sólo de la última medición) hasta un número N de mediciones
(en cuyo caso el retardo promedio se calcula sobre todas las
muestras), que son la últimas N mediciones por cada código DSCP. El
retardo mínimo Min_Delay_{i} depende del nivel de tráfico
alcanzado sobre las redes basadas en
paquetes.
paquetes.
Hay claramente muchos esquemas alternativos para
calcular una medición de retardo promedio, Av_Delay_{i},
utilizando algunas o todas las N muestras disponibles para cada uno
de los M códigos de tráfico. En general, se utiliza un subconjunto
de z' muestras seleccionadas de entre las N muestras disponibles, en
el que z es un número natural entre 1 y N. Por ejemplo, las z'
muestras pueden seleccionarse aleatoriamente de entre las N
muestras disponibles y promediarse de cualquier forma convencional
(por ejemplo sumadas y a continuación divididas por z'). El
promedio puede calcularse alternativamente utilizando muestras
alternas (una sí y una no), (por ejemplo para N par, z=N/2
muestras, seleccionar sólo las muestras {delay_{i}[1],
delay_{i}[3], delay_{i}[5] ...
delay_{i}[N-1]}).
Más que promediar los valores de retardo
directamente, el cálculo de una medición de retardo promedio puede
comprender el cálculo de un valor medio de las diferencias
respectivas entre z' mediciones de valores de retardo y un retardo
estándar predeterminado, delay_{i}[C]: en un ejemplo pueden
utilizarse las diferencias respectivas entre las z' mediciones de
valores de retardo más recientes y el retardo estándar
predeterminado:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Como será evidente al lector, el término
"medición de retardo promedio" no se limita al cálculo de un
promedio aritmético estricto. El término debería también entenderse
como que engloba técnicas alternativas convencionales para calcular
un valor medio tal como la generación de una media ponderada o el
cálculo de un valor medio utilizando una técnica de una raíz
cuadrática media (del inglés root-mean
squared).
En estas expresiones, el subíndice i
denota el tipo de tráfico o tipo de código DSCP (variando i
desde 1 hasta 16). Estas dos mediciones almacenadas pueden
expresarse matemáticamente como sigue:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
en las que Min_Delay_{i}
denota el retardo mínimo (ms) medido para un cierto código DSCP
i (también denominado identificación de conexión CSCP o tipo
de tráfico diferente) durante un cierto período de tiempo,
Av_Delay_{i} denota un retardo promedio medido y almacenado
para un cierto código DSCP i, N denota el número de
mediciones (comprendiendo cada uno de ellos retardos asociados a
todos los códigos DSCP) tomadas en un cierto período de tiempo T,
siendo N de este modo un número natural N=1, 2, 3 ..., j que
varía desde 1 hasta N y z denota el número de muestras en un
subconjunto de dichas N muestras consideradas para calcular el
promedio de
retardo.
Por ejemplo, el retardo promedio puede
calcularse desde las últimas z muestras de entre las N muestras
tomadas durante el período T.
En el intervalo de valores [1...N], z
debe ser configurable.
Si N=1, sólo se tiene en cuenta el último
retardo de muestra puesto que z también adopta un único valor z=1.
De este modo, si N=1 el valor promedio se convierte de hecho en el
último valor.
Una vez están almacenadas la medición del
retardo mínimo Min_Delay_{i} y del retardo promedio por
cada tipo de tráfico Av_Delay_{i}, el punto de acceso de
origen CPE 222 y, en una realización particular, el de destino 221,
calculan el ancho de banda (BW) respectivo disponible en el punto de
acceso de origen 222 y disponible en el nodo de punto de acceso de
destino 221.
En una implementación particular, el ancho de
banda (BW) disponible en el nodo de punto de acceso de origen 222 y
en el nodo de punto de acceso de destino 221 se calcula según la
siguiente expresión, que varía en función de si el tráfico es
sensible a retardo (DS, del inglés
delay-sensitive) o no sensible a retardo
(NDS, del inglés
non-delay-sensitive):
a) Para tráfico sensible al retardo (DS):
Si \hskip0.5cm (Av_Delay (DS)_{i}
\geq X o Min_Delay_{i} > X)
entonces la conexión se rechaza
Si no
b) Para tráfico no sensible a
retardo
(NDS):
Si \hskip0.5cm Av_Delay (NDS)_{i}
\geq Y
entonces la conexión se rechaza
Si no
En la que: BW denota el ancho de banda
total disponible en el punto de acceso de origen 222 y disponible
en el nodo de punto de acceso de destino 221 (puesto que el
algoritmo se implementa en ambas direcciones) en Kbps,
Peak_rate (tasa pico) denota el BW máximo que puede
conseguirse en el enlace para cualquier tipo de tráfico
(configurable) entre el nodo de punto de acceso de origen 222 y el
nodo de punto de acceso de destino 221, X denota un retardo máximo
(ms) permitido para tráfico sensible al retardo e Y denota un
retardo máximo (ms) permitido para tráfico no sensible a retardo. i
denota un código de tráfico dado.
Alternativamente, en lugar de rechazar la
conexión en el caso de que la condición impuesta por el "si" no
se cumpla, puede implementarse un algoritmo más complejo, en el
que, por ejemplo, esa conexión se permite pero sólo después de que
se rechace o libere otra conexión que implica tráfico de menor
prioridad. Esto se aplica a ambos escenarios a) tráfico sensible al
retardo (DS) y b) tráfico no sensible a retardo (NDS).
En otra implementación alternativa, en lugar de
distinguir simplemente entre tráfico sensible al retardo (DS) y
tráfico no sensible a retardo (NDS), el cálculo de ancho de banda
(BW) se hace siguiendo un algoritmo (no descrito en la presente
solicitud) que tiene en cuenta cada uno de los tipos de tráfico
específicos (representados por los códigos DSCP ya descritos).
Volviendo a la implementación particular según
la cual el procedimiento aplica las expresiones en las ecuaciones A
y B anteriormente:
La conexión, que es una conexión lógica, entre
el nodo de punto de acceso de origen 222 y el nodo de destino 205
se rechaza si el retardo promedio (derivado normalmente de las z
mediciones de retardo más recientes) almacenado para un cierto
código DSCP i es superior o igual a un cierto umbral X o si
el retardo mínimo medido dentro de un cierto período de tiempo es
superior a ese cierto umbral X. Es el operador de red el que decide
y configura el umbral X en función de la arquitectura de red y/o en
función de la estrategia de calidad de servicio (QoS).
Si el retardo promedio almacenado para un cierto
código DSCP i es inferior a ese umbral X o si el retardo
mínimo medido dentro de un cierto período de tiempo es inferior o
igual a ese umbral X, se calcula un ancho de banda según la
ecuación A.
Para tráfico no sensible a retardo (NDS), que es
menos estricto en cuanto al retardo, la conexión entre el nodo de
punto de acceso de origen 222 y el nodo de punto de acceso de
destino 221 se rechaza si el retardo promedio almacenado para un
cierto código DSCP i es superior o igual a un cierto umbral
Y. De nuevo, es el operador de red el que decide y programa el
umbral Y en función de la arquitectura de red y/o en función de la
estrategia de calidad de servicio (QoS).
De hecho, todos los retardos y umbrales pueden
configurarse en función de la arquitectura de red y/o en función de
la estrategia de calidad de servicio (QoS).
Si el último retardo almacenado para un cierto
código DSCP i es inferior a ese umbral Y se calcula un ancho
de banda según la fórmula ya mencionada.
Hasta aquí se ha descrito una realización en la
que el nodo de punto de acceso de origen 222 toma tantas mediciones
de retardo como tipos de conexiones i (basándose en el
marcado DSCP) hay. Sin embargo, alternativamente, todas las
conexiones no sensibles a retardo (NDS) podrían agruparse en un
único valor para simplificar el algoritmo. El operador de red puede
configurar esto. De forma similar, el nodo de punto de acceso de
destino 221 implementa el mismo algoritmo, de tal forma que toma
también tantas mediciones de retardo como tipos de conexiones
i (basándose en el marcado DSCP). De este modo, se ha
descrito un mecanismo basado en retardos de paquetes para tanto
enlace ascendente como enlace descendente. Para que tanto el nodo de
origen como el de destino 222 221 se informen mutuamente acerca de
sus situaciones respectivas (cálculos de retardos, etc.) se
requiere una comunicación por medio de mensajes de señalización
entre ellos (tal como una comunicación propietaria).
La figura 3 muestra un posible ejemplo de
aplicación del procedimiento de la presente invención, en el que
uno de los nodos de punto de acceso 322 (por ejemplo, el nodo de
punto de acceso de origen) se encuentra en el hogar. Esta solución
consiste en proporcionar cobertura 3G en interiores mejorada en un
hogar de un cliente final con la posibilidad de ofrecer diferentes
servicios (tanto voz como datos) a través de la cobertura 3G
utilizando la línea DSL existente. Esto se consigue por medio de un
nodo de punto de acceso 322, que puede realizar el procedimiento
descrito en relación con las figuras 1 y 2. El nodo de punto de
acceso 322 se conecta a una red basada en paquetes 310 gestionada
por un ISP (proveedor de servicios de Internet, del inglés
Internet service provider), similar al 110 descrito en
conexión con la figura 1. A su vez, la red basada en paquetes 310
se conecta a una red de comunicaciones móviles 330 de un proveedor
de servicios móviles. El nodo 321 en la figura 3 representa un
segundo nodo de punto de acceso (tal como un nodo de punto de acceso
de destino). El procedimiento de la invención puede utilizarse no
sólo para la conexión en interiores (hogar) de la figura 3, sino
también para elementos de red, tales como BTS (como se ilustra en la
figura 3 mediante la referencia 340), siempre que tales elementos
de red estén basados en IP.
En resumen, la presente invención permite
gestionar el ancho de banda en redes de paquetes congestionadas. En
particular, los proveedores de servicios móviles pueden proporcionar
cobertura 3G en interiores mejorada y ofrecer servicios de voz y
datos a través de la cobertura 3G utilizando la línea DSL
existente.
En este texto, el término "comprende" y sus
derivados (tales como "comprendiendo", etc.) no deberían
entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no
deberían interpretarse como que excluyen la posibilidad de que lo
que se describe y define pueda incluir elementos, etapas, etc.
adicionales.
La invención no está limitada obviamente a las
realizaciones específicas descritas en la presente memoria, sino
que también engloban cualquier variación que pueda considerar
cualquier experto en la técnica (por ejemplo, en lo referente a la
elección de componentes, configuración, etc.), dentro del alcance
general de la invención tal como se define en las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (14)
1. Un procedimiento de gestión de una conexión
entre un primer nodo de punto de acceso (122, 222, 322) y un segundo
nodo de punto de acceso (121, 221, 321) viajando dicha conexión a
través de una red basada en paquetes (110, 310) que comprende una
pluralidad de nodos de agregación intermedios (101, 102, 103, 104,
105, 106, 107), comprendiendo el procedimiento las etapas de, en el
primer nodo de punto de acceso (122, 222, 322):
- para cada uno (i) de una pluralidad, M,
de tipos de tráfico identificados por un código de tráfico
respectivo, enviar durante un cierto período de tiempo T, una
pluralidad de paquetes IP respectivos al segundo nodo de punto de
acceso (121, 221, 321);
- para cada uno de dichos paquetes IP recibidos
en dicho segundo nodo de punto de acceso (121, 221, 321), recibir
desde dicho segundo nodo de punto de acceso (121, 221, 321) un
paquete IP respectivo en respuesta a dicho paquete IP recibido
previamente, y calcular el retardo total experimentado por cada par
de paquetes IP;
estando caracterizado el procedimiento
por las etapas de:
- para cada uno (i) de los M tipos de
tráfico, seleccionar el retardo mínimo (Min_Delay_{i}) de
dichos retardos calculados;
- para cada uno (i) de dichos M tipos de
tráfico, calcular un retardo promedio (Av_Delay);
- almacenar dichas M mediciones de retardo
mínimo (Min_Delay_{i}) y dichas M mediciones de retardo
promedio (Av_Delay_{i});
- para cada uno (i) de dichos M tipos de
tráfico, tomar una decisión sobre si rechazar dicha conexión
basándose en dichas M mediciones de retardo mínimo
(Min_Delay_{i}) almacenadas y dichas M mediciones de
retardo promedio (Av_Delay_{i}).
2. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que, si dicha conexión solicitada requiere tráfico sensible a
retardo, dicha decisión se toma como sigue:
- si dicho retardo promedio
(Av_Delay_{i}) almacenado para un cierto tipo de tráfico
(i) es superior o igual a un cierto umbral (X) o si dicho
retardo mínimo (Min_Delay_{i}) para dicho cierto tipo de
tráfico (i) es superior a dicho cierto umbral (X), entonces
se rechaza dicha conexión.
3. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que, si dicha conexión requiere tráfico no sensible a retardo,
dicha decisión se toma como sigue:
- si dicho retardo promedio
(Av_Delay_{i}) almacenado para un cierto tipo de tráfico
(i) es superior o igual a un cierto umbral (Y), entonces
dicha conexión se rechaza.
4. El procedimiento según o bien la
reivindicación 2 o bien la 3, en el que el ancho de banda asignado
si dicha conexión se acepta se calcula según la siguiente
fórmula:
en la que BW denota el ancho
de banda total disponible en dicho primer nodo de punto de acceso
(122, 222, 322) en Kbps, i denota un tipo de tráfico dado y
Peak_rate denota el ancho de banda máximo que puede
conseguirse en el enlace para cualquier tipo de tráfico entre dicho
primer nodo de punto de acceso (122, 222, 322) y dicho segundo nodo
de punto de acceso (121, 221,
321).
5. El procedimiento según cualquier
reivindicación anterior, en el que dicho retardo promedio
(Av_Delay_{i}) se calcula según la siguiente
expresión:
en el que N denota el número de
mediciones asociadas al código de tráfico i tomadas dentro de
dicho cierto período de tiempo T y z denota las últimas
mediciones tomadas dentro de un período de tiempo, pudiendo z
adoptar cualquier valor natural entre 1 y
N.
6. El procedimiento según cualquier
reivindicación anterior, en el que la etapa de enviar repetidamente
un paquete IP respectivo desde dicho primer nodo de punto de acceso
(122, 222, 322) hasta dicho segundo nodo de punto de acceso (105,
205) comprende enviar repetidamente un mensaje ping.
7. El procedimiento según la reivindicación 6,
en el que la etapa de calcular el retardo experimentado por cada
uno de los paquetes IP enviados por dicho segundo nodo de punto de
acceso (105, 205) en respuesta a un paquete IP respectivo recibido
previamente comprende enviar un mensaje de respuesta a cada uno de
dichos mensajes de ping.
8. El procedimiento según o bien la
reivindicación 6 o bien la 7, en el que dicho mensaje de ping es un
mensaje de solicitud de eco según el protocolo de mensajes de
control de Internet.
9. El procedimiento según o bien la
reivindicación 7 o bien la 8, en el que dicho mensaje de respuesta
es un mensaje de respuesta de eco según el protocolo de mensajes de
control de Internet.
10. El procedimiento según cualquier
reivindicación anterior, comprendiendo adicionalmente, en dicho
segundo nodo de punto de acceso (121, 221, 321):
- enviar durante dicho cierto período de tiempo
T, una pluralidad de paquetes IP respectivos a dicho primer nodo de
punto de acceso (122, 222, 322);
- para cada uno de dichos paquetes IP recibidos
desde dicho segundo nodo de punto de acceso (121, 221, 321) en
dicho primer nodo de punto de acceso (122, 222, 322), recibir un
paquete IP respectivo en respuesta a dicho paquete IP recibido
previamente, y calcular el retardo total experimentado por cada par
de paquetes IP;
- para cada uno (i) de los M tipos de
tráfico, seleccionar el retardo mínimo (Min_Delay_{i}) de
dichos retardos calculados;
- para cada uno (i) de dichos M tipos de
tráfico, calcular un retardo promedio (Av_Delay_{i});
- almacenar dichas M mediciones de retardo
mínimo (Min_Delay_{i}) y dichas M mediciones de retardo
promedio (Av_Delay_{i});
- para cada uno (i) de dichos M tipos de
tráfico, tomar una decisión sobre si rechazar dicha conexión
basándose en dichas M mediciones de retardo mínimo
(Min_Delay_{i}) almacenadas y dichas M mediciones de
retardo promedio (Av_Delay_{i}).
11. Un nodo de punto de acceso (122, 222, 322)
conectado a una red basada en paquetes (110, 310), comprendiendo el
nodo de punto de acceso (122, 222, 322) medios para llevar a cabo el
procedimiento según cualquier reivindicación anterior.
12. El nodo de punto de acceso (322) según la
reivindicación 11, estando configurado dicho nodo de punto de acceso
(322) para proporcionar cobertura 3G en un hogar de un cliente
final utilizando líneas DSL existentes.
13. Un sistema que comprende el nodo de punto de
acceso (322) según la reivindicación 12, y que comprende
adicionalmente una red basada en paquetes (310) a la que se conecta
dicho nodo de punto de acceso (322), y una red de comunicaciones
móviles (330) a la que se conecta dicha red basada en paquetes
(310).
14. Un programa informático que comprende medios
de código de programa informático adaptados para realizar las
etapas del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1
a 10 cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador, un
procesador de señal digital, una disposición de puertas programables
en campo, un circuito integrado de aplicación específica, un
microprocesador, un microcontrolador, o cualquier otra forma de
hardware programable.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200803605A ES2341521B1 (es) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | Procedimiento de gestion de ancho de banda en redes de paquetes. |
| EP09179223A EP2200232A1 (en) | 2008-12-18 | 2009-12-15 | Method of bandwidth management in packet networks |
| US12/642,664 US20100214914A1 (en) | 2008-12-18 | 2009-12-18 | Method of bandwidth management in packet networks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200803605A ES2341521B1 (es) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | Procedimiento de gestion de ancho de banda en redes de paquetes. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2341521A1 ES2341521A1 (es) | 2010-06-21 |
| ES2341521B1 true ES2341521B1 (es) | 2011-04-29 |
Family
ID=41510003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200803605A Active ES2341521B1 (es) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | Procedimiento de gestion de ancho de banda en redes de paquetes. |
Country Status (3)
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|---|---|
| US (1) | US20100214914A1 (es) |
| EP (1) | EP2200232A1 (es) |
| ES (1) | ES2341521B1 (es) |
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