FI121254B

FI121254B - Palvelun laadun signalointi

Info

Publication number: FI121254B
Application number: FI20075260A
Authority: FI
Inventors: Jouni Korhonen
Original assignee: Teliasonera Ab
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2010-08-31
Also published as: FI20075260A; FI20075260A0; WO2008125736A1; EP2160873A1; ES2424629T3; EP2160873A4; DK2160873T3; EP2160873B1

Description

Palvelun laadun signalointi

KEKSINNÖN TAUSTA

1. Keksinnön ala 5 Tämä keksintö liittyy QoS (Quality of Service, palvelun laadun) sig nalointiin solmujen välillä viestintäjärjestelmässä, ja erityisesti uuteen ratkaisuun, jolla tällainen signalointi voidaan toteuttaa.

2. Tekniikan tason kuvaus

QoS signalointi toteutetaan tyypillisesti esimerkiksi pakettivälitteisis-10 sä verkoissa eri prioriteettien antamiseksi eri käyttäjille tai datavirroille, tai tietyn suorituskykytason takaamiseksi datavirralle. Tekniikan tason ratkaisut toteuttavat QoS signaloinnin verkkosolmujen välillä signalointina samanaikaisesti, sen jälkeen tai ennen kuin signalointi suoritetaan muita tarkoituksia varten, kuten esimerkiksi signalointi turvallisuuteen liittyen. Koska käytettävissä oleva 15 kaistanleveys solmujen välillä on tyypillisesti rajoitettu, on olemassa jatkuva tarve optimoida käytettävissä olevan kaistanleveyden käyttö sellaisella tavalla, että niin paljon kaistanleveydestä kuin mahdollista voidaan hyödyntää hyöty-kuormadatan lähettämiseen. Siksi tekniikan tason mukaisen QoS signaloinnin heikkoutena on kaistanleveyden kulutus.

20 KEKSINNÖN YHTEENVETO

Tämän keksinnön tarkoitus on ratkaista edellä selostettu heikkous ja tarjota käyttöön uusi ratkaisu QoS signaloinnin toteuttamiseksi. Tämä päämäärä saavutetaan itsenäisessä vaatimuksessa 1 määritellyllä menetelmällä, itsenäisessä vaatimuksessa 3 määritellyllä solmulla, ja itsenäisessä vaatimukses-25 sa 5 määritellyllä solmulla.

Keksintö perustuu ideaan yhdistää QoS signalointi turvallisuuteen liittyvän informaation lähettämiseen. Täten voidaan välttää tilanne jossa erillinen kaistanleveys varataan QoS informaation lähettämiseen solmujen välillä pakettivälitteisessä verkossa. Sen sijan käytettävissä olevaa kaistanleveyttä, 30 joka on jo varattu turvallisuuteen liittyvän informaation lähettämiseen, voidaan hyödyntää myös QoS signalointiin. Tällainen ratkaisu mahdollistaa käytettävissä olevan kaistanleveyden säästämisen muihin tarkoituksiin.

2

Keksinnön mukaisen menetelmän ja solmujen edulliset suoritusmuodot ilmenevät oheisista epäitsenäisistä vaatimuksista.

KUVIOIDEN LYHYT KUVAUS

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti lähemmin 5 viittaamalla oheisiin kuvioihin, joista: kuvio 1 esittää vuokaaviota keksinnön eräästä suoritusmuodosta, kuvio 2 esittää kahta solmua keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti, ja kuvio 3 esittää autentikointiotsikkoa, jota voidaan hyödyntää keksin-10 nön eräässä suoritusmuodossa.

AINAKIN YHDEN SUORITUSMUODON KUVAUS

Kuvio 1 esittää vuokaaviota keksinnön eräästä suoritusmuodosta. Esitettyä suoritusmuotoa voidaan hyödyntää pakettivälitteisessä verkossa, jossa käytettävä protokolla on esimerkiksi IKEv1 (Internet Key Exchange), IKEv2 15 (Internet Key Exchange), Mobile IPv4 (Internet Protocol), tai Mobile IPv6 (Internet Protocol).

Lohkossa A oletetaan, että ennalta määrättyjä palveluluokkia on määritelty jotta mahdollistetaan halutun QoS:n valinta datavirralle. QoS (Quality of Service, palvelun laatu) viittaa ohjausmekanismiin, joka sovellusohjelman 20 pyyntöjen mukaisesti voi tarjota eri prioriteetteja eri käyttäjille tai datavirroille, tai taata tietyn suorituskykytason tietylle datavirralle. On olemassa useita vaihtoehtoisia tekniikan tason mukaisia ratkaisuja joilla verkon liikennettä voidaan ohjata halutun QoS:n saavuttamiseksi eri datavirroille, ja myös useita vaihtoehtoisia tapoja QoS luokkien määrittelemiseksi. Seuraavassa oletetaan esimer-25 kinomaisesti että on määritelty seitsemän ennalta määrättyä QoS luokkaa siten, että luokka 1 tarkoittaa parasta käytettävissä olevaa QoS:a ja luokka 7 tarkoittaa huonointa käytettävissä olevaa QoS:a.

Lohkossa A palveluluokka valitaan datavirralle käytettävissä olevien seitsemän luokan joukosta. Seuraavassa esimerkissä oletetaan, että luokka 2 30 valitaan.

Lohkossa B informaatio, joka identifioi valitun luokan sisällytetään kenttään, joka on varattu turvallisuuteen liittyvän informaation lähettämiseen. Eräs vaihtoehto on hyödyntää kenttää, joka on varattu turvallisuus parametri 3 indeksille (SRI, Security Parameter Index). SPI on osoitin, joka viittaa sessio-avaimeen ja algoritmiin jota käytetään takamaan turvallinen datayhteys kahden solmun välillä. Lähettävä solmu hyödyntää SPI:tä identifioimaan ja valitsemaan turva-assosiaation (SA, Security Association) käytettäväksi paketin turvaami-5 sessa. SA voi sisältää kryptograafisia avaimia, aloitusvektoreita ja digitaalisia sertifikaatteja. Vastaanottava solmu hyödyntää SPI:tä identifioimaan ja valitsemaan kryptausalgoritmin ja avaimen käytettäväksi vastaanotetun paketin dekryptauksessa.

Eräs vaihtoehto on esimerkiksi varata ennalta määrättyjä SPI arvoja 10 QoS signalointia varten standardoinnin avulla. Sellaisessa tapauksessa seitsemän SPI arvoa voidaan varata tähän tarkoitukseen aloittamalla arvosta N+1 ja lopettamalla arvoon N+7. Tässä tapauksessa arvo N:lle valitan sellaisella tavalla, että konflikti jo ennestään muihin tarkoituksiin varattujen SPI arvojen kanssa vältetään. Esimerkiksi SPI arvot 1 - 255 on varattu muihin tarkoituksiin 15 Mobiili IP.ssä, mikä tarkoittaa, että konfliktin välttämiseksi näiden varattujen arvojen kanssa arvon N tulee olla 255 tai suurempi. Tässä esimerkissä palveluluokan 2 valitseminen tarkoittaa siksi, että SPI arvo N+2 sisällytetään informaationa joka identifioi valitun luokan.

Toinen vaihtoehto on hyödyntää dynaamisesti allokoituja SPI arvoja 20 QoS signalointia varten. Tällaisessa tapauksessa viestintään osallistuvat solmut hyödyntävät ennalta määrättyä algoritmia QoS signalointiin käytettävien SPI arvojen päättelemisessä. Eräs vaihtoehto on hyödyntää Hash-funktiota (kuten SHA1, Secure Hashing Algorithm) tai satunnaista funktiota (kuten NIST:n, National Institute of Standards and Technology, PRF, Peseudo Ran-25 dom Function) ennalta määrätyn syötteen, kuten tilaajan identiteetin tai palvelun tunnisteen, yhteydessä. Tässä yhteydessä syötteen tulisi olla uniikki osallistuville solmuille. Tällä tavalla edellä mainittu numero N voidaan generoida funktiolla hyödyntämällä syötettä (N = get_nn_bits(function(input)). Parhaalle QoS luokalle 1 annetaan arvo N+1 ja huonoimmalle käytettävissä olevalle pal-30 velun luokalle annetaan arvo N+7.

Sen varmistamiseksi, että dynaamisesti allokoidut QoS arvot eivät ole konfliktissa SPI arvojen kanssa jotka on aikaisemmin varattu muihin tarkoituksiin, hyödynnettävä algoritmi voi olla järjestetty laskemaan uudelleen N ennalta määrätyllä tavalla mikäli konflikti ilmenee. Sellainen uudelleen laskenta 35 voidaan toteuttaa jatkuvasti kasvattamalla N:n arvoa yhdellä (N=N+1) kunnes 4 konflikti vältetään kaikille arvoille N+1 ... N+7, laskemalla N uudelleen vaihtoehtoisella funktiolla, tai laskemalla N uudelleen vaihtoehtoisella syötteellä (tilaajan tunniste, palvelun tunniste, jne.). Luonnollisesti toimiakseen oikein molempien viestintään osallistuvan solmun tulee soveltaa samaa algoritmia sa-5 maila syötteellä kun ne suorittavat laskuja ja uudelleen laskuja dynaamisesti allokoitujen SPI arvojen päättelemiseksi kyseessä olevaa datavirtaa varten.

Lohkossa C lähetetään paketti, joka sisältää kentän johon sisältyy valitun QoS luokan identifioiva informaatio, lähettävältä solmulta vastaanottavalle solmulle pakettivälitteisen verkon kautta.

10 Lohkossa D haetaan informaatio joka identifioi valitun luokan ken tästä, joka on varattu turvallisuuteen liittyvälle informaatiolle. Sovelluksessa, jossa ennalta määrättyjä SPI:n arvoja on varattu QoS signaloinnille, arvo itsessään osoittaa suoraan QoS luokan vastaanottavalle solmulle. Yllä olevassa esimerkissä arvo N+2 osoittaa palveluluokan vastaanottavalle solmulle. Kui-15 tenkin, mikäli dynaamisesti allokoituja SPI arvoja käytetään osoittamaan QoS luokka, vastaanottavan solmun tulee suorittaa laskenta jotka on selostettu lohkon B yhteydessä jotta N arvo voitaisiin ensin päätellä, ja tämän jälkeen vastaanottava solmu kykenee päättelemään, että haettu arvo N+2 osoittaa palveluluokan 2.

20 Kuvio 2 esittää kahta solmua keksinnön erään suoritusmuodon mu kaisesti. Solmut 1 ja 2, kuten isäntä ja yhdyskäytävä, kommunikoivat toistensa kanssa pakettivälitteisen viestintäverkon 3 kautta.

Solmut 1 ja 2 voivat kommunikoida toistensa kanssa langallisen tai langattoman yhteyden kautta. Eräs vaihtoehto on, että solmu 1 on matkavies-25 tin, kuten WLAN (Wireless Local Area Network) yhteyden kautta kommunikoiva matkaviestin, ja että solmu 2 on kotiagentti (Home Agent), toisin sanoen matkaviestimen kotiverkon reititin, joka ylläpitää tietoja koskien matkaviestimien sen hetkistä sijaintia. Muut verkkoon 3 solmujen 1 ja 2 väliin järjestetyt solmut voivat osallistua pakettien 4 lähettämiseen solmujen 1 ja 2 välillä. Eräs 30 esimerkki tällaisesta osallistuvasta solmusta on tukiasema, joka huolehtii liikenteestä radiorajapinnan yli solmun 1 kanssa.

Solmut 1 ja 2 vastaavat tekniikan tason mukaisia solmuja, kuitenkin ne on ohjelmoitu soveltamaan QoS signalointia kuten on selostettu kuvion 1 yhteydessä.

5

Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan toteuttaa yksinkertainen neuvottelu koskien QoS luokkaa paketeille, jotka lähetetään solmulta 1 solmulle 2. Tällöin solmu 1 konfiguroidaan sisällyttämään informaatiota joka osoittaa valitun QoS luokan solmulle 2 lähetettyihin paketteihin, kuten on selostettu ku-5 vion 1 yhteydessä. Kuitenkin mikäli solmu 2 päättelee, että valittu QoS luokka ei ole sopiva, se sisällyttää informaatiota joka osoittaa sen palveluluokan jonka solmu 2 on päätellyt sopivaksi paketteihin jotka lähetetään solmulta 2 solmulle 1. Tällöin solmu 1 on konfiguroitu olemaan vasteelleen solmulta 2 vastaanotetuissa paketeissa osoitetulle palveluluokalle, jolloin se alkaa soveltaa solmulta 10 2 vastaanotettujen pakettien osoittamaa palveluluokkaa.

Kuvio 3 havainnollistaa autentikointiotsikkoa jota voidaan hyödyntää keksinnön eräässä suoritusmuodossa. Autentikointiotsikko (AH, Authentication Header) sisältää 32 bittisen kentän turvallisuus parametri indeksille (SPI, Security Parameter Index), jota esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan hyödyn-15 tää QoS signalointiin, kuten on selostettu kuvion 1 yhteydessä. Koska SPI on laajasti käytettävissä myös alemmat tasot (kuten langaton radio) voivat hakea informaation joka osoittaa valitun QoS luokan ja hyödyntää sitä datavirtojen hallinnassa.

On ymmärrettävä, että edellä oleva selitys ja siihen liittyvät kuviot on 20 ainoastaan tarkoitettu havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Alan ammat-timiehille tulevat olemaan ilmeistä, että keksintöä voidaan muunnella ja modifioida myös muilla tavoin poikkeamatta poiketaan keksinnön suojapiiristä.

Claims

1. Menetelmä palvelun laadun signaloinnin toteuttamiseksi pakettikytkentäisessä viestintäjärjestelmässä (3), joka käsittää 5 valitaan (A) palvelun laatuluokka joukosta ennalta määrättyjä käytet tävissä olevia luokkia, sisällytetään (B) informaatiota joka identifioi valitun luokan paketin (4) kenttään, ja lähetetään (C) mainittu paketti (4) pakettikytkentäisen viestintäjär-10 jestelmän kautta (3), tunnettu siitä, että mainittu vaihe jossa sisällytetään (B) informaatiota joka identifioi valitun luokan paketin (4) kenttään toteutetaan sisällyttämällä mainittu informaatio kenttään, joka on varattu turvallisuuteen liittyvän informaation lähettämiseen, joka viittaa sessioavaimeen ja algoritmiin jota käytetään solmujen välil-15 lä, ja jossa menetelmässä lasketaan arvo joka osoittaa valitun luokan hyödyntämällä ennalta määrättyä algoritmia ja ennalta määrättyjä parametreja, verrataan mainittua laskettua arvoa ennalta määrättyihin varattuihin arvoihin, jotka on varattu muihin tarkoituksiin, ja 20 lasketaan uudelleen mainittu laskettu arvo ennalta määrätyllä taval la ennen mainitun arvon sisällyttämistä (B) mainittuna informaationa joka osoittaa valitun luokan, kunnes mainittu laskettu arvo ei vastaa yhtään mainituista varatuista arvoista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että mainittu kenttä turvallisuuteen liittyvän informaation lähettämiseen on kenttä, joka on varattu turvallisuus parametri indeksille.

3. Solmu (1) pakettikytkentäistä verkkoa varten, mainitun solmun ollessa konfiguroitu sisällyttämään informaatiota joka osoittaa valitun palvelun laatuluo-30 kan paketin (4) kenttään, ja lähettämään mainitun paketin (4) mainitun pakettikytkentäisen verkon (3) kautta toiselle solmulle (2), tunnettu siitä, että mainittu solmu on konfiguroitu suorittamaan mainitun valitun palvelun laatuluokan osoittavan informaation sisällyttämisen kenttään joka on varattu turvallisuuteen liittyvän informaation lähettämiseen, joka viittaa sessioavaimeen ja algoritmiin jota käytetään solmujen välillä 5 laskemaan arvon joka osoittaa valitun luokan hyödyntämällä ennalta määrättyä algoritmia ja ennalta määrättyjä parametreja, vertaamaan mainittua laskettua arvoa ennalta määrättyihin varattuihin arvoihin, jotka on varattu muihin tarkoituksiin, ja laskemaan uudelleen mainitun lasketun arvon ennalta määrätyllä 10 tavalla ennen mainitun arvon sisällyttämistä mainittuna informaationa joka osoittaa valitun luokan, kunnes mainittu laskettu arvo ei vastaa yhtään mainituista varatuista arvoista.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen solmu (1), tunnettu siitä, että mainittu kenttä, joka on varattu turvallisuuteen liittyvän informaation lähet- 15 tämiseen, on kenttä joka on varattu turvallisuus parametri indeksille.

5. Solmu (2) pakettikytkentäistä verkkoa varten, mainitun solmun ollessa konfiguroitu vastaanottamaan paketin (4) joka on lähetetty pakettivälitteisen verkon (3) kautta toiselta solmulta (1), ja 20 hakemaan informaatiota joka osoittaa valitun palvelun laatuluokan mainitun vastaanotetun paketin (4) kentästä, tunnettu siitä, että mainittu solmu (2) on konfiguroitu suorittamaan mainitun valittua palvelun laatuluokkaa osoittavan informaation hakemisen kentästä, joka on varattu turvallisuuteen liittyvän infor-25 maation lähettämiseen, joka viittaa sessioavaimeen ja algoritmiin jota käytetään solmujen välillä, ja hyödyntämään ennalta määrättyä algoritmia ja mainittua haettua informaatiota valitun palvelun laatuluokan laskemiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen solmu (2), tunnettu siitä, 30 että mainittu turvallisuuteen liittyvän informaation lähettämiseen varattu kenttä on kenttä, joka on varattu turvallisuus parametri indeksille.