NL1009987C2 - Systeem voor charging van het gebruik van een pakketgebaseerd telecommunicatienetwerk. - Google Patents

Description

Systeem voor charging van het gebruik van een pakketgebaseerd telecommunicatienetwerk

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

5 De uitvinding heeft betrekking op een systeem voor charging van het gebruik van een pakketgebaseerd telecommunicatienetwerk zoals een ATM- of IP-geöriënteerd netwerk.

a. ATM (Asynchronous Transfer Mode) ATM is een relatief nieuwe netwerktechniek om op een geüniformeerde 10 manier verbindingen te kunnen leveren met zeer uiteenlopende karakteristieken. Voor elke ATM-verbinding moet worden betaald. Bij voorkeur reflecteert het voor de verbinding in rekening gebrachte bedrag zowel de door het netwerk geleverde als de door de klant ervaren prestatie. In een telefoonnetwerk wordt iets dergelijks 15 bereikt door het bedrag te laten afhangen van de tijdsduur van de verbinding (gerekend in seconden, minuten of andere eenheden zoals "tikken") en van de overbrugde afstand. Bij een telefoongesprek gaat het evenwel altijd om een verbinding met een vaste capaciteit (bijvoorbeeld van 64 kbit/s bij ISDN). ATM daarentegen is veel 20 flexibeler en er zijn meer verbindingsparameters en -variabelen dan bij op PSTN of ISDN gebaseerde verbindingen.

- Met ATM kunnen verbindingen worden opgezet met uiteenlopende capaciteit (enkele kbit/s tot honderden Mbit/s).

- Met ATM kunnen verbindingen worden opgezet met uiteenlopende 25 netwerkgaranties ten aanzien van cell-verlies, cell delay, cell delay-variatie en throughput door het kiezen van een "ATM Transfer Capability" (ATC) [2] en Quality of Service class (QoS class) [3].

Het voor een ATM-verbinding in rekening gebrachte bedrag moet bij voorkeur ook deze extra flexibiliteit reflecteren, hetgeen onderwerp 30 van de onderhavige uitvinding is. Een belangrijke aspect bij het bepalen van de manier van charging voor ATM-verbindingen is de sturing (incentive) die de charging geeft aan de manier van het netwerkgebruik. In een traditioneel telefoonnetwerk zorgt de tijd-gerelateerde charge dat een klant een verbinding niet nodeloos in 35 stand houdt. In een traditionele datanetwerk wordt meestal een volumetarief gehanteerd, zodat er een incentive is om het netwerk niet te belasten met nutteloos verkeer. Een ander voorbeeld is het toepassen van een daltarief met het oogmerk een deel van het netwerkgebruik te verschuiven naar periodes buiten de piekuren zodat pfQ09987 \ 2 het netwerk kleiner kan worden gedimensioneerd en daarmee goedkoper is.

De huidige stand van de techniek beoogt veelal de charge van een ATM-verbinding te baseren op twee variabelen, namelijk een 5 tijdcomponent, de tijdsduur van de verbinding (sessie), en een volumecomponent, het totale aantal tijdens de verbinding verzonden en/of ontvangen ATM-cellen [1]. Beide variabelen zijn eenvoudig per verbinding te meten, te registreren en tot een charge te verwerken.

Bij het verwerken van de waarden van de tijdcomponent kan de prijs per 10 eenheid van tijd afhangen van diverse grootheden. Voorbeelden van zulke grootheden zijn de overbrugde afstand en de tijd van de dag of van de week, vergelijkbaar met gangbare charging voor telefonie. Voorbeelden van andere grootheden zijn ATM-parameters als de Peak Cell Rate van de verbinding etc.

15 Er zijn verschillende ATC's gestandaardiseerd in ITU-T aanbeveling 1.371. Hierna wordt aangegeven wat voor enkele van de ATC's de beperkingen zijn van het kiezen van een charge die gebaseerd is op de tijd- en volumecomponent zoals hierboven aangegeven.

Een charge die uitsluitend is gebaseerd op de tijd- en volumecomponent 20 zoals hierboven geschetst, heeft als consequentie dat alleen de totale verbindingsduur en alleen het totaal aantal cellen gedurende de tijdsduur van de verbinding een rol speelt in de charge. Het maakt voor deze grootheden (en daarmee voor de charge) niet uit of alle cellen gelijkmatig verspreid over de verbindingsduur zijn aangeboden 25 ("Constant Bit Rate") of geconcentreerd in één of meer bursts van cellen ("Variable Bit Rate"). Voor het netwerk is het gunstig als de aangeboden cellen zoveel mogelijk gespreid worden. ATM verbindingen die gebruik maken van SBR (Statistical Bit Rate) worden gekarakteriseerd door twee extra parameters, de Sustainable Cell Rate 30 (SCR) en de Maximum Burst Size (MBS). De essentie van de hierboven geschetste situatie verandert echter niet: de gebruiker ervaart geen aandrang om de cellen zo veel mogelijk te spreiden, terwijl dat voor de totale netwerkcapaciteit juist gunstig is en derhalve door de netwerkbeheerder wordt nagestreefd. De vraag is dus op welke manier de 35 gebruiker kan worden aangespoord om het verkeer zo gelijkmatig mogelijk aan te bieden. Met andere woorden is er behoefte aan een methode om via het chargingmechanisme de netwerkgebruiker aan te sporen om de cellen minder burst-achtig aan het netwerk aan te bieden. Als in een ATM netwerk gebruik wordt gemaakt van een ABR (Available 40 Bit Rate) besturingsmechanisme, wijst het netwerk dynamisch capaciteit *100998? 3 aan elke verbinding toe. Het kan daarbij echter voorkomen dat het netwerk capaciteit toewijst aan een verbinding maar dat de gebruiker die capaciteit niet of niet volledig benut, bijvoorbeeld als een gebruiker minder cellen verstuurt dan de toegewezen capaciteit 5 toestaat. Met de huidige charging mechanismen (gebaseerd op een totale tijd- en een totale volume-component in de charge) leidt het ongebruikt laten van door het netwerk toegewezen capaciteit tot een lagere charge. Er is geen incentive om de toegewezen capaciteit ook daadwerkelijk te gebruiken en er is geen incentive om tie aangevraagde 10 capaciteit af te stemmen op de feitelijke momentane behoefte.

IP: Internet Protocol

Het IP is een connectionless pakketgeschakelde techniek die gebruikt wordt voor het Internet. De huidige IP-netwerken leveren uitsluitend 15 een zogenaamde best-effort dienst. Het netwerk verplicht zich om een poging te doen het pakket (datagram) op de bestemming af te leveren maar er wordt geen garantie gegeven; het pakket kan in geval van congestie verloren gaan. Het is gebruikelijk om alleen de toegang tot het Internet te chargen, bijv. door een vast bedrag per maand (flat 20 rate) of door een vast tarief per eenheid van tijd (uur) dat de gebruiker was ingelogd bij zijn Internet Service Provider. Met deze manier van charging is er geen relatie met de hoeveelheid data die een gebruiker vraagt of aanbiedt.

Omdat IP een connectionless techniek is, is er geen sprake van 25 'verbindingen' in dezelfde zin als bij een telefoon- of een ATM-verbinding. Het aspect tijd is daarom inherent ongeschikt om te dienen als maat voor de netwerkbelasting. Om de charge voor het gebruik van een IP-netwerk te kunnen relateren aan de door de gebruiker veroorzaakte netwerkbelasting, moet een andere grootheid 30 worden gebruikt.

De hoeveelheid data kan bij IP worden uitgedrukt in verschillende eenheden, zoals het aantal datagrammen per tijdseenheid en het aantal bytes (of bits) per tijdseenheid waaruit de datagrammen zijn samengesteld.

35 Gegarandeerde IP-diensten

Recentelijk wordt gewerkt aan uitbreiding van de diensten die een IP-netwerk kan bieden. Het doel is om, naast de bovenbeschreven best-effort dienst, ook een IP-netwerk in staat te stellen om garanties te bieden voor de doorvoer (throughput) en voor de in het 40 netwerk ondervonden vertraging, een en ander vergelijkbaar met de *fff69987 4 mogelijkheden die een ATM-netwerk biedt. De standaardisatie van deze nieuwe diensten met garanties is nog in een pril stadium.

Een van de voorgestelde mogelijkheden is om gebruik te maken van reserveringen, bijvoorbeeld met het protocol RSVP [4]. In dat geval is 5 het wenselijk dat de omvang van de gevraagde of gemaakte reservering en de duur van de reservering in de charge tot uitdrukking komt.

Bij een andere voorgestelde aanpak worden enkele bits in de IP header gebruikt om aan te geven tot welke dienstklasse het IP-pakket behoort, bijvoorbeeld 'best-effort' of 'gegarandeerd met lage dfelay'. In dat 10 geval is het wenselijk dat de aanduiding van de dienstklasse mede in de charge tot uitdrukking komt.

Alle overwegingen zoals hierboven genoemd voor ATM/DBR en ATM/SBR zijn mutatis mutandis ook van toepassing op deze nieuwe IP-diensten met garanties.

15 SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De vinding voorziet in een charging systeem waarin de charging meer sturing geeft aan een efficiënt netwerkgebruik. Daartoe stelt de uitvinding voor om niet het totale aantal dataeenheden (cellen, IP datagrammen, bytes in IP datagrammen) gedurende de gehele verbinding 20 (sessie) te meten en te belasten, maar om een verbinding op te delen in kortere of langere meetperiodes, gedurende dergelijke meetperiodes het aantal dataeenheden te meten en daarop de charging te baseren. De uitvinding omvat daartoe een meetorgaan voor het meten van het aantal ontvangen en/of verzonden dataeenheden gedurende een ingestelde 25 tijdsperiode, korter dan de tijd gedurende welke de genoemde telecommunicatieverbinding open staat of actief is. In plaats van het meten van het aantal dataeenheden over een ingestelde periode, kan ook, omgekeerd, de tijdsduur worden gemeten tussen de ontvangst of verzending van een bepaald aantal dataeenheden. In dat geval omvat de 30 uitvinding een meetorgaan voor het meten van de tijdsperiode tussen een ingesteld aantal opeenvolgend ontvangen of verzonden dataeenheden. Voorts omvat de uitvinding een rekenorgaan voor het voor elke ingestelde respectievelijk gemeten tijdsperiode berekenen van het aantal dataeenheden per tijdseenheid en het aanbieden van dat 35 berekeningsresultaat aan een billingsysteem. Het rekenorgaan berekent dus per —kortere of langere— periode de daadwerkelijke dataeenheden/tijd ratio, waardoor de billing veel nauwkeuriger de werkelijke netwerkbelasting volgt. Dan kan dus voor de gebruiker een incentive worden gecreëerd om de data niet in bursts maar gelijkmatig ^100998 7 5 aan te bieden en daardoor bij te dragen aan een efficiënter netwerkgebruik.

De meetperiode kan gelijk zijn aan de tussenaankomsttijd van twee opeenvolgende cellen van eenzelfde verbinding. De rate over de periode 5 vanaf ti tot en met ti+1 is dan gelijk aan l/{ti+l - ti), met andere woorden, de inverse van het verschil van de aankomst- of verzendtijden van twee achtereenvolgende cellen. De meetperiode kan ook langer zijn, bijvoorbeeld de tijd tussen cell nummer i en cell nummer i+n, waarbij n>l. Ook kan de meetperiode een ingestelde periode zijh, bijvoorbeeld 10 100 ms. Het is duidelijk dat hoe korter de meetperiode is, hoe nauwkeuriger de metingen zijn, echter hoe groter ook de rekencapaciteit van een chargingcomputer moet zijn. Tevens vergt het transmissieverkeer tussen de charging-meetpunten en de chargingcomputer.

15 Het registreren van alle gemeten informatie voor alle verbindingen kan leiden tot een grote hoeveelheid data tussen het registratieorgaan en het billingsysteem. Een vermindering van de hoeveelheid data kan worden bewerkstelligd door de data te aggregeren in een aggregatieorgaan en geaggregeerde data naar het billingsysteem over te 20 dragen.

Als een datastroom wordt bestuurd door het ABR-mechanisme in ATM, wordt de door het netwerk (dynamisch) toegewezen cell rate vermeld in het ECR-veld (Explicit Cell Rate) van zogeheten backward RM-cellen. Om de charge, behalve op de werkelijk verzonden cell rate per 25 meetperiode, zoals in het voorgaande werd voorgesteld, ook te baseren op de door het netwerk toegewezen capaciteit, kan het systeem worden uitgebreid met een orgaan dat de waarde uitleest die in het ECR-veld is ingeschreven. Op dezelfde wijze kan ook de door de gebruiker gewenste cell rate, aangegeven in het ECR-veld van de zogeheten 30 forward RM-cellen, gedetecteerd en verwerkt worden. Op die wijze wordt de charging gebaseerd zowel op de capaciteitswens van de gebruiker als op de capaciteit die het netwerk aan de gebruiker toewijst.

Een vergelijkbare functie wordt in een IP-netwerk bereikt door de omvang van de gewenste of de gemaakte reservering uit de 35 reserveringsberichten (bijv. RESV messages van RSVP [4]) uit te lezen en te registreren, of door de prioriteitsindicatie in de header van het IP datagram te lezen, te registreren en de charge daarop aan te passen.

FIGUURBESCHRIJVING

40 Figuur 1 toont een implementatievoorbeeld van de uitvinding.

p*1O09 3B7 6 ATM: Asynchronous Transfer Mode

Een fysieke communicatielijn 1 transporteert ATM cellen. De cellen kunnen tot verschillende virtuele verbindingen (kanalen, paden) behoren. Een meetorgaan 2 detecteert uit de header van een arriverende 5 cell de virtuele verbinding waarvan de cell deel uitmaakt. In het meetorgaan 2 wordt nu voor elke (virtuele) verbinding een tellerstand bijgehouden met het aantal gearriveerde cellen. Een klokgenerator 3 genereert periodieke klokpulsen. Een rekenorgaan 4 berekent per verbinding de ratio tussen het aantal gearriveerde cellen en het 10 aantal klokpulsen en geeft die ratio door aan een billingsysteem 5.

Volgens de uitvinding wordt de genoemde ratio niet over de gehele tijd dat een verbinding actief is berekend maar over kleinere perioden. Er zijn daarbij twee mogelijkheden, namelijk (per verbinding) uitgaan van een vaste meetperiode T en het aantal n in die periode arriverende 15 cellen tellen, waarbij de ratio r * n/T, of uitgaan van een vast aantal N cellen en de tijdsduur t meten die nodig is voor het arriveren van die cellen, waarbij r = N/t.

Teneinde een "burst"-achtig cellenaanbod zwaarder te kunnen aanrekenen dan een gelijkmatig aanbod worden de vaste meetperiodes T of het vaste 20 aantal N cellen zo gekozen dat de ratio n/T respectievelijk N/t hoog is bij verkeer met een (tijdelijk) "burst”-karakter. Om een incentive te scheppen voor een gelijkmatig verkeersaanbod worden meetperioden dat de waarde van r hoog is door het billingsysteem zwaarder aangerekend dan perioden met een lage waarde voor r.

25 Teneinde, bij een verbinding die gebruik maakt van ABR, de billing ook te laten afhangen van de door de gebruiker gewenste capaciteit, wordt die waarde rl door het orgaan 2 uitgelezen uit passerende RM (Resource Management) cellen en, via het rekenorgaan 4, doorgezonden naar het billingsysteem 5. Op dezelfde wijze wordt, via een retourverbinding 30 1', waarin een meetorgaan 2', een klokgenerator 3' en een rekenorgaan 4 is opgenomen, uit de "backward" RM-cellen een waarde r2 geëxtraheerd die een indicatie is voor de door het netwerk (dynamisch) aan de gebruiker toegewezen maximale cell rate. Ook die waarde wordt aan het billingsysteem'doorgegeven en maakt, evenals de waarde rl, deel uit 35 van de aan de gebrüikér door te berekenen prijs.

Voor het gebruik van de vinding in een IP-netwerk (waarbij de pakketgrootte kan variëren) is het meetorgaan (2) bovendien in staat om de grootte van het pakket (datagram) te meten en te registreren. De registratie omvat dan het aantal IP datagrammen en het gecumuleerde 40 aantal bytes in die datagrammen. Een rekenorgaan 4 berekent per • pt 009 98 7 » 7 verbinding de ratio tussen het aantal gearriveerde datagrammen/bytes en het aantal klokpulsen en geeft beide ratios door aan een billingsysteem 5.

Teneinde, bij datagram flow waarbij sprake is van een reservering, de 5 billing ook te laten afhangen van de door de gebruiker gewenste capaciteitsreservering, wordt die waarde rl door het orgaan 2 uitgelezen uit passerende reserveringsberichten (bijv. de RESV berichten indien RSVP wordt gebruikt) en, via het rekenorgaan 4, doorgezonden naar het billingsysteem 5. Op dezelfde wijze wordt, via 10 een retourverbinding 1', waarin een meetorgaan 2', een klokgenerator 3' en een rekenorgaan 4 is opgenomen, uit de reserveringsberichten in omgekeerde richting een waarde r2 geëxtraheerd die een indicatie is voor de door het netwerk toegezegde reservering. Ook die waarde wordt aan het billingsysteem doorgegeven en maakt, evenals de waarde rl, 15 deel uit van de aan de gebruiker door te berekenen prijs. In plaats van op de capaciteit kunnen de parameters rl en r2 ook betrekking hebben op de (gevraagde resp. toegewezen) prioriteit van de datagrammen.

Optioneel kan -zoals de figuur toont- een aggregatieorgaan 6 worden 20 toegevoegd. Dit orgaan aggregeert de periodiek gegenereerde gegevens uit de rekenorganen 4 en 4', zodat de taak van het billingsysteem 5 wordt verlicht en de hoeveelheid te transporteren billing-data wordt verminderd.

REFERENTIES

25 [1] Marion Raffali-Schreinemachers, e.a.: "Charging and billing issues in high speed heterogeneous networking environments",· Proceedings InterWorking ’96; October 1-3, 1996; Nara, Japan; pp. 97-108.

[2] ITU-T 1.371: "Traffic Control and Congestion Control in B-ISDN"; ITU-T recommendation 1.371 (08/96); Geneva, August 1996.

30 [3] ITU-T 1.356: "B-ISDN ATM layer cell transfer performance"; ITU-T

recommendation 1.356 (10/96); Geneva, October 1996.

[4] Braden, R. (Ed.), e.a.: "Resource Reservation Protocol (RSVP) ü Version 1, Functional Specification"; Internet Engineering Task Force, RFC 2205, September 1997.

»1009987

Claims (7)

1. Systeem voor charging van het gebruik van een pakketgebaseerd telecommunicatienetwerk zoals een ATM- of IP-netwerk, gekenmerkt door een meetorgaan (2) voor het meten van 5 het aantal (n) ontvangen en/of verzonden dataeenheden gedurende een ingestelde tijdsperiode (T), korter dan de tijd gedurende welke de genoemde telecommunicatieverbinding open staat.

2. Systeem voor charging van het gebruik van een pakket-gebaseerd telecommunicatienetwerk zoals een ATM- of IP-netwerk, ' 10 gek enmerkt door een meetorgaan (2) voor het meten van de tijdsperiode (t) tussen een ingesteld aantal (N) ontvangen of verzonden dataeenheden.

3. Systeem volgens conclusie 1 of 2, gekenmerkt door een rekenorgaan (4) voor het per genoemde tijdsperiode (T;t) berekenen 15 van het aantal dataeenheden per tijdseenheid en het aanbieden van dat berekeningsresultaat (r) aan een billingsysteem (5).

4. Systeem volgens conclusie 3, waarbij het telecommunicatienetwerk systeemdataeenheden (RM, RESV) omvat die een indicatie (rl) omvatten van het door een gebruiker gevraagde capaciteit of prioriteit, 20 gekenmerkt door een detectieorgaan (2) voor het uit de systeemdataeenheden uitlezen van de genoemde indicatie en het aan het billingsysteem doorgeven van die indicatie.

5. Systeem volgens conclusie 3, waarbij het telecommunicatienetwerk systeemdataeenheden (RM, RESV) omvat die een indicatie (r2) omvatten 25 van het door het telecommunicatiesysteem toegewezen capaciteit of prioriteit, gekenmerkt door een detectieorgaan (2') voor het uit de systeemdataeenheden uitlezen van de genoemde indicatie en het aan het billingsysteem doorgeven van die indicatie.

6. Systeem volgens conclusie 3, gekenmerkt door een 30 aggregatieorgaan (6) voor het aggregeren van het berekeningsresultaat (r) en het aan het billingsysteem doorgeven van het geaggregeerde resultaat (ra).

7. Systeem volgens conclusie 4 of 5, gekenmerkt door een aggregatieorgaan (6) voor het aggregeren van de genoemde 35 capaciteits- resp. prioriteitsindicaties (rl,r2) en het aan het billingsysteem doorgeven van de geaggreerde indicaties (rla,r2a). »1009987