SE519475C2 - Filtrering av IP-paket - Google Patents

Description

lO 15 20 25 519 ät. 2 paketförmedlande datanät som t ex X.25. GPRS systemet är kopplat till datanätet via en GGSN (Gateway GPRS Support Node).

IP-paket som inkommer till GGSN kommer att tunnlas till den mobila stationen via ett fast nät och ett radiobaserat nät.

Enligt GPRS-standarden kommer alla IP-paket, som har samma IP- adress att associeras med ett PDP-context, som finns i den mobila terminalen, SGSN och GGSN. PDP-context är ett register, som bl a innehåller en QOS-profil (kvalitetsprofil) för terminalens IP-access och uppgifter som fordras för att terminalen skall kunna förflyttas inom GSM-nätet (information för mobilitet). Kvalitetsprofilen beskriver bland annat vilken maximal bandbredd, som finns tillgänglig för användaren, och krav pà maximal fördröjning. Det betyder att alla IP-paket med samma IP-adress kommer att hanteras pà samma sätt, oavsett de varierande krav pà fördröjning, som klienttillämpningarna ställer pà GPRS-bäraren.

Behovet att ställa kvalitetskrav (QoS) är väl känt. QoS hanteras i manga protokoll men hantering av QoS för IP-trafik pà Internet är inte löst.

En klienttillämpning kan bäras av olika typer av transportprotokoll. En klienttillämpning som kräver att informationen levereras korrekt och i samma ordning som den skickades använder TCP (Transmission Control Protocol) och en klienttillämpning som istället har strängare fördröjningskrav använder UDP (User Datagram Protocol).

TEKNISKT PROBLEM Om en användare nyttjar flera klienttillämpningar kan kraven pà QoS skilja mellan de olika klienttillämpningar, som användaren har aktiverat. Användning av klienttillämpningar där paketförmedlad överföring utnyttjas kan därmed leda till differentierade krav pà överföringen. T ex ställer användning av vissa klienttillämpningar strikta krav pà snabb överföring lO 15 20 25 30 519 47 5É i* 3 medan användning av andra klienttillämpningar kan ställa krav pà att de överförda paketen ska komma fram i samma ordning som de sändes.

Fas l av standarden för General Packet Radio Service (GPRS) stödjer inte kvalitetsdifferentiering av IP-paket, som har samma IP-adress. Det innebär att samtliga IP-paket, som har samma IP-adress, kommer att dela pà en gemensam transmissionskapacitet och fördelningen kan inte regleras med hänsyn till vilka krav som ställs. Detta innebär bl a att klienttillämpningar som inte har stränga krav pá fördröjningar kan försämra kvaliteten för fördröjningskänsliga klienttillämpningar.

När reglering av överföringen med hänsyn till kvalitet inte kan göras förhindras eller pâverkas samtidig aktivering/användning av vissa klienttillämpningar. Önskad parallell exekvering kan dä vara omöjlig varför sekventiell exekvering eller pà annat sätt begränsad exekvering maste klienttillämpas.

Att basera QoS hanteringen pà att en användare kan tilldelas flera IP-adresser, enligt GPRS fas l, är otillräckligt främst av tvá anledningar: 0 Det finns en stor brist pà IPv4-adresser, vilket kraftigt begränsar möjligheten för en användare att använda en IP- adress för varje klienttillämpning. 0 Arbetsplatsutrustning (PC) är normalt inte konfigurerad för att stödja flera IP-adresser samtidigt.

TEKN|sK LÖSNING IP-paket som sänds över GPRS kapslas in och tunnlas genom det förmedlande nätet. Uppfinningen beskriver hur IP-paketen, som tunnlas över GPRS-bäraren, fär passera ett paketfilter, som begränsar den mängd data som varje klienttillämpning tilläts att sända. Användaren kan genom filtreringen själv bestämma hur 10 15 )2O 25 30 519 4 mycket av den tillgängliga bandbredden, som skall användas till varje klienttillämpning.

Uppfinningen kan implementeras i mobila terminaler, som använder en GPRS-bärare för att ansluta sig till Internet.

Uppfinningen kan också implementeras i GPRS-systemets GGSN- noder.

FÖRDELAR Uppfinning tillför funktionalitet som gör det möjligt för användaren att själv bestämma hur stor del av de för användaren tilldelade totala resurserna, som skall användas för varje klienttillämpning.

Tillgängliga nätresurser kan fördelas mellan de klienttillämpningar, som är aktiverade så att de känsliga klienttillämpningarna får den kapacitet, som erfordras för tillfredsställande överföring. Andra mindre känsliga klienttillämpningar får tillgäng till begränsade resurser. Dä kraven är mindre för dessa klienttillämpningar störs de mindre av att kapaciteten begränsas eller varierar. Om à andra sidan någon klienttillämpning inte utnyttjar tilldelad kapacitet fullt ut kommer den lediga kapaciteten att tilldelas nàgon annan klienttillämpning som har möjlighet att dra nytta av ökad överföringskapacitet. Användaren kommer dá att uppleva en totalt bättre kvalitet pà överföringen.

Det beskrivna paketfiltret för QoS-hantering i GPRS systemet inför en ny teknik att differentiera och prioritera mellan olika klienttillämpningar. Genom prioritering och differentiering i IP-trafiken uppnàs ett mer flexibelt system för överföring och bättre möjligheter att uppfylla tids- och kvalitetskrav sä att klienttillämpningar kan nyttjas pà ett tillfredsställande sätt. Genom dessa arrangemang kan man utnyttja nätresurser pä ett bättre sätt och möjligheter finns att undvika eller senarelägga investeringar. lO 15 20 25 519 5 FIGUHFÖRTECKNING Figur l visar àtkomst till Internet genom GPRS.

Figur 2 visar en mobil terminal kopplad till Internet via en GPRS-bärare.

Figur 3 visar fyra klienttillämpningar, som delar pá gemensam transmissionskapacitet.

BEGREPPSFÖRKLARINGAR FTP (File Transfer Protocol) Vanligt filöverföringsprotokoll pà Internet.

GGSN (Gateway GPRS Support Node) Nod i GSM- nätet som sammankopplar fastnätsdelen av GPRS med Internet.

GPRS (Generalised Packet Radio Service) Paketförmedlande datatjänst för GSM.

GSM Global System for Mobile communication.

IPV4-adresser Adress i Internet enligt standarden för IP-protokoll version 4.

MSC (Mobile Switch Center) Kopplingsnod i mobilnät med funktioner främst för basbyte.

PDP-context Register med information om bl a QOS och uppgifter som erfordras för att möjliggöra mobilitet.

PDP-adress Den adress som anges av GPRS. I fallet med koppling via Internet är PDP-adress = IP-adress, men kan även vara annan adress t ex X25 adress. 10 15 20 25 519 475 QOS (Quality of Service) Parametrar som definierar önskade prestanda.

SGSN (Serving GPRS Support Node) Nod i GSM- nätet, som hanterar datapaket frán mobiltelefon.

TCP (Transport Control Protocol) Protokoll som ofta används när höga krav ställs pà att informationen levereras korrekt och i samma ordning som den skickades.

Tunnel, tunnling En teknik som innebär att datapaket kan kapslas in sä att de kan förmedlas till en destination utan att pâverkas av mellanliggande protokoll.

UDP (User Datagram Protocol) Protokoll som ofta används när höga krav ställs pà att fördröjningen är begränsad.

DETALJERAD BESKRIVNING Beskrivningen nedan hänvisar till figurerna i ritningsbilagan.

GPRS Paketdatatrafik över ett GSM-nät àstadkoms med GPRS (1) (Generalised Packet Radio Service). GPRS stöder standardprotokoll och samverkar med paketförmedlande nät som IP-nät och X.25-nät. Sàväl intermittenta och skurvisa överföringar som enstaka överföringar av stora mängder data hanteras. GPRS realiseras genom tva typer av noder i GSM-nätet: GGSN (2) (Gateway GPRS Support Node) och SGSN (3) (Serving GPRS Support Node). Dessa noder ligger pà samma hierarkiska nivà som MSC i Gswnätec. 10 15 20 .25 30 519 47ä»c;'jï. " 7 SGSN (3) haller reda pà lokaliseringen av mobiltelefonen inom sitt serviceomráde, sänder och tar emot datapaket från mobiltelefonen, vidareförmedlar dem eller tar emot dem från GGSN.

Samverkan med externa paketdatanät sker genom GGSN, som omformar GSM-paketen till andra paketprotokoll (t ex IP eller X.25) och sänder GSM-paketen till andra kommunikationsnät. t ex Internet (4), (6), vilket är en logisk anslutning mellan mobiltelefonen och GGSN.

En mobil terminal (5) loggar på datanätet, separat för GPRS. Därefter etableras ett PDP-context PDP-context kan beskrivas vara representerat av register i den mobila terminalen, SGSN och GGSN. Registren innehåller bl a information rörande QoS, säkerhet och sådan information som behövs för att åstadkomma mobilitet såsom uppgift om bassta- tioner (7, 9) etc. Mobilterminalen identifieras från paketdata- nätet mha en PDP-adress. Varje sädan PDP-adress är beskriven i de individuella representationerna av PDP-context (6) i den (5), SGSN (3) och GGSN (2). gjort är mobilterminalen synlig utanför det nät där (4), mobila terminalen När detta är mobilterminalen är inloggad, t ex Internet och kan därmed sända och ta emot paket.

Vid uppkoppling mot Internet (4) etableras en ”tunnel” genom GPRS från GGSN och till mobilterminalen. Trafiken i tunneln kan regleras genom det abonnemang som användaren nyttjar för kommunikationen. QoS-krav blir bestämda och konstanta för alla paket till samma PDP-adress genom detta abonnemang.

PDP-context innehåller bl a information om kvalitetsaspekter och uppgifter som erfordras för att möjliggöra mobilitet. PDP- context finns representerat i mobilterminalen, SGSN och GGSN.

Kopplingen från mobilterminal via basstation och SGSN till GGSN registreras i PDP-context. När mobilterminalen förflyttas under pågående session kan basbyte ske. Detta leder då också till att mobilterminalens koppling till SGSN ändras, vilket är illustrerat med streckade markeringar i Figur l (SGSN 8 och 10 l5 20 25 30 519 475 8 basstation 9). Uppgifter för att kunna genomföra sådana byten finns i PDP-context (6).

PAKETFILTRETS PLATS Figur 2, som visar protokollstackarna pà den mobila arbets- (22), (23) (24), beskriver paketfiltreringens plats i kommunikationen. IP-paket platsen i GGSN och i det mottagande datanätet som sänds över GPRS kapslas in och tunnlas genom det förmed- lande nätet (GPRS-bärare 21) mellan den mobila stationen och GGSN. Ett paketfilter (25) är placerat i protokollstacken (25) (21). paketfiltret som ett svartmärkt omràde i IP-lagrets nedre del. mellan IP-skiktet och GPRS-bäraren I figur 2 syns Därmed kommer IP-paketen att passera paketfiltret före tunnlingen över GPRS-bäraren. Genom filtret begränsas den mängd data som en klienttillämpning tilläts sända sä att paketen tilldelas den prioritet i översändningen som användaren har begärt. Användaren kan pä sá sätt genom filtreringen själv bestämma hur mycket av den tillgängliga bandbredden, som skall användas till varje klienttillämpning.

FÖREDRÅGEN UTFÖRINGSFORMI Paketfiltret bestàr av följande logiska enheter: 0 Paketklassificeraren, som sorterar den inkommande trafiken efter förbestämd information i IP-paketet. 0 Räknaren, som registrerar och jämför antalet inkommande IP- paket tillhörande samma klienttillämpning med en förbestämd profil. 0 Flödesbegränsaren, som kastar de IP-paket som överskrider det för klienttillämpningen maximalt tillàtna antalet IP- paket per tidsenhet (bandbredden).

Definiering av filterfunktioner för en klienttillämpning innebär att: 10 l5 20 25 519 y, 9 0 användaren beskriver hur IP-paketen fràn klienttillämpningen identifieras.

I första hand används identifiering av transportprotokoll (t ex TCP eller UDP) samt portnummer, men vid behov utnyttjas annan information fràn högre protokollnivà. 0 användaren bestämmer vilken bandbredd varje klienttillämpning tilläts använda. 0 användaren bestämmer regler för hur paketfiltret skall fördela den överföringskapacitet, som en klienttillämpning tillfälligt ej utnyttjar.

BANDBREDDENSUTNYTNANDE Om en klienttillämpning inte utnyttjar hela den tilldelade bandbredden ges en annan klienttillämpning tillgång till extra bandbredd.

Figur 3 visar ett exempel pà utnyttjande av bandbredden.

I den övre bilden i figuren visas hur den totalt tillgängliga bandbredden fördelas mellan fyra klienttillämpningar (A, B, C och D), (B och C), och tva (A och D), som utnyttjar UDP-protokollet. Antag att TCP- tvà som utnyttjar TCP-protokollet, tillämpningen B har tillàtelse att använda även den transmissionskapacitet, som tilldelats UDP-tillämpningarna A och D under den tid då UDP-tillämpningarna inte utnyttjar hela bandbredden.

I den nedre bilden visas ett exempel där klienttillämpningarna A och D inte utnyttjar hela den tilldelade bandbredden varvid klienttillämpningen B kan tilldelas en viss extra transmissionskapacitet (31).

Pà så sätt kommer den tillgängliga bandbredden att utnyttjas bättre och i exemplet kommer ingen transmissionskapacitet att 10 519 m1aí:- iipza mfl lO lämnas outnyttjad. Användaren upplever att klienttillämpningarna A och D far den kapacitet som erfordras samtidigt som klienttillämpningen B får utökad kapacitet utöver den initialt tilldelade.

Uppfinningen är inte begränsad till ovan redovisade utföringsformer utan kan därutöver underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav och uppfinningstanken.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 519 475 ll PATENTKRAV Ett paketfilter för hantering av kvalitetsparametrar vid paketförmedlad dataöverföringar till och fràn olika klienttillämpningar k ä n n e t e c k n a t av en möjlighet att ställa kvalitetskrav pà pakettrafiken separat för var och en av nämnda klienttillämpningar, av att pakettrafiken förmedlas över mobiltelefonnät med utnyttjande av GPRS, av att pakettrafiken sker enligt IP-protokollet, av att filtret är placerat i protokollstacken mellan IP-skiktet (25) och GPRS-bäraren (21) sä att IP-paketen kommer att passera filtret före överföringen, som sker med GPRS- bäraren (21) samt av en möjlighet att ställa kvalitetskrav pà pakettrafiken separat för var och en av nämnda klienttillämpningar. Ett paketfilter enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att nämnda kvalitetskrav avser åtminstone bandbredd eller fördröjning och att kvalitetskrav kan ställas pà trafik i IP-nät och/eller i X.25-nät Ett paketfilter enligt patentkrav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att användaren av någon av nämnda klienttillämpningar bestämmer vilka resurser, som skall användas för var och en av dessa nämnda klient- tillämpningar. Ett paketfilter enligt nàgot av patentkrav l till 3, k ä n n e t e c k n a t av att kvalitetskrav ställs pà överföringar med transmissionsprotokoll, som används i Internet sàsom TCP och UDP. Ett paketfilter enligt nàgot av patentkrav l till 4, k ä n n e t e c k n a t av att QoS differentieras för IP- trafik pá Internet för olika klienttillämpningar med samma IP-adress. 10 15 20 25 6. 7. 8. 519 475 l2 Ett paketfilter enligt nàgot av patentkrav l till 5, k ä n n e t e c k n a t av att den mängd data, som var och en av nämnda klienttillämpningar (A, B, C, D) tillàts sända, begränsas, att överföringskapacitet (31), som tilldelats någon av nämnda klienttillämpningar men inte utnyttjats, kan tilldelas någon annan av nämnda klienttillämpningar, att fördelning mellan nämnda klienttillämpningar av utnyttjandet av den tillgängliga bandbredden kan bestämmas vid nyttjandet av klienttillämpningarna. Ett paketfilter enligt nàgot av patentkrav l till 6, k ä n n e t e c k n a t av följande element: en paketklassificerare, som sorterar den inkommande trafiken efter information i överförda paket en räknare, som registrerar och jämför antalet inkommande paket tillhörande samma klienttillämpning med en förbestämd profil en flödesbegränsare, som förkastar paket sà att antalet paket per tidsenhet, som är tillàtet för den klient- tillämpning, som paketet avser, inte överskrider maximalt tillàtet antal paket per tidsenhet. Ett paketfilter enligt nàgot av patentkrav l till 7, k ä n n e t e c k n a t av att filterfunktioner för en klienttillämpning definieras genom: en beskrivning av hur paket, som överförs, identifieras, tilldelning av bandbredd för varje klienttillämpning, 10 l5 20 25 lO. ll. 12. 13. 519 475 13 reglering av fördelning av överföringskapacitet, som tillfälligt ej utnyttjas. En metod för kvalitetsfiltrering av paketförmedlade dataöverföringar k ä n n e t e c k n a d av att kvalitetskrav ställs pà pakettrafik separat för var och en av aktiva klienttillämpningar, att pakettrafiken sker enligt IP-protokollet och att kvalitetsfiltreringen sker genom ett paketfilter som är placerat i protokollstacken mellan IP-skiktet (25) och skiktet med GPRS (21). En metod enligt patentkrav 9 k ä n n e t e c k n a d av att nämnda kvalitetskrav avser åtminstone bandbredd eller fördröjning och att differentierade kvalitetskrav kan ställas pà trafik i IP-nät och/eller i X.25-nät. En metod enligt patentkrav 9 eller lO k ä n n e t e c k - n a d av nämnda pakettrafik förmedlas över mobiltelefonnät. En metod enligt patentkrav ll k ä n n e t e c k n a d av nämnda pakettrafik utnyttjar GPRS. En metod enligt nàgot av patentkrav 9 till 12 k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda paketfilter omfattar följande element: paketklassificerare, som sorterar trafiken efter information i överförda paket, räknare, som för var och en av nämnda klienttillämpningar registrerar och jämför antalet överförda paket tillhöran- de nämnda klienttillämpning med en förbestämd profil, flödesbegränsare, som begränsar paketflödet för en klienttillämpning med hänsyn till maximalt tillàtet antalet paket per tidsenhet. 10 15 20 14. 15. 519 475 14 En metod enligt nàgot av patentkrav 9 till 13 k ä n n e - t e c k n a d av dynamisk fördelning av överförings- kapacitet mellan nämnda klienttillämpningar. En metod enligt nágot av patentkrav 9 till 14 k ä n n e - t e c k n a d av att den mängd data, som var och en av nämnda klienttillämpningar (A, B, C, D) tilläts sända, begränsas, att överföringskapacitet (31), som tilldelats en av nämnda klienttillämpningar men inte utnyttjats, fördelas till någon annan av nämnda klienttillämpningar, att användaren dynamiskt kan bestämma hur nyttjandet av den tillgängliga bandbredden skall fördelas mellan nämnda klienttillämpningar. 16. En metod enligt nàgot av patentkrav 9 till 15 k ä n n e - t e c k n a d av identifiering av paket fràn nämnda klienttillämpningar, tilldelning av bandbredd till var och en av nämnda klienttillämpningar, reglering av fördelning av överföringskapacitet, som tillfälligt ej utnyttjas.