ES2227121T3 - Procedimiento de optimizacion dinamica de la calidad de servicio en una red de transmision de datos. - Google Patents
Procedimiento de optimizacion dinamica de la calidad de servicio en una red de transmision de datos.Info
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Abstract
Procedimiento de optimización dinámica de la calidad de servicio en una red de transmisión de datos (2) en modo paquete, incluyendo la citada red (2) una pluralidad de fuentes Si y una pluralidad de destinos Di conectados a una red de tránsito (4) a través de una pluralidad de redes de acceso (6), siendo cada fuente susceptible de enviar un flujo máximo Lmáx, s, x, y siendo cada destino susceptible de recibir un flujo máximo Lmáx, x, d, incluyendo cada una de las citadas fuentes un medio de clasificación (8) y de control (10) del flujo de datos emitido, estando el procedimiento caracterizado porque incluye las etapas siguientes: a) - medir el retardo absoluto de transferencia, la oscilación periódica, el flujo de dichos datos intercambiados y las pérdidas entre cada fuente S y cada destino D, y efectuar las sub-etapas siguientes en función de las mediciones obtenidas en esta etapa a): a1) - para cada destino D, repartir el flujo máximo Lmáx, x, d entre las diferentes fuentes; a2) - para cada destino D, determinar dinámicamente el límite del punto de congestión de la red de acceso (6) que optimiza el flujo máximo Lmáx, x, d, a3) - para cada fuente S, determinar dinámicamente, el límite del punto de congestión de la red de acceso (6) que optimiza el flujo máximo global Lmáx, s, x, y el flujo máximo hacia cada destino Lmáx, s, d, a4) - para cada fuente S, determinar el efecto de la congestión de la red de tránsito (4), y b) - dirigir los medios de clasificación (8) y de control (10) de flujo en función de los resultados de las sub-etapas a1, a2, a3 y a4.
Description
Procedimiento de optimización dinámica de la
calidad de servicio en una red de transmisión de datos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y un dispositivo de optimización dinámica de la
calidad de servicio en una red de transmisión de datos en modo
paquete, incluyendo la red una pluralidad de fuentes Si, y una
pluralidad de destinos Di, conectados a una red de tránsito a través
de una pluralidad de redes de acceso, siendo cada fuente
susceptible de enviar un caudal máximo L_{máx,s,x}, y siendo cada
destino susceptible de recibir un caudal máximo L_{máx,x,d},
incluyendo cada una de las citadas fuentes un medio de clasificación
y control del caudal de datos emitidos.
Este procedimiento y este dispositivo pueden ser
llevados a cabo cualquiera que sea la extensión geográfica de la
red, cualquiera que sea el caudal encaminado por ésta, y cualquiera
que sea el número de usuarios de esta red.
Las redes de telecomunicación en modo paquete se
caracterizan por el hecho de que las informaciones encaminadas son
vehiculadas en grupos llamados paquetes, constituidos
esencialmente:
- -
- por una cabecera que contiene las informaciones para el enrutamiento del paquete por la red;
- -
- por los datos a transmitir.
Un ejemplo de red de este tipo ha sido divulgado
por el documento US 5 359 593.
Las informaciones de direccionamiento contenidas
en las cabeceras, permiten identificar los flujos de información
entre las aplicaciones finales. Estos paquetes son vehiculados a
través de la red, y hacen uso, a nivel de esta red, de los medios
de transmisión y de conmutación más variados.
La tecnología principalmente utilizada en la
actualidad para estas redes de telecomunicación en modo paquete, es
el protocolo IP (Protocolo de Internet). Este protocolo se utiliza
de principio a fin, y puede ser vehiculado por redes de transmisión
muy diversas.
La Figura 1 proporciona un ejemplo de red de este
tipo.
Los usuarios pueden ser, o bien usuarios
individuales, o bien agencias, empresas (que tengan su propia red
local interna), etc.
La red de tránsito representa la parte central,
generalmente de gran capacidad, y que cubre un gran territorio (el
mundo entero en el caso de la red Internet). Esta red está por lo
general compartida por una multitud de usuarios y/o de redes
privadas.
Las redes de acceso son por lo general de salida
media o lenta, y están compartidas entre los usuarios localizados
en una zona geográfica limitada. El "bucle local", enlace
filar, óptico, de radio, etc., entre el usuario y el proveedor del
servicio de acceso, se considera en lo que sigue como parte de la
red de acceso.
La Figura 2 muestra diferentes casos posibles de
redes de acceso. Las convenciones de escritura son las
siguientes:
- Para las redes:
- -
- Carrier (en lengua inglesa): transportador de grandes cantidades de información a largas distancias; también realiza la interconexión con otros carriers, permitiendo así en el caso de la red Internet una inter-operabilidad entre los usuarios de los diferentes proveedores de servicio Internet ISP (Internet Service Provider, en lengua inglesa).
- -
- IAP (Internet Access Provider en inglés): proveedor de acceso a la red; éste recolecta el tráfico por cuenta del ISP, este último proporciona típicamente a sus usuarios diversos servicios de autentificación, alojamiento de sitio Web, tarificación, mensajería, así como el acceso a la red de tránsito.
- -
- Local Loop (Bucle local, en inglés): conexión (por hilo, óptica, por radio, ...) que conecta al usuario con la red.
- -
- TELCO: operador telefónico, con frecuencia propietario del bucle local.
- Para los equipos:
- -
- CPE (Customer Premices Equipment, en inglés): equipo de usuario conectado a la red (en general, un rutero de acceso).
- -
- MUX: multiplexor/desmultiplexor (existen numerosos tipos: telefónico, xDSL, SDH, etc. ...).
- -
- NAS (Network Access Server, en inglés): servidor de acceso a la red; éste puede ser también un rutero de acceso.
- -
- R: Rutero (o conmutador).
Se puede apreciar que existen numerosas
configuraciones posibles. Cada uno de los equipos (CPE, MUX, NAS,
R, ...) corresponde a una función de concentración de tráfico y de
utilización común de recursos de telecomunicación.
Con el desarrollo prodigioso de los intercambios
de información a través de las redes de telecomunicación, resulta
esencial para los operadores asegurar una calidad de servicio a sus
clientes. La Calidad de Servicio está constituida por el conjunto
de características pertinentes que afectan a la transferencia de
informaciones entre dos puntos dados de una red. Se encuentra, en
particular:
- calidad del acceso al servicio:
- -
- la disponibilidad del servicio;
- -
- el tiempo de una nueva puesta en servicio en caso de fallo;
- calidad del servicio de transferencia de
información:
- -
- el retardo de transferencia de las informaciones entre la fuente y el destino;
- -
- la variación del retardo de transferencia de las informaciones (la oscilación periódica);
- -
- la degradación de las informaciones vehiculadas (pérdidas, errores).
Un problema importante se deriva del hecho de que
la extensión geográfica, la gran mutualización de los equipos de
infraestructura entre tantos usuarios, la variedad de flujos
intercambiados, y la complejidad de las arquitecturas desplegadas
hacen que sea muy difícil la predicción y la garantía de la Calidad
de Servicio sobre tales redes. El flujo que es posible hacer
circular entre dos usuarios dados, el retardo de transferencia de
las informaciones, la variación en el tiempo de este retardo (la
oscilación periódica) y el índice de pérdida asociado, son
elementos fundamentales de esta Calidad de Servicio. Solamente su
dominio permite desplegar servicios profesionales críticos
(transporte de voz, de imágenes, de datos críticos, comercio
electrónico, etc.).
Una forma habitual de mejorar la calidad de
servicio consiste en sobredimensionar la capacidad de la red. Sin
embargo, dada la importancia del coste de la invención y de
utilización de estas redes, se desea utilizar estas redes al
máximo, y una solución de este tipo tan costosa, tiene así un uso
limitado.
Los dispositivos (protocolos, equipos de
transmisión, de conmutación, en enrutamiento, etc.), dependientes de
la naturaleza de las diferentes redes, pueden ser utilizados para
gestionar estos elementos de Calidad de Servicio. Por lo general,
se basan en mecanismos de prioridad y de reserva de recursos bajo
demanda (ATM, RSVP sobre IP, ...), o la configuración (ATM,
Diff-Serv sobre IP, ...). Estos dispositivos tienen
en general un alcance limitado a una parte de la red solamente. En
constante mutación, éstos inter-operan
difícilmente.
En todo caso, el resultado es fuertemente
dependiente del comportamiento de los usuarios fuente: flujo de
emisión, regularidad del tráfico, matriz de tráfico, etc. Este
comportamiento es muy difícil de prever, debido a la gran
diversidad de aplicaciones que utilizan las redes (transporte de
voz, de imágenes, transferencia de ficheros, consulta de bases de
datos, etc.), de la multiplicidad de usuarios ante las mismas, y de
la amplia panoplia de sus necesidades.
En todos los casos, de igual modo, el resultado
depende en gran medida de las reglas de ingeniería y de la
configuración de los múltiples parámetros de la red. Estas reglas
son muy difíciles de determinar, en particular a causa del tamaño
de las redes, de la gran variedad de tecnologías utilizadas en un
momento dado (parque no homogéneo), y de la multiplicidad de
organizaciones (operadores de acceso al servicio, operadores de
puntos de presencia, transportadores a larga distancia, etc.)
implicadas desde un punto a otro del camino.
Por otra parte, la Calidad de Servicio está
ligada principalmente a la congestión de los diferentes elementos
de la red acaparados por las informaciones durante su
transferencia. Aunque existe una infinidad de gradación, se pueden
esquematizar los casos de funcionamiento encontrados mediante estos
dos modos:
- -
- o bien no existe ninguna reserva de recursos, y la red hace lo mejor para hacer llegar las informaciones hasta el destinatario;
- -
- o bien existe una reserva de recursos, y la cantidad de informaciones inyectada en la red está más o menos controlada estadísticamente.
En todos los casos, los sistemas de almacenaje
temporal en cola de espera (memorias), situados en cada punto de
multiplexado, de concentración o de conmutación, permiten tratar
las simultaneidades de llegada de los paquetes. El índice
instantáneo de ocupación de memoria encontrado por un paquete y la
política de gestión (prioridad, número de colas de espera, regla de
vaciado, rechazo, ...), utilizados a nivel de cada cola de espera,
determinan el tiempo pasado por un paquete en este dispositivo, así
como su eventual rechazo.
El retardo de transferencia entre dos puntos de
red se debe:
- -
- a la suma de tiempos de travesía de las líneas, cables, fibras ópticas, enlaces con satélites, etc., que se utilicen; este retardo es en general fijo, y en esencia depende del medio y de la distancia recorridos por la información,
- -
- a la suma de tiempos de travesía de las colas de espera por los diferentes equipos; este retardo se debe globalmente a la carga instantánea encontrada por cada paquete, y a las políticas de gestión de estas colas de espera. Una carga instantánea demasiado fuerte provoca un rechazo del paquete de información (pérdida); éste es un fenómeno que explica la pérdida de paquetes.
Este retardo de transferencia es sensible así a
la carga instantánea, a las variaciones "estacionales" (ciclos
de día/noche, horas punta, etc.), a los cambios de configuración
(caminos tomados en la red, etc.). La variación del retardo de
transferencia es normalmente del orden de (o muy superior a) su
valor medio, ya sea a corto plazo (congestión instantánea) o a
largo plazo (ciclo de actividad de los usuarios).
Un análisis más detallado de estos fenómenos de
congestión permite segmentar el problema. Examinando a la inversa
el camino recorrido por un paquete, se puede reducir a los tres
segmentos siguientes:
- -
- retardo, variación de retardo, y pérdidas debidas a la carga de la red de acceso hacia un usuario dado: la red de acceso es por lo general más lenta que la red de tránsito; la suma de flujos en dirección a este usuario puede exceder así la capacidad de esta red. El comportamiento está en este caso unido esencialmente al comportamiento de las fuentes que generan los paquetes hacia el usuario considerado;
- -
- retardo, variación de retardo y pérdidas debidos a la carga de la red de tránsito que deben ser considerados consecuencia de la resultante del comportamiento de una multitud de fuentes. Esto está poco correlacionado con el tráfico con destino a un usuario dado. Se puede ver la red de tránsito como un medio de propagación cuyas características (retardo, variación de retardo, pérdidas) son: 1) lentamente variables en relación con los períodos de emisión de los paquetes, y 2) independientes de la emisión de paquetes de una fuente dada,
- -
- retardo, variación de retardo y pérdidas debidos a la carga de la red de acceso de un usuario (hacia la red de tránsito), que están principalmente asociados a la cantidad de información emitida por el usuario considerado.
Un método conocido de control de congestión en
las redes de telecomunicación en modo paquete, se encuentra
descrito en la Patente americana US 5.936.940 (Adaptive
rate-based congestion control in packet networks).
El equipo propuesto en esta patente está ilustrado en la Figura 3,
y consiste en diferenciar el "retardo de red" que representa
el retardo en vacío (líneas de transmisión, etc.), y el "retardo
de cola de espera" que depende del tráfico inyectado, y que es
representativo del estado de congestión del sistema. Los paquetes de
prueba están fechados en relación con las horas locales de su
emisión y de su recepción. La estimación del "retardo de cola de
espera" está basada en la diferencia de intervalos
inter-llegada e inter-salida que
separa paquetes de prueba consecutivos.
La fórmula de estimación recurrente y su
acotamiento inferior a cero, permiten liberarse del retardo mínimo
encontrado, lo que representa la parte fija del retardo, el
"retardo de red". Esta información "absoluta" se utiliza
para manejar las fuentes. El "retardo de cola de espera"
estimado sirve entonces de indicador para clasificar el estado de
la red en algunas categorías. Según el estado de la red, se modula
un limitador de salida sobre la fuente con una función no
lineal.
Un inconveniente de este método proviene del
hecho de que esté basado en medidas relativas, lo que da una idea
de la variación de la congestión, pero no permite conocer la
gravedad de esta congestión. Esto hace que no sea fácil una
optimización real. Además, plantea problemas de inicialización de
los dispositivos. Por otra parte, estas medidas parciales o
indirectas no proporcionan más que una vista parcial de la
situación de la red observada, y no están relacionadas con
objetivos cuantificables de la Calidad de Servicio percibida por
los usuarios de la red. Por otra pare, en las redes modernas, los
paquetes de prueba no son representativos de los paquetes útiles
debido a la gran variedad de caminos, en particular en los
dispositivos de puesta en colas de espera. También, la inyección de
paquetes de prueba no permite un número suficiente de mediciones, y
puede incluso generar una carga exagerada. Observemos, por otra
parte, que los mecanismos propuestos suponen que todas las fuentes
de red tienen un comportamiento idéntico, lo que no es el caso en
las grandes redes ya desplegadas.
El objeto de la invención consiste en un
procedimiento y un dispositivo que permiten optimizar el uso y la
Calidad de Servicio de las redes en modo paquete, más en
particular, las redes que funcionan sobre el protocolo IP.
Otro objeto de esta invención consiste en un
procedimiento y un dispositivo que permitan gestionar dinámicamente
la congestión de la red de acceso en la llegada hacia un usuario, y
en particular, cuando el punto de congestión en la red de acceso no
está situado sobre la propia línea de acceso, y cuando el nivel de
congestión varía con el tiempo. La gestión de esta congestión
permite aumentar la carga, todo ello, controlando los retardos, la
oscilación periódica y las pérdidas.
Otro objeto de esta invención consiste en un
procedimiento y un dispositivo que permiten gestionar dinámicamente
la congestión de la red de acceso a partir de un usuario, y en
particular (pero no solamente), cuando el punto de congestión en
esta red de acceso no está situado sobre la propia línea de acceso,
y cuando el nivel de congestión varía en el tiempo. La gestión de
esta congestión permite aumentar la carga, todo ello dominando los
retardos, la oscilación periódica y las pérdidas.
Otro objeto de esta invención consiste en un
procedimiento y un dispositivo que permiten gestionar dinámicamente
la congestión de la red de tránsito, y cuando el nivel de
congestión varía en el tiempo. La gestión de esta congestión
permite utilizar, en el momento oportuno, otros medios de
telecomunicaciones.
Para alcanzar estos objetos, el procedimiento
según la invención incluye las siguientes etapas:
- a)
- - medir el retardo absoluto de transferencia, la oscilación periódica, el flujo de dichos datos intercambiados y las pérdidas entre cada fuente S y cada destino D, y efectuar las sub-etapas siguientes en función de las mediciones obtenidas en cada etapa a):
- a1)
- - para cada destino D, repartir el flujo máximo L_{máx,x,d} entre las diferentes fuentes;
- a2)
- - para cada destino D, determinar dinámicamente el límite del punto de congestión de la red de acceso que optimiza el flujo máximo L_{máx,x,d},
- a3)
- - para cada fuente S, determinar dinámicamente, a partir de las mediciones obtenidas en la etapa a), el límite del punto de congestión de la red de acceso que optimiza el flujo máximo global L_{máx,s,x}, y el flujo máximo hacia cada destino L_{máx,s,d},
- a4)
- - para cada fuente S, determinar el efecto de la congestión de la red de tránsito, y
- b)
- - dirigir los medios de clasificación y de control de flujo en función de los resultados de las sub-etapas a1, a2, a3 y a4.
Con preferencia, la etapa a1 incluye las
operaciones siguientes:
- -
- fijar el flujo L_{máx,x,d} a partir de, por una parte, el flujo de la línea de acceso, y por otra parte, de la etapa a2;
- -
- repartir el citado flujo máximo L_{máx,x,d} entre las fuentes activas de la sub-red con el fin de definir para cada fuente, un primer valor de flujo máximo L_{máx,s,d}, siendo efectuada la citada repartición tomando en consideración datos de configuraciones y de eventuales reservas dinámicas de flujo R_{s,d} en todas o parte de las fuentes,
- -
- transmitir hacia cada una de las fuentes, el citado primer valor L_{máx,s,d}.
La etapa a2 incluye las operaciones
siguientes:
- -
- Calcular un primer valor de retardo que represente una ponderación de retardo entre cada una de las fuentes y el citado destino;
- -
- Calcular un primer valor de oscilación periódica que represente una ponderación de oscilación periódica entre cada una de las fuentes y el citado destino;
- -
- Calcular un primer valor de pérdidas que represente una ponderación de las pérdidas entre cada una de las fuentes y el citado destino;
- -
- Determinar la curva de estos valores ponderados en función del flujo recibido por este destino;
- -
- Fijar un valor de flujo máximo L_{máx,x,d} en función de las citadas curvas.
La etapa a3 incluye las operaciones
siguientes:
- -
- Calcular un primer valor de retardo que represente una ponderación de retardo entre la citada fuente y cada uno de los citados destinos;
- -
- Calcular un primer valor de oscilación periódica que represente una ponderación de oscilación periódica entre la citada fuente y cada uno de los citados destinos;
- -
- Calcular un primer valor de pérdidas que represente una ponderación de las pérdidas entre la citada fuente y cada uno de los citados destinos;
- -
- Determinar la curva de estos valores ponderados en función del flujo emitido por la citada fuente (globalmente y hacia cada uno de los destinos);
- -
- Fijar un valor de flujo de dicho máximo global L_{máx,s,x} y un segundo valor de flujo máximo por dirección L_{máx,s,d} en función de las citadas curvas.
La etapa a4 incluye las operaciones
siguientes:
- -
- comparar las mediciones de retardo, oscilación periódica, pérdidas y flujo, y los resultados de las etapas a1, a2 y a3 con los valores de retardo, oscilación periódica, pérdidas y flujo predefinidos;
- -
- establecer un diagnóstico sobre la calidad de servicio en función de esta comparación.
Según una segunda característica de la invención,
el procedimiento incluye, además, una etapa que consiste en
transmitir a los medios de control de flujo, el valor más pequeño
entre los citados primer y segundo valores de flujo máximo
L_{máx,s,d}.
Este procedimiento se pone en práctica mediante
un dispositivo que incluye:
- -
- medios para medir el retardo absoluto de transferencia, la oscilación periódica, el flujo de datos intercambiados y las pérdidas entre cada fuente S y cada destino D;
- -
- medios para repartir, para cada destino D, el flujo máximo L_{máx,x,d} entre las diferentes fuentes;
- -
- medios para determinar dinámicamente, para cada destino D, el límite del punto de congestión de la red de acceso que optimiza el flujo máximo L_{máx,x,d};
- -
- medios para determinar dinámicamente para cada fuente S, el límite del punto de congestión de la red de acceso globalmente y hacia cada destino;
- -
- medios para determinar, para cada fuente S, el efecto de la congestión de red de transferencia hacia cada destino;
- -
- medios de clasificación y de control del flujo, y
- -
- medios para dirigir los medios de control de flujo.
Con preferencia, el citado dispositivo incluye,
además, un módulo M1, encargado de determinar dinámicamente una
primer cantidad máxima de información L_{máx,s,d} que una fuente
S puede enviar hacia un destino D; un módulo M2, encargado de
determinar dinámicamente el flujo máximo global L_{máx,x,d} que
el destino D puede recibir para tener una utilización óptima de la
línea de acceso, todo ello controlando la Calidad de Servicio; un
módulo M3, encargado de determinar dinámicamente el flujo máximo
global y por destino que la fuente S puede emitir para tener una
utilización óptima de la línea de acceso, todo ello manteniendo el
control de la Calidad de Servicio; un módulo M4, encargado de
determinar dinámicamente las características de la red de tránsito,
y de dirigir un seleccionador de red, y un módulo M5, que fija
dinámicamente el valor de los limitadores de la fuente S en función
de los valores procedentes de los módulos M1 y M3.
Los parámetros del módulo M1 son:
- -
- las mediciones de flujo;
- -
- el valor máximo L_{máx,x,d} que el destino D puede recibir del conjunto de fuentes Si, según se determine con el módulo M2;
- -
- eventuales reservas de flujo R_{s,d} entre cada fuente S y el destino D.
El módulo M2 calcula, a partir de las mediciones
de Calidad de Servicio, las variables de Calidad de Servicio
ponderadas entre las fuentes S, y proporciona el flujo máximo
L_{máx,x,d} que el destino D puede recibir desde la red.
El módulo M3 calcula, a partir de las mediciones
de Calidad de Servicio, variables de Calidad de Servicio ponderadas
entre todos los destinos D, y suministra el flujo máximo que la
fuente S puede emitir hacia la red, y el flujo máximo que la fuente
S puede emitir hacia cada destino D_{i}.
El módulo M4 establece un diagnóstico sobre la
calidad de servicio entre la fuente S y cada destino Di, con el fin
de dirigir el seleccionador para orientar, en todo o en parte, el
tráfico hacia otra red.
Gracias a este procedimiento y a un dispositivo
según la invención, se obtienen las ventajas siguientes:
- -
- una adaptación dinámica a las variaciones de las características de Calidad de Servicio de las redes de tránsito, de acceso entrantes, y de acceso salientes;
- -
- una adaptación dinámica sobre diversos criterios de calidad, tales como el retardo, la oscilación periódica, y las pérdidas. Las combinaciones de criterios son asimismo posibles;
- -
- el conjunto de usuarios de las redes utilizadas no tiene necesidad de obedecer a los mismos mecanismos. Este punto facilita la introducción y la utilización del dispositivo en las redes ya desplegadas;
- -
- una maximización dinámica del flujo en límites absolutos y exactos (y no sólo relativos) de tiempo de tránsito, de oscilación periódica y de pérdidas;
- -
- una maximización dinámica de la calidad de servicio (minimización del retardo, la oscilación periódica y las pérdidas) dentro de límites absolutos y exactos para un flujo dado;
- -
- una optimización dinámica de la combinación (Calidad de Servicio; flujo) en función de criterios adaptados a cada flujo de usuario;
- -
- una utilización optimizada de varias redes, en función de la carga presentada, de la calidad de servicio efectivo, de los precios constatados, del objetivo de calidad de servicio, y de los objetivos de precio (elección de la red, elección del tipo de servicio ofertado, etc.).
Otras particularidades y ventajas de esta
invención se pondrán claramente de manifiesto a través de la
descripción que sigue, tomada a título de ejemplo no limitativo con
referencia a las Figuras anexas:
La figura 1, representa un esquema general de
una red de transmisión en la que se utiliza el procedimiento
conforme a la invención;
La figura 2 representa diferentes casos posibles
de redes de acceso;
La figura 3 ilustra un método de cálculo del
retardo de cola de espera según la técnica anterior;
La figura 4 representa esquemáticamente una curva
de optimización de la calidad de servicio según la invención;
La figura 5 representa esquemáticamente una red
en la que se utiliza un dispositivo de acuerdo con la
invención;
La figura 6 representa un ejemplo particular de
curvas de optimización según la invención, y
La figura 7 representa esquemática limitadores de
tráfico que equipan al dispositivo de la invención.
En lo que sigue de la descripción, se
denominará:
| MRTT_{sd}: | el valor medio del retardo de ida y vuelta para una pareja de usuarios. |
| L_{máx,s,d}: | valor límite máximo del flujo desde una fuente S hacia un destino D. |
| L_{máx,s,x}: | valor límite máximo del flujo desde una fuente S, todos los destinos fusionados. |
| L_{máx,x,d}: | valor límite máximo del flujo total hacia un destino D, todas las fuentes fusionadas. |
| D_{s,d}: | flujo real desde una fuente S hacia el destino D. |
| D_{x,d}: | flujo real total hacia el destino D, todas las fuentes fusionadas. |
| D_{s,x}: | flujo real total emitido por la fuente S, todos los destinos confundidos. |
| R_{s,d}: | reserva de flujo entre la fuente S y el destino D. |
Procedimiento de optimización dinámica de la
calidad de servicio en una red de transmisión de datos 2 en modo
paquete, incluyendo la citada red una pluralidad de fuentes Si y
una pluralidad de destinos Di conectados a una red de tránsito 4
por medio de una pluralidad de redes de acceso 6, siendo cada red
susceptible de enviar un flujo máximo L_{máx,s,x}, y siendo cada
destino susceptible de recibir un flujo máximo L_{máx,x,d},
incluyendo cada una de las citadas fuentes un medio de
clasificación 8 y de control 10 del flujo de datos emitido.
Los elementos de Calidad de Servicio (flujo,
retardos, oscilación periódica, pérdida) tienen su origen
especialmente en la congestión de las diversas partes de la red 2.
Estos fenómenos se reagrupan en 3 categorías:
- Categoría C1: Características colectivas. Se reagrupan en esta categoría los fenómenos debidos a la actividad conjunta de las fuentes de sub-red. Se trata particularmente, pero no únicamente, de la congestión en el acceso saliente hacia los destinos.
- Categoría C2: Características individuales. Se reagrupan en esta categoría los fenómenos debidos a la actividad de cada fuente, independientemente de los demás. Se trata en particular, aunque no únicamente, de la congestión en el acceso entrante en la red.
- Categoría C3: Características del medio. La red de tránsito 4 se ve como un medio de propagación cuyas características evolucionan de forma relativamente lenta, y de forma relativamente independiente de la actividad de las fuentes de sub-red.
El procedimiento propuesto se basa en los puntos
siguientes:
- -
- utilización de mediciones precisas, numerosas y absolutas;
- -
- la red considerada no tiene necesidad de ser homogénea;
- -
- un segmentación del retardo en diferentes partes, y
- -
- mecanismos de control y de optimización que utilizan estas mediciones segmentadas.
En un modo preferido de realización, el
procedimiento según la invención incluye las siguientes etapas:
- a)
- - medir el retardo absoluto de transferencia, la oscilación periódica, el flujo de los citados datos intercambiados y las pérdidas entre cada fuente S y cada destino D, y efectuar las sub-etapas siguientes en función de las mediciones obtenidas en esta etapa a):
- a1
- - para cada destino D, repartir el flujo máximo L_{máx,x,d} entre las diferentes fuentes;
- a2
- - para cada destino D, determinar dinámicamente el límite del punto de congestión de la red de acceso 6 que optimiza el flujo máximo L_{máx,x,d};
- a3
- - para cada fuente S, determinar dinámicamente a partir de las mediciones obtenidas en la etapa a), el límite del punto de congestión de la red de acceso 6 que optimiza el flujo máximo global L_{máx,s,x} y el flujo máximo hacia cada destino L_{máx,s,d};
- a4
- - para cada fuente S, determinar el efecto de la congestión de la red de tránsito 4, y
- b)
- - dirigir los medios de clasificación 8 y de control 10 de flujo en función de los resultados de las sub-etapas a1, a2, a3 y a4.
Un módulo M1 12, tiene como objeto limitar el
tráfico hacia una fuente dada con el fin de controlar la congestión
colectiva y la repartición del acceso entre las fuentes de
sub-red.
Para un destino D dado, se fija un límite
L_{máx,x,d} a partir:
- -
- del flujo de la línea de acceso (L_{máx,x,d} < flujo de la línea de acceso);
- -
- del módulo M2 14, que busca el mejor valor actual de L_{máx,x,d};
- -
- de parámetros de configuración.
Este flujo L_{máx,x,d} debe ser repartido entre
las fuentes activas de la sub-red. Para hacer esto,
el módulo M1 puede utilizar:
- -
- una medición local instantánea de los flujos D_{s,d} para cada una de las fuentes;
- -
- reservas dinámicas de flujo R_{s,d} efectuadas para todas, o parte de, las fuentes;
- -
- datos estáticos de configuración (por ejemplo, el flujo de la línea de acceso, un límite fijado mediante abono con el operador de la red de acceso, una ponderación a priori, etc.).
Un principio posible consiste, para el destino D,
en comunicar a cada una de las fuentes un primer valor
L_{máx,s,d} que la fuente S no puede exceder para enviar
informaciones al destino D (programación de un limitador 10).
Con preferencia, para un destino D dado, el
módulo de control M1 12 incluye las etapas siguientes:
- -
- fijar un límite L_{máx,x,d} a partir de, por una parte, el flujo de la línea de acceso, y por otra parte, del módulo M2 14;
- -
- repartir el límite L_{máx,x,d} entre las fuentes activas de sub-red según las mediciones locales e instantáneas de los flujos D_{s,d} para cada una de las fuentes, las reservas dinámicas de flujo R_{s,d} efectuadas para todas, o parte de, las fuentes, los datos estadísticos de configuración;
- -
- transmitir a cada fuente S el primer valor límite L_{máx,s,d} de flujo hacia el destino D.
Si en un momento dado, o por construcción de la
red de acceso 6, el punto de congestión colectiva hacia el destino
D, no es la línea de acceso de dicha red de acceso 6, el flujo
máximo utilizable es inferior al de la línea de acceso en el
destino D. Además, en este caso, existen muchas posibilidades de que
este flujo máximo sea variable en el tiempo, por ejemplo porque se
debe a una etapa de concentración en la que no intervienen otras
fuentes que no pertenecen a la sub-red.
Resulta por tanto necesario encontrar y adaptar
dinámicamente el límite L_{máx,x,d} que ha de ser utilizado por
el módulo M1 12. Ésta es la función del módulo M2 14, utilizado en
cada uno de los destinos.
El principio de descubrimiento de este límite,
consiste en considerar la relación:
CALIDAD DE SERVICIO =
F(CARGA
COLECTIVA)
Una carga demasiado importante, conduce a una
degradación de los parámetros de Calidad de Servicio (retardo,
oscilación periódica, pérdidas). Una carga demasiado baja, conduce
a una mala utilización de la red de acceso, con el consiguiente
desperdicio de recursos costosos.
La Figura 4 proporciona el trazado típico de una
función de este tipo.
Se identifican 3 zonas:
- Zona 1: la calidad de servicio es relativamente independiente del flujo; el acceso no está congestionado y está probablemente sub-utilizado;
- Zona 2: la calidad de servicio comienza a degradarse significativamente con el flujo; el acceso está en el límite de congestión;
- Zona 3: la calidad de servicio se degrada fuertemente con un pequeño aumento del flujo. El acceso está congestionado.
El punto de equilibrio ideal está en la zona 2:
fuerte flujo de acceso y calidad de servicio controlada.
El módulo M2 14 efectúa periódicamente:
- -
- un cálculo de un valor ponderado entre las fuentes para cada uno de los diferentes parámetros de calidad de servicio (retardo ponderado, oscilación periódica ponderada, pérdidas ponderadas);
- -
- una determinación de la curva de los valores ponderados en función de la carga medida D_{x,d}. Esta búsqueda se hace a partir de las mediciones instantáneas, y puede necesitar que se haga variar el límite L_{máx,x,d} en torno a un punto de funcionamiento provisional, para obtener una mejor visibilidad sobre las funciones;
- -
- una fijación de un límite L_{máx,x,d} en función de las curvas y de umbrales parametrables, en especial para la calidad de servicio (por ejemplo, retardo máximo, o pérdida máxima).
Si en un momento dado, el primer flujo permitido
L_{máx,s,d} entre la fuente S y el destino D, conduce a una
degradación de los flujos procedentes de esta fuente (por ejemplo,
debido a que la red de acceso 6 de la fuente S hacia la red de
tránsito 4 entra en congestión), esta fuente debe limitar su flujo o
se producirá una degradación de la calidad.
Se hace así necesario encontrar y adaptar
dinámicamente el límite para el flujo D_{s,d} entre la fuente S y
el destino D. Ésta es la función del módulo M3 16, utilizado en
cada una de las fuentes.
Un método que puede ser utilizado para el módulo
M3 16, es similar al descrito para el módulo M2 14. Se determinan
valores límites de flujo hacia cada destino L_{máx,s,d}, en los
límites proporcionados eventualmente por reservas dinámicas de
flujo R_{s,d} efectuadas hacia todos, o parte de, los destinos,
de los datos estáticos de configuración y del flujo de la línea de
acceso. Estos valores límite de flujo se determinan a partir de la
curva de valores de Calidad de Servicio hacia cada destino en
función de la carga medida globalmente D_{s,x} y hacia cada
destino D_{s,d}.
Un módulo M5 17 dirige los medios de
clasificación 8 y los medios de control 10 del flujo fijando
dinámicamente el valor del limitador 10 de la fuente S en función
de los valores procedentes de los módulos M1 12 y M3 16.
La Figura 5 ilustra un ejemplo de red en la que
se utiliza el procedimiento.
La Figura 6 proporciona un ejemplo de
determinación del límite de flujo L_{máx,s,d} óptimo en función
del posicionamiento relativo del límite L_{2,máx,s,d} determinado
por el módulo M3 16, y del límite L_{1,máx,s,d} permitido por el
módulo M1 12.
La elección del flujo óptimo depende de los
objetivos de calidad de servicio para los flujos considerados.
El método puede tener también en cuenta un
criterio global en la emisión de la fuente, calculando una función
ponderada de los parámetros de Calidad de Servicio para el conjunto
de los flujos de emisión (en efecto, si tiene lugar la congestión
individual en la red de acceso 6 a la red de tránsito 4, participan
todos los flujos emitidos por la fuente).
En este caso, se busca en un primer momento cuál
es el mejor valor para el límite del flujo global de emisión
L_{máx,s,x}, que conducirá a programar un limitador 10 global de
emisión, y a continuación se realiza una búsqueda del mejor flujo
L_{máx,s,d} hacia cada destino D, que conducirá a programar un
limitador 10 individual para los flujos hacia cada destino.
La Figura 5 ilustra un procedimiento de
optimización según la invención en una red de transmisión de flujo
de datos en modo paquete.
El dispositivo destinado a poner en práctica este
procedimiento incluye:
- -
- medios 20 para medir el retardo absoluto de transferencia, la oscilación periódica, el flujo de datos intercambiados y las pérdidas entre cada fuente S y cada destino D;
- -
- medios para repartir, para cada destino D, el flujo máximo L_{máx,x,d} entre las diferentes fuentes;
- -
- medios para determinar dinámicamente, para cada destino D, el límite del punto de congestión de la red de acceso 6 que optimiza el flujo máximo L_{máx,x,d};
- -
- medios para determinar dinámicamente para cada fuente S, el límite del punto de congestión de la red de acceso 6 globalmente y hacia cada destino;
- -
- medios para determinar, para cada fuente S, el efecto de la congestión de la red de tránsito 4;
- -
- medios de clasificación de los paquetes de datos emitidos en función de su destino y de la calidad de servicio requerida;
- -
- medios de control del flujo;
- -
- medios de dirección de los citados medios de clasificación y de los citados medios de control, y
- -
- medios de selección de la red entre cada fuente S y cada destino D.
La Figura 7 describe una disposición de medios de
control 10 de flujo constituida por limitadores globales y
limitadores por destino a la salida de cada fuente.
La red de tránsito 4 tiene igualmente un impacto
sobre la calidad de servicio de los flujos entre fuentes y
destinos. En hipótesis, esta calidad no está correlacionada con el
flujo de las fuentes.
Este impacto varía en el tiempo (por ejemplo, en
función del ciclo de actividad de los usuarios: día/noche., horas
punta, etc.), a una velocidad lenta con relación a la de los
fenómenos de congestión colectiva e individual.
Es importante conocer la Calidad de Servicio
intrínseca a la red de tránsito 4, en particular para determinar la
mejora Calidad de Servicio global que se puede alcanzar desde
Fuente a Destino, y para afinar los resultados de los módulos M1
12, M2 14, y M3 16. El conocimiento de esta calidad de servicio se
proporciona por medio de un módulo M4 22, el cual establece un
diagnóstico sobre la calidad de servicio entre la fuente S y cada
destino Di con el fin de dirigir el seleccionador 24 para orientar
todo o parte del tráfico hacia otra red.
Como la calidad de servicio final no puede
exceder a la de la red de tránsito, se tienen los casos siguientes,
con relación a un objetivo de calidad dado:
- 1.
- Calidad del tránsito suficientemente superior al objetivo: los módulos de optimización M1 12, M2 14 y M3 16 son eficaces;
- 2.
- Calidad del tránsito inferior o muy próximo al del objetivo: los módulos de optimización M1 12, M2 14 y M3 16 no son suficientes para alcanzar este objetivo. Hará falta, así, eventualmente adoptar otras disposiciones.
En el caso en que la cantidad de tráfico que se
debe hacer circular, los métodos de optimización, es decir, la
calidad propia de la red de tránsito 4, no permitan obtener una
calidad de servicio suficiente, se podrían utilizar otras redes 26
de comunicación entre fuentes y destinos, dirigiendo el
seleccionador 24, por ejemplo:
- -
- la utilización en el mismo enlace de acceso de un servicio de mejor calidad a un precio superior;
- -
- un acceso a otro operador de servicio (en lugar del, o además del, primero);
- -
- una conexión directa (por ejemplo, a través de la red telefónica).
El conocimiento preciso de la calidad que es
posible obtener, permite así gestionar los compromisos de calidad /
precio según criterios apropiados a los usuarios.
Claims (12)
1. Procedimiento de optimización dinámica de la
calidad de servicio en una red de transmisión de datos (2) en modo
paquete, incluyendo la citada red (2) una pluralidad de fuentes Si
y una pluralidad de destinos Di conectados a una red de tránsito
(4) a través de una pluralidad de redes de acceso (6), siendo cada
fuente susceptible de enviar un flujo máximo L_{máx,s,x}, y siendo
cada destino susceptible de recibir un flujo máximo L_{máx,x,d},
incluyendo cada una de las citadas fuentes un medio de
clasificación (8) y de control (10) del flujo de datos emitido,
estando el procedimiento caracterizado porque incluye las
etapas siguientes:
- a)
- - medir el retardo absoluto de transferencia, la oscilación periódica, el flujo de dichos datos intercambiados y las pérdidas entre cada fuente S y cada destino D, y efectuar las sub-etapas siguientes en función de las mediciones obtenidas en esta etapa a):
- a1)
- - para cada destino D, repartir el flujo máximo L_{máx,x,d} entre las diferentes fuentes;
- a2)
- - para cada destino D, determinar dinámicamente el límite del punto de congestión de la red de acceso (6) que optimiza el flujo máximo L_{máx,x,d},
- a3)
- - para cada fuente S, determinar dinámicamente, el límite del punto de congestión de la red de acceso (6) que optimiza el flujo máximo global L_{máx,s,x}, y el flujo máximo hacia cada destino L_{máx,s,d},
- a4)
- - para cada fuente S, determinar el efecto de la congestión de la red de tránsito (4), y
- b)
- - dirigir los medios de clasificación (8) y de control (10) de flujo en función de los resultados de las sub-etapas a1, a2, a3 y a4.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que
se caracteriza porque, para un destino D dado, la etapa a1)
incluye las operaciones siguientes:
- -
- fijar el flujo L_{máx,x,d} a partir de, por una parte, el flujo de la línea de acceso, y por otra parte, la etapa a2;
- -
- repartir el citado flujo máximo L_{máx,x,d} entre las fuentes activas, con el fin de definir para cada fuente, un primer valor de flujo máximo L_{máx,s,d}, siendo efectuada la citada repartición tomando en consideración datos de configuraciones y de eventuales reservas dinámicas de flujo R_{s,d} en todas o en parte de las fuentes,
- -
- transmitir hacia cada una de las fuentes, el citado primer valor L_{máx,s,d}.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, que
se caracteriza porque la etapa a2) incluye las operaciones
siguientes:
- -
- Calcular un primer valor de retardo que represente una ponderación de retardo entre cada una de las fuentes y el citado destino;
- -
- Calcular un primer valor de oscilación periódica que represente una ponderación de oscilación periódica entre cada una de las fuentes y el citado destino;
- -
- Calcular un primer valor de pérdidas que represente una ponderación de las pérdidas entre cada una de las fuentes y el citado destino;
- -
- Determinar la curva de estos valores ponderados en función del flujo recibido por este destino;
- -
- Fijar un valor de flujo máximo L_{máx,x,d} en función de las citadas curvas.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, que
se caracteriza porque la etapa a3) incluye las operaciones
siguientes:
- -
- Calcular un primer valor de retardo que represente una ponderación de retardo entre la citada fuente y cada uno de los citados destinos;
- -
- Calcular un primer valor de oscilación periódica que represente una ponderación de oscilación periódica entre la citada fuente y cada uno de los citados destinos;
- -
- Calcular un primer valor de pérdidas que represente una ponderación de las pérdidas entre la citada fuente y cada uno de los citados destinos;
- -
- Determinar la curva de estos valores ponderados en función del flujo emitido por la citada fuente;
- -
- Fijar un valor de flujo de dicho máximo global L_{máx,s,x} y un segundo valor de flujo máximo por dirección L_{máx,s,d} en función de las citadas curvas, del flujo de la línea hacia la red de acceso, de datos de configuraciones y de eventuales reservas dinámicas de flujo R_{s,d} hacia todos, o parte de, los destinos.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza porque, para cada
uno de los citados destinos, la etapa a4) incluye las operaciones
siguientes:
- -
- comparar las mediciones de retardos, oscilación periódica, pérdidas y flujo, y los resultados de las etapas a1), a2) y a3), con valores de retardo, oscilación periódica, pérdidas y flujo predefinidos;
- -
- establecer un diagnóstico sobre la calidad de servicio en función de esta comparación.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, que se caracteriza porque incluye,
además, una etapa consistente en transmitir al medio de control 10
del flujo, el valor más pequeño entre los citados primer y segundo
valores de flujo máximo L_{máx,s,d}, así como el valor de flujo
global máximo L_{máx,s,x}.
7. Dispositivo de optimización dinámica de la
calidad de servicio en una red de transmisión de datos (2) en modo
paquete, incluyendo la citada red (2) una pluralidad de fuentes Si
y una pluralidad de destinos Di conectados a una red de tránsito
(4) por medio de una pluralidad de redes de acceso (6), siendo cada
fuente susceptible de enviar un flujo máximo L_{máx,s,x}, y siendo
cada destino susceptible de recibir un flujo máximo L_{máx,x,d},
incluyendo cada una de las citadas fuentes un medio de
clasificación y de control del flujo de datos emitido, estando el
citado dispositivo caracterizado porque incluye:
- -
- medios para medir el retardo absoluto de transferencia, la oscilación periódica, el flujo de datos intercambiados, y las pérdidas entre cada fuente S y cada destino D;
- -
- medios para repartir, para cada destino D, el flujo máximo L_{máx,x,d} entre las diferentes fuentes;
- -
- medios para determinar dinámicamente, para cada destino D, el límite del punto de congestión de la red de acceso (6) que optimiza el flujo máximo L_{máx,x,d};
- -
- medios para determinar dinámicamente, para cada fuente S, el límite del punto de congestión de la red de acceso (6) globalmente y hacia cada destino;
- -
- medios para determinar, para cada fuente S, el efecto de la congestión de la red de tránsito (4);
- -
- medios de clasificación de los paquetes de datos emitidos;
- -
- medios de control de flujo, y
- -
- medios de selección de la red para cada fuente hacia cada destino.
8. Dispositivo según la reivindicación 7, que se
caracteriza porque incluye, además, un módulo M1 (12),
encargado de determinar dinámicamente un primer flujo máximo de
información L_{máx,s,d} que una fuente S puede enviar hacia un
destino D; un módulo M2 (14), encargado de determinar dinámicamente
el flujo máximo L_{máx,x,d} que el destino D puede recibir para
tener una utilización óptima de la línea de acceso, todo ello
controlando la Calidad de Servicio; un módulo M3 (16), encargado de
determinar dinámicamente el flujo global máximo L_{máx,s,x} y un
segundo flujo máximo L_{máx,s,d} que la fuente S puede emitir
hacia cada D para tener una utilización óptima de la línea de
acceso, todo ello controlando la Calidad de Servicio; un módulo M4
(22) encargado de determinar dinámicamente las características de
la red de tránsito (4) y de dirigir un seleccionador (24) de red, y
un módulo M5 (17), que dirige los medios de clasificación (8) y los
medios de control (10) del flujo, fijando dinámicamente el valor de
limitadores (10) de la fuente S en función de los valores
provenientes de los módulos M1 (12) y M3 (16).
9. Dispositivo según la reivindicación 7, que se
caracteriza porque los parámetros dinámicos a la entrada del
módulo M1 (12), son:
las mediciones de flujo
- -
- los valores de reserva de flujo R_{s,d} entre cada fuente S y el destino D;
- -
- el valor máximo L_{máx,x,d} que el destino D puede recibir del conjunto d e fuentes Si, tal como el determinado por el módulo M2 (14).
10. Dispositivo según la reivindicación 7, que se
caracteriza porque el módulo M2 (14) calcula, a partir de
las mediciones de Calidad de Servicio, las variables de Calidad de
Servicio ponderadas entre todas las fuentes Si, y deduce el flujo
máximo L_{máx,x,d} que el destino D puede recibir desde la red
(2).
11. Dispositivo según la reivindicación 8, que se
caracteriza porque el módulo M3 (16) recibe el primer valor
L_{máx,s,d} desde el módulo M1 de cada destino D y calcula, a
partir de las mediciones de Calidad de Servicio, las variables de
Calidad de Servicio ponderadas entre todos los destinos Di, y
proporciona el flujo máximo L_{máx,s,x} que la fuente S puede
emitir hacia la red (2), y los segundos valores de flujo máximo
L_{máx,s,d} que la fuente S puede emitir hacia cada destino
D.
12. Dispositivo según la reivindicación 7, que se
caracteriza porque el módulo M4 (22) establece un
diagnóstico sobre la calidad de servicio entre la fuente S y cada
destino D con el fin de dirigir el seleccionador (24) para orientar
todo o parte del tráfico hacia otra red (26).
Applications Claiming Priority (2)
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