ES2236461T3 - Control de admision para recursos en una red de acceso. - Google Patents
Control de admision para recursos en una red de acceso.Info
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Abstract
Un método para entregar sobre una red de acceso una cadena de datos que requiere un ancho de banda particular y una calidad de servicio particular, cuyo método comprende la etapa de proveer una pluralidad de circuitos virtuales capaces de cumplir unos requisitos de ancho de banda y de calidad de servicio entre una pluralidad de usuarios acoplados a dicha red de acceso, y un servidor de acceso de dicha red de acceso acoplado a un proveedor de contenido que puede funcionar para entregar dicha cadena de datos, caracterizado porque, después que un usuario particular ha solicitado dicha cadena de datos de dicho proveedor de contenido, y si dicho usuario particular carece de soporte para negociar o acusar recibo de dicho ancho de banda particular a través de dicha red de acceso con dicha calidad de servicio particular, dicho método comprende además las etapas de: - identificar, en una unidad central de control de dicha red de acceso, un circuito virtual de entre dicha pluralidad de circuitos virtuales capaces de garantizar dicha calidad de servicio particular entre el mencionado usuario particular y dicho servidor de acceso, - comprobar, en dicha unidad central de control, si dicho circuito virtual puede transportar dicho ancho de banda particular, - de acuerdo con el resultado de dicha etapa de comprobación, permitir que dicha cadena de datos se entregue sobre dicho circuito virtual al citado usuario particular, o no permitir que dicha cadena de datos sea entregada a dicho usuario particular.
Description
Control de admisión para recursos en una red de
acceso.
El presente invento se refiere a un método para
entregar sobre una red de acceso una cadena de datos que requiere
un ancho de banda particular y una calidad particular de servicio,
según se describe en el preámbulo de la reivindicación 1, y a una
red de acceso en la que se aplica el método, como se describe en el
preámbulo de la reivindicación 7.
Dicho método ya es conocido en la técnica, por
ejemplo, a partir del documento titulado "Especificación sobre
administración de tráfico", publicado por el comité técnico
del foro ATM en marzo de 1999, versión 4.1, referencia
AF-TM-0121.000. En el mencionado
documento, se describe un método para lograr objetivos de
rendimiento en una red de Modo de Transferencia Asincrónica (en
adelante ATM) y para proteger la red contra la congestión de
tráfico.
La patente de EE.UU. US5953338A de Northern
Telecom. Limited describe una red de ATM en la que cada conmutador
de ATM tiene un módulo CAC para determinar si se puede conectar una
conexión virtual (VP, VC) a través de ese conmutador particular de
ATM.
Una red de acceso es la parte de una red de
comunicaciones de datos que conecta los abonados a la red de
núcleo. La red de acceso se puede superponer sobre una red
establecida tal como la Red Pública de Teléfonos Conmutados (en
adelante PSTN) típicamente en las pocas millas últimas de la PSTN
para servir a abonados residenciales ligeramente dispersos. El
compromiso está en conseguir las máximas proporciones de
concentración de tráfico a través de la red de acceso, es decir,
menos equipo y menos líneas arrendadas, garantizando al mismo
tiempo a los abonados las mejores prestaciones de la red.
El ATM es una tecnología candidata para el
estrato de transporte entre el abonado y la red de núcleo. Se trata
de una técnica de transporte basada en celdas y orientada en
conexiones y está destinada a soportar una amplia variedad de
servicios y aplicaciones. En las instalaciones del abonado, un
Equipo de Comunicación de Datos (en adelante DCE) corta el tráfico
ascendente de un Equipo Terminal de Datos (en adelante DTE)
fraccionándolo en bloques de datos, encapsula los bloques de datos
en celdas de ATM y transmite las celdas de ATM sobre la Interfaz de
Red de Usuario (en adelante UNI). Las celdas de ATM se transportan
sobre una conexión virtual, que se configura a través de la red de
acceso entre el DCE y un nodo de borde de la red de acceso acoplado
a la red de núcleo. El nodo de borde extrae el tráfico ascendente
de las celdas de ATM y lo transmite sobre la red de núcleo. En el
sentido contrario, el nodo de borde encapsula el tráfico
descendente de la red de núcleo en celdas de ATM y lo transmite
sobre la conexión virtual apropiada. El nodo de borde podría
utilizarse también como:
- -
- un elemento de red de la red de acceso que se acople a la PSTN, tal como un portal de acceso de voz,
- -
- un elemento de red de la red de acceso que aloja a un proveedor de servicios o que se acopla a un proveedor de servicios a través de una red de área local (en adelante LAN),
o cualquier alternativa conocida
por los expertos en la
técnica.
El ATM define un esquema de conexión por
categorías en dos niveles:
- -
- el canal virtual (en adelante VC) es una conexión entre dos sistemas extremos para un servicio o aplicación específicos;
- -
- el camino virtual (en adelante VP) es una conexión entre dos nodos de red que transporta un gran número de VC simultáneos.
Una conexión se puede iniciar por cualquiera de
los dos sistemas extremos implicados en la conexión, o bien puede
proveerse por un tercero, tal como un administrador de red. En este
caso, a la conexión se hace referencia como canal virtual permanente
(en adelante PVC) o camino virtual permanente (en adelante
PVP).
El modo de funcionamiento orientado a conexión
permite a la red comprobar si existen bastantes recursos
disponibles para una conexión, y entonces comprometer alguna Calidad
de Servicio (en adelante QoS) para esa conexión. El ancho de banda
y la QoS requeridos para una conexión se gestionan en el momento del
establecimiento de la conexión. La red puede reservar de la misma
los recursos apropiados para esta conexión. La red garantiza que
solamente se producirá la congestión de los recursos de la red con
una probabilidad muy pequeña predeterminada.
Un objeto del método conocido es cumplir los
requisitos de ancho de banda y de QoS a través de una red de ATM.
Otro objeto es promover el uso eficiente de los recursos de la
red.
En una fase preliminar del método conocido, se
define un conjunto de parámetros para describir los requisitos de
ancho de banda y de QoS.
Los requisitos de ancho de banda se expresan por
medio de elementos descriptivos de tráfico que caracterizan la forma
en que una fuente puede transmitir celdas sobre la red. La máxima
velocidad de celda (en adelante PCR) define la máxima velocidad de
celda que puede alcanzar una fuente. En el caso de una velocidad de
celda que fluctúe (por ejemplo, debido a un algoritmo de compresión
de señales de vídeo), podrían especificarse elementos descriptivos
adicionales para permitir que la red asignase recursos de una forma
más eficiente.
La calidad de servicio de una conexión está
relacionada con la pérdida de celda, con el retardo y con la
variación de retardo (también denominada fluctuación) en que
incurren las celdas transferidas sobre la conexión.
Acto seguido, se definen categorías de servicio
apropiadamente diferenciadas. Siempre que se configure una
conexión, se especifican la categoría de servicio con la que está
relacionada la conexión y los parámetros de tráfico y de QoS
relevantes para dicha categoría de servicio.
Las categorías de servicio del ATM son las
siguientes:
- -
- Categoría de servicio de velocidad de bit sin especificar (en adelante UBR),
- -
- Categoría de servicio de velocidad de bit constante (en adelante CBR),
- -
- Categoría de servicio de velocidad de bit variable en tiempo real (en adelante rt- VBR),
- -
- Categoría de servicio de velocidad de bit variable no en tiempo real (en adelante nrt- VBR),
- -
- Categoría de servicio de velocidad de bit disponible (en adelante ABR),
- -
- Categoría de servicio de velocidad de cuadro garantizada (en adelante GFR).
La categoría de servicio UBR está destinada a
aplicaciones de esfuerzo óptimo en tiempo no real, tales como la
exploración por Internet, la transferencia de archivos o el correo
electrónico.
La categoría de servicio CBR la usan las
conexiones que requieren una cantidad estática de ancho de banda
que esté disponible continuamente durante el tiempo que dure la
conexión. Esta cantidad de ancho de banda se caracteriza por el
valor de PCR. La fuente puede emitir celdas en o por debajo de la
PCR negociada ( e incluso puede estar silenciosa) en cualquier
instante y para cualquier duración, y los compromisos de QoS
todavía subsisten. El servicio CBR está destinado a aplicaciones en
tiempo real que requieren un retardo, una variación de retardo y
una proporción de pérdidas de celdas fuertemente restringidos,
tales como canalización de vídeo o de Voz sobre IP (en adelante
VoIP).
Para más detalles acerca de las restantes
categorías de servicio y del conjunto de parámetros relevantes para
cada categoría, referirse a la especificación anteriormente
mencionada.
En una etapa adicional del método conocido, se
especifican mecanismos para administrar y controlar el tráfico y la
congestión en redes de ATM. Estos mecanismos son los
siguientes:
- -
- Control de admisión de conexión (en adelante CAC), que se define como el conjunto de acciones tomadas por la red durante la fase de configuración de la conexión, para determinar si una solicitud de conexión se puede procesar o debería rechazarse de acuerdo con los recursos de la red que permanecen disponibles para esa conexión,
- -
- Control de utilización de parámetros (en adelante UPC), que se define como el conjunto de acciones tomadas por la red para vigilar y, posiblemente, hacer cumplir el contrato de tráfico en la UNI,
- -
- Control de parámetro de red (en adelante NPC), que se define como el conjunto de acciones tomadas por la red para vigilar y, posiblemente, hacer cumplir el contrato de tráfico en la interfaz de nodo de red (en adelante NNI).
- -
- Centro de realimentación, que se define como el conjunto de acciones tomadas por la red y por los sistemas extremos para ajustar el tráfico presentado en una conexión de ATM de acuerdo con el estado de los elementos de red a lo largo de esa conexión,
- -
- Control de prioridad de pérdida de celda (en adelante CLP), que permite a la red descartar algunas celdas de prioridad inferior para proteger, en lo posible, los objetivos de QoS de celdas de mayor prioridad,
- -
- Conformación de tráfico, usado para lograr una modificación deseada a las características de tráfico de una conexión.
El objetivo principal de los mecanismos UPC y NPC
es proteger a los recursos de red contra comportamientos
maliciosos, así como malintencionados, que pueden afectar a la QoS
de otras conexiones establecidas. Esta protección se consigue
mediante la detección de violaciones de los parámetros de tráfico
negociados y la ejecución de acciones apropiadas, tales como
descartar celdas.
La mayor parte de las redes de acceso basadas en
el ATM hacen uso de los PVC para conectar un DCE de abonado a un
nodo de borde de la red de acceso. En realidad, la bases instaladas
de los DCE de abonado son en su mayor parte incapaces de configurar
una conexión de ATM por sí solas. Carecen de importantes
características del ATM (no tienen canal de señalización, etc) así
como de las partes necesarias de información (no tienen datos de
acceso de ATM, etc.).
Un abonado se abastece de tantos PVC como clases
de servicio haya a soportar para ese abonado. A cada PVC se le
asigna una categoría de servicio apropiada de acuerdo con el método
conocido.
Una deficiencia del método conocido es la
integración muy poco firme entre los PVC que se superponen sobre la
red de acceso y están destinados a transportar una cantidad de
tráfico a través de la red de acceso con una QoS, y los estratos más
altos de comunicación a los que se presenta tráfico. El tráfico
presentado sobre una conexión virtual no necesita necesariamente
conformarse al contrato de tráfico de ATM de esa conexión virtual.
Si la carga real de tráfico va más allá del ancho de banda
provisto, un mecanismo UPC ó NPC comenzará descartando celdas de ATM
con independencia del servicio al que se refieren las celdas de ATM.
Por consiguiente, la entrega de un nuevo servicio sobre una
conexión sin una comprobación adicional puede alterar la integridad
de servicios actuales entregados sobre esa conexión.
Un objeto del presente invento es perfeccionar la
integridad de servicio mediante el control del derecho para una
petición de servicio a usar los recursos de red que se hayan
provisto para su clase de servicio.
De acuerdo con el invento, este objeto se logra
mediante el método definido en la reivindicación 1 y mediante la
red de acceso definida en la reivindicación 7.
Cuando quiera que un abonado solicite un servicio
que requiere un ancho de banda predeterminado a través de una red
de acceso con una QoS predeterminada, el servicio se concede o se
deniega de acuerdo con los recursos de la red de acceso que
permanecen disponibles para entregar dicho servicio a dicho abonado
con la citada calidad de servicio.
En primer lugar, se identifica la conexión
virtual (o conexiones virtuales) que se hayan provisto a través de
la red de acceso para esa clase de servicio y ese abonado. La etapa
de identificación comprende las etapas de:
- -
- identificar el nodo de borde de la red de acceso a través del cual se entrega dicho servicio a dicho abonado,
- -
- convertir las capacidades de transferencia de datos, según sea requerido por dicho servicio con respecto a la red de comunicación de datos, en capacidades de transferencia de datos, según sea requerido por dicho servicio con respecto a la red de acceso,
- -
- recuperar la configuración de la red de acceso,
- -
- identificar cuál (o cuáles) de las conexiones virtuales que se han provisto entre dicho abonado y el nodo de borde así identificado soporta las capacidades de transferencia de datos así convertidas.
A continuación, se comprueba si la conexión
virtual (o las conexiones virtuales) pueden transportar el ancho de
banda requerido con la QoS requerida manteniendo al mismo tiempo la
QoS acordada con los servicios que ya comparten esa conexión
virtual.
De acuerdo con el resultado de la comprobación, a
dicho abonado se le concede o se le deniega dicho servicio.
Mediante la comprobación, tras la solicitud de
servicio, de si una red de acceso puede acomodar una cantidad
adicional de tráfico, se puede superar el exceso de provisión de los
recursos de red. En el método conocido, el ancho de banda y la
categoría de servicio de un PVC se determinan a partir de un acuerdo
de nivel de servicio entre el abonado y el operador. Se asignan a un
PVC los recursos necesarios de red para transportar en cualquier
momento y por cualquier duración el volumen de tráfico acordado con
el abonado y comprometido por el operador, aún cuando ese PVC pueda
no estar activo, es decir, pueda no transportar tráfico alguno. Una
alternativa sería definir solamente canales PVC de UBR, como
predominantes en la mayoría de las redes de acceso. Sin embargo, los
PVC de UBR están destinados para el tráfico de óptimo esfuerzo, y
por tanto son inútiles para aplicaciones de red que requieran
compromisos de QoS para los datos transferidos a través de la red de
acceso.
Se pueden considerar varias realizaciones que
desarrollen la optimización de los recursos de red en una red de
acceso a través de la cual se han suministrado conexiones virtuales
para cumplir requisitos de tráfico y de QoS, mientras que al mismo
tiempo se perfecciona la integridad de los servicios entregados
sobre esas conexiones virtuales.
Tres de ellas se definen en las reivindicaciones
2 y 8, 3 y 9, y 4 y 10 respectivamente.
En la primera realización (reivindicaciones 2 y
8), se destina la capacidad de la conexión virtual así identificada
para que transporte el ancho de banda requerido con la QoS
requerida, con tal que haya recursos suficientes disponibles en la
red de acceso para hacerlo, o, alternativamente, con tal que el CAC
de los elementos de red a través de los cuales se ha establecido la
conexión virtual conceda la autorización para hacerlo. Se puede, o
bien proveer un ancho de banda adecuado para esa conexión virtual,
o bien ajustar los parámetros del mecanismo de administración y
control para permitir que más celdas crucen la UNI y la NNI.
Ajustándose con más aproximación a la demanda real de tráfico, se
puede transportar más tráfico a través de la red de acceso de lo
que se podría si las conexiones virtuales se dejasen como se
habían
provisto inicialmente.
provisto inicialmente.
En las realizaciones segunda y tercera
(reivindicaciones 3 y 9, 4 y 10 respectivamente), se provee un
camino a través de la red de acceso, sobre el que se multiplexan un
número de conexiones virtuales. El camino se provee entre el nodo
al que están conectados los abonados y el nodo de borde, o entre
cualesquiera nodos intermedios.
Un camino sirve para cualquier cantidad de ancho
de banda que conecta un elemento de red de la red de acceso a otro
elemento. Podría ser simplemente un enlace de conexión física o una
división lógica del mismo. También podría ser un camino conectado
transparentemente en cruz a través de la red de acceso, tal como un
PVP en una red de ATM.
El ancho de banda provisto para el camino se
determina a partir de una carga de tráfico prevista. La suma de los
anchos de banda provistos para cada conexión virtual podría exceder
al ancho de banda provisto para el camino, introduciendo de ese
modo una probabilidad no cero para una conexión virtual, con lo que
no se consigue el ancho de banda para el que se ha provisto.
La multiplexación se puede distribuir:
- -
- en la segunda realización (reivindicaciones 3 y 9), las conexiones virtuales se agregan entre sí sobre el camino, inhabilitándose preliminarmente los medios de CAC con el fin de agregar más conexiones virtuales que tengan ancho de banda disponible,
- -
- en la tercera realización (reivindicaciones 4 y 10), una conexión virtual se conecta dinámicamente al camino cuando se concede el primer servicio a entregar sobre esa conexión, y se desconecta dinámicamente cuando se completa el último servicio concedido.
En ambas realizaciones, se identifica
adicionalmente el camino sobre el que se multiplexa la conexión
virtual así identificada, y a continuación se comprueba si el
camino así identificado puede transportar el ancho de banda
requerido con la QoS requerida manteniendo al mismo tiempo la QoS
acordada con los abonados que ya comparten ese camino. Esta etapa
de comprobación adiciona es un requisito para preservar la
integridad de los servicios entregados sobre el camino.
En las reivindicaciones 5 y 6 se define otra
realización que caracteriza el presente invento. El ancho de banda
provisto para el camino se determina de acuerdo con una ley
estadística de tráfico, dados un número de conexiones virtuales
multiplexadas sobre el camino, una carga de tráfico estimada o
medida, y una probabilidad de denegación de servicio. Y
recíprocamente, un camino puede también conseguir un ancho de banda
predeterminado, tal como el impuesto por un enlace físico.
Entonces, se determina el número de conexiones virtuales que se han
multiplexado sobre el camino de acuerdo con una ley de tráfico,
dados dicho ancho de banda predeterminado, una carga de tráfico
estimada o medida por usuario, y una probabilidad de denegación de
servicio. La ley de tráfico podría ser, por ejemplo, la ley de
Erlang, que supone una distribución de Poisson de la utilización de
la red sobre los abonados.
Debe hacerse notar que el término "que
comprende", usado en las reivindicaciones, no deberá
interpretarse como restringido a los medios listados después del
mismo. Así, el alcance de la expresión "un dispositivo que
comprende medios A y B" no deberá limitarse a dispositivos que
consistan únicamente en dos componentes A y B. Simplemente, la
expresión quiere decir que los únicos componentes relevantes del
dispositivo son A y B.
Similarmente, hay que hacer notar que el término
"acoplado", usado también en las reivindicaciones, no deberá
interpretarse como restringido solamente a conexiones directas.
Así, el alcance de la expresión "un dispositivo A acoplado a un
dispositivo B" no debe limitarse a dispositivos o sistemas en los
que una salida del dispositivo A se conecta directamente a una
entrada del dispositivo B. Simplemente, la expresión quiere decir
que existe un camino entre una salida de A y una entrada de B que
puede ser un camino que incluye otros dispositivos o medios.
Los anteriores y otros objetos y características
del invento resultarán más aparentes, y el propio invento se
comprenderá mejor, refiriéndose a la siguiente descripción de una
realización, tomada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los
que:
- la Figura 1 representa una red de acceso ACCESS
de acuerdo con el invento, y
- la Figura 2 representa las conexiones virtuales
a través de la red de acceso ACCESS para entregar una señal de
vídeo a petición con una QoS garantizada.
En una realización preferida del presente
invento, la red de acceso ACCESS es una red de comunicación de
datos basada en el ATM que conecta una pluralidad de abonados USR1
a USRN a una red de núcleo CORE. La red de núcleo CORE es parte de
una red de comunicación de datos basada en IP, tal como la
Internet.
La red de acceso ACCESS comprende los siguientes
elementos distintos de red:
- -
- un nodo de acceso ANOD,
- -
- un nodo de borde ENOD.
La red de acceso ACCESS comprende además:
- -
- un controlador de recursos de acceso ARC,
- -
- un administrador de red NM.
Los abonados USR1 a USRN están acoplados al nodo
de acceso ANOD. En las respectivas instalaciones del abonado, por
ejemplo en la USRi, siendo i un número entero de 1 a N, un TERMi
de DTE, tal como un ordenador personal, está acoplado a un MODEMi
de DCE, tal como un módem de línea digital de abonado (en adelante
DSL). El MODEMi de DCE se acopla a través de una línea de
transmisión, tal como un par de conductores de cobre trenzado sin
blindar, a la red de acceso ANOD.
El nodo de acceso ANOD está acoplado a los nodos
de borde ENOD. Los nodos de borde ENOD se acoplan a la red de
núcleo CORE, lo mismo que el controlador de recursos de acceso ARC.
El administrador de recursos NM se acopla a los elementos de red de
la red de acceso ACCESS, que incluyen- pero sin carácter limitativo
- los elementos de red ANOD y ENOD.
El nodo de acceso ANOD acomoda las filas de
protocolos aplicables a los planes de tráfico, planes de
señalización y planes de administración que terminen en - o se
retransmiten entre - cualquiera de sus puertos físicos, así como
todos los componentes de hardware necesarios para que funcionen
estos planes.
Más específicamente, y con respecto al alcance
del presente invento, el nodo de acceso ANOD acomoda una pluralidad
de puertos físicos de entrada/salida (en adelante I/O) destinados a
terminar una señal eléctrica de una línea de abonado, tal como una
señal de DSL, y una pluralidad de puertos físicos de I/O destinados
a terminar una señal eléctrica u óptica procedente de un elemento de
red de la red de acceso ACCESS, tal como una señal óptica
STM-1. El nodo de acceso ANOD comprende un conjunto
de conmutadores de ATM para conmutar celdas de ATM desde cualquier
canal virtual entrante de ATM hasta cualquier canal virtual
saliente de ATM. El nodo de acceso ANOD acomoda los medios
necesarios de puesta en cola en los puertos de salida de ATM. Para
cumplir los requisitos de QoS del ATM, el nodo de acceso ANOD
implementa una política adecuada de programación de celdas en
asociación con funciones de administración de tráfico del ATM, que
incluyen- pero sin carácter limitativo - CAC, UPC, NPC y CLP. El
nodo de acceso ANOD aloja un agente para llevar a cabo operaciones
de administración a petición del administrador de red NM. A título
de ejemplo, se puede solicitar que el nodo de acceso suministre un
PVC con un ancho de banda determinado y una QoS dada en cada puerto
de ATM. Por razones de legibilidad, en la Figura 1 no se ha mostrado
ninguno de estos componentes.
El nodo de acceso ANOD podría ser, por ejemplo,
un multiplexador de acceso de línea digital de abonado (en adelante
DSLAM).
El nodo de borde ENOD acomoda las filas de
protocolos aplicables a los planes de tráfico, planes de
señalización y planes de administración que terminen en - o se
retransmiten entre - cualquiera de sus puertos físicos, así como
todos los componentes de hardware necesarios para que funcionen
estos planes.
Más específicamente, el nodo de borde ENOD
acomoda una pluralidad de puertos físicos de I/O destinados a
terminar una señal eléctrica u óptica procedente de un elemento de
red de la red de acceso ACCESS, y una pluralidad de puertos físicos
de I/O destinados a terminar una señal eléctrica u óptica procedente
de un elemento de red de la red de núcleo CORE, tal como una señal
de Ethernet de 1 Gigabit. El nodo de borde ENOD está destinado a
extraer el tráfico IP de un canal virtual entrante de ATM y
despacharlo a la red de núcleo CORE, y viceversa. El despacho del
tráfico se logra mediante el mantenimiento, sobre una base de sesión
por abonado, una tabla de contrarreferencias que relaciona al
identificador de un canal virtual de ATM con la dirección IP del
abonado al que se refiere ese canal virtual. El despacho de tráfico
posiblemente se basaría en la información de control de protocolo
(en adelante PCI) de los paquetes de datos. El nodo de borde ENOD
acomoda los medios necesarios de puesta en cola en los puertos de
salida de ATM. Para cumplir los requisitos de QoS del ATM el nodo
de borde ENOD implementa una política adecuada de programación de
celdas, en asociación con funciones de administración de tráfico de
ATM, que incluyen- pero sin carácter limitativo - CAC, NPC y CLP.
El nodo de borde ENOD está destinado a terminar una sesión de
llamada punto a punto de abonado, tal como una sesión de protocolo
punto a punto sobre Ethernet (en adelante PPPoE), que se establece a
través de la red de acceso ACCESS sobre un canal virtual de ATM. El
nodo de borde acomoda medios de autorización y contabilidad de
autentificaciones (en adelante AAA), directamente o por medio de un
servidor exclusivo. El nodo de borde puede acomodar además medios de
protección, medios de función memo, etc. El nodo de borde ENOD aloja
un agente para realizar operaciones de administración bajo pedido
del administrador de red NM. Por razones de legibilidad, en la
Figura 1 no se ha mostrado ninguno de estos componentes.
Por ejemplo, el nodo de borde ENOD podría ser un
servidor de acceso de banda ancha (en adelante BAS).
El controlador de recursos de acceso ARC es una
estación de ordenador que comprende un procesador Pentium III
suministrado por Intel Corp, así como todo el hardware necesario
como es conocido por los expertos en la técnica, tal como una
memoria de acceso aleatorio (RAM), un controlador DMA, una tarjeta
de gráficos, y periféricos de I/O.
El controlador de recursos de acceso ARC
implementa una interfaz de ancho de banda bajo demanda (en adelante
BoD) a través de la cual un proveedor de servicio solicita para un
abonado un ancho de banda predeterminado a través de la red de
acceso ACCESS con una QoS predeterminada. El ancho de banda
requerido se concede para un período de tiempo, cuyo valor es
especificado por el proveedor de servicio. Tanto el ancho de banda
requerido como la QoS requerida se especifican con respecto a la red
de comunicación de datos de IP. El ancho de banda requerido se
define como el límite superior de la salida de IP requerida para
entregar el servicio al abonado. La QoS requerida se define la
clase IP de servicio a la que se refiere el servicio, tal como el
punto de código de servicio diferenciado. Se pueden especificar
adicionalmente objetivos cuantificados para la relación de pérdida
de paquete, el retardo de paquete y las fluctuaciones de
paquete.
El controlador de recursos de acceso ARC está
destinado a;
- -
- comunicar a través de la red de núcleo CORE con los proveedores de servicios, mediante la implementación de la fila apropiada de protocolos de IP,
- -
- recuperar los datos de configuración de la red de acceso ACCESS,
- -
- identificar los recursos de la red de acceso ACCESS que se hayan provisto para una clase de servicio y para un abonado,
- -
- mantener el contador de ancho de banda sobre una base de conexión de ATM, conteniendo cada contador de ancho de banda el valor del ancho de banda que permanece disponible para una conexión,
- -
- comprobar si una conexión de ATM puede transportar un ancho de banda requerido con una QoS requerida.
El administrador de red NM de la red de acceso
ACCESS es una estación informática, tal como una del tipo antes
mencionado.
El administrador de red NM acomoda la fila de
protocolos aplicable en la interfaz entre el administrador de red
NM y los agentes de red, tales como la fila de protocolos Q.3. El
administrador de red NM hace uso de una base de información de
administración (en adelante MIB) que abstrae los recursos de la red
de acceso ACCESS en objetos gestionados y define las operaciones de
administración que puedan soportar dichos objetos. En relación con
el presente invento, el administrador de red NM está destinado a
proveer un ancho de banda dado a través de la red de acceso ACCESS
con una QoS dada, que sea un PVC o un PVP, mediante la emisión de
órdenes apropiadas de ejecución de administración a los agentes
apropiados.
Los abonados USR1 a USRN están comprometidos a un
acuerdo de nivel de servicio, que incluye una salida de IP
garantizada para aplicación de canalización tal como una emisión de
radio o de vídeo. En la presente memoria se menciona una
probabilidad de denegación de servicio, que notifica al abonado que
es posible que no consiga el ancho de banda comprometido con una
probabilidad predeterminada.
Acto seguido, se configuran los PVC con adecuadas
categorías de servicio de ATM entre los abonados USR1 a USRN y el
nodo de borde ENOD. En la realización preferida, a cada abonado se
le suministra un PVC de UBR para tráfico de óptimo esfuerzo y un PVC
de CBR para tráfico en tiempo real. La PCR de los canales virtuales
permanentes de CBR se determina a partir de la salida comprometida
de IP mediante la inclusión del factor de reducción de rendimiento
introducido por la red de acceso ACCESS, tal como el factor de
reducción de rendimiento de PPPoE, y convirtiendo la salida
resultante en velocidad de celda de ATM.
El despacho del tráfico sobre el PVC correcto no
entra en el alcance del presente invento. Una posible solución es
un algoritmo basado en la clase de servicio a la que se refieren
los paquetes de datos, de entre una serie de alternativas válidas
conocidas por los expertos en la técnica. La bifurcación del tráfico
se realiza en el MODEMi de DCE del abonado para el tráfico
ascendente, y en el nodo de borde ENOD para el tráfico
descendente.
El administrador de red NM solicita a los agentes
del nodo de acceso ANOD y del nodo de borde ENOD que:
- -
- provean N canales PVC de UBR (desde el U11 al U1N) entre los respectivos MODEM 1 a MODEMN del DCE de abonado y el nodo de acceso ANOD,
- -
- provean N canales PVC de UBR (desde el UR1 hasta el URN)de UBR entre el nodo de acceso ANOD y el nodo de borde ENOD,
- -
- conecten los N canales PVC de U11 a U1N con los respectivos de los N canales PVC U21 a U2N, proporcionando de ese modo N conexiones extremo con extremo de UBR, U1 a UN, entre los respectivos abonados USR1 a USRN y el nodo de borde ENOD,
- -
- provean N canales PVC de C11 a C1N de CBR entre los respectivos de los MODEM1 a MODEMN del DCE y el nodo de acceso ANOD,
- -
- provean N canales PVC de CBR de C21 a C2N entre los respectivos módems del MODEM1 al MODEM N de DCE y el nodo de acceso ANOD,
- -
- provean N canales PVC de CBR del C21 al C2N entre el nodo de acceso ANOD y el nodo de borde ENOD,
- -
- conecten los N canales PVC de C11 a C1N con los respectivos N canales PVC de C21 a C2N, proporcionando de ese modo N conexiones de extremo de CBR con extremo C1 a CN entre los respectivos de los abonados USR1 a USRN y el nodo de borde ENOD,
- -
- provean un canal C de PVP de CBR entre el nodo de acceso ANOD y el nodo de borde ENOD, cuyo ancho de banda se determina a partir del tráfico en tiempo real previsto para los abonados USR1 a USRN,
- -
- inhabiliten los medios de CAC en los puertos del nodo de acceso ANOD donde se ha provisto el C de PVC,
- -
- inhabiliten los medios de CAC en los puertos del nodo de borde ENOD donde se haya provisto el C de PVC,
- -
- agreguen los N canales C1 a CN de PVC sobre el C de PVC.
En la Figura 2 se han mostrado únicamente unas
cuantas conexiones con el fin de no sobrecargar el dibujo.
La PCR a proveer para el canal C del PVP se
obtiene de la fórmula B de Erlang. Esta fórmula se usa para
calcular la probabilidad de bloqueo de flujo (en adelante FBP) de
un dispositivo multiplexador:
FBP(n,p,m) = [(n.p)^{m} /
m!] : [\Sigma^{m}{}_{i=0}(n.p)^{I} /
I!]
En esta fórmula, n significa el número de
entradas de dicho dispositivo de multiplexación, m significa
el número de salidas, y p significa la carga media en las
n entradas. p está comprendido entre 0 (no se usa
nunca una entrada) y 1 (se usa siempre una entrada). La relación de
multiplexación de dicho dispositivo de multiplexación es n /
m.
El valor de m se calcula con valores
fijados de n y p y una FBP deseada. Un valor
típico para la FBP deseada es 10^{-4}, y un valor típico
para p es 10^{-1}. El procedimiento de cálculo utiliza un
proceso iterativo, calculando el valor de FBP para valores
crecientes de m, hasta que el valor para FBP obtenido
aplicando la fórmula B de Erlang es menor que la FBP
deseada.
La agregación de los canales C1 a CN de PVC sobre
el canal C de PVP se puede asimilar a dicho dispositivo de
multiplexación en el que:
- -
- n = N,
- -
- FBP es la probabilidad de denegación de servicio antes mencionada.
A continuación de la petición del administrador
de red NM, los agentes del nodo de acceso ANOD y del nodo de borde
ENOD llevan a cabo la asignación de recursos y la activación de la
conexión. En esta etapa, la preconfiguración de la red de acceso
ACCESS se completa en conformidad con el presente invento.
Los datos de configuración de la red de acceso
ACCESS se codifican en un archivo, que subsiguientemente se carga
en el controlador de recurso de acceso ARC por medio de un
disquete.
A continuación se describe el funcionamiento de
la realización preferida con referencia a un proveedor de servicios
de señales de vídeo a petición (en adelante VOD) acoplado a la red
de núcleo CORE y que entrega señales de vídeo a petición a los
abonados USR1 a USRN.
Un abonado USRi solicita una señal de vídeo V al
proveedor de servicio de VOD a través de la conexión Ui de UBR y a
continuación a través de la red de núcleo CORE.
La señal de vídeo V requiere un ancho de banda
B_IP con una Q_IP de QoS para un período de tiempo T. El proveedor
de servicio de VOD pregunta al controlador de recursos de acceso
ARC a través de la red de núcleo CORE si se pueden conceder estos
recursos al abonado USRi.
En primer lugar, el controlador de recursos de
acceso ARC convierte las capacidades de transferencia de datos de
IP, según lo requiera el proveedor de servicio VOD, en capacidades
de transferencia de datos de ATM. B_IP se convierte en B_ATM
mediante la inclusión de los factores de reducción de rendimiento
introducidos por la red de acceso ACCESS, y convirtiendo la salida
resultante en velocidad de celda de ATM. Q_IP se convierte en Q_ATM
conjugando la clase de servicio IP requerida por el proveedor de
servicio con una categoría adecuada de servicio de ATM,
posiblemente asignando valores a los objetivos de pérdida de celda,
retardo de celda y fluctuaciones de celda.
El controlador de recursos de acceso ARC recupera
la configuración de la red de acceso ACCESS e identifica el canal
Ci de PVC como que es capaz de transportar el B_ATM de ancho de
banda requerido con el Q_ATM de QoS requerido entre el nodo de borde
ENOD y el abonado USRi. A continuación, el controlador de recursos
de acceso ARC busca cualquier punto conflictivo de la red de acceso
que pudiese estrechar el ancho de banda original. El controlador de
recursos de acceso ARC identifica como tal al canal C de PVC.
Un conjunto de contadores guarda el valor del
ancho de banda que permanece disponible para los canales C1 a CN de
los PVC y para el canal C de PVP. Estos contadores se decrementan
cuandoquiera que se concede ancho de banda a un proveedor de
servicio, y se incrementan cuando se liberan los recursos.
El controlador de recursos de acceso ARC
comprueba si las cuentas del contador relacionadas con el canal Ci
del PVC y con el canal C del PVP son ambas mayores o iguales a
B_ATM. Si es así, se concede el ancho de banda, y ambos contadores
se decrementan de acuerdo con ello. Un temporizador T se ajusta a T
segundos y se pone en marcha a partir de ese momento. Al expirar el
tiempo ajustado en el temporizador, ambas cuentas de los contadores
se vuelven a incrementar a su valor original.
Eventualmente, el controlador de recursos de
acceso ARC concede o deniega el ancho de banda requerido al
proveedor de servicio de VOD a través de la red de núcleo CORE, la
cual a su vez concede o deniega la señal de vídeo V al abonado USRi
a través de la red de núcleo CORE y a continuación a través de la
conexión Ui de UBR.
Si se concede el servicio, se empieza a
transmitir la señal de vídeo V al abonado USRi. Los paquetes de
datos de vídeo se señalizan con una clase adecuada de valor de
servicio y se transmiten sobre la red de núcleo CORE. Los paquetes
de datos se encaminan a través de la red de núcleo CORE hasta el
nodo de borde ENOD, en el que se encapsulan en celdas de ATM y se
entregan sobre la conexión Ci de CBR al abonado USRi.
En la realización preferida, se provee el mismo
ancho de banda para el tráfico ascendente y para el tráfico
descendente. El ATM soporta una conexión asimétrica en la que la
PCR especificada para la dirección de salida es distinta que la PCR
especificada para la dirección de entrada. Dicha característica
podría ser útil para un acceso de línea digital asimétrica de
abonado (en adelante ADSL) en el que al tráfico ascendente se le
asigna un ancho de banda menor en la parte de línea de abonado, que
al tráfico descendente. La reserva y la supervisión de los recursos
se instanciarían sobre una base de dirección de flujo de
tráfico.
En una realización alternativa del presente
invento, el controlador de recursos de acceso ARC se acoplaría al
administrador de red NM para recuperar la configuración de la red
de acceso ACCESS. El controlador de recursos de acceso ARC puede
cargar la configuración de la red de acceso ACCESS a partir del
administrador de red NM a través de una interfaz M3, según se
define en el documento titulado "Administración de red de
cliente para servicio público de red de ATM (especificación
M3)", publicado por el comité técnico del forum de ATM en
octubre de 1994, revisión 1.04, referencia
AF-NM-0019.000. El controlador de
recursos de acceso podría también vaciar un archivo, por ejemplo a
través de una sesión de FTAM, en la que se ha codificado la
configuración de la red de acceso ACCESS de acuerdo con un formato
privado.
En una realización alternativa del presente
invento, el controlador de recursos de acceso ARC se acopla al nodo
de acceso ANOD y al nodo de borde ENOD para leer contadores de
prestaciones locales. El nodo de acceso ANOD y el nodo de borde
ENOD implementan a los contadores que miden el ancho de banda
ocupado sobre una base por conexión de ATM. Tras la solicitud de
ancho de banda, el controlador de recursos de acceso ARC comprueba
si un PVC o un PVP pueden transportar el ancho de banda requerido
mediante la lectura del valor en tiempo real de los contadores
correspondientes, y mediante la comprobación de si el PVC o el PVP
pueden acomodar además el ancho de banda adicional. Al hacerlo así,
el controlador de recursos de acceso no necesita mantener ningún
contador ni ningún temporizador por sí solo.
En una realización alternativa del presente
invento, los canales PVC se proveerían con otras categorías de
servicio de ATM, tales como la categoría de servicio
rt-VBR ó ABR. El ancho de banda requerido a través
de la interfaz BoD incluiría además parámetros adicionales junto con
la máxima salida de IP, tal como la salida media de IP o la mínima
salida requerida de IP. Al hacerlo así, el controlador de recursos
de acceso reservaría los recursos de la red de un modo más eficiente
basándose en el promedio estadístico de los flujos de tráfico no
correlacionados agregados entre sí.
Los expertos en la técnica pueden considerar
cualquier otra tecnología conmutada de símbolos distinta del ATM,
tal como la tecnología MPLS o la tecnología de relé de cuadro, como
una alternativa válida para el estrato de transporte en la red de
acceso ACCESS.
Una observación final es que las realizaciones
del presente invento se describen con respecto a bloques
funcionales. A partir de la descripción funcional de estos bloques,
anteriormente expuesta, para los expertos en la técnica del diseño
de dispositivos electrónicos resultará aparente cómo se pueden
fabricar realizaciones de estos bloques con componentes
electrónicos bien conocidos. Por tanto, en la presente memoria no
se da una arquitectura detallada del contenido de los bloques
funcionales.
Aunque se han descrito los principios del invento
en relación con aparatos específicos, se entenderá claramente que
esta descripción se ha hecho solamente a título de ejemplo, y no
constituye un carácter limitativo en el alcance del invento, según
se ha definido en las reivindicaciones incluidas como apéndice.
Claims (10)
1. Un método para entregar sobre una red de
acceso una cadena de datos que requiere un ancho de banda
particular y una calidad de servicio particular, cuyo método
comprende la etapa de proveer una pluralidad de circuitos virtuales
capaces de cumplir unos requisitos de ancho de banda y de calidad
de servicio entre una pluralidad de usuarios acoplados a dicha red
de acceso, y un servidor de acceso de dicha red de acceso acoplado
a un proveedor de contenido que puede funcionar para entregar dicha
cadena de datos,
caracterizado porque, después que un
usuario particular ha solicitado dicha cadena de datos de dicho
proveedor de contenido, y si dicho usuario particular carece de
soporte para negociar o acusar recibo de dicho ancho de banda
particular a través de dicha red de acceso con dicha calidad de
servicio particular, dicho método comprende además las etapas
de:
- -
- identificar, en una unidad central de control de dicha red de acceso, un circuito virtual de entre dicha pluralidad de circuitos virtuales capaces de garantizar dicha calidad de servicio particular entre el mencionado usuario particular y dicho servidor de acceso,
- -
- comprobar, en dicha unidad central de control, si dicho circuito virtual puede transportar dicho ancho de banda particular,
- -
- de acuerdo con el resultado de dicha etapa de comprobación, permitir que dicha cadena de datos se entregue sobre dicho circuito virtual al citado usuario particular, o no permitir que dicha cadena de datos sea entregada a dicho usuario particular.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque dicho método comprende además las
etapas de:
- si dicho circuito virtual no puede
transportar dicho ancho de banda particular, comprobar
adicionalmente si dicha red de acceso puede acomodar el citado ancho
de banda particular entre dicho usuario particular y dicho
servidor de acceso,
- de acuerdo con el resultado de dicha
etapa de comprobación adicional:
- destinar la capacidad de dicho circuito
virtual para que transporte el mencionado ancho de banda, y
permitir que dicha cadena de datos sea entregada sobre dicho
circuito virtual al citado usuario particular,
- o bien no permitir que dicha cadena de datos
sea entregada a dicho usuario particular.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque dicho método comprende las etapas
preliminares de;
- proveer un camino virtual a través de dicha
red de acceso, cuyo ancho de banda se determina a partir de una
carga de tráfico prevista de dicha pluralidad de usuarios,
- -
- agregar dicha pluralidad de circuitos virtuales sobre dicho camino virtual,
- -
- inhabilitar cualesquiera medios de control de admisión de conexión en dicha red de acceso que puedan impedir la agregación de dicha pluralidad de circuitos virtuales sobre dicho camino virtual,
y porque dicho método comprende
además las etapas
de:
- si dicho circuito virtual puede transportar
el mencionado ancho de banda particular, comprobar adicionalmente
si dicho camino virtual puede transportar el citado ancho de banda
particular,
- de acuerdo con el resultado de dicha etapa
de comprobación adicional, permitir que dicha cadena de datos sea
entregada sobre dicho circuito virtual al citado usuario
particular, o no permitir que dicha cadena de datos sea entregada a
dicho usuario particular.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho método comprende la etapa
preliminar de proveer un camino virtual a través de dicha red de
acceso, cuyo ancho de bando se determina a partir de una carga de
tráfico prevista de dicha pluralidad de usuarios, y porque dicho
método comprende además las etapas de:
- si dicho circuito virtual no puede
transportar el citado ancho de banda particular, comprobar
adicionalmente si dicho camino virtual puede transportar el
mencionado ancho de banda particular,
- de acuerdo con el resultado de dicha
etapa de comprobación adicional,
- conectar dicho circuito virtual al citado
camino virtual y permitir que dicha cadena de datos sea entregada
sobre dicho circuito virtual al mencionado usuario particular,
- o bien no permitir que dicha cadena de
datos sea entregada al mencionado usuario particular.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 3
ó con la reivindicación 4, caracterizado porque el ancho de
banda de dicho camino virtual se determina de acuerdo con una ley
estadística de tráfico, dados un número de circuitos virtuales
multiplexados sobre dicho circuito virtual, una carga de tráfico por
usuario y una probabilidad de denegación de servicio.
6. Un método de acuerdo con las reivindicaciones
3 ó 4, caracterizado porque el número de circuitos virtuales
multiplexados sobre dicho camino virtual se determina de acuerdo
con una ley estadística de tráfico, dados un ancho de banda de dicho
camino virtual, una carga de tráfico por usuario, y una
probabilidad de denegación de servicio.
7. Una red de acceso que puede funcionar para
transportar una cadena de datos que requiere un ancho de banda
particular y una calidad particular de servicio, y que
comprende:
- un servidor de acceso acoplado a un
proveedor de contenido que puede funcionar para entregar dicha
cadena de datos,
- medios de administración destinados a
proveer una pluralidad de circuitos virtuales capaces de cumplir
requisitos de ancho de banda y de calidad de servicio entre una
pluralidad de usuarios acoplados a dicha red de acceso, y un
servidor de acceso de dicha red de acceso acoplado a un proveedor
de contenido que puede funcionar para entregar dicha cadena de
datos,
caracterizado porque dicha
red de acceso comprende además una unidad central de control
destinada a, después de que un usuario particular ha solicitado
dicha cadena de datos de dicho proveedor de contenido, y si dicho
usuario particular carece de soporte para negociar o acusar recibo
a través de dicha red de acceso de dicho ancho de banda particular
con dicha calidad particular de
servicio:
- identificar un circuito virtual de entre dicha
pluralidad de circuitos virtuales capaces de garantizar dicha
calidad particular de servicio entre el citado usuario particular y
dicho servidor de acceso,
- comprobar si dicho circuito virtual puede
transportar el mencionado ancho de banda particular,
- de acuerdo con el resultado de dicha etapa de
comprobación, permitir que dicha cadena de datos sea entregada
sobre dicho circuito virtual al citado usuario particular, o no
permitir que dicha cadena de datos se entregue a dicho usuario
particular.
8. Una red de acceso de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizada porque dicha unidad central
de control está acoplada a dichos medios de administración, porque
los citados medios de administración están destinados además a
adaptar la capacidad de dicho circuito virtual, y porque dicha
unidad central de control está destinada adicionalmente a:
- si dicho circuito virtual no puede
transportar el mencionado ancho de banda particular, comprobar
adicionalmente si dicha red de acceso puede acomodar dicho ancho de
banda entre el citado usuario particular y el mencionado servidor de
acceso,
- de acuerdo con el resultado de dicha
etapa de comprobación adicional:
- activar dichos medios de administración para
adaptar la capacidad del citado circuito virtual de modo que
transporte dicho ancho de banda, y permitir que dicha cadena de
datos sea entregada sobre dicho circuito virtual al citado usuario
particular,
- o bien, no permitir que dicha cadena de datos
se entregue al citado usuario particular.
9. Una red de acceso de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizada porque dichos medios de
administración están destinados además para
- proveer un camino virtual a través de dicha
red de acceso, cuyo ancho de banda se determina a partir de una
carga de tráfico prevista de dicha pluralidad de usuarios,
- agregar dicha pluralidad de circuitos
virtuales sobre dicho camino virtual,
- inhabilitar cualesquiera medios de control de
admisión de conexión en dicha red de acceso que puedan impedir que
se agregue dicha pluralidad de circuitos virtuales sobre el citado
camino virtual,
y porque dicha unidad central de
control está destinada además
a:
- si dicho circuito virtual puede transportar el
citado ancho de banda particular, comprobar adicionalmente si dicho
camino virtual puede transportar el mencionado ancho de banda
particular,
- de acuerdo con el resultado de dicha etapa de
comprobación adicional, permitir que dicha cadena de datos sea
entregada sobre dicho circuito virtual al citado usuario
particular, o no permitir que dicha cadena de datos se entregue al
mencionado usuario particular.
10. Una red de acceso de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizada porque dicha unidad central
de control está acoplada a los citados medios de administración, y
porque dichos medios de administración están destinados además
a:
- proveer un camino virtual a través de dicha
red de acceso, cuyo ancho de banda se determina a partir de una
carga de tráfico prevista de dicha pluralidad de usuarios,
- conectar dicha pluralidad de circuitos
virtuales al mencionado camino virtual,
y porque dicha unidad central de
control está destinada además
a:
- si dicho circuito virtual puede transportar
el citado ancho de banda particular, comprobar adicionalmente si
dicho camino virtual puede transportar dicho ancho de banda
particular,
- de acuerdo con el resultado de dicha etapa
de comprobación adicional,
- activar dichos medios de administración para
que conecten dicho circuito virtual al citado camino virtual, y
permitir que dicha cadena de datos sea entregada sobre el
mencionado circuito virtual a dicho usuario particular,
- o bien, no permitir que dicha cadena de datos
se entregue a dicho usuario particular.
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