ES2297674T3 - Metodo de control de llamadas en redes de conmutacion por paquetes. - Google Patents
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Abstract
Método de control de llamadas para flujos de datos continuos en redes de conmutación por paquetes que incluyen al menos dos redes de área local en comunicación entre sí a través de una red de conexión, comprendiendo el método las etapas de: a) determinar una tasa de pérdida de paquetes aceptable para una llamada que va a establecerse entre dos de las redes de área local; b) comparar la tasa de pérdida de paquetes real con la tasa de pérdida de paquetes aceptable; c) modificar una prioridad de la llamada si la tasa de pérdida de paquetes real es mayor que la tasa de pérdida de paquetes aceptable y d) repetir las etapas b) y c) según sea apropiado, caracterizado el método por interrumpir la llamada si la tasa de pérdida de paquetes real es todavía mayor que la tasa de pérdida de paquetes aceptable.
Description
Método de control de llamadas en redes de
conmutación por paquetes.
La presente invención se refiere a mejoras en o
relacionadas con el control de llamadas y, más en particular aunque
no exclusivamente, se refiere a la admisión de llamadas.
En la telefonía tradicional, es decir, telefonía
de conmutación de circuitos, para que se establezca una llamada
entre dos teléfonos remotos, es decir, teléfonos conectados a
diferentes centrales locales, se utiliza señalización para
establecer una trayectoria antes de establecer la llamada en sí. La
trayectoria en el ejemplo anterior comprende un teléfono de origen
a su central local, una central local de origen a la conexión de
línea troncal, la conexión de línea troncal a la central local de
recepción, y la central local de recepción al teléfono de
recepción. En este caso, la señalización y la llamada toman
normalmente la misma trayectoria y hay un control total de la
trayectoria a través de cada elemento en la trayectoria. Como hay
control total, es relativamente sencillo determinar si puede
establecerse o no una llamada entre dos teléfonos.
En telefonía de protocolo de Internet (IP,
Internet Protocol) convencional, las centrales
locales se sustituyen por "guardianes" (gatekeepers)
locales que se comunican con uno o más guardianes de línea troncal
para establecer la trayectoria entre el teléfono de origen y
teléfono de recepción. Aquí, la señalización se efectúa a través
del (de los) guardián (es) de línea troncal pero la llamada no Loma
la misma trayectoria. En este caso, el(los)
guardián(es) de línea troncal controlan el ancho de banda
que puede utilizarse al establecer la llamada, y si el ancho de
banda no es suficiente, la llamada no se establece.
Con la llegada de la telefonía IP de línea
troncal opaca, no hay ningún guardián en la red IP que forme la
"línea troncal". Como resultado, efectivamente no hay ningún
control acerca de poder establecer una llamada satisfactoriamente.
En este caso, el teléfono de origen no puede estar seguro de que
una llamada, una vez establecida, se completará de manera
satisfactoria.
Por tanto, es un objeto de la presente invención
proporcionar un método de control de admisión de llamadas que
supere las desventajas descritas anteriormente.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un método de control de llamadas para un flujo de datos
continuo en redes de conmutación por paquetes que incluye al menos
dos redes de área local que se comunican entre sí a través de una
red de conexión, comprendiendo el método las etapas de:
- a)
- determinar una tasa de pérdida de paquetes aceptable para una llamada que va a establecerse entre dos de las redes de área local;
- b)
- comparar la tasa de pérdida de paquetes real con la tasa de pérdida de paquetes aceptable;
- c)
- cambiar una prioridad de la llamada si la tasa de pérdida de paquetes real es mayor que la tasa de pérdida de paquetes aceptable;
- d)
- repetir las etapas b) a c) según sea apropiado, interrumpiendo la llamada si la tasa de pérdida de paquetes real es todavía mayor que la tasa de pérdida de paquetes aceptable.
La etapa d) puede incluir determinar la duración
de un periodo en el que se ha producido la tasa de pérdida de
paquetes real y utilizar ese periodo para decidir interrumpir la
llamada.
Adicionalmente, puede reproducirse un aviso
grabado cuando vaya a interrumpirse la llamada.
Como alternativa, la prioridad de la transmisión
del flujo de datos continuo puede cambiarse cuando la tasa de
pérdida de paquetes real no sea aceptable y las etapas a) a c)
anteriores pueden repetirse.
En una realización de la presente invención, los
datos relacionados con llamadas interrumpidas pueden almacenarse
para su futura utilización.
Para una mejor comprensión de la presente
invención, se hará ahora referencia, sólo a modo de ejemplo, a los
dibujos adjuntos en los que:
la figura 1 ilustra un red de telefonía de
conmutación de circuitos convencional;
la figura 2 ilustra una red de telefonía IP
convencional; y
la figura 3 ilustra un telefonía IP de línea
troncal opaca según la presente invención.
Haciendo referencia inicialmente a la figura 1,
se muestra una pluralidad de teléfonos 100, 200 y 300 conectados a
centrales 120, 220, 320 telefónicas locales respectivas mediante
líneas 140, 240, 340 respectivas. Si va a realizarse una llamada
entre el teléfono 100 y el teléfono 200, la llamada debe
encaminarse a través de la central 120, la conexión 400 de línea
troncal y la central 220. En este caso, la conexión 400 de línea
troncal incluye una central 420 de línea troncal que determina si
puede establecerse la llamada.
\global\parskip0.930000\baselineskip
De manera similar, si va a establecerse una
llamada entre el teléfono 100 y el teléfono 300, se encamina desde
el teléfono 100 a través de la central 120, una conexión de línea
troncal (no mostrada) entre la central 120 y la central 320, y la
central 320 al teléfono 300.
Naturalmente, cada central 120, 220, 320 tiene
más de un teléfono 100, 200, 300 conectado a la misma y se
proporcionan otras conexiones de líneas troncales entre pares de
centrales 120, 220, 320.
Haciendo referencia ahora a la figura 2, se
muestran dos redes 10, 20 que están conectadas entre sí a través de
una red 30 de conexión. La red 10 incluye una pluralidad de
teléfonos 12, 14, 16 y un guardián 18 y la red 20 incluye una
pluralidad de teléfonos 22, 24, 26 y un guardián 28. Los guardianes
18, 28 se conocen como guardianes "locales" y cada guardián 18,
28 controla llamadas realizadas hacia y desde su red 10, 20
asociada.
Aunque se muestran tres teléfonos en cada red,
se apreciará que el número de teléfonos en cada red puede ser
cualquier número adecuado según la aplicación de la red. También se
apreciará que una red puede tener un número de teléfonos diferente
a la otra red.
Tal como se muestra, la red 30 de conexión
también incluye un guardián 32 para controlar las llamadas
encaminadas a través de la red 30. El guardián 32 se conoce como un
guardián "de línea troncal".
Se entenderá que si el teléfono 12 en la red 10
quiere realizar una llamada al teléfono 22 en la red 20, tal como
indica la flecha 40 discontinua, la llamada se encamina desde el
teléfono 12 al guardián 18 para encaminarla hacia delante a través
de la red 30 de conexión. En la red 30 de conexión, la llamada se
encamina a través del guardián 32 y después al guardián 28 en la
red 20 antes de encaminarse al teléfono 22. En cada guardián 18,
32, 28, existe la posibilidad de interrumpir la llamada si el ancho
de bando del guardián respectivo no es suficiente en el momento en
el que va realizarse la llamada.
En la figura 3, se muestran dos redes 50, 60 que
están conectadas entre sí a través de una red 70 de conexión. Sin
embargo, se apreciará que pueden conectarse más de dos redes a la
red 70 de conexión, y sólo se muestran dos redes 50, 60 por
claridad y facilidad de descripción.
Cada red 50, 60 incluye una pluralidad de
teléfonos (aunque por claridad sólo se muestran dos teléfonos 52,
54 y 62, 64). Cada red 50, 60 incluye también un guardián 56, 66
respectivo. Se apreciará que las redes 50, 60 son similares a las
redes 10, 20 de la figura 2.
La red 70 de conexión incluye una pluralidad de
nodos 72, 74, 76, 78, 80 de encaminamiento para encaminar llamadas
dentro de la red 70 desde una red 50, 60 a otra. Cada par de nodos
72, 74, 76, 78, 80 está conectado entre sí mediante un enlace o
conexión. Debe observarse que no todos los nodos necesitan
conectarse a cada otro nodo.
En la realización ilustrada en la figura 3, el
nodo 72 está conectado realmente a la red 50 y el nodo 80 esta
conectado realmente a la red 60. El nodo 72 también está conectado
a los nodos 74, 76 y 78 y el nodo 80 también está conectado a los
nodos 74, 76 y 78. No hay conexión directa entre los nodos 72 y 80
en la red 70 de conexión.
Si va a realizarse una llamada desde el teléfono
54 en la red 50 al teléfono 62 en la red 60, se encamina a través
del guardián 56 al nodo 72 en la red 70 de conexión. Como no hay
conexión directa entre el nodo 72 y el nodo 80, la llamada puede
encaminarse al nodo 80 de una de varias maneras. Por ejemplo, las
rutas pueden establecerse a través de los siguientes nodos:
- \bullet
- a través del nodo 74 - enlaces 82 y 84
- \bullet
- a través del nodo 76 - enlaces 86 y 88
- \bullet
- a través del nodo 78 - enlaces 90 y 92
- \bullet
- a través de los nodos 74 y 76 - enlaces 82, 94 y 88 (o enlaces 86, 94 y 84 en la otra dirección)
- \bullet
- a través de los nodos 74 y 78 - enlaces 82, 96 y 92
- \bullet
- a través de los nodos 76 y 78 enlaces 86, 98 y 92 (o enlaces 90, 98 y 88 en la otra dirección)
- \bullet
- a través de los nodos 74, 76 y 78 - enlaces 82, 94, 98 y 92 (u otras combinaciones de los mismos enlaces dependiendo de la dirección)
Se apreciará que, para cada nodo a través del
cual se va a encaminar una llamada, existe una posibilidad de que
se pierdan paquetes del flujo de datos continuo que comprenden una
llamada dependiendo del ancho de banda disponible en el enlace
entre cada par de nodos.
\global\parskip0.900000\baselineskip
En la figura 3, las redes 50, 60 comprenden
redes "locales" que están controladas por el guardián 56, 66
respectivo. En este caso, la red 70 de conexión no incluye un
guardián de la misma manera que la figura 2. En efecto, la
disponibilidad de ancho de banda en la red 70 de conexión es opaca
para ambas redes 50, 60 locales y puede considerarse que es una
conexión "de línea troncal" opaca.
Aunque la presente invención se ha descrito con
referencia a llamadas que se realizan desde un teléfono a otro, se
apreciará que la presente invención es igualmente aplicable a otros
tipos de tráfico. Tal tráfico, por ejemplo, transmisiones y
comunicaciones, incluye transmisiones (limitadas en velocidad) de
señalización y gestión, transmisiones de vídeo y transmisiones de
datos. El tráfico puede transmitirse en forma de paquetes de
protocolo de Internet (IP). El tráfico puede comprender flujos de
datos continuos y puede estar limitado en velocidad. Cada paquete
puede estar encriptado para una transmisión segura según un
criptógrafo de paquetes adecuado. La encriptación se lleva a cabo
en la red local mediante el nodo de transmisión u otro nodo y/u
otro elemento (no mostrado) ubicado dentro de esa red.
Se apreciará fácilmente que es posible priorizar
el tráfico dentro de una red IP para que ciertos tipos de tráfico
tengan prioridades particulares. También se apreciará que la
prioridad del tráfico puede alterarse según se necesite. El
documento WC 00/36792 da a conocer una técnica anterior de este
tipo.
El problema de la congestión sólo surge cuando
no hay ancho de banda suficiente para un tipo de tráfico
particular, o bien porque la capacidad del enlace está ocupada por
tráfico de una prioridad superior, o bien porque un enlace no tiene
físicamente el ancho de banda requerido. Transmisores o nodos
independientes deben detectar la congestión y reaccionar a la misma
de manera individual para reducir la carga presentada a la red y
evitar "colapso de congestión".
La congestión puede surgir de dos maneras:
- 1.
- Un transmisor o nodo particular puede ponerse en marcha, añadiendo carga extra a una red que funciona adecuadamente.
- 2.
- El ancho de banda disponible en la red puede cambiar, o bien debido al tráfico de prioridad superior al que se está dando preferencia, o bien debido a un cambio de encaminamiento en la red, de manera que el tráfico se transporta ahora sobre un enlace de capacidad inferior.
En cualquier caso, el transmisor o nodo debe
implementar un esquema de evitación de congestión para permitir
tanto tráfico como sea posible a ese nivel prioritario para
transitar satisfactoriamente por la red.
La inmensa mayoría del tráfico de datos se
transmitirá utilizando el protocolo de control de transmisión (TCP,
Transmission Control Protocol) que tiene un comportamiento
extremadamente robusto frente a la congestión. El TCP permite la
transferencia fiable de datos si no hay ninguna limitación de
tiempo cuando asigna el ancho de banda disponible lo más
equitativamente posible. El TCP utiliza "inicio lento" (inicio
lento de TCP) para evitar poner una carga extra brusca en la red
cuando un transmisor o nodo se pone en marcha por primera vez y
todavía no sabe qué es una tasa de transmisión apropiada. Las
confirmaciones de recepción de datos se utilizan como el mecanismo
de retroalimentación a través del cual el transmisor o nodo
mantiene la tasa de transmisión apropiada en el estado
estacionario. Un transmisor o nodo intenta transmitir gradualmente
cada vez más rápido, pero cuando se detecta congestión reduce
rápidamente (conocido como reducción de TCP). El resultado es que
los transmisores o nodos TCP pueden mantener una carga total sobre
una red que esté muy cerca de la capacidad, pero cuando el ancho de
banda disponible cambia repentinamente se adaptan a ello muy
rápidamente.
Por lo tanto, los mecanismos de gestión de
congestión de robustez similar también deben utilizarse para las
transmisiones de voz, para evitar el colapso de congestión en un
nivel de prioridad particular utilizado para la transmisión de
flujos de datos continuos. Para este fin, pueden implementarse tres
mecanismos o bien en el teléfono de la red local o bien mediante el
guardián asociado con la red local. En los mecanismos siguientes,
las llamadas son transmisiones de flujos de datos continuos en una
red de conmutación por paquetes.
El primer mecanismo requiere que los teléfonos
que hayan establecido una llamada y estén en voz (transmitiendo)
inspeccionarán el historial reciente de los paquetes de voz desde
el teléfono al que están conectados. Una tasa de pérdida de
paquetes del 10% es muy difícil de oír para un abonado, por lo que
hay un margen considerable de pérdida de paquetes detectable antes
de que la llamada aparezca degradada a un abonado. La decisión de
cuándo interrumpir una llamada se basa en la tasa de pérdida y el
tiempo durante el cual se ha producido la pérdida. En este caso,
puesto que la congestión puede detectarse antes por un teléfono que
por su abonado, es posible insertar un aviso grabado de que la
llamada se interrumpirá debido a la congestión de red y permitir un
periodo de cortesía de algunos segundos antes de que se corte la
llamada. Esto sucede mientras la llamada es de calidad aceptable.
Puesto que la principal razón para tal congestión serán las
llamadas con una prioridad superior, un mecanismo de este tipo
debería ser sumamente aceptable para los usuarios. Desde un punto
de vista de factores humanos, también es probable que los usuarios
con llamadas menos importantes o llamadas que sólo se han iniciado
recientemente elijan interrumpirlas ellos mismos si hubiera una
degradación de llamada perceptible. Este mecanismo es equivalente a
la reducción de TCP descrita anteriormente.
En este mecanismo, cuando se toma una decisión
de interrumpir una llamada, esta información se retransmite al
guardián para una medición estadística. Esto permite una estimación
de si una llamada será satisfactoria para proporcionarse al
teléfono cuando éste intenta establecer una llamada.
\global\parskip1.000000\baselineskip
El segundo mecanismo requiere que los teléfonos
que están estableciendo una llamada envíen una ráfaga de prueba de
paquetes "ping" al teléfono al que están intentando llamar
antes de que envíen el mensaje de señalización que hará sonar al
otro teléfono. Esta "prueba de ancho de banda" podría utilizar
cuatro o cinco paquetes ping del mismo tamaño y prioridad que los
paquetes de voz que se utilizarán cuando la llamada está en voz
pero más estrechamente separados en el tiempo. Esto pone brevemente
a un enlace en sobrecarga enviando un pulso de corta duración pero
de un gran ancho de banda. El efecto de estos pings sobre las
llamadas de voz establecidas será pequeño, pero si un enlace está
cerca de la congestión, algunos de estos paquetes o bien
experimentarán retardos crecientes o bien se perderán totalmente.
Analizando los paquetes devueltos, el teléfono puede decidir cuánto
de cerca está la trayectoria al otro teléfono de la congestión y,
por consiguiente, la probabilidad de que la llamada sea de calidad
aceptable si se establece. El número y la separación óptimos de
estos pings pueden elegirse según los requisitos de una red o
sistema particular. También puede determinarse un algoritmo
adecuado para asignar una probabilidad de éxito de llamada
basándose en la llegada y en el tiempo de los paquetes devueltos.
Basándose en esta probabilidad estimada, el teléfono tomará
entonces una decisión aleatoria de si continuar con la llamada o
interrumpirla. Si se decide interrumpir la llamada, puede
presentarse un mensaje al abonado para el efecto de que la
trayectoria de red a ese destino estaba congestionada y que deberían
intentarlo más tarde. Este mecanismo de admisión de llamadas es más
prudente que el primer mecanismo de manera que las llamadas
existentes continúan ante una ligera congestión pero no se admiten
nuevas llamadas. Este mecanismo es equivalente al inicio lento de
TCP descrito anteriormente.
En este mecanismo, la decisión de o bien
interrumpir una llamada o bien continuar con la llamada se basa en
una tasa de pérdida de paquetes aceptable para la transmisión de
flujos de datos continuos. Es posible cambiar la prioridad de la
llamada a una prioridad superior si la tasa de pérdida de paquetes
no es aceptable. Este cambio en la prioridad tiende a aumentar la
tasa de éxito de la llamada que se está estableciendo.
La decisión puede tomarse por el teléfono que
inicia la llamada, por otro teléfono o elemento en la misma red
local que el teléfono de origen, o por un operador humano.
El tercer mecanismo requiere que un guardián al
que se le pide establecer una llamada decida si permitir incluso la
ráfaga de prueba inicial que va a utilizarse. En enlaces muy
altamente congestionados donde la carga de llamadas ofrecida es
mucho mayor que la capacidad actual, la suma de las cargas
transitorias pequeñas de las ráfagas iniciales de muchos intentos
de llamada será lo bastante alta para provocar que las llamadas
actuales en voz se vean afectadas negativamente e incluso se
interrumpan. Sin embargo, utilizando estadísticas acerca del éxito
o fracaso (y tasas de pérdida actuales) de llamadas a teléfonos
controlados por otros guardianes, el guardián para un teléfono que
llama puede generar una estimación de probabilidad de pérdida para
esta nueva llamada. Basándose en esta probabilidad de pérdida, el
guardián puede tomar una decisión aleatoria de si permitir incluso
la ráfaga de prueba inicial de una llamada, o de si detenerla
inmediatamente. Este mecanismo no tiene equivalente en TCP pero es
muy similar al "bloqueo de destinos"
(call-gapping) utilizado en redes telefónicas
públicas. El "bloqueo de destinos" funciona para reducir la
congestión interrumpiendo intentos de llamadas muy cercanos a un
abonado que llama cuando se detectan sobrecargas focalizadas. Una
sobrecarga focalizada se produce cuando muchas personas intentan
llamar a un número de teléfono particular al mismo tiempo. Cuando
un intento de llamada se interrumpe, se presenta al que llama un
tono de comunicando.
Se apreciará que, aunque se ha descrito que cada
uno de los tres mecanismos funciona independientemente, es posible
tener a los tres juntos funcionando sobre la misma llamada. Por
ejemplo, el primer mecanismo indica que una llamada puede
continuarse basándose en el historial de llamadas recientes del
teléfono al que se llama, el tercer mecanismo determina si puede
transmitirse la ráfaga de prueba de paquetes ping, y el segundo
mecanismo determina la tasa de pérdida de paquetes para la
trayectoria elegida por la red de conexión entre las redes locales
que contienen el teléfono que llama y el teléfono al que se
llama.
Utilizando los dos primeros mecanismos, las
llamadas de voz en una red de algunos miles de abonados deberían
manejarse adecuadamente bajo casi todas las situaciones de
congestión. Las razones para la interrupción de llamadas serán
evidentes para los usuarios de manera que debería haber poca
frustración por parte de los usuarios o repeticiones de llamadas
falsas.
Cuando también se utiliza el tercer mecanismo,
el tratamiento de la congestión debería ser extremadamente robusto
e incluso debería resistirse bien a sobrecargas focalizadas sobre
enlaces congestionados de bajo ancho de banda.
Claims (4)
1. Método de control de llamadas para flujos de
datos continuos en redes de conmutación por paquetes que incluyen
al menos dos redes de área local en comunicación entre sí a través
de una red de conexión, comprendiendo el método las etapas de:
- a)
- determinar una tasa de pérdida de paquetes aceptable para una llamada que va a establecerse entre dos de las redes de área local;
- b)
- comparar la tasa de pérdida de paquetes real con la tasa de pérdida de paquetes aceptable;
- c)
- modificar una prioridad de la llamada si la tasa de pérdida de paquetes real es mayor que la tasa de pérdida de paquetes aceptable y
- d)
- repetir las etapas b) y c) según sea apropiado, caracterizado el método por interrumpir la llamada si la tasa de pérdida de paquetes real es todavía mayor que la tasa de pérdida de paquetes aceptable.
2. Método según la reivindicación 1, en el que
la etapa d) incluye determinar un periodo durante el cual la tasa
de pérdida de paquetes real es mayor que tasa de pérdida de
paquetes aceptable y decidir, basándose en ese periodo, interrumpir
la llamada.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, que
incluye además la etapa de reproducir un aviso grabado cuando va a
interrumpirse la llamada.
4. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que incluye además la etapa de
almacenar datos relacionados con llamadas interrumpidas para su
futura utilización.
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