ES2340231T3 - Filtrado de trafico de paquetes ip en gprs. - Google Patents
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Abstract
Un filtro para paquetes para la gestión de parámetros de calidad en transmisiones de datos conmutados por paquetes a distintas aplicaciones cliente (A, B, C, D), y desde las mismas, caracterizado porque, para el tráfico de paquetes transmitido por redes de teléfonos móviles mediante el uso de GPRS, dicho filtro está adaptado para restringir la cantidad de datos que se le permite transmitir a un usuario para efectuar requerimientos de calidad, con respecto a al menos el ancho de banda o el retraso, en el tráfico de paquetes por separado para cada una de dichas aplicaciones cliente (A, B, C, D), para el tráfico en redes IP y/o por redes X.25, al decidir mediante el filtrado la cantidad del ancho de banda disponible que se utilizará para cada aplicación cliente, porque se ejecuta el tráfico de paquetes conforme al protocolo IP y porque el filtro está ubicado en la pila de protocolos entre la capa IP (25) y el operador (21) de GPRS, de forma que los paquetes IP pasarán por el filtro antes que la transmisión, ejecutada por el operador (21) de GPRS.
Description
Filtrado de tráfico de paquetes IP en GPRS.
La presente invención describe una forma de
filtrar tráfico de paquetes con la que el usuario tendrá una
oportunidad de efectuar requerimientos de calidad sobre el tráfico
de paquetes, de forma que se puedan indicar los parámetros de
calidad para las aplicaciones cliente utilizadas.
La invención proporciona la funcionalidad que
hace que sea posible que el propio usuario decida lo grande que
será la parte de los recursos totales asignados que será utilizada
para cada aplicación cliente.
La invención describe especialmente una forma de
filtrar tráfico de paquetes en GPRS (Servicio general de
radiotransmisión por paquetes), que es un servicio de datos
conmutados por paquetes para GSM. Únicamente con adiciones sin
importancia a la fase 1 del estándar GPRS, la invención le dará al
usuario una experiencia de calidad considerablemente mayor. Las
aplicaciones cliente que son menos sensibles a los retrasos, por
ejemplo las transmisiones de ficheros con FTP (Protocolo de
transferencia de ficheros), pueden repartir la capacidad común para
las aplicaciones cliente sensibles a los retrasos, por ejemplo,
"Voz sobre IP", con UDP (Protocolo de datagrama de
usuario).
usuario).
El documento EP 0 632 672 describe un sistema y
un procedimiento para garantizar la transmisión de elementos de
datos entre ordenadores con una calidad predeterminada de servicio,
QoS. Entonces, un ordenador en un modelo de referencia de red de
comunicaciones solicita una QoS preseleccionada para transmisiones
seleccionadas. Se emplea una sesión existente mediante la cual se
multiplexan transmisiones que tienen una variedad de garantías
preseleccionadas en la sesión existente.
El GPRS (Servicio general de radiotransmisión
por paquetes) es un servicio de datos conmutados por paquetes para
GSM, y, en primer lugar, constituye un acceso móvil a Internet, pero
también puede crear un acceso a otras redes de datos conmutados por
paquetes, como X.25. El sistema de GPRS está conectado a la red de
datos por medio de un GGSN (Nodo de soporte pasarela de GPRS). Los
paquetes IP, que llegan al GGSN, serán tunelados a la estación
móvil por medio de una red fija y una red basada en radio.
Conforme al estándar GPRS, todos los paquetes IP
que tienen la misma dirección IP estarán asociados con un contexto
PDP, que está en el terminal móvil, un SGSN y un GGSN. El contexto
PDP es un registro, que, entre otros, contiene un perfil de QoS
(perfil de calidad) para el acceso IP del terminal, e información
que se requiere para cambiar la ubicación del terminal en la red
GSM (información para la movilidad). El perfil de calidad, entre
otros, describe qué ancho de banda máximo está disponible para el
usuario, y requerimientos acerca del retraso máximo. Esto significa
que todos los paquetes IP con la misma dirección IP serán
gestionados de la misma forma, con independencia de los
requerimientos variables sobre el retraso que las aplicaciones
cliente efectúan sobre el operador GPRS.
Es bien conocida la necesidad de efectuar
requerimientos de calidad (QoS). La QoS se gestiona en muchos
protocolos, pero la gestión de la QoS para el tráfico IP en
Internet no está resuelta.
Una aplicación cliente puede llevarse a cabo por
medio de distintos tipos de protocolos de transporte. Una
aplicación cliente que requiere que se entregue información
correctamente y en el mismo orden en el que se transmitió utiliza
TCP (Protocolo de control de transmisión), y una aplicación cliente
que en cambio tiene requerimientos más estrictos de retrasos
utiliza UDP (Protocolo de datagrama de usuario).
Si un usuario utiliza una pluralidad de
aplicaciones cliente, los requerimientos acerca de la QoS pueden
diferir entre las distintas aplicaciones cliente que ha activado el
usuario. El uso de las aplicaciones cliente en las que se utiliza
una transmisión conmutada por paquetes puede, por eso, tener como
resultado requerimientos diferenciados para la transmisión. Por
ejemplo, el uso de ciertas aplicaciones cliente efectúa
requerimientos estrictos para la transmisión rápida, mientras que
el uso de otras aplicaciones cliente puede efectuar requerimientos
de que los paquetes transmitidos llegarán en el mismo orden en el
que fueron transmitidos.
La fase 1 del estándar para el Servicio general
de radiotransmisión por paquetes (GPRS) no soporta la diferenciación
de calidad de los paquetes IP que tienen la misma dirección IP.
Esto significa que todos los protocolos IP que tienen la misma
dirección IP compartirán una capacidad común de transmisión, y la
asignación no se puede controlar con respecto a qué requerimientos
se hacen. Esto significa entre otras cosas, que las aplicaciones
cliente que no tienen requerimientos estrictos acerca de retrasos
pueden reducir la calidad para las aplicaciones cliente sensibles a
los retrasos.
Cuando no se puede llevar a cabo un control de
la transmisión con respecto a la calidad, se evita o se influye en
el uso/la activación de ciertas aplicaciones cliente a la misma vez.
Entonces, es imposible una ejecución paralela deseada, así que una
ejecución secuencial, o una ejecución restringida de otra forma,
debe ser aplicada por el cliente.
Basar la gestión de la QoS en que se le puedan
asignar a un usuario una pluralidad de direcciones IP, conforme a
la fase 1 de GPRS, es insuficiente principalmente por dos
razones:
- \bullet
- Existe una gran escasez de direcciones IPv4, lo que reduce mucho la posibilidad de que un usuario utilice una dirección IP para cada aplicación cliente.
- \bullet
- El equipo (PC) del lugar de trabajo no está configurado normalmente para soportar una pluralidad de direcciones IP al mismo tiempo.
\vskip1.000000\baselineskip
Los problemas tratados anteriormente
relacionados con las transmisiones GPRS se solucionan conforme a la
invención por medio de un filtro de paquetes conforme a la
reivindicación 1 y por medio de un procedimiento conforme a la
reivindicación 7.
Los paquetes IP que se transmiten por GPRS están
encapsulados y tunelados de esta manera a través de la red de
conexión. La invención describe cómo los paquetes IP que son
tunelados al operador de GPRS, están dispuestos para pasar por un
filtro de paquetes, que reduce la cantidad de datos que está
permitida que transmita cada aplicación cliente. Por medio de
filtrado, el propio usuario puede decidir la cantidad del ancho de
banda disponible que será utilizada para cada aplicación
cliente.
La invención se puede implementar en terminales
móviles que están utilizando un operador de GPRS para conectarse a
Internet. La invención también se puede implementar en los
nodos GGSN del sistema GPRS.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención proporciona funcionalidad que hace
que sea posible que el propio usuario decida cuán grande será la
parte de los recursos totales asignados al usuario será utilizada
para cada aplicación cliente.
Los recursos disponibles de la red pueden ser
asignados entre aquellas aplicaciones cliente que estén activadas,
de forma que las aplicaciones cliente sensibles tendrán la capacidad
necesaria para una transmisión satisfactoria. Otras aplicaciones
cliente, menos sensibles, tendrán acceso a recursos limitados. Dado
que los requerimientos son menores para estas aplicaciones cliente,
están menos acosadas al variar la capacidad, o al estar limitada.
Por otra parte, si una aplicación cliente no utiliza la capacidad
asignada por completo, la capacidad libre será asignada a cualquier
otra aplicación cliente que tenga la posibilidad de beneficiarse de
una capacidad aumentada de transmisión. Entonces, el usuario
experimentará una calidad total mejorada de la transmisión.
El filtro de paquetes descrito para la gestión
de la QoS en el sistema GPRS introduce una nueva tecnología para
diferencia y priorizar entre distintas aplicaciones cliente. Al
establecer un orden de prioridades y al diferenciar el tráfico IP,
se logra un sistema más flexible para la transmisión y mejores
oportunidades de satisfacer los requerimientos de tiempo y de
calidad, de forma que se puedan utilizar de forma satisfactoria las
aplicaciones cliente. Mediante estas disposiciones, se pueden
utilizar los recursos de la red de mejor forma, y habrá posibilidad
de evitar o posponer las inversiones.
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 1 muestra el acceso a Internet
mediante GPRS.
La Figura 2 muestra un terminal móvil conectado
a Internet por medio de un operador de GPRS.
La Figura 3 muestra cuatro aplicaciones cliente
que comparten la capacidad común de transmisión.
\vskip1.000000\baselineskip
- FTP
- (Protocolo de transferencia de ficheros) Protocolo normal de transferencia de ficheros en Internet.
- GGSN
- (Nodo de soporte pasarela de GPRS) Nodo en la red GSM que conecta la parte de red fija de GPRS con Internet.
- GPRS
- (Servicio general de radiotransmisión por paquetes). Servicio de datos conmutado por paquetes para GSM.
- GSM
- Sistema mundial de comunicaciones móviles.
- Direcciones IPv4
- Dirección en Internet conforme al estándar para el protocolo IP versión 4.
- MSC
- (Centro de conmutación móvil). Nodo de conmutación en redes móviles con funciones, en primer lugar, para el cambio de la base.
- Contexto PDP
- Registro con información acerca de la QoS, entre otros, e información necesaria para hacer posible la movilidad.
- Dirección PDP
- La dirección que está indicada por el GPRS. En el caso con la conexión mediante Internet, dirección PDP = dirección IP, pero también puede ser otra dirección, por ejemplo la dirección X.25.
- QoS
- (Calidad del servicio) Parámetros que definen un rendimiento deseado.
- SGSN
- (Nodo servidor de soporte GPRS). Nodo en la red GSM que gestiona paquetes de datos de teléfonos móviles.
- TCP
- (Protocolo de control de transmisión). Protocolo, que se utiliza habitualmente cuando se realizan requerimientos exigentes de que se entregue la información de forma correcta y en el mismo orden en el que fue transmitida.
- Túnel, \hskip1cm Tunelado
- Una tecnología con la que se pueden encapsular los paquetes de datos, de forma que puedan ser transmitidos a un destino sin estar influenciados por protocolos entre los mismos.
- UDP
- (Protocolos de datagrama de usuario). Protocolos, que se utilizan habitualmente cuando se realizan requerimientos exigentes de que se limiten los retrasos.
\vskip1.000000\baselineskip
La descripción a continuación hace referencia a
las figuras en el apéndice adjunto de dibujos.
\vskip1.000000\baselineskip
El tráfico de paquetes de datos en una red GSM
se efectúa por GPRS (1) (Servicio general de radiotransmisión por
paquetes). El GPRS soporta protocolos estándar y coopera con redes
conmutadas por paquetes como redes IP y redes X.25. Se gestionan
tanto transmisiones intermitentes y de ráfaga como transmisiones
únicas con grandes cantidades de datos. El GPRS se lleva a cabo
mediante dos tipos de nodos en la red GSM: GGSN (2) (Nodo de
soporte pasarela de GPRS) y SGSN (3) (Nodo servidor de soporte
GPRS). Estos nodos están al mismo nivel jerárquico que el MSC en la
red GSM.
El SGSN (3) lleva cuenta de la ubicación del
teléfono móvil en su área de servicio, transmite y recibe paquetes
de datos del teléfono móvil, los remite al GGSN, o los recibe del
mismo. La cooperación con las redes externas de paquetes de datos
está efectuada por medio del GGSN, que convierte los paquetes GSM en
paquetes de otros protocolos (por ejemplo, IP o X.25) y transmite
los paquetes GSM a otras redes de comunicaciones.
Un terminal móvil (5) se conecta a la red de
datos, por ejemplo Internet (4), por separado para GPRS.
Después de ello, se establece un contexto PDP (6), que es una
conexión lógica entre el teléfono móvil y el GGSN. Se puede
describir el contexto PDP como estando representado por registros en
el terminal móvil, el SGSN y el GGSN. Los registros, entre otros,
contienen información acerca de la QoS, la seguridad y tal
información necesaria para efectuar la movilidad, tal como
información acerca de las estaciones base (7, 9), etc. El terminal
móvil está identificado de la red de paquetes de datos por medio de
una dirección PDP. Cada dirección PDP está descrita en las
representaciones individuales del contexto PDP (6) en el terminal
móvil (5), el SGSN (3) o el GGSN (2). Cuando esto se lleva a cabo,
el terminal móvil es visible fuera de la red en la que el terminal
está conectado, por ejemplo Internet (4) y puede por ello
transmitir y recibir paquetes.
Al establecer una conexión con Internet
(4), se establece un "túnel" a través del GPRS desde el GGSN y
hasta el terminal móvil. Se puede controlar el tráfico en el túnel
mediante el abono que el usuario utiliza para la comunicación.
Según este abono se decidirán los requerimientos de QoS y serán
constantes para todos los paquetes a la misma dirección PDP.
El contexto PDP contiene, entre otros,
información acerca de aspectos de calidad e información necesaria
para hacer posible la movilidad. El contexto PDP está representado
en el terminal móvil, el SGSN y el GGSN. La conexión desde el
terminal móvil por medio de la estación base y el SGSN al GGSN se
registra en el contexto PDP. Cuando se mueve el terminal móvil
durante la sesión en curso, se puede realizar un cambio de base.
Entonces, esto también tiene como resultado que la conexión del
terminal móvil con el SGSN cambia, lo que se ilustra por medio de
líneas discontinuas en la Figura 1 (SGSN 8 y estación base 9). La
información para hacer que sea posible llevar a cabo tales cambios
se encuentra en el contexto PDP (6).
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 2, que muestra las pilas de protocolos
en el lugar de trabajo móvil (22), en el GGSN (23) y en la red (24)
de recepción de datos, describe la ubicación del filtrado de
paquetes en la comunicación. Los paquetes IP que se transmiten por
GPRS están encapsulados y tunelados a través de la red de conexión
(operador 21 de GPRS) entre la estación móvil y el GGSN. Hay
ubicado un filtro (25) de paquetes en la pila de protocolos entre
la capa IP (25) y el operador (21) de GPRS. En la Figura 2, se puede
ver el filtro de paquetes como un área marcada en negro en la parte
inferior de la capa IP. Así, los paquetes IP pasarán el filtro de
paquetes antes de ser tunelados por el operador de GPRS. El filtro
restringe la cantidad de datos que se permite que un cliente
transmita, de forma que a los paquetes se les asigna la prioridad en
la transmisión que el usuario ha solicitado. De esa forma, el
usuario puede por medio del filtrado decidir él mismo la cantidad de
ancho de banda disponible que será utilizada para cada
aplicación
cliente.
cliente.
\vskip1.000000\baselineskip
El filtro de paquetes consiste en las siguientes
unidades lógicas:
- \bullet
- El clasificador de paquetes, que clasifica el tráfico de entrada conforme a información predefinida en el paquete IP.
- \bullet
- El contador, que registra y compara el número de paquetes IP entrantes que pertenecen a la misma aplicación cliente con un perfil predefinido.
- \bullet
- El limitador de flujo, que rechaza los paquetes IP que superan el número máximo permitido de paquetes IP por unidad de tiempo (el ancho de banda) para la aplicación cliente.
\vskip1.000000\baselineskip
Definir funciones del filtro para una aplicación
cliente significa que:
- \bullet
- el usuario describe cómo se identifican los paquetes IP de la aplicación cliente.
\vskip1.000000\baselineskip
En primer lugar, se utiliza la identificación de
los protocolos de transporte (por ejemplo, TCP o UDP) y de los
números de puerto, pero cuando es necesario, se utiliza otra
información de una capa más elevada de protocolo.
- \bullet
- el usuario decide qué ancho de banda puede utilizar cada aplicación cliente.
- \bullet
- el usuario decide reglas de cómo asignará el filtro de paquetes la capacidad de transmisión que no utiliza una aplicación cliente de momento.
\vskip1.000000\baselineskip
Si una aplicación cliente no utiliza todo el
ancho de banda asignado, se le da a otra aplicación cliente acceso
a ancho de banda adicional.
La Figura 3 muestra un ejemplo del uso del ancho
de banda.
En el dibujo superior de la Figura se muestra
cómo se asigna el ancho de banda total disponible entre cuatro
aplicaciones cliente (A, B, C y D), dos (B y C) que utilizan el
protocolo TCP, y dos (A y D) que utilizan el protocolo UDP.
Supongamos que se le permite a la aplicación B de TCP utilizar
también la capacidad de transmisión que ha sido asignada a las
aplicaciones A y D de UDP durante el tiempo en el que las
aplicaciones de UDP no utilizan el ancho de banda completo.
En el dibujo inferior se muestra un ejemplo en
el que las aplicaciones cliente A y D no utilizan el ancho de banda
completo asignado, ante lo cual se le puede asignar a la aplicación
cliente B una cierta capacidad adicional (31) de transmisión.
De esta forma, el ancho de banda disponible se
utilizará mejor, y en el ejemplo no se dejará sin utilizar ninguna
capacidad de transmisión. El usuario experimenta que las
aplicaciones cliente A y D tendrán la capacidad necesaria, al mismo
tiempo que la aplicación cliente B tendrá una mayor capacidad además
de la asignada inicialmente.
La invención no está limitada a las
realizaciones descritas anteriormente, sino que puede ser objeto,
además, de modificaciones en el marco de las siguientes
reivindicaciones de la patente.
Claims (12)
1. Un filtro para paquetes para la gestión de
parámetros de calidad en transmisiones de datos conmutados por
paquetes a distintas aplicaciones cliente (A, B, C, D), y desde las
mismas,
caracterizado porque, para el tráfico de
paquetes transmitido por redes de teléfonos móviles mediante el uso
de GPRS, dicho filtro está adaptado para restringir la cantidad de
datos que se le permite transmitir a un usuario para efectuar
requerimientos de calidad, con respecto a al menos el ancho de banda
o el retraso, en el tráfico de paquetes por separado para cada una
de dichas aplicaciones cliente (A, B, C, D), para el tráfico en
redes IP y/o por redes X.25, al decidir mediante el filtrado la
cantidad del ancho de banda disponible que se utilizará para cada
aplicación cliente, porque se ejecuta el tráfico de paquetes
conforme al protocolo IP y porque el filtro está ubicado en la pila
de protocolos entre la capa IP (25) y el operador (21) de GPRS, de
forma que los paquetes IP pasarán por el filtro antes que la
transmisión, ejecutada por el operador (21) de GPRS.
2. Un filtro para paquetes como se reivindica en
la reivindicación 1,
caracterizado porque los protocolos de
transmisión que se utilizan en Internet son TCP, Protocolo de
control de transmisión, y UDP, Protocolo de datagrama de
usuario.
3. Un filtro para paquetes como se reivindica en
la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque el filtro está
adaptado para diferenciar la QoS para el tráfico IP en
Internet para distintas aplicaciones cliente con la misma
dirección IP.
4. Un filtro para paquetes como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado:
- porque la cantidad de datos, que se le permite transmitir a cada una de dichas aplicaciones cliente (A, B, C, D), está limitada;
- porque la capacidad (31) de transmisión, que ha sido asignada a cualquiera de dichas aplicaciones cliente pero que no se ha utilizado, se asigna a cualquier otra de dichas aplicaciones cliente;
- porque la asignación entre dichas aplicaciones cliente del ancho de banda disponible se decide en el momento de la utilización de las aplicaciones cliente.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Un filtro para paquetes como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por
los siguientes elementos:
- un clasificador de paquetes, que clasifica el tráfico de entrada conforme a información en los paquetes transmitidos,
- un contador, que registra y compara el número de paquetes entrantes que pertenecen a la misma aplicación cliente con un perfil predefinido, y
- un limitador de flujo, que rechaza paquetes, de forma que el número de paquetes por unidad de tiempo que se permite para la aplicación cliente con la que está relacionado el paquete, no supera un número máximo permitido de paquetes por unidad de tiempo.
\vskip1.000000\baselineskip
6. Un filtro para paquetes como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado
porque las funciones del filtro para una aplicación cliente están
definidas por:
- una descripción de cómo se identifican los paquetes que son transmitidos.
- asignación del ancho de banda para cada aplicación cliente.
- control de la asignación de la capacidad de transmisión que no se utiliza temporalmente.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Un procedimiento para el filtrado de
transmisiones de datos conmutados por paquetes para efectuar
requerimientos de calidad acerca del tráfico de paquetes por
separado para cada una de las aplicaciones cliente activas (a, B,
C, D), caracterizado porque, para el tráfico de paquetes
transmitido por redes de teléfonos móviles mediante el uso de GPRS,
se ejecuta el tráfico de paquetes conforme al protocolo IP, y porque
el filtrado se lleva a cabo mediante un filtro para paquetes
adaptado para restringir la cantidad de datos que se le permite
transmitir a un cliente para efectuar requerimientos de calidad,
relacionados con al menos el ancho de banda o los retrasos, acerca
del tráfico de paquetes por separado para cada una de dichas
aplicaciones cliente (A, B, C, D), para tráfico por redes IP y/o
por redes X.25, al decidir mediante el filtrado la cantidad del
ancho de banda disponible que se utilizará para cada aplicación
cliente, y porque dicho filtro para paquetes está ubicado en la pila
de protocolos entre la capa IP (25) y la capa con el operador (21)
de GPRS, de forma que los paquetes IP pasarán por el filtro antes
que la transmisión GPRS.
8. Un procedimiento como se reivindica en la
reivindicación 7,
caracterizado porque dichos
requerimientos diferenciados de calidad se efectúan sobre el tráfico
en redes IP y/o en redes X.25.
9. Un procedimiento como se reivindica en las
reivindicaciones 7 u 8,
caracterizado porque dicho filtro para
paquetes comprende los siguientes elementos:
- un clasificador de paquetes, que clasifica el tráfico conforme a información en los paquetes transmitidos,
- un contador, que para cada una de dichas aplicaciones cliente registra y compara el número de paquetes transmitidos que pertenecen a dicha aplicación cliente con un perfil predefinido, y
- un limitador del flujo, que limita el flujo de paquetes para una aplicación cliente a un número máximo permitido de paquetes por unidad de tiempo.
\vskip1.000000\baselineskip
10. Un procedimiento como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9,
caracterizado por la asignación dinámica
de la capacidad de transmisión entre dichas aplicaciones
cliente.
11. Un procedimiento como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado:
- porque la cantidad de datos que se permite que transmita cada una de dichas aplicaciones cliente (A, B, C, D) está restringida,
- porque la capacidad (31) de transmisión, que está asignada a una de dichas aplicaciones cliente, pero que no se utiliza, se asigna a cualquier otra de dichas aplicaciones cliente,
- porque el usuario decide de forma dinámica cómo será asignada la utilización del ancho de banda disponible entre dichas aplicaciones cliente.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Un procedimiento como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11,
caracterizado por:
- la identificación de los paquetes de dichas aplicaciones cliente,
- asignación del ancho de banda para cada una de dichas aplicaciones cliente, y
- el control de la asignación de la capacidad de transmisión que no se utiliza momentáneamente.
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES99963811T Expired - Lifetime ES2340231T3 (es) | 1998-12-15 | 1999-12-07 | Filtrado de trafico de paquetes ip en gprs. |
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Families Citing this family (13)
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