ES2651441T3 - Un método implementado por ordenador, un sistema y programas de ordenador para controlar la congestión en un nodo de transporte de una red de comunicaciones - Google Patents

Un método implementado por ordenador, un sistema y programas de ordenador para controlar la congestión en un nodo de transporte de una red de comunicaciones Download PDF

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Abstract

Un método implementado por ordenador para controlar la congestión en un nodo de transporte de una red de comunicaciones, comprendiendo el método: - identificar y clasificar, mediante una unidad de clasificación (102), los flujos de paquetes de datos recibidos entre los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB) y los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB), realizándose dicha clasificación en la unidad de clasificación (102) que ha comprobado una pluralidad de parámetros de configuración con respecto a los flujos de paquetes de datos; caracterizado porque el método comprende adicionalmente: - enviar los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB) identificados y clasificados a una unidad de marcación de paso (103) que separa la transmisión de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB) hacia un puerto de salida del nodo de transporte (100); y - enviar la pluralidad de parámetros de configuración en relación con los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB) identificados y clasificados a una unidad de cola virtual (104), incluyendo dicha unidad de cola virtual (104) un procesador que ejecuta un algoritmo para activar uno o más procedimientos de corrección de la congestión, en el que en el caso de que el resultado obtenido por dicho algoritmo esté por encima de, o sea igual a, al menos un umbral se activa un procedimiento de corrección de la congestión correspondiente.

Description

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Un metodo implementado por ordenador, un sistema y programas de ordenador para controlar la congestion en un
nodo de transporte de una red de comunicaciones
DESCRIPCION
Campo tecnico
La presente invencion se refiere, en general, al campo de los metodos y sistemas de comunicacion. En particular, la invencion se refiere a un metodo implementado por ordenador, un sistema y programas de ordenador para controlar la congestion en un nodo de transporte de una red de comunicaciones en la que se gestionan los diferentes flujos de paquetes de datos asociados a diferentes divisiones funcionales con diferentes requisitos.
Antecedentes de la invencion
El trafico de datos moviles continua creciendo rapidamente. El reto para los operadores moviles es soportar a mas abonados con una demanda de ancho de banda cada vez mayor. Para cumplir estos requisitos de ancho de banda, existe una necesidad de nuevas soluciones tecnologicas que ayuden a los operadores en la utilizacion eficiente de los recursos de red disponibles.
Una de las tendencias para las futuras redes moviles es la virtualizacion de parte o la totalidad del procesamiento de banda base asociado a la interfaz de radio en las estaciones base. Esto significa que este procesamiento se realiza en su lugar en una localizacion centralizada (un centro de datos, una oficina central, etc.), idealmente usando las soluciones de tecnologfa de informacion convencionales, como el uso de las maquinas virtuales e hipervisores, en una solucion arquitectonica normalmente identificada como la nube RAN. Sin embargo, es muy poco probable que toda la red movil pueda migrar a la nueva arquitectura de una vez, por lo que la coexistencia del procesamiento distribuido (es decir, localizado cerca de la antena) y centralizado puede coexistir en la infraestructura desplegada por un operador.
Ademas de esto, debe tenerse en cuenta que existen diferentes opciones posibles para la division entre las funciones de interfaz de radio que permanecen distribuidas y las que estan centralizadas. Los flujos de informacion generados por las diferentes divisiones funcionales pueden tener diferentes requisitos en terminos de tasa de bits que debenan garantizarse y de latencia que puede tolerarse.
El documento RFC 5783 'Congestion Control in the RFC Series' de la IRTF, define el control de la congestion como el ajuste basado en la realimentacion de la tasa a la que los datos se envfan a la red. El control de la congestion en las redes de paquetes ajusta la cuota de los enlaces con el ancho de banda variable en el momento que reciben las diferentes conexiones.
El control de la congestion ha estado estrechamente asociado con TCP desde 1988, con la introduccion del algoritmo de disminucion exponencial aumento lineal (AIMD). El control de la congestion de TCP esta disenado para utilizar totalmente el ancho de banda de red, manteniendo toda la red estable. Pero, como AIMD esta mostrando sus lfmites en una serie de areas, tambien ha habido un gran acuerdo de trabajo de control de la congestion fuera de TCP (por ejemplo, para las aplicaciones multimedia en tiempo real, la multidifusion y los mecanismos basados en un encaminador). Varias de tales propuestas se han producido dentro de la IETF y publicado como RFC, junto con las RFC que proporcionan una orientacion arquitectonica (por ejemplo, senalando la importancia de realizar alguna forma de control de la congestion). Una lista no exhaustiva de ejemplos incluye TCP de alta velocidad, TCP escalable, H-TCP, FAST y XCP. Varios de estos mecanismos estan en uso dentro de la Internet.
Una nueva area que ha generado el desarrollo de nuevas soluciones de control de la congestion es la necesidad de soportar las redes de los centros de datos, que comprenden miles de maquinas interconectadas con conmutadores basicos. Las caractensticas de estas redes difieren de las de la Internet en muchos aspectos, tales como el ancho de banda, la latencia, las topologfas y los patrones de trafico. La cuestion a enfrentarse en las redes de los centros de datos es el hecho de que los flujos pueden dividirse en dos categonas que tienen requisitos contradictorios sobre la ocupacion de la memoria intermedia de enlace: grandes flujos sensibles al rendimiento y pequenos flujos sensibles a la latencia.
Algunas de las tecnologfas desarrolladas para estos entornos especiales pueden ser de aplicacion para el problema que esta invencion se propone hacer frente, en el sentido de que soportan el intercambio de capacidad de latencia, es decir, reducir la capacidad usada con el fin de minimizar la latencia. En este sentido, la presente invencion toma algunos elementos del concepto de cola fantasma, que se centra en mantener las colas vacfas en todos los puertos de salida del nodo de transporte cuando existen flujos con requisitos de latencia estrictos. El concepto esta motivado por la idea de que es posible eliminar el retardo en el almacenamiento en la memoria intermedia y el encolamiento detectando la congestion basandose en la utilizacion del enlace cuando se acerca a su capacidad, en lugar de la ocupacion de la cola. La cola fantasma representa un flujo imaginario cuya capacidad no usada puede usarse para
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adaptar el trafico que aumenta sin acumulacion de cola.
En terminos de implementacion, la cola fantasma es una cola virtual mantenida en cada puerto de salida del nodo de transporte, que establece marcas de notificacion de congestion expUcita (ECN) basandose en la utilizacion del enlace. Simula la acumulacion de cola para un enlace virtual que funciona a una velocidad configurable mas lenta que su capacidad ffsica, sin almacenar en la memoria intermedia realmente ningun paquete de datos. El mecanismo marca los paquetes de datos entrantes con la ECN cuando la cola simulada esta por encima de cierto umbral, que a continuacion se usa por el protocolo de transporte para realizar el control de la congestion adaptativo. Ya que la cola fantasma limita de manera deliberada la tasa de flujo de paquetes de datos agregados para que sea estrictamente menor que la capacidad ffsica, las memorias intermedias de los nodos de transporte se mantienen en gran parte sin ocupar, y los paquetes experimentan un retardo de transmision de referencia sin hacer cola.
Asociado al uso de colas fantasmas, los mecanismos de control de la congestion para los centros de datos tambien incorporan la marcacion de paso de paquetes basada en hardware. Los marcadores de paso de paquetes estan destinados a enfrentarse con el trafico a rafagas que provoca picos en el encolado, aumentando la latencia. Los marcadores de paso se implementan por lo general como un contador dinamico simple con una tasa de salida configurable, y debenan estar presentes cuando la tasa de bits del puerto de entrada es mas alta que la tasa de bits del puerto de salida.
Debena observarse que se espera que las colas fantasmas se enfrenten con la coexistencia de los flujos de informacion con una alta tasa de bits, pero tolerante a una latencia grande con otra caracterizada por una tasa de bits baja, pero un requisito de muy baja latencia. Por otra parte, la implementacion de estos mecanismos no es gratuita, sino que implica una reduccion del ancho de banda disponible. Las estimaciones disponibles en la bibliograffa indican que puede esperarse una disminucion del orden del 10-15 % en el ancho de banda (con respecto al uso de mecanismos de congestion convencionales).
Los primeros mecanismos de control de la congestion basados en TCP implementados en la Internet se basaron en la suposicion de que todos los flujos tienen requisitos similares. Sin embargo, en algunos entornos esto no es claramente el caso, y no esta nada claro que en estas circunstancias el control de la congestion basado en TCP sena el adecuado. Por ejemplo, ha habido algunas preocupaciones serias acerca del rendimiento de TCP en las redes de centros de datos, incluyendo problemas como el largo tiempo de terminacion de los flujos TCP cortos en competencia con los flujos TCP largos, y la congestion debida a la difusion de tipo incast de TCP.
El grupo de trabajo de tecnicas de evitacion de congestion de medios RTP (rmcat) de la IETF esta trabajando en el desarrollo de mecanismos de control de la congestion que garanticen la coexistencia de los flujos de informacion multimedia en tiempo real punto a punto interactivos, que necesitan de una entrega de datos semi-fiable de bajo retardo, con los asociados a la transferencia en bloque como FTP o a las transferencias a rafagas como las paginas web. Sin embargo, debena observarse que el uso de estos mecanismos no es adecuado para los casos de uso en consideracion para esta invencion, en tanto que la escala de tiempo para estos mecanismos es mucho mas grande, al tiempo que debe proporcionarse un nivel mas alto de fiabilidad.
Las soluciones de control de la congestion de los centros de datos estan mas cerca de cumplir con los requisitos de la invencion, especialmente en terminos de escala de tiempo. Sin embargo, los algoritmos y tecnologfas desarrolladas se basan en el supuesto de que los grandes bloques de informacion que deben transportarse normalmente toleran mas retardo que los pequenos, en general, asociados a mensajes de control o de senalizacion. Por otro lado, en el caso de los flujos de paquetes de datos asociados a diferentes divisiones funcionales en las redes moviles, los flujos de paquetes de datos que requieren un ancho de banda mas grande tambien requieren una latencia mas baja.
El documento EP2469778A1 se refiere a gestion de la congestion de multiples algoritmos de trafico en un unico dispositivo de red que usa varios algoritmos de evitacion de congestion. El metodo incluye separar trafico de entrada en sub-flujos de trafico, gestionar colas virtuales que corresponden a los sub-flujos de trafico usando algoritmos de evitacion de congestion, y reasignar dinamicamente una capacidad total de trafico a traves del unico dispositivo de red a las colas virtuales.
El documento US20140307554A1 describe sistemas, metodos y programas informaticos adaptados para recibir un flujo de trafico que tiene una pluralidad de paquetes, clasificar el flujo de trafico en una clase de trafico basandose en una caractenstica del flujo de trafico, que es la clase de trafico seleccionada a partir de una pluralidad de clases, almacenar un identificador de la clase seleccionada a uno o mas de los paquetes, y transmitir el flujo de trafico de acuerdo con su destino basandose en una prioridad de su clase de trafico seleccionada.
El documento US20070201499A1 describe un dispositivo, sistema y metodo para gestionar congestion de paquetes con un procesador que puede recibir un paquete y puede mapear el paquete a una de varias colas y a una de varias clasificaciones basandose en una indicacion de prioridad. El procesador tambien comprueba congestion en las colas con respecto a la clasificacion del paquete y comprueba congestion en la cola con respecto a la clasificacion, pone
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en cola el paquete si no hay congestion y descarta el paquete si hay congestion.
El documento US8072887 hace referencia a metodos, sistemas y productos de programa de ordenador para controlar el encolado de paquetes en una cola agregada que incluye una pluralidad de colas virtuales. De acuerdo con un metodo, se reciben paquetes en el lado de entrada de un sistema de encolado. Cada paquete se clasifica en una cola virtual que corresponde a una de una pluralidad de colas de salida. La cola de salida envfa mensajes de contrapresion al codificador de encolado. El controlador de encolado determina si colocar los paquetes en la cola agregada basandose en los mensajes de contrapresion.
Descripcion de la invencion
El estado actual de las propuestas de la tecnica no permite el control de la congestion en los nodos de transporte que tienen que gestionar los flujos de informacion asociados a las diferentes divisiones funcionales con diferentes requisitos, por lo tanto, un objeto de la presente invencion es permitir el control de la congestion en los nodos de transporte (conmutadores/encaminadores) de una red de comunicaciones con diferentes flujos de paquetes de datos que necesiten diferentes tasas de bits y tolerar diferentes valores maximos de latencia. Estos requisitos especiales surgen de un caso de uso asociado con la centralizacion de las funciones de procesamiento de la interfaz de radio en las redes moviles, la asf llamada arquitectura nube RAN, que coexiste con los elementos de redes moviles convencionales. Aunque puede argumentarse que la C-RAN necesita una infraestructura de transporte espedfica, esta claro que la posibilidad de compartir las anteriores con otras soluciones arquitectonicas beneficiana a los operadores.
La invencion toma como punto de partida el uso del concepto de cola virtual, que se modifica con el fin de hacer frente a los requisitos espedficos de los casos de uso indicados anteriormente. Debe tenerse en cuenta que la aplicacion al caso de uso considerado en esta invencion de las colas existentes virtuales, como el mecanismo de cola fantasma (u otras alternativas similares disenadas para el funcionamiento en los centros de datos), como se han definido en la bibliograffa, conducina a un deterioro del rendimiento.
Para ese fin, como es de manera comun en el campo, las realizaciones de la presente invencion proporcionan de acuerdo con un primer aspecto un metodo implementado por ordenador para controlar la congestion en un nodo de transporte de una red de comunicaciones. El metodo propuesto identifica y clasifica, mediante una unidad de clasificacion, los flujos de paquetes de datos recibidos entre los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija y los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable, por medio de la comprobacion de una pluralidad de parametros de configuracion en relacion con los flujos de paquetes de datos.
A continuacion, los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija identificados y clasificados se envfan a una unidad de marcacion de paso que separa la transmision de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija hacia un puerto de salida del nodo de transporte, y la pluralidad de parametros de configuracion en relacion con los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable identificados y clasificados se envfan a una unidad de cola virtual que incluye un procesador que ejecuta un algoritmo para activar uno o mas procedimientos de correccion de la congestion. Finalmente, si el resultado obtenido mediante dicho algoritmo esta por encima de, o es igual a, al menos un umbral, el metodo propuesto activa un procedimiento de correccion de la congestion correspondiente de dicho uno o mas procedimientos de correccion de la congestion.
Preferentemente, dicho algoritmo, que puede funcionar o de una manera asmcrona o smcrona, calcula la tasa de bits que la unidad de cola virtual puede soportar basandose en una tasa de bits de referencia que resulta de la resta de la tasa de bits del puerto de salida menos la capacidad necesaria para transmitir los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija.
La pluralidad de parametros de configuracion incluyen, para el caso de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija, una tasa de bits garantizada y una latencia maxima, y para el caso de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable, una tasa de bits media; una tasa de bits maxima; una latencia maxima y una prioridad de flujo. La prioridad de flujo puede establecerse a partir de un indicador de calidad soportado en una norma de comunicacion que incluye al menos LTE o UMTS, o puede basarse en los datos de suscripcion.
De acuerdo con una realizacion, el al menos un umbral se calcula por medio de: Thr2 = min_lat_VB • (Z • tasa_de_bits_puerto_salida_corregida), donde min_lat_VB es el valor mmimo de la latencia que no puede superarse por los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable, tasa_de_bits_puerto_salida_corregida es la tasa de bits disponible para los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable y Z es el factor de utilizacion del enlace de cola virtual.
El procedimiento de correccion de la congestion correspondiente se activa preferentemente, mediante una unidad de marcador, mediante una unidad de descarte, o por ambas, basandose en la latencia de activacion asociada a un mecanismo de notificacion de congestion explfcita, o ECN. La unidad de marcador puede marcar el flujo de
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paquetes de datos de tasa de bits variable de dichos flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable identificados y clasificados que tienen: una prioridad mas baja, una tasa de bits media medida que se desvfa el maximo de una tasa de bits media declarada, o un retardo de acuse de recibo medido mas corto. Por otra parte, la unidad de descarte puede descartar de forma aleatoria los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable de dichos flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable identificados y clasificados de acuerdo con una probabilidad de descarte.
En el caso de que el procedimiento de correccion de la congestion correspondiente activado mediante la unidad de marcador, mediante la unidad de descarte, o por ambas, no sea suficiente para resolver la congestion, puede activarse adicionalmente un procedimiento de correccion de la congestion complementario. El procedimiento de correccion de la congestion complementario puede incluir modificar las tasas de bits de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija o mover los flujos de paquetes de datos a una ruta menos congestionada.
Las realizaciones de la presente invencion tambien proporcionan, de acuerdo con un segundo aspecto, un sistema para controlar la congestion. El sistema incluye una unidad de clasificacion configurada y dispuesta para identificar y clasificar los flujos de paquetes de datos recibidos entre los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija o los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable considerando una pluralidad de parametros de configuracion con respecto a los flujos de paquetes de datos; una unidad de marcacion de paso configurada y dispuesta para recibir los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija identificados y clasificados desde la unidad de clasificacion y para separar la transmision de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija hacia un puerto de salida de un nodo de transporte de una red de comunicaciones; y una unidad de cola virtual configurada y dispuesta para recibir la pluralidad de parametros de configuracion en relacion con los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable identificados y clasificados desde la unidad de clasificacion, comprendiendo dicha unidad de cola virtual un procesador que ejecuta un algoritmo para activar uno o mas procedimientos de correccion de la congestion.
El sistema tambien incluye preferentemente una unidad de marcador y/o una unidad de descarte, configuradas y dispuestas para activar el uno o mas procedimientos de correccion de la congestion basandose en una latencia de activacion asociada a un mecanismo de notificacion de congestion explfcita, o ECN.
De acuerdo con una realizacion, el sistema esta completamente incluido en el nodo de transporte que comprende un dispositivo de comunicacion ffsica de capa 2 o de capa 3 que incluye al menos un conmutador, o como alternativa, un dispositivo de comunicacion virtual que incluye al menos un conmutador virtual implementado con una tecnologfa de software.
De acuerdo con otra realizacion, el sistema esta incluido en parte en el nodo de transporte e incluido en parte en un controlador de nodo de transporte, estando el nodo de transporte y el controlador de nodo de transporte, configurados y dispuestos para comunicarse entre sf a traves de una interfaz de comunicaciones.
Otras realizaciones de la invencion que se divulgan en el presente documento incluyen programas de software para realizar las etapas de realizacion del metodo y las operaciones anteriormente resumidas y divulgadas en detalle a continuacion. Mas particularmente, un producto de programa de ordenador es una realizacion que tiene un medio legible por ordenador que incluye instrucciones de programa de ordenador codificadas en el mismo, que cuando se ejecutan en al menos un procesador en un sistema de ordenador hace que el procesador realice las operaciones indicadas en el presente documento como realizaciones de la invencion.
Breve descripcion de los dibujos
Las ventajas y caractensticas anteriores y otras se comprenderan mas completamente a partir de la siguiente descripcion detallada de las realizaciones, con referencia a las figuras adjuntas, que deben considerarse de una manera ilustrativa y no limitativa, en las que:
La figura 1 ilustra el sistema del segundo aspecto de la invencion de acuerdo con una realizacion. En este caso, la arquitectura del sistema esta completamente incluida en un nodo de transporte de una red de comunicaciones.
La figura 2 ilustra el sistema del segundo aspecto de la invencion de acuerdo con otra realizacion. En este caso, la arquitectura del sistema esta dividida entre un nodo de transporte y un controlador de nodo de transporte.
La figura 3 es una ilustracion de la arquitectura general usada por la presente invencion de acuerdo con la realizacion de la figura 1, es decir, el procedimiento de la congestion solo se implementa en el nodo de transporte.
La figura 4 es una ilustracion de la arquitectura general usada por la presente invencion de acuerdo con la realizacion de la figura 2, es decir, el procedimiento de la congestion esta implementado en parte en el nodo de transporte e implementado en parte en el controlador de nodo de transporte.
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Descripcion detallada de las realizaciones preferidas
Con referencia a las figuras 1 o 2, la presente invencion se implementa principalmente por dos componentes: el hardware subyacente que implementa los procedimientos de control de la congestion y el software encargado de la configuracion y el control del comportamiento del componente de hardware. Ambas entidades no deben necesariamente colocarse de manera conjunta ffsicamente en el elemento de nodo de transporte 100 (por ejemplo, un elemento de conmutacion), ya que el software de control puede desplegarse en una entidad del plano de control separada, como un controlador de nodos de transporte o el controlador SDN 10.
Como puede verse en las figuras 1 o 2, los componentes de hardware pueden incluir: una unidad de clasificacion 102; una unidad(s) de marcacion de paso 103 (una por puerto de salida); una unidad(s) de cola virtual 104 (una por puerto de salida); una unidad de marcador 105 y/o una unidad de descarte 106.
El metodo de control de la congestion propuesto puede funcionar, o de una manera asmcrona o smcrona. En el primer caso, el control de la congestion se activana en cualquier momento en que un puerto de entrada reciba un bloque de informacion. En el segundo caso, el control de la congestion se activana periodicamente con la periodicidad establecida por el flujo de paquetes de datos de tasa fija con el intervalo mas pequeno entre los paquetes de datos.
La presente invencion establece la configuracion del procedimiento de control de la congestion para implementarse basandose en las caractensticas de los flujos de paquetes de datos que se procesan por un conmutador 101. A continuacion, la unidad de clasificacion 102 identifica el tipo de flujo de paquetes de datos que se dirigen a cada puerto de salida. Una primera clasificacion distingue entre los flujos FB de paquetes de datos de tasa de bits fija y los flujos VB de paquetes de datos de tasa de bits variable considerando una pluralidad de parametros de configuracion.
Preferentemente, los flujos de paquetes de datos que tienen una tasa de bits fija se caracterizan por dos parametros de configuracion: una tasa de bits garantizada necesaria por el flujo de paquetes de datos y una latencia maxima que puede soportarse. Por otro lado, los flujos de paquetes de datos que tienen una tasa de bits variable se caracterizan por los siguientes parametros de configuracion: la tasa de bits media, la tasa de bits maxima, la latencia maxima que puede soportarse y la prioridad de flujo. La prioridad de flujo puede establecerse a partir del indicador de calidad que se soporta en normas como LTE o UMTS. Como alternativa, la prioridad de flujo puede estar basada en los datos de suscripcion.
En una realizacion de la invencion, la clasificacion de los flujos de paquetes de datos se basa en la etiqueta QinQ de IEEE 802.1ad que se supone que se usa para encaminar diferentes flujos en la red.
Los flujos FB de paquetes de datos de tasa de bits fija identificados y clasificados se envfan, a continuacion, a los marcadores de paso 103, que en la presente invencion se implementan preferentemente como un mecanismo de contador dinamico simple, pero en cualquier caso no son obligatorios.
Los parametros de configuracion de los flujos VB de paquetes de datos de tasa de bits variable se introducen en la unidad de cola virtual 104 (tamano del paquete de datos en bytes) cuando salen de la unidad de clasificacion 102. La unidad de cola virtual 104 comprende un procesador (no ilustrado) que ejecuta un algoritmo para simular una acumulacion de cola de un enlace virtual que se ejecuta a una menor velocidad, preferentemente calculada restando a la velocidad del puerto de salida la suma de las velocidades de los flujos de paquetes de datos que tienen la tasa de bits continua (por ejemplo, si existen dos flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija a 2 Gbit/s y el puerto de salida tiene una tasa de bits de 10 Gbit/s, entonces el puerto de salida de la cola 104 virtual se dimensiona para una tasa maxima de 6 Gbit/s). En ese momento, el algoritmo aplica un factor de reduccion o de correccion para la velocidad del puerto de salida virtual. El nuevo tamano de la cola se calcula y se compara con un conjunto de umbrales que se han configurado anteriormente.
Si el tamano de la cola (despues de descontar los bytes que debenan haberse transmitido) supera uno de los umbrales configurados, entonces el algoritmo activa uno de los procedimientos de correccion de la congestion programados, que puede ser marcando, mediante la unidad de marcador 105, los paquetes de datos con congestion usando, por ejemplo, la notificacion de congestion explfcita (ECN) en las cabeceras IP o TCP y/o descartando, mediante la unidad de descarte 106, los paquetes de datos de acuerdo con el algoritmo programado.
Los umbrales que se aplican se calculan basandose en uno de los varios procedimientos posibles cuya formulacion general es la misma. Se consideran dos tipos de umbrales por la presente invencion, los asociados a la proteccion de los flujos FB de paquetes de datos de tasa de bits fija (Thr1) y los asociados con la proteccion de los flujos VB de paquetes de datos de tasa de bits variable (Thr2): Thr1 = min_lat_FB • (Z • tasa_de_bits_puerto_salida_corregida) y Thr2 = min_lat_VB • (Z • tasa_de_bits_puerto_salida_corregida), donde min_lat_ (FB o VB) es el valor mmimo de
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latencia que no puede superarse por los flujos de paquetes de datos de tasa fija o de tasa variable. Debena observarse que este valor no es la latencia de extremo a extremo que puede tolerarse por los flujos de paquetes de datos, si no la contribucion aceptable desde el nodo de transporte 100 a esta latencia de extremo a extremo.
La tasa_de_bits_puerto_salida_corregida es la tasa de bits disponible para los flujos VB de paquetes de datos de tasa de bits variable (es decir, la tasa de bits del puerto de salida menos la suma de las tasas de bits de los flujos constantes).
El factor Z de utilizacion del enlace de cola virtual se calcula como una funcion de la relacion de la suma de las tasas de bits media de los flujos VB de paquetes de datos de tasa de bits variable (VBF_tasa_de_bits_media) para la tasa_de_bits_puerto_salida_corregida:
Z = a • [1 - I (VBF_tasa_de_bits_media)/tasa_de_bits_puerto_salida_corregida],
donde (a < 1) es un factor de diseno que puede usarse para modular este parametro con el fin de mejorar el rendimiento global del procedimiento. Este parametro, en una realizacion de la invencion, es una funcion de la relacion entre las tasas de bits media y maxima de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable. En esta realizacion, a tiene un valor mas bajo como la relacion entre los aumentos de las tasas de bits maximas y medias.
Puede haber umbrales asociados con la activacion de los diferentes procedimientos de correccion de la congestion que se describen en las siguientes secciones (por ejemplo, un umbral mas bajo para activar los procedimientos de notificacion de la congestion y un umbral mas alto para la activacion del descarte de paquetes). Puede haber tambien diferentes umbrales asociados a los flujos de paquetes de datos con diferentes prioridades, es decir, valores umbrales mas bajos para esos flujos de paquetes de datos que tienen menor prioridad, por lo que son mas propensos a que se les marque o descarte.
La comparacion del umbral con la ocupacion de la cola virtual puede realizarse considerando o el valor absoluto o un promedio movil de la ocupacion de la cola. En una realizacion de la invencion, se usa un filtro de mediana para estimar el promedio movil de la ocupacion de la cola, mientras que en otra realizacion de la invencion se usa un promedio movil ponderado exponencial. Los parametros a usarse para el calculo del promedio movil de la ocupacion de la cola (el tamano de ventana del filtro de mediana, el factor de ponderacion de la media movil exponencial) seran una funcion de los parametros que caracterizan los flujos de paquetes de datos y la relacion entre las escalas de tiempo de los flujos de paquetes de datos de informacion controlados.
Procedimientos de correccion de la congestion
Se preven dos procedimientos de correccion de la congestion a emprenderse por el nodo de transporte 100 que implementa el metodo propuesto.
Uno de los procedimientos de correccion de la congestion se basa en el marcado de los paquetes de datos. El marcado puede basarse en mecanismos ECN a nivel IP o en nuevos protocolos de notificacion de la congestion de capa inferior. Como los anteriores, en general, funcionan a una escala de tiempo mas grande, no pueden usarse para resolver problemas de congestion a corto plazo si el retardo de transporte es significativo. Los mecanismos ECN existentes se basan en la senalizacion en banda de la congestion. Todos los paquetes de datos en una conexion tienen un bit activado en la cabecera IP que le indica al nodo de transporte que este paquete de datos pertenece a una conexion que entiende, y que reaccionara a la ECN. Cada nodo de transporte puede usar su propia polftica para implementar el mecanismo ECN, por ejemplo, marcando el paquete mediante el establecimiento de otro bit en la cabecera IP cuando el tamano medio de la cola supera cierto umbral. Tras recibir cualquier paquete de datos con el ECN activado en el mismo, el receptor se hace eco de esta informacion en su mensaje ACK (o realimentacion equivalente) al emisor. Cuando el emisor recibe un mensaje ACK o de realimentacion con la ECN hecha eco, toma medidas apropiadas de control de la congestion; por ejemplo, reduciendo su ventana. Tambien activa alguna informacion en la cabecera IP que indique al receptor que de hecho el emisor ha reaccionado a este eco.
En el contexto de las redes 3GPP, el elemento encargado de reaccionar a la notificacion de la congestion es la funcion de polftica y reglas de cargas (PCRF), que dinamicamente controla y gestiona todas las sesiones de datos. La PCRF proporciona polfticas para la mitigacion de la congestion a una o mas de las siguientes entidades de red:
• a la PCEF (funcion de polftica y aplicacion de cargas) sobre la interfaz Gx;
• a la TDF (funcion de deteccion de trafico) sobre la interfaz Sd;
• a la AF (funcion de aplicacion) sobre la interfaz Rx.
Otra opcion es el uso del algoritmo de notificacion de la congestion cuantificado (QCN), normalizado por el DCB Task Group en marzo de 2010 como la norma de notificacion de congestion IEEE 802.1Qau. QCN es un mecanismo
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de control de la congestion de capa 2 en el que un conmutador congestionado puede controlar las tasas de las fuentes de capa 2 (Tarjetas Ethernet de interfaz de red), cuyos paquetes estan pasando a traves del conmutador. El algoritmo especifica esencialmente un bucle de control de la congestion en la capa 2 similar a los bucles de control TCP/RED (o DCTCP) en la capa 3.
El marcado de paquetes de datos en el contexto de la presente invencion se realiza con una de las siguientes soluciones propuestas: marcado de acuerdo con las prioridades establecidas para los diferentes flujos de paquetes de datos, es decir, se marcan primero los flujos de menor prioridad; marcado de paquetes de datos del flujo cuya tasa de bits media medida se desvfa mas de la tasa de bits media declarada; marcado de paquetes de datos cuyo retardo de acuse de recibo medido es mas corto; marcado de acuerdo con una combinacion de las anteriores, etc.
El otro procedimiento de correccion de la congestion consiste en el descarte de los paquetes de datos de la cola del puerto de salida a partir de los flujos de paquetes de datos seleccionados. El mecanismo descartana los paquetes de datos de manera aleatoria de acuerdo con una probabilidad de descarte, p, que se obtiene a partir de un componente de “calculo de probabilidad de descarte”. En una realizacion de la invencion, la probabilidad de descarte se calcula basandose en el tamano del paquete de datos, que divido por, entre el paquete de datos y entre el tiempo de llegada, proporciona la tasa v de bits real. Esta tasa de bits puede compararse con la tasa de bits que se necesitana para mantener la ocupacion de la cola por debajo del umbral establecido, v'. De esta manera es posible calcular el factor de reduccion y, tal que V = y • v. Es facil calcular que para reducir la tasa de bits de v a V es necesario descartar 1 cada n paquetes, siendo n igual a 1/(1 - y). Entonces la probabilidad de descarte se ajusta a (1 - Y).
La ventaja de esta estrategia es que, ademas de activar los mecanismos de control de la congestion de extremo a extremo de TCP (por ejemplo, reduciendo la ventana de transmision), esto permite una disminucion directa de la latencia. Tambien es mas eficaz cuando existe un alto porcentaje de flujos de paquetes de datos basados en UDP. El principal inconveniente es el impacto negativo que puede tener de la QoE de los flujos afectados.
Se estimara la probabilidad de paquetes de descarte para los diferentes flujos de paquetes de datos de acuerdo con la ocupacion de la cola virtual y la prioridad de los flujos de paquetes de datos del puerto de salida correspondiente.
De acuerdo con una realizacion, con el fin de decidir que procedimiento de correccion de la congestion se activa, es decir, el marcado o el descarte de los paquetes de datos, el metodo propuesto tendra en cuenta la latencia de activacion asociada a los mecanismos ECN, es decir, el penodo de tiempo necesario ya que la congestion se notifica marcando los paquetes de datos hasta que el emisor recibe la notificacion en el paquete ACK correspondiente.
Como alternativa, de acuerdo con otra realizacion, se activan ambos procedimientos de correccion de la congestion, es decir, el marcado y el descarte de paquetes de datos, reforzando por lo tanto el control de la congestion.
Por otra parte, de acuerdo con otra realizacion mas, se activa tambien un procedimiento de correccion de la congestion complementario, similar a la modificacion de las tasas de bits de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija reduciendo, por ejemplo, el numero de bits por muestra en las senales I/Q digitalizadas que se transmiten a traves de la interfaz CPRI. Ademas, existe la posibilidad de mover uno o mas flujos de paquetes de datos a otras rutas menos congestionadas alternativas.
Se espera que la presente invencion se use en el contexto de las redes de comunicaciones moviles LTE virtualizadas en las que los flujos de paquetes de datos correspondientes a diferentes divisiones funcionales atraviesan un nodo de transporte 100 donde puede suceder la congestion. Con referencia a la figura 3 se ilustra la realizacion en la que el metodo propuesto se ejecuta por completo en el nodo de transporte 100, que determina los valores de los parametros de configuracion a usar. El nodo de transporte 100 puede ser un conmutador ffsico de capa 2/capa 3 o un conmutador virtual implementado con Open vSwitch u otra tecnologfa de software.
Con referencia a la figura 4, se ilustra la realizacion de la invencion en la que el metodo propuesto se ejecuta en parte por una arquitectura controlada de software. En este caso, el plano de control, responsable de la configuracion de los valores de los diferentes parametros de configuracion, reside en y el nodo independiente, el controlador 10 de nodo de transporte que se comunica con el nodo de transporte 100 a traves de una interfaz normalizada, como, por ejemplo, una extension del protocolo OpenFlow. Sin embargo, debena observarse que el metodo propuesto puede soportarse con otras soluciones y protocolos.
La invencion propuesta puede implementarse en hardware, software, firmware, o cualquier combinacion de los mismos. Si se implementa en software, las funciones pueden almacenarse en o codificarse como una o mas instrucciones o codigo en un medio legible por ordenador.
Los medios legibles por ordenador incluyen un medio de almacenamiento por ordenador. Los medios de almacenamiento pueden ser cualquier medio disponible al que pueda accederse por un ordenador. A modo de
ejemplo, y no de limitacion, tales medios legibles por ordenador pueden comprender RAM, ROM, EEPROM, CD- ROM u otro almacenamiento en disco optico, almacenamiento en disco magnetico u otros dispositivos de almacenamiento magneticos, o cualquier otro medio que pueda usarse para llevar o almacenar un codigo de programa deseado en la forma de instrucciones o estructuras de datos y que pueda accederse por un ordenador. Un 5 disco magnetico y un disco optico, como se usan en el presente documento, incluyen discos compactos (CD), discos laser, discos opticos, discos versatiles digitales (DVD), disquetes y discos Blu-ray, discos magneticos en los que en general se reproducen datos magneticamente, mientras que en los discos opticos se reproducen datos opticamente con un laser. Las combinaciones de los anteriores tambien estanan incluidas dentro del alcance de los medios legibles por ordenador. Cualquier procesador y el medio de almacenamiento pueden residir en un ASIC. El ASIC 10 puede residir en un terminal de usuario. Como alternativa, el procesador y el medio de almacenamiento pueden residir como componentes discretos en un terminal de usuario.
Como se usa en el presente documento, los productos de programa de ordenador que comprenden medios legibles por ordenador incluyen todas las formas de medio legible por ordenador, excepto, en la medida en que tales medios se considere que son senales de propagacion transitorias no estatutarias.
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El alcance de la presente invencion se define en el siguiente conjunto de reivindicaciones.

Claims (16)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo implementado por ordenador para controlar la congestion en un nodo de transporte de una red de comunicaciones, comprendiendo el metodo:
    - identificar y clasificar, mediante una unidad de clasificacion (102), los flujos de paquetes de datos recibidos entre los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB) y los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB), realizandose dicha clasificacion en la unidad de clasificacion (102) que ha comprobado una pluralidad de parametros de configuracion con respecto a los flujos de paquetes de datos; caracterizado porque el metodo comprende adicionalmente:
    - enviar los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB) identificados y clasificados a una unidad de marcacion de paso (103) que separa la transmision de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB) hacia un puerto de salida del nodo de transporte (100); y
    - enviar la pluralidad de parametros de configuracion en relacion con los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB) identificados y clasificados a una unidad de cola virtual (104), incluyendo dicha unidad de cola virtual (104) un procesador que ejecuta un algoritmo para activar uno o mas procedimientos de correccion de la congestion, en el que en el caso de que el resultado obtenido por dicho algoritmo este por encima de, o sea igual a, al menos un umbral se activa un procedimiento de correccion de la congestion correspondiente.
  2. 2. El metodo implementado por ordenador de la reivindicacion 1, en el que dicho algoritmo calcula una tasa de bits que la unidad de cola virtual (104) puede soportar basandose en una tasa de bits de referencia resultante de la resta de la tasa de bits del puerto de salida menos la capacidad necesaria para transmitir los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija.
  3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la pluralidad de parametros de configuracion incluyen, para el caso de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB), una tasa de bits garantizada y una latencia maxima, y para el caso de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB), una tasa de bits media; una tasa de bits maxima; una latencia maxima y una prioridad de flujo.
  4. 4. El metodo de la reivindicacion 3, en el que se establece la prioridad de flujo a partir de un indicador de calidad soportado en una norma de comunicaciones que incluye al menos LTE o UMTs, o se basa en los datos de suscripcion.
  5. 5. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende calcular dicho al menos un umbral por medio de la siguiente expresion: Thr2 = min_lat_VB • (Z • tasa_de_bits_puerto_salida_corregida), en la que min_lat_VB es el valor mmimo de la latencia que no puede superarse por los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB), tasa_de_bits_puerto_salida_corregida es la tasa de bits disponible para los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB), y Z es el factor de utilizacion del enlace de cola virtual.
  6. 6. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el algoritmo funciona de una manera asmcrona o smcrona.
  7. 7. El metodo de la reivindicacion 1, en el que se activa dicho procedimiento de correccion de la congestion correspondiente, mediante una unidad de marcador (105) y/o una unidad de descarte (106), basandose en la latencia de activacion asociada a un mecanismo de notificacion de congestion explfcita, o ECN.
  8. 8. El metodo de la reivindicacion 7, en el que el procedimiento de correccion de la congestion correspondiente comprende marcar, mediante la unidad de marcador (105), el flujo de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB_x) de dichos flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB) identificados y clasificados que tienen una prioridad mas baja, o una tasa de bits media medida que se desvfa el maximo de una tasa de bits media declarada o un retardo de acuse de recibo medido mas corto.
  9. 9. El metodo de la reivindicacion 7 u 8, en el que el procedimiento de correccion de la congestion correspondiente comprende descartar de forma aleatoria, mediante la unidad de descarte (106), los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable de dichos flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB) identificados y clasificados de acuerdo con una probabilidad de descarte.
  10. 10. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 7 a 9, que comprende ademas activar un procedimiento de correccion de la congestion complementario, incluyendo dicho procedimiento de correccion de la congestion complementario al menos modificar las tasas de bits de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB) o mover los flujos de paquetes de datos a una ruta menos congestionada.
  11. 11. Un sistema para controlar la congestion, que comprende:
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    - una unidad de clasificacion (102) configurada y dispuesta para identificar y clasificar los flujos de paquetes de datos recibidos entre los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB) o los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB) considerando una pluralidad de parametros de configuracion con respecto a los flujos de paquetes de datos;
    caracterizado porque el sistema comprende adicionalmente:
    - una unidad de marcacion de paso (103) configurada y dispuesta para recibir los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB) identificados y clasificados desde la unidad de clasificacion (102) y para separar la transmision de los flujos de paquetes de datos de tasa de bits fija (FB) hacia un puerto de salida de un nodo de transporte (100) de una red de comunicaciones; y
    - una unidad de cola virtual (104) configurada y dispuesta para recibir la pluralidad de parametros de configuracion en relacion con los flujos de paquetes de datos de tasa de bits variable (VB) identificados y clasificados desde la unidad de clasificacion (102), comprendiendo dicha unidad de cola virtual (104) un procesador que ejecuta un algoritmo para activar uno o mas procedimientos de correccion de la congestion, en el que en el caso de que el resultado obtenido por dicho algoritmo este por encima de, o sea igual a, al menos un umbral se activa un procedimiento de correccion de la congestion correspondiente.
  12. 12. El sistema de la reivindicacion 11, que comprende ademas una unidad de marcador (105) y/o una unidad de descarte (106) configuradas y dispuestas para activar el uno o mas procedimientos de correccion de la congestion basandose en una latencia de activacion asociada a un mecanismo de notificacion de congestion explfcita, o ECN.
  13. 13. El sistema de la reivindicacion 11 o 12, que esta completamente incluido en el nodo de transporte (100).
  14. 14. El sistema de la reivindicacion 13, en el que el nodo de transporte (100) comprende un dispositivo de comunicacion ffsica de capa 2 o de capa 3 que incluye al menos un conmutador, o un dispositivo de comunicacion virtual que incluye al menos un conmutador virtual implementado con una tecnologfa de software.
  15. 15. El sistema de la reivindicacion 11 o 12, esta incluido en parte en el nodo de transporte (100) e incluido en parte en un controlador de nodo de transporte (10), estando el nodo de transporte (100) y el controlador de nodo de transporte (10) configurados y dispuestos para comunicarse entre sf a traves de una interfaz de comunicaciones.
  16. 16. Un producto de programa de ordenador que comprende instrucciones de codigo de programa de software que cuando se cargan en un sistema de ordenador que incluye al menos un procesador controla el sistema de ordenador para realizar cada una de las etapas del metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
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