SE526257C2 - Metod för att kontrollera vidarebefordringskvaliteten i ett datanät - Google Patents

Description

25 526 257 Att aktivt kontrollera vidarebefordringskvaliteten föredras ofia istället för att möta krav på hög och förutsägbar vidarebefordringskvalitet genom att överdimensionera nät. Det beror på att överdimensionering är dyrt, speciellt om trafikmängden inte kan uppskattas korrekt och tillförlitligt dvs., trafikmängden får inte underskattas.

Att kontrollera vidarebefordringskvaliteten med hiäln av formning (shapingi Vidarebefordringskvaliteten kan kontrolleras genom att använda passiva änd-till- änd-QoS-mätningar och trafikforrnning. Passíva mätningar betyder att endast existerande applikationstrafik används istället för att explicit injicera mättrafik, vilket hänvisas till som aktiva mätningar. Korrekta tidsangivelser för paketens ankomster till nätet och avgångar från nätet genom att använda GPS-klockor gör det möjligt att utföra detaljerade analyser av fördröjningar som uppstått. Den resulterande vidarebefordringskvaliteten innefattande fördröjning och andra parametrar som t.ex. förluster kan sedan användas för attjustera trafikformning för olika applikationers klasser för att balansera vidarebefordringskvaliteten mellan dessa klasser. För de klasser med högst prioritet, kan den vidarebefordringskvaliteten som uppnås ses som en mjuk statistisk försäkring avseende vidarebefordringskvaliteten.

Enklare änd-till-änd mätningar som t.ex. endast innefattar förluster, är attraktiva som ett alternativ till mer komplexa änd-till-änd-mätningar med GPS. Resultat från sådana mätningar kan användas för att ge trafikklasser med högst prioritet mjuka statistiska försäkringar avseende förlusten. l URL: Www.ipanema.com (Ipanema) visas ett system som innefattar mätmedel 106, som betecknas IP-medel, som är placerade vid nätaccesser så som illustreras i figur l. För varje paket som lämnar ett accessnät på väg till ett annat accessnät som hanteras av ett Ipanema-mätmedel 106, sparas avgångstiden tillsammans med en identifikationstag beräknad från paketet. Sen när ett paket når målaccessnätet 10 15 20 25 526 257 beräknas samma tag som den som beräknades när paketet lämnade det första accessnätet och taggen associeras med ankomsttiden.

För ett givet par accessnät matas ackumulerad tidsinforrnation för anländande paket tillbaka från accessnätet där dessa paket har anlänt till mätmedlet 106, genom vilket de avgick, till sina destinationer. Med denna återkoppling kan detta mätmedel 106 beräkna kvalitetsparainetrar såsom väntetid, jitter, paketförlust och systemkapacitet.

Dessa kvalitetsparametrar används för att anpassa omformningshandlingar som utförs för att prioritera vissa dataströmmar (tex. tal över IP).

Kvalitetsparametrar som har beräknats kan också rapporteras upp till en centraliserad mäthanterare 104 som betecknas lP-chef, som kan gränsa till andra system och utföra avancerad efterbehandling för att generera data för nåtplanering och sådant. I generella termer kännetecknas en mäthanterare 104 av att den erhåller mätresultat från mäthanterare 106 som är fördelade i nätet (vanligtvis i accessnät) för att utföra änd-till-ändmätningar.

Att kontrollera vidarebefordringskvalitet genom differentiering Vidarebefordringskvalitet kan också styras genom att dela vidarebefordringsresursema i nätnoder, dvs. nättrafikdifferentiering och tillträdeskontroll. Den integrerade tjänste-(IntServ)-arkitekturen erbjuder denna typ av kontrollerad vidarebefordringstjänst beskriven i R. Braden, D. Clark och D.

Shenker, ”Integrated Services in the lntemet Architecture; an Overview”, IETF RFC 1633, Juli 1994. I denna arkitektur är tjänster som erbjuder förutsägbar vidarebefordringskvalitet definierade och implementerade i nätet med användning av köande och planering vidare beskrivet i S. Shenker, C. Pertridge, R. Guerin, ”Specification of Guaranteed Quality of Service”, IETF RFC 2212, September 1997 10 15 20 25 och J. Wroclawski, ”Specification of the Controlled-Load Network Element Servíce”, IETF RFC 2211, september 1997.

Den differentierade tjänste-(DiffSerW-arkitekturen är ett annat system som erbjuder stöd för kontrollerad vidarebefordringskvalítet i IP-nät beskrivet i S. Blake, D.

Black, M Carlson, E. Davies, Z. Wang, W. Weiss, ”An architecture for Differentiated Service”, IETF RFC 2475, december 1998. I motsatts till IntServ- arkitekturen som tillhandahåller en ganska strikt tjänstekontroll med priset av dataflödestillstånd per tillämpning i routrar, möjliggör DiffServ-arkitekturen en mer skalbar implementation. Som med IntServ-arkitekturen behöver DiffServ-routrar implementera differentiering med användning av köande och planering. I DiffServ- arkitekturen refererar man till regler för dessa implementationer som Per-Hop- beteenden (PHBs) som beskrivs i B. Davie, A. Charny, J.C.R. Bennet, K. Benson, J.Y. Le Boudec, W. Courtney, S. Davari, V. Firoiu, D. Stiliadis, ”An Expedited Forwarding PHB (Per-Hop Behavior)”, IETF RFC 3246, mars 2002, J. Heinanen, F.

Baker, W. Weiss, J. Wroclawski, “Assured Forwarding PHB Group”, IETF RFC 2597, juni 1999 och Nichols K., Blake S., Baker F., och Black D., Definition of the Dífferentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers, Intemet RFC 2474 (Standards Track), december 1998, URL: http://www.ietflorg/rfc/rfgflßttxt. l tillägg till de vidarebefordringstjänster som definieras i IntServ-arkitekturen används ett signaleringsprotokoll som heter resursreserveringsprotokoll (RSVP= Resource Reservation Protocol) vilket beskrivs i Nichols K., Blake S., Baker F., och Black D., “Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers”, Intemet RFC 2474 (Standards Track), december 1998, URL: httpzllwvxfw.ietf.org/rfc/rfc2474.txt med tillämpningar för att efterfråga dessa tjänster. RSVP-meddelanden färdas genom nätet och upprättar reservationstillstånd i varje router vid vägen mellan ändpunkter, dvs. persondatorer, laptops, arbetsstationer, applikationsservrar, etc. givet att förfrågan kan medges vid dessa 10 15 20 25 526 257 routrar. Detta betyder att varje router utför tillträdeskontroll för all sina utgående gränssnitt för att skydda från tjänsteavvikelse.

I DiffServ-arkitekturen behöver kämroutrar, dvs. routrar som inte direkt nås av ândpunkter eller av IP-nät som administreras av en annan nättillhandahållare, inte behålla några per-flödestillstånd. Istället kan kantroutrar, dvs. routrar genom vilka ändpunkter når nätet utföra avancerad trañkvillkoming innefattande per-flödes eller per-aggregat-trafikomformning, övervakning och taggning. Taggama lagras i DiffServ-fáltet i pakethuvudena av kantroutrar och används för att ge paket den avsedda vidarebefordringskvaliteten genom kärnroutrar. Även om DiffServ-arkitekturen inte definierar någon mekanism för tillträdeskontroll kan en sådan mekanism tillämpas i DiffServ-nät för att förbättra förutsägbarhet för vidarebefordringskvalitet. Tex. så kan RSVP användas genom att behandlingen av protokollet begränsas till endast kantroutrar. Ett rekommenderat tillvägagångssätt för tillträdeskontroll i DiffServ-nät är emellertid konceptet med bandbreddstörhandlare 102 som också refereras till som nätresurshanterare (NRMs = Network Resource Managers), resurshanterare (RMs = Resource Managers) och nätresursstyrare (NRCs = Network Resource Controllers) av de som arbetar inom området datakommunikation.

En NRM-funktionell enhet 102 som häri också refereras till som resurshanterare finns normalt i en separat nod som är ansluten till nätet såsom illustreras i figur 1.

Den är anpassad att hantera reservationsförfrågningar mellan olika IP-nät, men den är också anpassad att hantera reservationer i nät som efterfrågas av änd-punkter eller av sessionshanterare såsom Session Initiated Protocol (SIP)-servrar. Den senare uppgiften kan utföras med stor noggrannhet av en NRM 102 som håller reda på den aktuella nätroutingtopologin eftersom tillträdeskontroll då kan göras för varje individuellt utgränssnitt separat dvs. genom att känna till routingtopologin kan den 10 15 20 25 526 257 exakta vägen mellan ändpunkter beräknas. Detta möjliggör för en NRM 102 att stödja änd-till-änd-kvalitetsgarantier eller försäkringar.

IQ-ManTM-produkten som erbjuds av sökanden Operax AB, är anordnad att utföra tillträdeskontroll för varje individuellt utgränssnitt separat likväl som tillträdeskontroll mellan olika nät. Den är därmed en typisk NRM. Ett exempel på IQ-ManTM-produkten är anordnad att lära sig om nätroutingtopologin i domäner genom topologisonder 108 som deltar i intradomän-routingprotokollet, tex. OSPF eller IS-IS såsom visas i figur l och mellan domäner genom sonder som deltar i Border Gateway Protocol (BGP) peering.

En NRM 102 som kan utföra per-utgränssnittstillträdeskontroll kan hålla reda på bokningsnivåer över tiden som ett resultat av gjorda resursförfrågningar. Tex. tillhandahâlles sådan information om bokningsnivåer av Operax IQ-Manm.

Föreliggande uppfinning förbättrar kvalitetskontrollen genom att tillhandahålla statistiska försäkringar för trafik. Statistiska garantier innebär att det är möjligt att bevisa genom att utföra en analys att det är en viss sannolikhet att ett eller flera kvalitetsparametrar inte överskrids, tex. paketförlust eller fördröjning. En sådan analys kan vara baserad på mätningar som tillhandahåller parametrar till nämnda analyser och/eller detaljerad kunskap om trafikkälloma. Statistiska försäkringar kan i praktiken innebära samma kvalitet men det är inte möjligt att bevisa sannolikheten.

Problemet med korrelerade vägar Metoder och anordningar enligt tidigare känd teknik för att kontrollera vidarebefordringskvaliteten och för att uppnå hög utnyttjande grad av nätet baserat på änd-till-änd-mätriingar lider av problemet att tjänstema inte fungerar pga. att ytterligare trafik tillåts på redan högt belastade vägar. Det illustreras genom följande 10 15 20 25 30 526 257 exempel. Om två ut-gränssnitt vid en väg är belastade så att förlustgraden för vägen är nära den övre definierade, statistiska eller försäkrade, gränsen för den erbjudna vidarebefordringstjänsten, då krävs kapaciteten för ett ytterligare dataflöde som involverar ett av dessa två belastade ut-gränssnitt. Den uppmätta vidarebefordringskvaliteten över den andra vägen är tillräckligt bra och det nya dataflödet är accepterat. Detta nya flöde förorsakar emellertid en ökning av förlustfrekvensen vid det belastade gränssnittet och den totala förlustfrekvensen för de två belastade gränssnitten vid den första vägen överskrider nu den definierade övre gränsen för den tjänsten.

Exemplet som gavs ovan beskrivs ytterligare i figur 3. Tabell I visar belastningen mellan definierade ändpunkter. Värdena som visas i tabellen kan t. ex. vara megabits per sekund. I tabell 2 översätts lasten i tabell 1 till last per länk och beskriver överbelastningen i procent. I tabell 3 översätts överbelastningen som beskrivs i procent från tabell 2 till överbelastningen mellan ändpunkter genom att helt enkelt addera procentsatsema. Tvåriktade reservationer för symmetrisk trafik är antagandet i figur 3. Det betyder att två ut-gränssnitt som är anslutna till samma sammanbindande duplexlänk kan identifieras genom att hänvisa till den länken, t. ex. hänvisar länk a till båda ut-gränssnitt anslutna till länken a.

Dessutom kan överbelastningen som visades ses som den aggregerade topphastigheten i förhållande till vidarebeordringshastigheten för den aktuella duplexlänken. Det betyder att det är möjligt att erbjuda förlustfri vidarebeordring vid IOO procent överbelastning under förutsättning att källans medelhastighet är 50 procent av dess topphastighet och att optimal statistisk multiplexning uppnås. Det är möjligt eftersom om medelhastigheten är hälften av topphastigheten, är det möjligt att lasta länken med topphastigheten gånger två. Dvs. summan av topphastigheten för alla applikationer tillåts att vara dubbelt så stor som kapaciteten för den aktuella länken. Det kräver att applikationema har en optimal multiplexning. Optimal multiplexning betyder att när några applikationer sänder med dess topphastighet, måste ett tillräckligt stoit antal applikationer samtidigt använda mindre än dess medelhastigheter för att förhindra att länkens kapacitet överskrids. I exemplet som 10 15 20 25 526 257 illustreras i figur 3, antas det emellertid att endast 50 procent överbelastning är tillåten pga att multiplexningen inte är optimal.

Det är uppenbart att alla vägar som innefattar D och C är överbelastade om man tittar på änd-till-änd- (E2E) mätningarna från tabell 3 i figur 3. Frågan är nu huruvida det är möjligt att addera mer trafik till någon av de överbelastade vägama.

Det kan verka som att det är möjligt att addera trafik till alla vägar som endast är 25 procent överbelastade, efiersom en överbelastning på 50 procent antogs att vara tillåten. Genom att endast titta på änd-till-ändmätningariia är det inte möjligt att veta att vägarna A-C och B-C är korrelerade med vägen C-D, som redan har en nästan alltför stor överbelastning (överbelastningen är 45%). Addition av trafik till vägarna A-C eller B-C resulterar i att tjänstema som transporteras på vägen C-D påverkas negativt. Det är problemet med vägar som är korrelerade.

I motsats till vägama A-C och B-C, är inte vägarna A-D och B-D korrelerade med vägen C-D och kan därför transportera mer trafik utan att förorsaka att tjänstema som transporteras på vägen C-D påverkas negativt. Naturligtvis är det även möjligt att även tillåta ny trafik på väg A-B efiersom den vägen inte alls är överbelastad. Det är emellertid endast möjligt att tillåta ny trafik på den vägen om det redan finns trafik på den vägen som gör det möjligt att mäta vidarebefordringskvaliteten ände till ände.

Problemet med okänd vägkvalitet Exemplet från ovan fortsätter. Antag att det inte finns någon trafik på vägen A-B och att länkkapacitetema skiljer sig så att överbelastningen I nätet distribueras såsom illustreras i figur 4, vilket skiljer sig från distributionen av överbelastningen som visas i figur 3. Ãnd-till-änd-mätningania visar emellertid samma överbelastning på alla vägar förutom vid väg A-B, som har en överbelastning på 45%. Denna 10 15 20 25 526 257 överbelastning kan inte mätas eftersom det inte finns någon trafik på den vägen utan att explicit injicera mättrafik, vilket inte görs i detta exempel. Därför är det inte möjligt att veta att det inte är tillåtet med ny trafik på vägen A-B. Med uppställningen som visas i figur 3 men utan trafik på vägen A-B är det möjligt att addera trafik på vägen A-B, men inte med uppställningen som visas i figur 4. Dessa två uppställningar ger exakt samma änd-till-änd-mätresultat som visas i tabell 3 i figur 3 och i tabell 6 i figur 4.

Problemet med att kvaliteten hos utgränssnittet är okänd Ett ytterligare problem förutom det redan nämnda problemet med de korrelerade vägarna är att kvaliteten hos utgränssnittet är okänd. Det betyder att kvaliteten vid individuella utgränssnitt, eller konsekutiva utgränssnitt som inte har vägar som förgrenar sig till olika utgränssnitt är okänd. T. ex. förekommer överbelastning i scenariot som visas i figur 3 på vägen A-C och B-C huvudsakligen på länken c (dvs, vid båda utgränssnitt anslutna till länk c), medan i scenariot som visas i figur 4 förekommer överbelastning huvudsakligen på länkama a och b. Som en konsekvens därav, kan man tillåta mer trañk på vägama A-C och B-C, genom att inte tillåta ytterligare trafik på vägen A-B i scenariot som visas i figur 4. Detta fimgerar inte i scenariot som visas i figur 3, eftersom det kan förorsaka fel längs vägen C-D. Att ha kunskap om vilka vägar som är korrelerade med varandra är tillräckligt för veta huruvida nätet är uppsatt enligt figur 3 eller figur 4. Följaktligen hänvisas detta till som problemet med okänd kvalitet hos utgränssnittet.

Tilltrådeskontroll och vidarebefordringsegenskaper För asynkrona nät såsom de som baseras på Intemetprotokollet (IP), kan hög användning av vidarebefordringskapacitet uppnås genom statistisk multiplexering.

För tjänster som erbjuder garantier eller försäkringar om vidarebefordringskvalitet behöver då mängden trafik vid individuella utgränssnitt kontrolleras noga. Följande 10 15 20 25 526 257 10 sektioner diskuterar olika egenskaper av sådana vidarebefordringstjänster och tillträdeskontrollen som behövs för att skapa dem.

Deterrninistiska garantier på vidarebefordringskvaliteten Om man vet topphastighetema för applikationsdataflöden kan deterministiska vidarebefordringsgarantier erbjudas genom tillträdeskontroll (dvs. källor gör en tillträdesföórfrâgan genom nätet eller till en tillträdeskontrollserver innan någon trafik sänds). En topphastíghet är den maximala hastigheten vid vilken ett applikationsdataflöde kan sända trafik i ett givet tidsintervall såsom illustreras i figur 2. Medelhastigheten beräknas ofia över ett långt tidsintervall, medan topphastigheten ska beräknas över ett mycket kortare tidsintervall.

Tyvärr så resulterar erbjudanden om deterministiska garantier i låg användning av resurser som är allokerade för vidarebefordringstjänsten i fråga när applikationsdataflödena har varierande sändningshastigheter (tex. så producerar videokodare såsom ITU-T H.263 varierande mängd av data beroende på rörelser i den kodade bilden). För applikationsdataflöden som har varierande sändningshastigheter kan nätutnyttjandet förbättras genom statistisk multiplexering.

Flera oberoende flöden som delar en gemensam resurs sägs dra nytta av statistisk multiplexering om summan av deras topphastígheter kan överskrida den totala utgränssníttsbandbredden utan att resultera i kvalitetsdegradering. Detta baseras på antagandet att flödena sänder vid sina topphastígheter oberoende av varandra och därför fördelat över tiden.

Statistiska garantier på vídarebefordringskvalitet För att förbättra nätutnyttjandet genom statistisk multiplexering måste summan av topphastígheter för applíkationsdataflöden som delar ett gemensamt utgränssnitt överskrida vidarebefordringskapaciteten för det utgränssnittet eller den del av 10 15 20 25 526 257 11 kapaciteten av det utgränssnittet som är allokerad för dessa applikationsdataflöden.

Notera emellertid att summan av medelhastigheter av dessa applikationsdataflöden inte får överskrida kapaciteten. I så fall kommer utgränssnittet att bli överbelastat och inga vidarebefordringsgarantier kan erbjudas.

I fall när summan av topphastigheter överskrider den (allokerade) utgränssnittskapaciteten är det inte möjligt att erbjuda determínístiska garantier. Det är emellertid möjligt att erbjuda statistiska garantier, tex. att förlustgraden vid ett sådant utgränssnitt inte överskrider ett förutbestämt värde. Statistiska egenskaper för varje individuellt applikationsdataflöde eller summan av alla applikationsdataflöden måste då vara känt för att beräkna risken att överträda den statistiska garantin när ett ytterligare applikationsdataflöde accepteras för utgränssnittet i fråga.

Kunskap om statistiska egenskaper för applikationsdataflöden kan identifieras på förhand. De kan ges från definitionen av talkodningen som används eller så kan de uppskattas genom mätningar. De statistiska egenskapema för trafik av tex. IP- telefonitillämpningar kan vara tämligen förutsägbara och risken för att övenräda den statistiska garantin i fråga kan då beräknas utan att mäta dessa egenskaper.

De statistiska egenskaperna för vissa tillämpningar kan emellertid vara mycket oförutsägbara. Ett exempel är videokonferenstillärnpningar där de statistiska egenskapema hos deras trafik beror på rörelser hos människor som deltar i konferensen. För sådana tillämpningar är det att föredra att mäta dessa egenskaper.

Inforrnationen om statistiska egenskaper behöver vara noggrann för mycket korta tidsskalor för att kunna användas i de matematiska metoder som används för att beräkna risken för att överskrida givna garantier. Detta betyder att mätbaserad 10 15 20 25 526 257 12 tillträdeskontroll för statistiskt garanterade tjänster kräver att nätnoder utför operationer med hög tidskomplexitet, dvs. behandlingsintensiva operationer.

Statistiska försäkringar på vidarebefordringskvalitet Eftersom nodmätningar kräver intensiva behandlingsoperationer i nodema är det ofta nödvändigt att lita på statistiska försäkringar som inte kräver nodmätningar.

Sond (probe)baserad tillträdeskontroll: Det är möjligt att uppnå förutsägbar vidarebefordringskvalitet samtidigt som statistisk multiplexering möjliggörs genom att använda sondering för tillträdeskontroll. Istället för att göra en tillträdesfórfrågan till nätet eller till en tillträdeskontrollserver sänder källor sonderingstrafik, tex. applikationsdataflöden direkt till nätet. Vidarebefordringskvaliteten hos denna trafik måste kontrolleras av källorna, tex genom realtidsstymingsprotokollet (RTCP= Real Time Control Protocol) som definieras i Schulzrinne H., Casner S., Frederick R. och Jacobson V., RTP: A Transport Protocol for RealTime Applications, Intemet RFC 1889 (Standards Track), januari 1996, URL: fipz//fip.rfc-editor.org/in-notes/rfc1889.txt.

Källor märker sin sonderingstrafik så att den vidarebefordras med lägre prioritet än fullt accepterad trafik, dvs. så att vidarebefordringskvaliteten minskar för sonderingstrafik innan fullt accepterad trafik märker någon sådan försämring.

Källoma som upplever tillräckligt bra vidarebefordringskvalitet för dess sondtrafik märker dess trafik som helt accepterad efter en fördefinierad sondperiod. De andra källoma som inte upplever tillräckligt bra vidarebefordringskvalitet måste emellertid fortsätta att inte märka sänd trafik som helt accepterad eller sondtrafik. Ett exempel är IPnät, som kan märka trafik som best effort. Därmed kan försäkringar om vidarebefordringskvaliteten ges till applikationsdataflöden som om de vore helt accepterade. Inga strikta garantier ges emellertid inte. 10 15 20 25 526 257 13 Den sondbaserade tillträdelsekontrollen lider även av problemen med korrelerade vägar och okänd kvalitet på utgränssnitten som beskrivits i tidigare. Problemet med okänd kvalitet hos utgränssnitten förekommer inte eftersom sonderingstrafiken kan vidarebefordras separat i en vidarebefordringsklass som beror på den erbjudna måltjänstens klass.

Det sonderingsbaserade tillvägagångssättet lider också av problemet att många källor kan sondera nätet på en gång, vilket resulterar i att ingen av dessa källor godkännes. Problemet med att flera källor sonderar på samma gång refereras i L.

Breslau, E. Knightly, S. Shenker, I. Stoica, och H. Zhang, “Endpoint Admission Control: Architectural Issues and Performancej' in Proceedings of ACM SIGCOMM 2000, Stockholm, Sverige, augusti 2000 till som trashing. Dessutom, när man erbjuder tjänster som tillhandahåller försäkringar om mycket låga törlustgrader och fördröjning, behöver sonderingsperioden vara tillräckligt lång för att mäta dessa kvalitetsparametrar noggrant. Tyvärr ökar långa sonderingsperioder risken för trashing. Ãnd-till-ändrnätbaserad tillträdeskontroll Vidarebefordringskvaliteten kan kontrolleras genom att använda änd-till- ändmätningar i kombination med nättrafikdifferentiering och tillträdeskontroll.

Speciellt i C. Cetinkaya och E. Knightly, Egress Admission Control, proceedings of IEEE INFOCOM 2000, mars 2000, beskrivs ett sätt för tillträdeskontroll i differentierade nät som kombinerar uppskattningar av trafik och tjänstekarakteristika genom änd-till-ändmätningar.

Med sättet som definieras av Knightly et al. uppskattas trafikkarakteristika genom att observera paketmellanankomstperioder och tjänstekarakteristika uppskattas genom att observera fördröjningsvariationer för paket som går genom nätet i fråga.

Det senare innebär att fördröj ningen för varje paket måste vara möjlig att bestämma 10 15 20 25 526 257 14 noggrant, vilket tex. kan göras genom att törse varje paket med en tidsstäinpel eller genom att använda ett änd-till-ändmätsystem som nämnts ovan. Änd-till-änd-baserade tillträdelsekontrollen lider av problemen med korrelerade vägar, okänd vägkvalitet och okänd kvalitet hos utgränssnittet. Med detta tillvägagångssätt övervakar kantroutrar trafiken. Därigenom undviks trashingproblemet som nämnts ovan.

Tröskel- eller provisionsnivåbaserad tillträdeskontroll: Ett annat sätt att erbjuda försäkringar på vidarebefordringskvalitet och möjliggöra statistisk multiplexering är att ta tillträdeskontrollbeslut med hjälp av en bithastighetströskel för varje utgränssnitt i nätet. Det är en maximal summa av applikationsdataflödesbithastigheter för varje sådant gränssnitt. Denna tröskel refereras till som provisioningnivån. Provisioningnivåbaserad tillträdeskontroll kan göras av NRMer, av routrar som behandlar RSVP-meddelanden eller av någon annan enhet som utför per-utgränssnittstillträdeskontroll eller per- nättillträdeskontroll, dvs. att en enda provisioningnivå används för ett helt nät istället för individuella utgränssnitt.

Summan av accepterade bithastígheter för applikationsdataflöden plus bithastigheten för förfrågan som ska utvärderas kan järntöras med provisioningnivån för varje utgränssnitt för att bestämma om en eller flera av dessa nivåer överskrids eller inte.

En fördel med detta sätt är att det är möjligt att enkelt inkludera stöd lör förskottsreservationer, tex. såsom är implementerat i IQ-ManTM-produkten som erbjuds av Operax.

Problemet är emellertid att välja dessa provisioningnivåer så att de möjliggör rör att ett korrekt antal applikationsdataflöden kan bibehålla målförsäkringar på 10 15 20 25 526 257 15 vidarebefordringskvalitet, tex. mindre än en procent paketförlust mätt över två minuter.

I en tröskelbaserad tillträdeskontroll som kompletterats med nodmätningar måste vidarebefordringskvaliteten mätas kontinuerligt i alla routrar som är belastade med prioriterad trafik. Även om dessa mätningar kan göras med enkla mekanismer som är tillgängliga i äldre routrar och endast vid routrar som bär last som överskrider en förutbestämd nivå belastar de dessa routrar med ytterligare behandling och minnesanvändning.

Att skapa och underhålla deterministiska tjänster ligger inte inom uppfinningens omfattning, eftersom de inte kan öka tjänstekvalitet eller nätutnyttjande genom mätningar. Istället är föremålet för föreliggande uppfinning att lösa problem som avser differentierade vidarebefordringstjänster som erbjuder statistiska försäkringar och tjänster som erbjuder statstiska försäkringar som beskrivs ytterligare nedan. Änd-till-änd-mätningar och formning: Ãnd-till-änd-mätningar och formning kan användas för att skapa och bibehålla en svag form av statistiska försäkringar på vidarebefordringskvalitet.

Tillvägagångssättet att använda änd-till-änd-mätningar och formning för att kontrollera vidarebefordringskvaliteten för prioriterad trafik lider av problemen med korrelerade vägar, okänd vägkvalitet, och okänd kvalitet hos utgränssnittet.

Dessutom är det sannolikt att nätutnyttjandet och tjänstepredikterbarheten blir låg eftersom all trafik multiplexeras i samma köer. För att t. ex. erbjuda tillräckligt låg fördröjning och förlustfrekvens för realtidsapplikationer kan man behöva forma best-effort-trafik till mycket låga nivåer. Det beror på att best-eiïort-paket vanligtvis 10 15 20 25 526 257 16 är betydligt större än realtidspaket. Endast ett fåtal stora paket kan orsaka allvarliga fördröjningsspikar för realtidstrafiken.

Sammanfattning av uppfinningen Det är önskvärt att uppnå garantier eller försäkringar för vidarebefordringskvaliteten samtidigt som man har ett högt nätutnyttjande. Det är emellertid inte möjligt att uppnå statistiska garantier då det inte finns tillgängliga nodmätningar. Statistiska försäkringar kan emellertid tillhandahållas såsom nämnt ovan. Statistiska försäkringar kan tillhandahållas genom att använda sondbaserad tillträdelsekontroll, änd-till-änd-mätningsbaserad tillträdelsekontroll, provisionsbaserad tillträdelsekontroll och änd-till-änd-mätningar och formning. De kända metodema och arrangemangen för att kontrollera vidarebefordringskvaliteten lider av problemen med korrelerade vägar, okänd vägkvalitet, och problemet med okänd kvalitet hos utgränssnittet.

Ett syfie med föreliggande uppfinning är sålunda att tillhandahålla en metod och en datorprogramprodukt som kontrollerar vidarebefordringskvaliteten och förbättrar utnyttjandet av nätet.

Syftet enligt ovan uppnås genom en metod enligt patentkrav 1 och en datoiprogramprodukt enligt patentkrav 9 och 10.

Metoden som tillhandahålls av föreliggande uppfinning som innefattar som är avsedd att användas i ett datanät, innefattande en mäthanterare och en nätresurshanterare innefattande stegen detektera potentiellt överbelastade vägar eller individuella utgränssnitt genom att använda en detekteringsmetod, välja en eller flera noder där mätningar ska utföras baserat på de detekterade potentiellt överbelastade vägarna eller de individuella utgränssnitten, och mäta kvalitetparametrar i de valda nodema, gör det möjligt att kontrollera vidarebefordringskvaliteten och att förbättra utnyttjandet av nämnda nät. 10 15 20 25 526 257 17 Datorprogramprodukten som tillhandahålls av föreliggande uppfinning som är direkt nedladdningsbar i en dators intema minne inuti en eller flera noder i ett datanät, innefattande mjukvarukoddelar för att utföra stegen enligt nämnda metod gör det möjligt att kontrollera vidarebefordringskvaliteten och att förbättra utnyttjandet av nämnda nät.

Datorprogramprodukten som tillhandahålls av föreliggande uppfinning som lagras på ett datoranvändbart medium, innefattande läsbart program för att förorsaka en dator, inuti en eller flera noder i ett datanät för att kontrollera en exekvering av stegen enligt nämnda metod gör det möjligt att kontrollera vidarebefordringskvaliteten och att förbättra utnyttjandet av nämnda nät.

Ytterligare utföringsformer av uppfinningen beskrivs i de beroende kraven.

En fördel med föreliggande uppfinning är att kunskapen om utgränssnittets kvalitet förbättras.

En ytterligare fördel med föreliggande uppfinning är att nätutnyttjandet och predíkterbarheten av vidarebefordringskvaliteten som erbjuds förbättras. Dessa fördelar uppnås utan att det krävs mekanismer i nätet som förbrukar resurser (dvs, som t. ex. avancerade mätningar som utförs kontinuerligt i varje nod).

Ytterligare viktiga fördelar som tillhandahålls av uppfinningen är att kapacitetsanvändningen kan spåras per utgränssnitt över tiden, och att de möjliggör avancerad kapacitetsplanering och reservationer möjliga (dvs, reservationer kan schemaläggas över tiden).

Kort beskrivnirrggv ritningama Fig. I visar schematiskt ett datanät där föreliggande uppfinning kan implementeras. 10 15 20 25 526 257 18 Fig. 2 är ett diagram som visar topphastighet mot medelhastighet.

Fig. 3 visar ett första scenario i datanätet som visas i figur 1.

Fig. 4 visar ett andra scenario i datanätet som visas i figur 1.

Fig. 5 visar ett flödesschema för metoden enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas mer noggrant med hänvisning till de bifogade ritningarna, där föredragna utföringsformer visas. Uppfinningen kan emellertid utföras på många olika sätt och bör därför inte begränsas till de utföringsformer som visas häri. Dessa utföringsformer har tillhandahållits för att beskrivningen ska bli grundlig och fullständig och beskrivningen visar uppfinningens omfattning. I ritningama hänvisar siffrorna till motsvarande element.

Ett förfarande och en dataprogramsproduld enligt uppfinningen kan implementeras i ett konventionellt datanät 100 innefattande mellankopplade routrar 1 10 och servrar.

Ett exempel på ett sådant konventionellt nät är ett multiteknologinät där en operatör tillhandahåller ett IP/MPLS-backbone och flera accessnät baserade på olika kopplade länklagerteknologier tex. innefattande ett accessnät baserat på ATM- koppling, ett annat accessnät baserat på Ethemet-koppling och ett tredje baserat på WLAN-teknologier. Vidare kan nätet innefatta mellankopplade routrar, servrar och andra nätelement som är kända av fackmannen.

I denna ansökan definieras ett datanät som ett kopplat nät som vidarebefordrar dataenheter mellan nätgränssnitt av nätnoder med användning av identifierare som är associerade med målkretsen som sätts upp genom nätet, tex. som i ATM-nät (Asynchronous Transfer Mode) och i MPLS-nät (Multiprotocol Label Switching) 10 15 20 25 526 257 19 (Asynchronous Transfer Mode) och i MPLS-nät (Multiprotocol Label Switching) eller ett datagramnät som vidarebefordrar dataenheter mellan nätgränssnitt av nätnoder med användning av globala adresser som möjliggör lokala nästa-hopp- beslut som görs av varje nod, tex som i Intemet Protokoll-(IP)-nät. Dataenhetema kan vara av fast storlek, tex. ATM-celler eller av variable storlek, tex. IP-paket som använder sin destinationsadress för datagramvidarebefordring eller MPLS-taggar för koppling.

Metoden och datorprogramprodukten tillhandahåller medel för att kontrollera vidarebefordringskvaliteten och för att tillhandahålla ett högt nätutnyttjande genom att lösa problemet med korrelerade vägar, problemet med okänd vägkvalitet och problemet med okänd kvalitet hos utgränssnittet.

Datanätet som används i föreliggande uppfinning innefattar medel för att kombinera aktiva och passiva änd-till-änd-mätningsresultat samtidigt som man har kunskap om nätroutingtopologin för att identifiera okorrelerade vägar och korrelerade vägar.

Nätroutingtopologin betyder i den här ansökan informationen om vilka utgränssnitt som används av alla möjliga datorer som är anslutna till det aktuella nätet.

Kombinationen enligt föreliggande uppfinning minskar problemet med korrelerade vägar.

Metoden och arrangemanget enligt föreliggande uppfinning är anpassad för drifl i ett datanät lOO såsom visas i figur 1. Sedan kan en NRM 102 anordnas att skicka erhållen information avseende nät-routing-topologin till en mäthanterare 104, eller så kan en mäthanterare 104 anordnas att sända änd-till-änd-mätresultat till en NRM 102. En funktionell enhet som är anordnad att motta information hänvisas till som en master-hanterare och en funktionell enhet som är anordnad att tillhandahålla information hänvisas till som slav-hanterare.

Notera att masterhanteraren och slavhanteraren kan vara placerade i samma dator, i samma datorprogramprodukt eller process, eller placerade tillsammans på något annat sätt, eller separerade i olika datorer, i olika datorprogramprodukter eller 10 15 20 25 526 257 20 processer, eller separerade på något annat sätt som är uppenbart för fackmannen på området. lnformationsövertöríngen, dvs topologiinformationen eller änd-till-ändmätresultatet som beror på vilken av enhetema som är masterenheten kan initieras på tre olika sätt. För det första kan informationsövertöringen schemaläggas över tiden eller initieras periodiskt. För det andra kan informationsövertöringen begäras explicit av masterhanteraren. För det tredje kan informationsöverföringar triggas av specifika händelser definierade av masterhanteraren såsom en NRM 102 eller en mäthanterare 104 i slavhanteraren såsom en mäthanterare 104 om masterhanteraren är en NRM 102 eller en NRM 102 om masterhanteraren är en mäthanterare 104. Dvs., masterhanteraren innefattar medel för att bestämma vilka händelser som ska trigga informationsöverfóringen. NRMen kan t. ex. anordnas att begära att endast tä de mätresultat som visar att fórlustfrekvensen överskrider en fórdefinierad gräns.

Informationsöveríöringen kan begränsas att endast innefatta delar av den fullständiga informationen, t. ex. endast änd-till-änd-mätresultat för några vägar om NRMen är masterhanterare eller endast topologiinformation avseende en eller ett fåtal vägar om mäthanteraren är masterhanterare.

Enligt en utfóringsform av föreliggande uppfinning kombineras information avseende närvaron av dataflöden vid individuella utgränssnitt med passivia och aktiva änd-till-änd-mätresultat och kunskap om nät-routing-topologin. Denna uttöringsforni har två olika syften. För det första separerar denna kombination av information ytterligare korrelerade och överbelastade vägar som är korrelerade vid potentiellt överbelastade utgränssnitt och vägar som endast är korrelerade vid utgränssnitt och som inte är potentiellt överbelastade. Problemet med korrelerade vägar reduceras ytterligare genom att lindra problemet med okänd kvalitet hos utgränssnittet. För det andra, utförs kombinationen av dessa 10 15 20 25 526 257 21 inforrnationsuppsättningar för att estimera belastningen på vägar som inte mäts explicit. Därmed reduceras problemet med okänd vägkvalitet.

Utföringsfonnen av föreliggande uppfinning beskrivs ytterligare i scenariot som illustreras i figur 4. Enligt tabell 3 i figur 4, visas att vägarna A-C, A-D, B-D, och B-C har en änd-till-änd (E2E) överbelastning på 25% och att väg C-D har en änd- till-änd- (EZE) överbelastning på 45% vilket är nära den övre gränsen på 50%.

Genom att kombinera topologimedvetande med änd-till-ändmätningar kan man se att dessa vägar är överbelastade och korrelerade. Med endast denna information är det inte möjligt att tillåta ny trafik på dessa vägar.

Genom att lägga till information om dataflödesnärvaro vid alla utgränssnitt för dessa vägar är det möjligt att estimera belastningen för vart och ett av dessa vägars gränssnitt separat. Dessutom är det möjligt att estimera överbelastningen (över)belastningen på väg A-B. Enligt scenariot som illustreras i figur 4, kan det estimeras att överbelastning på väg C-D huvudsakligen förekommer på utgränssnitt d och att överbelastning på väg A-C och B-C huvudsakligen förekommer vid utgränssnitt a och b. Det resulterar i möjligheten att detektera att vägen A-B är tungt överbelastad.

Genom att ha kunskap om vilka utgränssnitt som endast är lätt belastade, dvs. i scenariet i figur 4 med utgränssnitten c, e, och f, är det möjligt att tillåta ny trafik på vägarna A-C, A-D, B-C, och B-D med en begränsad risk att ny trafik förorsakar fel längs vägen C-D. Man kan även se i tabell 2 i figur 4 och genom att använda kunskap om topologin att tjänstekvaliteten på vägen A-D sannolikt kommer försämras genom att tillåta ny trafik på vägen A-C och att ytterligare ny trafik på vägen B-C sannolikt kommer försämra tjänstekvaliteten på vägen B-D, eftersom utgränssnitten a and b är överbelastade. 10 15 i l i 20 i 25 526 257 22 Genom att kombinera passiva änd-till-änd-mätresultat och kunskap om nät-routing- topologin med information om närvaro av dataflöden vid individuella utgränssnitt är det möjligt att separera korrelerade och överbelastade vägar i vägar som är korrelerade vid potentiellt överbelastade utgränssnitt och i vägar som endast är korrelerade vid utgränssnitt som ej är potentiellt överbelastade.

Datanätet vari metoden för att kontrollera vidarebefordringskvaliteten är implementerad, innefattar en mäthanterare innefattande medel för att utföra änd-till- änd-mätningar mellan noder i nämnda datanät och en nätresurshanterare, NRM, innefattande medel fór att erhålla information om nättopologin, enligt föreliggande uppfinning. Metoden som illustreras i figur 5 innefattar stegen: 501. Överfóra den erhållna informationen om nättopologin från NRMen till mäthanteraren eller överför ett resultat av utförda änd-till-änd-mätningar från en mäthanterare till NRMen. 502.Kombinera nämnda änd-till-änd-mätningar och nämnda erhållna information av nättopologin i en första uppsättning av information för att detektera korrelerade och okorrelerade vägar.

Så som nämnt ovan, kan metoden och funktionaliteten för entitetema mäthanterare och resurshanterare som även hänvisas till som en NRM som används i föreliggande uppfinning implementeras av en datorprogramprodukt lagrad i en nod i nämnda datanät. Datorprogramprodukt är direkt nedladdningsbar i en dators intema minne inuti en eller flera noder, t. ex. en router eller en server, i ett datanät enligt föreliggande uppfinning, innefattande mjukvarukoddelar for att utföra stegen i metoden enligt föreliggande uppfinning. Datorprogramprodukten lagras på ett datoranvändbart medium, innefattande läsbart program fór att förorsaka en dator, 526 257 23 inuti en router eller server i datanätet, att kontrollera en exekvering av metodens steg enligt föreliggande uppfinning.

Typiska föredragna utföringsforrner har visats i ritningarna och beskrivningen och även om specifika termer har använts så har de använts på ett generiskt och beskrivande sätt och inte i syfte att begränsa uppfinningens omfattning.

Uppfmningens omfattning definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (10)

1. 0 15 20 25 526 257 24 PATENTKRAV .

2. Metod för att kontrollera vidarebefordringskvaliteten i ett datanät innefattande en mäthanterare (104) innefattande medel för att utföra änd-till-änd-mämingar mellan noder i nämnda datanät och en nätresurshanterare, Network Resource Manager, NRM, (102) innefattande medel för att erhålla information om nättopologin, metoden kännetecknas av att den innefattar stegen: -överjöra (S01) den erhållna informationen om nätroutingtopologin från NRMen till mäthanteraren eller överföra ett resultat av de utförda änd-till-änd-mätningarna från en mäthanterare till NRMen, och -kombinera (502) nämnda änd-till-änd-mätningar och nämnda erhållna infonnation om nätroutingtopologin i en första uppsättning information för att detektera korrelerade och okorrelerade vägar. .

3. Metod enligt patentkrav 1, innefattande det ytterligare steget: -kombinera nämnda första uppsättning information med information om dataflödesnärvaro vid individuella utgränssnitt. .

4. Metod enligt något av patentkrav 1-2, innefattande det ytterligare steget: -schemalägga överföringen av den erhållna informationen om nätroutingtopologin över tiden eller initiera överfóringen av den erhållna informationen om nätroutingtopologin periodiskt. .

5. Metod enligt något av patentkrav 1-2, innefattande det ytterligare steget: -schemalägga övertöringen av resultatet av de utförda änd-till-änd-mätningama över tiden eller initiera överfóringen av resultatet av de utförda änd-till-änd-mätningarna periodiskt. 10 15 20 526 257 25 Metod enligt något av patentkraven l-2, innefattande det ytterligare steget: -begära överíöringen av den erhållna informationen om nätroutingtopologin explicit av en masterhanterare såsom en mäthanterare.

6. Metod enligt något av patentkraven 1-2, innefattande det ytterligare steget: -begära överforingen av resultatet av de utförda änd-till-änd-mätningarna explicit av en masterhanterare såsom en NRM.

7. Metod enligt något av patentkraven 1-2, innefattande det ytterligare steget: -trigga överfóringen av den erhållna informationen om nätroutingtopologin av specifika händelser i en slavhanterare såsom NRMen definierade av en masterhanterare såsom mäthanteraren.

8. Metod enligt något av patentkraven l-2, innefattande det ytterligare steget: -trigga överfóringen av resultatet av de utförda änd-till-änd-mätningarna av specifika händelser i en slavhanterare såsom mäthanteraren definierade av en masterhantcrare såsom NRMen.

9. En datorprogramprodukt direkt nedladdningsbar i en dators intema minne inuti en eller flera noder i ett datanät, innefattande mjukvarukoddelar for att utföra stegen enligt något av patentkrav l-8.

10. En datorprogramprodukt lagrad på ett datoranvändbart medium, innefattande läsbart program for att förorsaka en dator, inuti en eller flera noder i ett datanät att kontrollera en exekvering av stegen enligt något av kraven l-8.