MECANISMO DE DESCUBRIMIENTO DE GATEWAYS PARA LA DIFERENCIACION DE SERVICIOS ENTRES REDES AD HOC Y REDES FIJAS.

Mecanismo de descubrimiento de gateways para la diferenciación de servicios entre redes ad hoc y redes fijas.

Cuando un nodo localizado en una red ad hoc desea tener acceso a Internet, debe obtener información sobre los gateways disponibles y seleccionar el más apropiado de todos ellos. Se propone un nuevo mecanismo de descubrimiento de gateways adecuado para aplicaciones de tiempo real que ajusta la frecuencia de envío de mensajes de aviso, (Gateway Advertisements, GWADVs), dinámicamente. Este ajuste está relacionado con el porcentaje de fuentes de tiempo real que tienen problemas de calidad de servicio debido a unos retardos extremo a extremo excesivos.En comparación con los mecanismos de descubrimiento de gateways existentes (proactivo, reactivo e híbrido), el mecanismo propuesto mejora los retardos extremo a extremo, jitter, y tasa de entrega de paquetes para los flujos de tiempo real significativamente; además se reduce el tráfico de señalización (encaminamiento) y no se produce inanición del tráfico de best-effort

Mecanismo de descubrimiento de gateways para la diferenciación de servicios entre redes ad hoc y redes fijas.

Sector de la técnica

La siguiente invención se refiere a un mecanismo de descubrimiento de gateways para redes ad hoc conectadas a redes fijas, gracias al cual se consigue una mejora de la calidad de servicio (QoS) para los flujos de tráfico de tiempo real entre la red ad hoc y la red fija. El sector de la técnica en el cual se encuadra esta invención es el diseño y evaluación de protocolos de redes en el área de la ingeniería telemática.

Estado de la técnica

Son conocidos diferentes mecanismos de descubrimiento de gateways para hacer posible la interconexión entre redes ad-hoc y redes fijas, tales como los mecanismos reactivos, proactivos e híbridos.

Estos mecanismos presentan una serie de desventajas; los mecanismos reactivos sólo descubren gateways cuando un nodo de la red ad hoc desea enviar tráfico a la red fija, con lo cual la latencia en el procedimiento de descubrimiento de ruta es elevada; otros mecanismos como los proactivos e híbridos introducen continuamente tráfico de señalización en la red ad hoc para conocer la posición de los gateways, con lo cual si esta red se encuentra congestionada, disminuye la calidad de servicio en las transmisiones. Además, estos mecanismos tratan todo el tráfico de la misma forma y no consideran las diferencias existentes en el envío de tráfico de tiempo real y tráfico best-effort.

Para evitar los inconvenientes de estos mecanismos, la titular de la presente invención, Dra. Mari Carmen Domingo Aladrén, desarrolló un nuevo mecanismo de descubrimiento de gateways cuyas características fundamentales son las siguientes: capacidad de detección y reacción frente a la congestión, capacidad de mejora de la calidad de servicio de los flujos de tiempo real en presencia de congestión.

Diferentes estudios han desarrollado métodos de descubrimiento de gateways entre redes ad hoc y redes fijas; no obstante, ninguno de ellos ha tenido en cuenta la diferenciación de servicios y la mejora de la calidad de servicio de los flujos de tiempo real entre una red ad hoc y una red fija; en consecuencia, se ha ideado un nuevo esquema de descubrimiento de gateways cuyas características son el objeto de la presente invención.

Descripción de la invención

La siguiente propuesta consiste en el desarrollo de un mecanismo capaz de ofrecer interconexión entre redes ad-hoc y fijas gracias al descubrimiento de gateways; este método es además capaz de contribuir a la diferenciación de los distintos flujos de tráfico existentes entre ambas redes, priorizando los flujos de aplicaciones en tiempo real al aplicar mecanismos de calidad de servicio extremo a extremo.

El método de descubrimiento de gateways propuesto funcionaría de la forma siguiente:

Se considera un escenario en el cual una red ad hoc está conectada a una red fija a través de varios gateways. Suponemos que varias fuentes de tráfico de best-effort y de tiempo real empiezan a enviar tráfico desde la red ad hoc hacia la red fija a través de algún gateway.

El protocolo de encaminamiento en la red ad hoc es AODV y se ha modificado tal y como describe el borrador de Internet "Global Connectivity for IPv6 Mobile Ad Hoc Networks" para descubrir gateways. En este trabajo se propone un nuevo método de descubrimiento para encontrar un gateway, el cual se basa en el mecanismo híbrido. Por consiguiente, nuestro esquema define un rango de transmisión donde cada gateway envía periódicamente mensajes de anuncio (Gateway Advertisements, GWADV) y éstos se propagan a lo largo de una zona determinada y limitada (un cierto número de saltos más allá del gateway). Si un nodo móvil quiere conectividad a Internet y está fuera del rango de transmisión de los gateways (los gateways no pueden enviarle información en un salto) y de la zona de propagación de los mensajes de anuncio de los gateways, debe enviar un mensaje de petición de conexión de gateway en modo broadcast al grupo de gateways en la red ad hoc. Los gateways deben contestar enviando una respuesta de vuelta y el protocolo de encaminamiento del nodo móvil selecciona la respuesta del gateway que le ofrezca la mejor ruta hacia Internet en términos de número de saltos, tal y como corresponde al funcionamiento normal del protocolo de encaminamiento de la red ad hoc AODV.

Los nodos de la red fija monitorizan periódicamente el retardo extremo a extremo de los flujos de tráfico de tiempo real. Para calcular este retardo se introduce una marca temporal "timestamp" en la cabecera del protocolo de la aplicación en tiempo real (RTP Real Time Protocol) y cuando el mensaje llega a su destino en la red fija se calcula la diferencia de tiempo entre el instante de tiempo inicial del mensaje y el momento actual. Para que este procedimiento funcione resulta necesario que los nodos origen y destino puedan sincronizarse mutuamente (por ejemplo, mediante GPS).

La ITU-T recomienda en su estándar G. 114 que el retardo extremo a extremo de los flujos de tiempo real se mantenga por debajo de los 150 ms para conseguir una calidad adecuada. Los retardos entre 150 ms y 400 ms son aceptables siempre y cuando los administradores de red conozcan el impacto existente en la calidad de servicio y la latencia por encima de los 400 ms es considerada inaceptable.

Si el retardo de una fuente de tráfico de tiempo real es superior a 140 ms (se considera 140 ms porque la ITU-T recomienda mantener los retardos por debajo de los 150 ms y el sistema necesita un cierto tiempo de reacción), se envía un mensaje de QoS_PERDIDA desde el destino a la fuente del tráfico de tiempo real (situada en la red ad hoc) advirtiéndole de que puede empezar a sufrir problemas de retardo.

Cuando un nodo en la red ad hoc recibe el mensaje QoS_PERDIDA, activa el mecanismo de calidad de servicio para mejorar la calidad de servicio y evitar así un aumento excesivo del retardo de este tipo de tráfico. A partir de aquí dependiendo del mecanismo de calidad de servicio utilizado los nodos actuaran de una forma u otra. Por ejemplo, una posible actuación consistiría en estrangular el tráfico de best-effort en la red ad hoc para reducir la congestión.

Por otro lado, el gateway comprueba periódicamente si ha recibido algún mensaje de QoS_PERDIDA durante los últimos τ segundos de algún flujo de tiempo real que tenga problemas de retardo extremo a extremo, es decir, que padezca un retardo mayor de 140 ms. El gateway calcula:

α(t) = frac{P}{F},

donde P es el número de fuentes de tiempo real con retardos mayores a 140 ms. F, por su parte, es el número total de fuentes que transmiten tráfico de tiempo real usando ese gateway. Se marca un umbral γ, hbox{que puede estar entre 0 y 1.

Si α (t) > γ el gateway no envía mensajes de aviso (GWADV) a la red ad hoc. Esto es así porque si los flujos en tiempo real tienen problemas de calidad de servicio debido a una congestión excesiva, no es recomendable introducir más sobrecarga de tráfico en la red con estos mensajes, ya que empeoraría la situación.

Si α(t) ≤ γ se envían mensajes GWADV hacia la red ad-hoc.

El funcionamiento de este método hace que se tomen decisiones para intentar que no aumente la congestión en una red ad hoc con este problema y de esta forma se consigue mejorar la calidad de servicio de los flujos de tiempo real. De este modo, cuando α(t) ≤ γ interpretamos que no hay congestión en nuestra red y procedemos al envío de GWADV.

El mecanismo propuesto mejora los retardos extremo a extremo, jitter, y tasa de entrega de paquetes para los flujos de tiempo real significativamente; además se reduce el tráfico de señalización (encaminamiento) y no se produce inanición del tráfico de best-effort.

Breve descripción de las figuras

Para mejorar la compresión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se adjunta un dibujo de una red en el que, a título de ejemplo, se representa una situación en la que se puede utilizar dicho mecanismo.

El dibujo de la Fig. 1, representa un escenario con una red fija conectada a una red ad-hoc a través de dos gateways;...

1. Mecanismo de descubrimiento de gateways adaptativo para redes ad hoc conectadas a redes fijas caracterizado por:

definir un rango de transmisión donde cada gateway envía periódicamente mensajes de anuncio y éstos se propagan en una zona determinada y limitada un cierto número de saltos más allá del gateway.

el envío de un mensaje de petición de conexión por parte de un nodo móvil en la red ad hoc que quiere conectarse a Internet y está fuera del alcance radio de los gateways y la zona de propagación de los mensajes de anuncio de los gateways.

la contestación del gateway a la petición de conexión que ha enviado un nodo móvil de la red ad hoc.

la selección de un gateway por parte del nodo móvil que ha enviado peticiones de conexión a Internet a distintos gateways; se seleccionará como gateway aquel que ofrezca la mejor ruta hacia Internet en términos de número de saltos.

la introducción de una marca temporal en la cabecera de los mensajes para poder calcular el retardo en los flujos de paquetes.

la sincronización de los nodos.

diferenciar entre los diferentes flujos de tráfico existentes, monitorizando periódicamente en el destino el retardo extremo a extremo de los flujos de tiempo real; el destino debe enviar mensajes de QoS_PERDIDA hacia la fuente si se observa un retardo extremo a extremo excesivo de los flujos de tiempo real.

la comprobación periódica por parte del gateway asociado de si se han recibido mensajes de QoS_PERDIDA que viajan del destino hacia la fuente y son un síntoma de que hay fuentes de tiempo real con retardos excesivos.

el cálculo por parte del gateway del cociente entre el número de fuentes de tiempo real con retardos excesivos y el número de fuentes totales. Este cociente se compara con un cierto umbral; en caso de que el cociente sea mayor que el umbral, el gateway dejará de enviar mensajes de anuncio a la red ad hoc durante un cierto periodo de tiempo hasta realizar otra comparación. Si el cociente es menor o igual que el umbral, se enviarán mensajes de anuncio con normalidad.