Un método de gestionar la congestión y contención de datos en una concentración de punto de tráfico dentro de una red,

que comprende:

leer un primer valor (318) dentro de una cabecera de un datagrama del Protocolo de Internet (300), en el que el primer valor de tiempo es representativo de cuándo el datagrama del Protocolo de Internet entra en la red, en el que el datagrama del Protocolo de Internet incluye una parte de identificación de datagrama como una parte de la cabecera, en el que el primer valor de tiempo está incluido en la parte de identificación del datagrama y al menos parcialmente distingue el datagrama del Protocolo de Internet de otros datagramas del Protocolo de Internet;

determinar (506) la edad del datagrama del Protocolo de Internet con relación al primer valor de tiempo; y descartar (508) el datagrama del Protocolo de Internet si la edad del datagrama del Protocolo de Internet está por encima de un valor umbral.

Método y aparato para gestionar la congestión en una red de comunicación de datos

Campo técnico

La presente invención se refiere de manera general a sistemas de comunicación, y más concretamente a un método y aparato para impedir y corregir la congestión y contención de datagramas en concentraciones de punto de tráfico en un sistema de comunicación.

Antecedentes de la técnica

Virtualmente cualquier sistema de comunicación de red debe tratar con contención o posiblemente congestión de tráfico de datos. Por ejemplo, las redes de área local (LAN) que utilizan concentración de punto de tráfico pueden experimentar contención y congestión cuando datos de recepción de múltiples fuentes (es decir, fuentes de ingreso) intentan ser transmitidas (es decir, salir) a través de un puerto único o en una línea única. Cada línea tiene limitaciones de ancho de banda en la cantidad del flujo de datos que puede manejar. Gran parte de los datos puede ser sensible al tiempo de manera que los datos pueden tener plazos límite severos. Es decir, los datos llegan a ser viejos e inutilizables en cuestión de solo decenas a miles de microsegundos. Adicionalmente, cualquier encaminamiento de mensaje sin conexión de apoyo de red debe tener en cuenta la eliminación autónoma de mensajes que erróneamente no tienen un destino (por ejemplo, mensajes que circulan indefinidamente en la red) .

Como ejemplo adicional, algunos sistemas celulares utilizan plataformas de estación transceptora base común (CBTSP) para manejar tráfico del plano de usuario (es decir, transmisiones de voz, transmisiones de video, transferencias de datos casi en tiempo real, transferencias de datos no en tiempo real, etc.) para transmisión a través de interfaces de red de retorno. Estas CBTSP son generalmente LAN cerradas. Dado que gran parte de este tráfico del plano de usuario son datos en tiempo real, llega a ser inútil si no se entrega justo en cuestión de microsegundos. Por lo tanto, si el tráfico del plano de usuario encuentra congestión o contención con otros datos, puede llegar a ser inútil.

El tráfico de plano de usuario se puede recibir concurrentemente desde múltiples fuentes, tales como estaciones móviles. Los datagramas del Protocolo de Internet (IP) se usan dentro de las CBTSP para transportar el tráfico del plano de usuario. Generalmente, se usan los datagramas del Protocolo de Internet versión 4 (IPv4) . Este protocolo se usa para encaminamiento de datagramas entre redes, soporte de fragmentación de unidad de transmisión máxima (MTU) , y envejecimiento de datagramas. En resumen, el datagrama IPv4 se usa para indicar el nodo de destino y transportar los datos desde la fuente al destino. Aunque IPv4 se está haciendo desaparecer progresivamente de las comunicaciones de Internet a favor de IPv6 debido a las limitaciones de direccionamiento, sigue siendo suficiente para direccionar nodos dentro de una LAN cerrada.

La CBTSP además utiliza un centro concentrador (es decir, conmutador) para recibir el tráfico del plano de usuario de múltiples puntos de ingreso y consolidar el tráfico del plano de usuario en un punto único en la LAN para conversión y transporte en una interfaz de red de retorno. Las conexiones dentro de la LAN interna pueden ser del orden de 100 megabits por segundo (Mbps) , mientras que la conexión a la red de retorno puede ser solamente 1½ 2 Mbps. De esta manera, no solamente son los datos que se transmiten a través de un menor número de puntos de salida comparado con el número de puntos de ingreso, hay un aumento de las limitaciones de ancho de banda en los puntos de salida.

Mientras que la plataforma BTS común realiza técnicas de compresión de datos para acomodar la interfaz de la red de retorno y las limitaciones de ancho de banda, la congestión y la contención pueden aún ocurrir en los puntos de salida actuando por ello como una concentración de punto de tráfico. Adicionalmente, debido a que este sistema es usado para transportar tráfico del plano de usuario en tiempo real o casi en tiempo real, la red es bastante sensible a los retardos de transmisión. De hecho, los datagramas más viejos que un tiempo de trama aérea (por ejemplo, 10ms) típicamente son inútiles. Por lo tanto, la solución de gestión de congestión debe abordar el envejecimiento del datagrama en la resolución de sub-milisegundos.

Los planteamientos convencionales para la gestión de la congestión y los problemas de envejecimiento incluyen: 1) gestionar la congestión y la contención reactivamente mediante el desbordamiento de las colas de datos en la concentración de punto de tráfico y descartando datagramas, 2) quitar autónomamente datagramas a través de un algoritmo de envejecimiento que usa un campo de Tiempo de Vida (TTL) de 8 bit inherente en la cabecera del datagrama IP, y 3) aumentar la memoria del almacenador temporal en las concentraciones de punto de tráfico y/o aumentar el número de conexiones con la red de retorno. El primer planteamiento es un proceso reactivo de descartar datagramas debido al desbordamiento de colas. Los protocolos de reserva de recursos, tales como RSVP, se usan para reservar ciertas cantidades de recursos para evitar la congestión. Estos protocolos se podrían usar para reservar requisitos de memoria/almacenador temporal para asegurar que se evita la congestión. No obstante, esto aumenta la complejidad del protocolo usado para transportar altos volumen de tráfico del plano de usuario. Además, los datagramas se descartan sin considerar su validez, de manera que datagramas que aún son útiles se descartan y otros datagramas que pueden ser inútiles se podrían quedar en la cola.

Usando el segundo planteamiento, el campo TTL especifica el tiempo, en número entero de segundos, que el datagrama puede vivir en la red. Como es difícil medir el tiempo en relación con el tiempo del datagrama de entrada en una red distribuida, esta interpretación TTL se simplifica a menudo a un número de saltos donde cada salto de nodo a nodo se asume que lleva 1 segundo. Un algoritmo lee el campo TTL para determinar cuánto tiempo ha estado el datagrama en la red. Por defecto, el campo TTL permite a un datagrama permanecer en la red durante hasta 255 segundos o 255 número de saltos. Las desventajas de usar el campo TTL son: 1) la resolución es solamente en segundos, dado que el estándar IPv4 no fue previsto inicialmente para entregar datos en tiempo real, 2) la precisión es exacta solamente al procesar el retardo de cada salto, y 3) la sincronización a lo largo de la red para el tiempo de entrada del datagrama no se logra lo cual generalmente se requiere para monitorizar la edad del datagrama dentro de la LAN. Como se mencionó, el tráfico del plano de usuario incluye datos en tiempo real o casi en tiempo real que pueden llegar a ser inútiles en sólo cuestión de microsegundos. Por lo tanto, el campo TTL típico, el cual no es ni siquiera de una precisión de 1 segundo, no se puede usar.

El tercer planteamiento proporciona la solución de trabajo más fácil para eludir la congestión aumentando la memoria y/o aumentando el número de conexiones a la red de retorno para aumentar el ancho de banda. No obstante, esto es costoso de implementar, no cuenta con resolución de tiempo de microsegundos, y el campo TTL se usa aún como el mecanismo de envejecimiento. Tampoco aborda la sincronización de tiempo entre nodos distribuidos. Adicionalmente, muchos sistemas incurren en un coste por conexión en el número de conexiones a la red de retorno.

La EP-A-0 912 015 revela un método para control de sobrecarga en una red de comunicaciones inalámbrica que emplea Encolado Equitativo de Acceso Múltiple Bajo Demanda, en el cual si la ocupación del almacenador temporal de enlace descendente/ascendente de la red ha excedido un umbral alto, la estación base determina si esto está provocado por un centro remoto específico o por un grupo de centros remotos. Si está provocado por un centro remoto específico, la estación base normalmente envía una señal de control de flujo al centro remoto para impedirle enviar más datos, pero alternativamente puede elegir desconectar otros remotos si el remoto que experimenta mal rendimiento es de una prioridad mayor.

La RFC 1889 de Internet describe el RTP, el protocolo de transporte en tiempo real. RTP proporciona funciones de transporte de red extremo a extremo adecuadas para aplicaciones que transmiten datos en tiempo real, tales como datos de audio, vídeo o simulación, sobre servicios de red multidifusión o unidifusión.

De esta manera hay una necesidad para un método y aparato... [Seguir leyendo]

1. Un método de gestionar la congestión y contención de datos en una concentración de punto de tráfico dentro de una red, que comprende:

leer un primer valor (318) dentro de una cabecera de un datagrama del Protocolo de Internet (300) , en el que el primer valor de tiempo es representativo de cuándo el datagrama del Protocolo de Internet entra en la red, en el que el datagrama del Protocolo de Internet incluye una parte de identificación de datagrama como una parte de la cabecera, en el que el primer valor de tiempo está incluido en la parte de identificación del datagrama y al menos parcialmente distingue el datagrama del Protocolo de Internet de otros datagramas del Protocolo de Internet;

determinar (506) la edad del datagrama del Protocolo de Internet con relación al primer valor de tiempo; y descartar (508) el datagrama del Protocolo de Internet si la edad del datagrama del Protocolo de Internet está por encima de un valor umbral.

2. Un método como se define en la reivindicación 1, que además comprende asociar el primer valor de tiempo con el datagrama del Protocolo de Internet en un primer nodo, en el que el primer valor de tiempo se determina al menos en parte a partir de una referencia de tiempo; y transmitir el datagrama del Protocolo de Internet a un segundo nodo,

en el que la determinación de la edad del datagrama del Protocolo de Internet comprende comparar el primer valor de tiempo con un segundo valor de tiempo, el segundo valor de tiempo determinado al menos en parte desde la referencia de tiempo.

3. Un método como se define en la reivindicación 1, en el que el primer valor de tiempo considera el tiempo que el datagrama del Protocolo de Internet entra en la red más el valor umbral.

4. Un método como se define en la reivindicación 1, en el que el valor umbral es una duración de vida permisible del datagrama del Protocolo de Internet.

5. Un método como se define en la reivindicación 1, en el que el valor umbral es dependiente de al menos uno de un tipo de datos transmitidos dentro del datagrama del Protocolo de Internet y una cantidad de tráfico de datos dentro de la red.

6. Un controlador de estación base (120, 122) para el acoplamiento de manera operativa a una red de retorno para transmitir un datagrama del Protocolo de Internet, el controlador de estación base que comprende:

un enlace de comunicación para el acoplamiento de manera operativa con una estación transceptora base (140, 142, 144, 146) el enlace de comunicación adaptado a recibir un datagrama del Protocolo de Internet (300) que incluye una cabecera que tiene una pate de identificación de datagrama;

un elemento de temporización para el acoplamiento de manera operativa con el enlace de comunicación, el elemento de tiempo adaptado para proporcionar una referencia de tiempo;

un elemento de sellado de tiempo para el acoplamiento de manera operativa al enlace de comunicación, el elemento de sellado de tiempo asociado a un valor de tiempo (318) representativo de cuándo el datagrama del Protocolo de Internet entra en una red de área local cerrada a partir del elemento de tiempo dentro de la cabecera, en el que el valor de tiempo se incluye en la parte de identificación del datagrama y al menos parcialmente distingue el datagrama del Protocolo de Internet de otros datagramas del Protocolo de Internet;

una cola de datos adaptada a almacenar temporalmente el datagrama del Protocolo de Internet anterior a la transmisión a la red de retorno; y un elemento de gestión de datos adaptado a leer el valor de tiempo a partir de la parte de identificación del datagrama de la cabecera, en el que el elemento de gestión del datagrama está adaptado además para descartar el datagrama del Protocolo de Internet que tiene un valor de tiempo que excede un umbral permisible basado al menos en parte en la referencia de tiempo.

7. Un controlador de estación base como se define en la reivindicación 6, en el que una fuente del datagrama del Protocolo de Internet es uno de la estación transceptora base y el enlace de comunicación acoplado operativamente con la estación transceptora base.

8. Una estación transceptora base (140, 142, 144, 146) configurada para comunicar con la una o más estaciones móviles (160, 162, 164, 166, 168) , la estación transceptora base que comprende:

un transceptor radio para recibir señales desde la una o más estaciones móviles, en el que el transceptor radio está adaptado para proporcionar datagramas del Protocolo de Internet (300) que representan datos de la una o más estaciones móviles, en donde cada uno de los datagramas del Protocolo de Internet incluye una parte de identificación de datagrama en una cabecera;

un enlace de comunicación acoplado operativamente con un elemento de temporización, el enlace de comunicación adaptado para recibir una referencia de tiempo desde el elemento de temporización;

un elemento de sellado de tiempo acoplado operativamente con el transceptor de radio, el elemento de sellado de tiempo adaptado para asociar un valor de tiempo (318) representativo de cuándo el datagrama del Protocolo de Internet entra en una red de área local cerrada a partir del elemento de temporización dentro de cada cabecera proporcionada por el transceptor de radio, en el que el valor de tiempo está incluido en la parte de identificación del datagrama y al menos parcialmente distingue el datagrama del Protocolo de Internet de los otros datagramas del Protocolo de Internet;

una cola de datos adaptada a almacenar temporalmente los datagramas del Protocolo de Internet anterior a la transmisión al controlador de estación base; y un elemento de gestión adaptado para leer el valor de tiempo desde la parte de identificación de datagrama de la cabecera, en el que el elemento de gestión de datos está además adaptado para descartar los datagramas del Protocolo de Internet que tienen un valor de tiempo que excede un umbral permisible basado al menos en parte en la referencia de tiempo.

9. Un método de gestionar una pluralidad de fragmentos de un datagrama del Protocolo de Internet (300) en un destino previsto del datagrama del Protocolo de Internet, el método que comprende:

recibir uno primero de la pluralidad de fragmentos y un valor de tiempo (318) asociado con él, el valor de tiempo que es común a cada uno de la pluralidad de fragmentos, en donde el datagrama del Protocolo de Internet incluye una parte de identificación de datagrama como parte de una cabecera, en el que la parte de identificación de datagrama está presente en cada uno de la pluralidad de fragmentos, en el que el valor de tiempo está incluido en la parte de identificación del datagrama de cada uno de la pluralidad de fragmentos;

leer un valor de tiempo;

determinar (506) una edad del datagrama del Protocolo de Internet en base al valor de tiempo del fragmento de datos; y descartar (508) el primero de la pluralidad de fragmentos si no todos de la pluralidad de fragmentos del datagrama del Protocolo de Internet que ha sido recibido dentro de un umbral de tiempo predefinido, en el que el umbral de tiempo predefinido está basado al menos en parte en la edad del datagrama del Protocolo de Internet.

10. Un método como se define por la reivindicación 9, en el que el destino previsto es una estación móvil.