Método y sistema para la virtualización de redes.

Un método para proporcionar una virtualización de redes inalámbricas que comprende:

- utilizar un particionador de ancho de banda (128) para la distribución del ancho de banda disponible entre los nodos virtuales

- utilizar un router de software (138) para proporcionar cada nodo virtual con un conjunto de interfaces virtuales, implementado como dispositivos TAP,

caracterizado porque el router de software huésped (138) procesa al recibir una trama entrante y la envía al dispositivo adecuado de acuerdo con un conjunto de políticas mantenidas por un Bróker de Enlace (134) y por el particionador del ancho de banda (128), de modo que el módulo del Bróker de Enlace (134) adaptativamente proporciona un aislamiento completo de radio entre porciones de red que coexisten en la misma infraestructura física y tramas de datos se envían al nodo virtual adecuado.

Método y sistema para la virtualización de redes

Campo de la invención

La invención está relacionada con el campo de la virtualización de redes.

Antecedentes de la invención

La virtualización de redes actualmente se puede considerar como uno de los enfoques más prometedores para permitir la innovación en las redes actuales. En términos generales, la virtualización de redes puede ser vista como una herramienta fundamental para varias aplicaciones:

- evaluando los nuevos pero no necesariamente las retrasadas arquitecturas de Internet compatibles en entornos realistas a gran escala, lo que ayuda a superar la osificación actual de Internet;

- cambiando el modelo a seguir y el negocio funcional de los Proveedores de Servicios de Internet, disociando la provisión de la infraestructura física de la provisión de los recursos de comunicación / computación. De tal manera que permita la introducción de nuevos actores tales como: Proveedores de Infraestructura, Proveedores de Redes Virtuales y Proveedores de Servicios, y con el tiempo mejorar la competitividad en este sector;

- permitiendo la introducción tranquila y controlada de nuevos servicios en una red operativa, al proporcionar medios para aislarlos de las aplicaciones ya existentes, promoviendo así la innovación en las redes de telecomunicaciones;

- moviendo instancias lógicas de nodos y servicios a través de una infraestructura con el fin de optimizar el rendimiento de la red y minimizar los gastos operativos. A modo de ejemplo, trasladar los servicios cerca de los usuarios puede llevar a una disminución en el consumo de energía de una red física, y por lo tanto, contribuir a una disminución en la huella de carbono de la red.

La virtualización de redes incluye métodos y técnicas para compartir con eficacia una infraestructura común de red física, dividiéndola en varias instancias de red lógica (generalmente denominadas como "porciones") compuestas de nodos virtuales ("fragmentos") y de enlaces virtuales [1, 2]

Las interacciones entre las instancias de red lógicas pueden ser controladas por componentes de software o de hardware apropiados. En comparación con el concepto de "routers lógicos" desarrollados hoy por los vendedores, en la virtualización de redes los nodos virtuales en una porción son totalmente programables para permitir la creación de instancias de una instancia de red en las que nuevas arquitecturas o servicios (potencialmente salen de arquitecturas legadas basadas en IP) pueden ser probados en un entorno controlado 45 antes de ponerlos en producción.

Actualmente, las soluciones de virtualización de redes propuestas típicamente se diseñan para redes de cable compuestas de nodos con grandes espacios de potencia de procesamiento y almacenamiento (PlanetLab [3], VINI [4], G-Lab [5], etc) . Por otro lado, se han realizado muy pocos estudios sobre los entornos con recursos limitados en general, y en particular de redes inalámbricas multi-salto. Además, se han centrado principalmente en cómo diferentes técnicas de virtualización medianas inalámbricas afectan el desempeño general de porciones de red en términos de aislamiento y la estabilidad [6, 7]. Estas soluciones no son adecuadas para su uso por un Proveedor de Servicio de Internet Inalámbrico (WISP por sus siglas en inglés) que desea permitir la producción durante el tráfico para compartir parte de los recursos de red disponibles con un número variable de 55 porciones donde las soluciones innovadoras se pueden probar en un entorno severamente controlado pero realista. En tal escenario, la producción durante el tráfico se debe asignar en una porción privilegiada donde los recursos de red, como el ancho de banda del canal y el procesamiento de nodo están garantizados, en detrimento de otras porciones que ejecutan pruebas experimentales. La presente invención proporciona una solución para estas necesidades.

Breve descripción de los dibujos:

Figura 1: Escenario de implementación simplificada de virtualización de redes.

Figura 2: Configuración de nivel de red: un ejemplo con una porción de producción y una porción experimental que comparten un sustrato físico común.

Figura 3a: Diagrama de flujo que ilustra los principios de operación del particionador de ancho de 5 banda.

Figura 3b: Diagrama de flujo que ilustra el procedimiento real de transmisión de paquetes.

Figura 4a-4d: Diagrama de flujo que ilustra las etapas del enrutador de software para los paquetes salientes y entrantes.

Figura 5: Representación esquemática de un nodo de red que soporta el esquema de virtualización de redes de esta invención.

Figura 6: Realización de tres porciones en un escenario con un deterioro de las condiciones de la calidad del enlace inalámbrico.

Descripción detallada de la invención.

La virtualización de redes en las redes inalámbricas debe abordar dos cuestiones importantes adicionales:

(i) El cómo aislar los recursos inalámbricos que pertenecen a las porciones de red que coexisten y al 25 mismo tiempo garantizar una mínima interferencia entre ellos, y (ii) El cómo controlar la utilización de recursos inalámbricos para asegurarse de que una porción no infringe los recursos de otra porción.

Estos problemas se resuelven por el método de la reivindicación 1 y por el sistema de la reivindicación 12.

Se han propuesto varias técnicas para garantizar el aislamiento de los recursos inalámbricos entre porciones concurrentes [14]:

-MDE (Multiplexación por División de Espacio o SDM del inglés Space Division Multiplexing) , en donde los nodos inalámbricos físicos se dividen en el espacio, formando sub-redes separadas, minimizando así la interferencia entre las diferentes porciones.

- MDF (Multiplexación por División de Frecuencia o FDM del inglés Frequency Division Multiplexing) , en donde diferentes porciones se dividen en el dominio de la frecuencia mediante el aprovechamiento de la disponibilidad de múltiples interfaces inalámbricas en cada nodo de red.

- MDC (Multiplexación por División de Código o CDM del inglés Code Division Multiplexing) , similar a la MDF, pero asigna diferentes códigos a cada porción.

-MDT (Multiplexación por División de Tiempo o TDM del inglés Time Division Multiplexing) , en el que las porciones se particionan en el dominio del tiempo mediante la asignación de un intervalo de tiempo específico para sus necesidades de comunicación.

Mientras que los estudios sobre la viabilidad de cada uno de estos enfoques (o combinaciones de los mismos) , con sus pros y sus contras han sido ya proporcionados en la literatura [6, 7], tienen el fallo de que no abordan el problema de un aislamiento eficaz entre porciones concurrentes en una red inalámbrica multi-salto a través de un control más fino del uso de recursos inalámbricos y de nodos de la red: la presente invención proporciona técnicas y arquitecturas para lograr esto.

En particular, la presente invención consigue un nivel de flexibilidad que ninguna de las técnicas mencionadas anteriormente y que se utilizan de una manera independiente, puede proporcionar. Además, la presente invención se dirige a la provisión de métodos para asegurar que una porción privilegiada (típicamente la que lleva el tráfico de producción) pueda tener los recursos garantizados mientras que las dedicadas a actividades experimentales puedan compartir los restantes recursos de la red (posiblemente variables con el tiempo) .

En lo sucesivo, se introducen ciertas realizaciones de la invención en relación con un marco de virtualización específicamente adaptado a las redes inalámbricas multi-salto. Este tipo de redes se construyen generalmente utilizando componentes de materias primas y se caracterizan por capacidades de computación bastante 65 limitadas, en comparación con los equipos tradicionales de redes de clase portadora explotados en proyectos tales como FEDERICA [8], AKARI [9] o GENI [10].

La mayoría de las arquitecturas de virtualización de redes ideadas hasta ahora [8, 9, 10] tienen por objeto proporcionar múltiples entornos aislados, donde los experimentos se pueden ejecutar en paralelo a través de redes del mundo real. La presente invención, por otro lado, ofrece a los operadores de redes inalámbricas una solución integral de virtualización donde el tráfico de producción (es decir, el tráfico generado por los usuarios finales) , las acciones de parte de los recursos de red disponibles comparten con un número variable de porciones experimentales donde soluciones novedosas, por ejemplo, protocolos de enrutamiento, que se están probando. La figura 1 hace un... [Seguir leyendo]

1. Un método para proporcionar una virtualización de redes inalámbricas que comprende:

- utilizar un particionador de ancho de banda (128) para la distribución del ancho de banda disponible entre los nodos virtuales -utilizar un router de software (138) para proporcionar cada nodo virtual con un conjunto de interfaces virtuales, implementado como dispositivos TAP, caracterizado porque el router de software huésped (138) procesa al recibir una trama entrante y la envía al dispositivo adecuado de acuerdo con un conjunto de políticas mantenidas por un Bróker de Enlace (134) y por el particionador del ancho de banda (128) , de modo que el módulo del Bróker de Enlace (134) adaptativamente proporciona un aislamiento completo de radio entre porciones de red que coexisten en la misma infraestructura física y tramas de datos se envían al nodo virtual adecuado.

2. El método de la reivindicación 1 en el que las tramas de datos se envían también desde de dicho nodo virtual a la interfaz adecuada en la infraestructura física.

3. El método de la reivindicación 2, en el que la red es una red multi-salto.

4. El método de la reivindicación 3, en donde el particionador de del ancho de banda (128) adquiere

estadísticas de los canales inalámbricos de la NIC inalámbrica y actualiza el ancho de banda asignado a cada 25 clase del Bróker de Enlace (134) .

5. El método de la reivindicación 4 en donde la transmisión de paquetes se asigna a una clase del enlace planificador vinculado a un nodo virtual en función del ancho de banda asignado por dicho particionador de ancho de banda (128) .

6. El método de la reivindicación 5 en donde un router de software adicional (138) selecciona la velocidad de transmisión, el esquema de modulación, la potencia de transmisión y el uso de procedimiento RTS/CTS para entregar la trama de datos.

7. El método de la reivindicación 6 en donde dicho módulo del Bróker de Enlace (134) define además diferentes gráficos de conectividad para diferentes porciones de red sobre la base de políticas de pre definidas.

8. El método de la reivindicación 7 en donde los nodos de dichos gráficos de conectividad para diferentes porciones de red no están separados físicamente.

9. El método de la reivindicación 8 en donde la distribución del ancho de banda disponible entre los nodos virtuales se realiza de acuerdo con las condiciones actuales del canal inalámbrico y un conjunto de políticas definidas por el usuario.

10. El método de la reivindicación 9 en donde dicho protocolo TAP impulsa el adaptador físico subyacente en

caso de que un dispositivo estándar IEEE 802.11, que funciona ya sea en modo Estación o en modo Maestro, sea expuesto a uno o más invitados del sistema operativo.

11. Un medio de almacenamiento legible por ordenador para almacenar en el mismo instrucciones legibles para ejecutar las etapas de cualquiera de los métodos de las reivindicaciones 1-10, cuando se ejecuta en un ordenador.

12. Un sistema para proporcionar una virtualización de la red inalámbrica de acuerdo con el método de la reivindicación 1 que comprende:

-un particionador de ancho de banda (128) para la distribución de ancho de banda disponible entre los nodos virtuales -un router de software (138) para proporcionar cada nodo virtual con un conjunto de interfaces virtuales, implementado como dispositivos TAP, caracterizado porque comprende además un Bróker de Enlace (134) para adaptativamente proporcionar completo aislamiento de radio entre las porciones de red coexistentes en la misma infraestructura física.

13. El sistema de la reivindicación 12 en donde el particionador de ancho de banda (128) adquiere estadísticas 65 del canal inalámbrico desde la NIC inalámbrica y actualiza el ancho de banda asignado a cada clase del Bróker de Enlace (134) la transmisión de paquetes se asigna a una clase de enlace planificador vinculado a un nodo 8

virtual dependiendo del ancho de banda asignado por dicho particionador de ancho de banda (128)

un router selecciona la velocidad de transmisión, el esquema de modulación, la potencia de transmisión y el uso del procedimiento de RTS/CTS para entregar la trama de datos.

14. El sistema de la reivindicación 13 en el que dicho Bróker de Enlace (134) define además diferentes gráficos de conectividad para diferentes porciones de red sobre la base de políticas de pre definidas.

15. El sistema de la reivindicación 14 en el que la distribución de ancho de banda disponible entre los nodos virtuales se realiza de acuerdo con las condiciones actuales del canal inalámbrico y un conjunto de políticas definidas por el usuario y en el que dicho protocolo TAP impulsa el adaptador físico subyacente en el caso de que un dispositivo estándar IEEE 802.11, que funciona ya sea en modo Estación o en modo Maestro, sea expuesto a uno o más invitados del sistema operativo.