(54) Título: MÉTODO PARA ASSEGURAR UMA QUALIDADE DE SERVIÇO PONTA A PONTA PARA CHAMADAS, E, PONTO DE CONEXÃO DE SUBSISTEMA DE MULTIMÍDIA DE IP DOMÉSTICO (51) Int.CI.: H04L 29/06; H04W 76/12 (73) Titular(es): TELEFONAKTIEBOLAGET LM ERICSSON (PUBL) (72) Inventor(es): AYODELE DAMOLA; JOHAN KÕLHI (85) Data do Início da Fase Nacional: 11/04/2008 “MÉTODO PARA ASSEGURAR UMA QUALIDADE DE SERVIÇO PONTA A PONTA PARA CHAMADAS, E, PONTO DE CONEXÃO DE SUBSISTEMA DE MULTIMÍDIA DE IP DOMÉSTICO”
Campo da Invenção
A presente invenção se refere ao processamento de Qualidade de Serviço presente em uma rede de comunicações e é aplicável em particular para assegurar interoperabilidade de Qualidade de Serviço entre duas ou mais redes, uma das quais é uma subsistema de multimídia de IP Core Rede.
Conhecimento para a Invenção
Serviços Multimídia de IP (IPMM) fornecem uma combinação dinâmica de voz, vídeo, mensagem, dados, etc. dentro da mesma sessão. Crescendo o número de aplicações básicas e a mídia que é possível combinar, o número de serviços oferecidos para os usuários finais crescerá, e a experiência de comunicação inter pessoal será enriquecida. Isto conduzirá à uma nova geração de serviços de multimídia ricos, personalizados, incluindo os assim chamados serviços de “Multimídia de IP Combinacional” que são considerados em mais detalhes abaixo.
Subsistema de multimídia de IP (IMS) é a tecnologia definida pela Third Generation Partnership Project (3GPP) para fornecer Serviços Multimídia de IP através de redes de comunicação móvel 3G (3GPP TS 23.228 e TS 24.229 Release 5 e Release 6). IMS fornece características chaves para enriquecer a experiência de comunicação pessoa a pessoa do usuário final através da integração e interação dos serviços. IMS permite novas ricas comunicações de pessoa à pessoa (cliente para cliente) assim como de pessoa para conteúdo (cliente para servidor) através de uma rede baseada em IP. O IMS faz uso do Protocolo de iniciação de sessão (SIP) para estabelecer e controlar chamadas ou sessões entre terminais de usuário (ou terminais de usuário e servidores de rede). O Protocolo de descrição de sessão (SDP), realizado através de sinalização de SIP, é usado para descrever e negociar os componentes de mídia da sessão. Outros protocolos são usados para media transmissão e controle de mídia, tal como Protocolo de Transporte em Tempo Real e Protocolo de Controle em Tempo Real (RTP/RTCP),
Protocolo de Retransmissão de Sessão de Mensagem (MSRP), Protocolo de
Transferência de Hipertexto (HTTP). —
IMS requer uma rede de acesso que tipicamente seria uma rede de 2G/3G Serviço geral de rádio por pacote (GPRS)/Comutado por pacote (PS), mas que poderia ser alguma outra rede de acesso tal como banda larga fixa ou WiFi. Figura 1 ilustra esquematicamente como o IMS se encaixa na arquitetura de rede de comunicação móvel no caso de uma rede de acesso de GPRS/PS.
O grupo de trabalho TISPAN da European Telecomunications Standards Institute (ETSI) está atualmente trabalhando em uma proposta para a Rede da próxima geração (NGN) para redes fixas baseadas em IMS. Como parte desse projeto, consideração será dada para um assim chamado Ponto de Conexão IMS Doméstico (HIG) permitirá que terminais não IMS tenham acesso a serviços de IMS. É esperado que o HIG encontre aplicações nos ambientes caseiros e de pequenos escritórios, onde usuários poderiam desejar terminal acesso aos serviços de IMS usando um número de terminais habilitados não IMS, que podem ou não ser terminais de SIP. Exemplos de terminais não IMS mas SIP habilitados a SIP, são terminais de SIP e PCs, enquanto exemplos de terminais não IMS, que não tem funcionalidade de SIP são telefones legados incluindo telefones de DECT e dispositivo de IP com suporte de UPnP. O HIG incluirá um Ponto de conexão de SIP de modo a tratar assuntos de interoperabilidade (por exemplo conversão entre SIP e outros protocolos de sinalização requeridos pelo equipamento de usuário). É claro que, alternativas para a proposta de HIG do TISPAN HIG, bem podem emergir no futuro.
Sumário da Invenção
O novo IMS baseado em serviços de multimídia avançado irá impor altas demandas nas características da Qualidade de Serviço (QoS) ponta a ponta, a partir do servidor na rede do operador por todo trajeto na e através da rede “doméstica”. Não há soluções existentes- pãrã interoperabilidade de QoS entre a rede doméstica com sua possível ampla variedade de protocolos internos e os protocolos de IMS/SIP que são usados para configurar as sessões para aos desenhos anexados, nos quais rede doméstica. Na ausência de uma solução, todas as aplicações rodando em dispositivos diferentes dentro da rede doméstica terão uma oportunidade igual para transmitir quadros de dados. Enquanto isto, pode ser adequada para dados tráfego associados com aplicações tais como navegadores de rede, transferência de arquivo, ou correio eletrônico, e inadequada para aplicações de multimídia. Em particular, a qualidade de alta velocidade e/ou a alta demanda de serviços de multimídia (tal as HDTV, VoIP e vídeo conferência) não podem ser garantidos.
De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é fornecido um método para assegurar uma qualidade de Serviço ponta a ponta para chamadas atravessando um subsistema de multimídia de IP, o método compreendendo:
interpor um ponto de conexão de subsistema de multimídia de IP doméstico no plano de controle entre o subsistema de multimídia de IP e, pelo menos, um cliente não SIP;
no ponto de conexão de subsistema de multimídia de IP doméstico, trocando sinalização de SIP com um cliente remoto em benefício do mencionado cliente não SIP, o ponto de conexão efetuando um mapeamento entre o tipo de mídia identificado dentro da parte de SDP de uma ou mais mensagens de SIP e o tipo de Qualidade de Serviço especificado para um protocolo usado para controlar a Qualidade de Serviço no ramal de
chamada entre o cliente não SIP e um ponto de conexão residencial;e configurar mencionado ramal de chamada de acordo com o tipo de Qualidade de Serviço mapeado.
Em uma modalidade da Qualidade de Serviço, o método compreende selecionar no ponto de conexão de subsistema de multimídia de IP doméstico uma função de mapeamento apropriada para mencionado protocolo usado para controlar a Qualidade de Serviço de um ramal de chamada entre o cliente não SIP e o ponto de conexão residencial, e a função de mapeamento sendo selecionada dentre uma grande quantidade de funções de mapeamento.
O ponto de conexão residencial pode ser, por exemplo, um ponto de conexão roteado ou um ponto de conexão de acoplamento. O ponto de conexão residencial pode conter um Dispositivo de ponto de conexão de internet UPnP.
Para fins de exemplo, o protocolo usado para controlar a
Qualidade de Serviço de um ramal de chamada entre o cliente não SIP e o ponto de conexão residencial pode ser um de;UPnP, WMM, e DiffServ.
Preferencialmente, o mencionado passo de configurar mencionado ramal de chamada, de acordo com o tipo de Qualidade de
Serviço mapeada compreende configurar, pelo menos, o ponto de conexão residencial (por exemplo, fornecer um dispositivo de ponto de conexão de internet). O Ponto de conexão de subsistema de multimídia de IP doméstico pode também configurar um ou mais de;um Comutador Ethernet, um Ponto de Acesso de WLAN, e um Roteador de IP. O protocolo usado para configurar o ponto de conexão residencial e entidades no trajeto da chamada entre o ponto de conexão residencial e o cliente não SIP, pode ser o mesmo protocolo usado para controlar a Qualidade de Serviço no cliente não SIP.
Mencionado passo de configurar mencionado ramal de chamada, de acordo com o mencionado tipo de Qualidade de Serviço pode /1 compreender usar mencionado protocolo para configurar um nó do trajeto da chamada incluindo o ponto de conexão residencial. Este nó pode ser um nó responsável para etiquetar pacotes ou quadros com um valor de prioridade, por exemplo um dispositivo de ponto de conexão de internet, ou pode ser um nó responsável para passar adiante pacotes ou quadros com base em um valor de prioridade dentro do quadro ou pacote.
De acordo com um segundo aspecto da presente invenção é fornecido um ponto de conexão de subsistema de multimídia de IP doméstico compreendendo :
uma primeira interface para comunicação com um subsistema de multimídia de IP;
um ou mais segundas interfaces para comunicação com terminais de cliente usando um protocolo de configuração de chamada de não SIP;
meios para trocar sinalização de SIP com um cliente remoto em benefício de um cliente não SIP através da mencionada primeira interface, e para efetuar um mapeamento entre um tipo de mídia identificado dentro da parte de SDP de uma ou mais mensagens de SIP e o tipo de Qualidade de Serviço especificado para um protocolo usado através de uma segunda interface para estabelecer um ramal de chamada entre o cliente SIP e um ponto de conexão residencial;e meios para configurar ramal de chamada de acordo com o tipo de Qualidade de Serviço mapeado.
Descrição Breve dos Desenhos
Figura 1 ilustra esquematicamente um Ponto de Conexão IMS Doméstico dentro de uma rede doméstica;e
Figura 2 ilustra uma seqüência de eventos para configurar Qualidade de Serviço dentro de uma rede doméstica.
Descrição Detalhada de Certas Modalidades
Como já foi mencionado acima, é proposto introduzir um assim chamado Ponto de Conexão IMS Doméstico (HIG) na arquitetura geral de IMS. Figura 1 ilustra o HIG que está localizado na origem entre o IMS e a rede doméstica (no nível de controle). Para terminais habilitados ém SIP, o HIG atua como um Agente de Usuário de Dorso a dorso, enquanto para terminais habilitados não SEP, o HIG fornece uma interface entre o IMS e o mundo não IMS, traduzindo entre SIP e outros protocolos usados na rede doméstica.
De modo a abordar o assunto de interoperabilidade de QoS entre a rede doméstica e o IMS, uma nova funcionalidade é introduzida no HIG. A partir da perspectiva de QoS, esta funcionalidade permite ao HIG atuar como gerenciador de prioridade de tráfego e mantenedor de política de QoS. Ele tem acesso às capacidades de mídia dos dispositivos domésticos e usa esta informação para negociar parâmetros de sessão de QoS por seqüência de tráfego de IMS. Através de um Gerenciador de QoS, e o HIG controla vários componentes da rede doméstica, e. g., um Ponto de Acesso de WLAN, um Comutador de Ethernet, e um ponto de conexão residencial como ilustrado na in Figura 1.
Para terminais habilitados não SIP, dentro de qualquer rede doméstica, clientes diferentes podem usar protocolos de camada de aplicação diferentes para comunicação com o HIG (embora isso possa ser assumido que IP é usado para tratar endereçamento, roteamento, etc). Contudo, um forte candidato para convergência futura é o protocolo de UPnP (Universal Plug e Play). Para o propósito da seguinte discussão, é assumido que o UPnP é usado pelo HIG para abrir as portas necessárias no ponto de conexão residencial de modo a aceitar seqüências e sessões de mídia entrantes.
Considerando ainda o exemplo da Figura 1, os dispositivos de clientes (somente um do que é ilustrado) são também assumidos para comunicação com o HIG usando UPnP. É também assumido que todos os clientes usam Ethernet como a camada física. Durante uma configuração de chamada, o HIG inicia o mecanismo de configuração de QoS com o cliente. Quando um nova sessão está sendo configurada, ou iniciada pela rede doméstica ou pelo mundo externo através do IMS, o HIG olha dentro da parte de SDP das mensagens de SIP, de modo a entender que nível de QoS é necessário. HIG então, inicia uma configuração de QoS de UPnP a partir de seu Ponto de controle UPnP para negociar e preparar a parte da rede doméstica do trajeto da mídia para esta nova sessão.
Tipicamente, uma chamada de IMS é iniciada pela parte que chama, enviando uma mensagem de INVITE de SIP para a parte chamada. A parte chamada então retoma uma mensagem de 200 OK, e a parte que chama reconhece a recepção desta, e fecha a fase de configuração, através do envio de uma mensagem de ACK. Cada uma dessas mensagens conterá uma parte de SDP, e o HIG precisa configurar o tipo de mídia da parte de SDP em dependência dos requisitos e capacidades das partes da comunicação, e conseqüentemente configurar a rede doméstica.
Para estabelecer um Trajeto de QoS, o Gerenciador de Qos de UPnP dentro do HIG exige o valor da variável TrafficClass como entrada em conjunto com a fonte e depósito da seqüência de mídia. UPnP define os seguintes valores das variáveis TrafficClass : Controle de Rede, Controle de Seqüência, Voz, AV, Dados, Áudio, Imagens, Aplicação de jogos, Outros, e Conhecimento. O quadro de trabalho de QoS de UPnP [UPnP QoS architecture: 1.0, UPnP versão 1.0, Março de 2005] especifica que o Ponto de Controle obtém o valor da TrafficClass a partir da fonte de seqüência e este valor é baseado na mídia sendo seqüenciada. A TrafficClass é passada para o Gerenciador de Qos de UPnP [QoS Manager description : 1.0, UPnP versão 1.0, Março de 2005] que interage com o Mantenedor de Política de QoS de UPnP para pegar o TrafficImportanceNumber. UPnP especifica a conversão
![Figure BRPI0520620B1_D0003](https://patentimages.storage.***apis.com/31/8c/3f/9d35495db00ad4/BRPI0520620B1_D0003.png)
do valor da variável TrafficClass para valores de TrafficlmportanceNumber como mostrado na Tabela 1 abaixo. TrafficlmportanceNumber de UPnP é mapeado para valores de tipo de tráfego de IEEE 802. lp como mostrado na Tabela 1. IEEE 802.1 p é o protocolo usado para priorizar tráfego de Ethernet, especificando os valores de tipo de tráfego para inclusão nos cabeçalhos de quadros de Ethernet. Os comutadores da Camada 2 usam os valores de tipo de tráfego tipo valores para priorizar um roteamento dos Quadros de Ethernet.
Usando o valor da TrafficlmportanceNumber, o Gerenciador de QoS configura o valor de etiqueta de pacote de camada 2 para a respectiva seqüência no cliente atuando como a fonte da mídia. O QoS similarmente configura o valor de etiqueta de pacote de camada 2 no dispositivo de ponto de conexão de internet (dentro do ponto de conexão residencial) tal que pacotes entrantes (provenientes do IMS) são etiquetados apropriadamente. O Gerenciador de QoS também assegura que todos os dispositivos intermediários ao longo do trajeto da seqüência tenham os recursos para suportar o nível de QoS exigido da seqüência de mídia. O valor da TrafficClass é extraído pelo HIG analisando os SIP SDP trocados entre o cliente doméstico e o sistema de IMS. Para estabelecer um Trajeto de QoS na rede doméstica para a seqüência de tráfego do cliente doméstico, o HIG converte o tipo de mídia de SDP e seus atributos para o valor da TrafficClass deUPnP.
Figura 2 mostra a seqüência de eventos entre o HIG e o dispositivo de UPnP dentro da rede doméstica. Ao interceptar os SIP SDP trocados durante o estabelecimento de sessão de chamada, o HIG analisa a mensagem e extrai o descritor de mídia. Como descrito em [RFC 2327, “SDP: Sessão Descrição Protocolo”], os SIP SDP incluem os anúncios de mídia. Uma sessão de mídia de SDP é descrita como :
m=<media> <port> <transport> <fmt list>
O campo de “mídia” contém o sub campo de tipo de mídia com valores: “áudio”, “vídeo”, “aplicação”, “dados” e “controle”. O HIG mapeia o campo tipo de mídia para a variável TrafficClass de UPnP como mostrado na Tabela 2 abaixo.
O mecanismo de QoS de UPnP permite uma mais precisa definição da seqüência do que o SDP permite. Isto é refletido nos valores duais para os quais alguns tipos de mídias de SDP podem ser mapeados. A que variável TrafficClass um tipo de mídia de SDP é atribuída, depende de quão sensitiva uma dada seqüência é para retardos de tempo. Por exemplo, seqüências de áudio exigindo retardos de menos do que lOms serão mapeadas para TrafficClass “voz”, enquanto seqüências com retardos menores que lOOms são mapeadas para TrafficClass “áudio”. Para o tipo de mídia de SDP “aplicação”, aplicações iterativas/em tempo real que são bem sensitivas a retardo (tal como jogos) serão mapeadas para a TrafficClass “aplicação de jogos”, enquanto aplicações não interativas que não são tão sensitivas a retardo são mapeados para a TrafficClass “dados”. Com será aparente da Tabela 1, ambas, as TrafficClasses de controle de rede e de controle de seqüência são tratadas igualmente em termos de QoS, assim o tipo de mídia de SDP “controle” podem ser mapeado para ambos.
Após a determinação da variável TrafficClass para um tipo de mídia de SDP, o Ponto de Controle no HIG inicia a configuração de QoS de UPnP. A configuração de QoS de UPnP envolve uma série de mensagens trocadas entre o Gerenciador de QoS e o dispositivo doméstico, assim como com dispositivos intermediários (todos representados como dispositivos de UPnP na Figura 1). No fim da configuração de QoS, pelo menos, o cliente doméstico e IGD são configurados para etiquetar pacotes da seqüência de mídia com o valor de prioridade de camada 2 correspondendo ao TrafficImportanceNumber.
Se estratégia de QoS parametrizada é suportada pelo UPnP assim como o tipo de mídia, o HIG também extrai a partir dos SIP SDP,
os requisitos de largura de banda para a seqüência de mídia e passa este valor para o Gerenciador de QoS para controle de admissão como especificado na seção 7 de [QoS Manager description :1.0, UPnP versão 1.0, Março de 2005],
A arquitetura de CableHome [CableHome 1.1 Specification, versão 1.1, Agosto de 2005], que possibilita a entrega de novos serviços baseados em cabo para dispositivos dentro da origem, se baseia em UPnP para o seu mecanismo de QoS. Por conseguinte, o mapeamento fornecido na tabela 2 é relevante para QoS de CableHome 1.1.
Como já notado acima, clientes dentro da rede doméstica podem usar protocolos outros que UPnP para comunicação com o HIG. Exemplos são com a seguir:
Multimídia Wi-Fi
Para encontrar as necessidades para redes sem fio com QoS, a Wi-Fi Alliance propôs WMM (Multimídia Wi-Fi) como um perfil das próximas extensões de QoS de IEEE 802.1 le para redes de 802.11. WMM prioriza demandas de tráfego a partir de aplicações diferentes e estende experiência de usuário final de alta qualidade de Wi-Fi a partir de dados de conectividade para voz, musica, e aplicações de vídeo sob uma ampla variedade de ambientes e condições de tráfego. WMM define quatro categorias de acesso que são usadas para priorizar tráfego, tal que essas aplicações tem acesso para os recursos de rede necessários. Um mapeamento entre essas categorias e aquelas de SDP são apresentadas na Tabela 4 abaixo.
Protocolo baseado em IEEE 802.1 Genérico
A funcionalidade de mapeamento de QoS do HIG também cobre o cenário onde um protocolo genérico é usado para configurar os valores de prioridade do IEEE 802. lp dispositivos domésticos. Neste caso, HIG atua como um intermediário entre o sistema de IMS e o sistema de gerenciamento de QoS doméstico. Em um ambiente de rede doméstica que
suporta priorização de tráfego com base no padrão de IEEE 802.1 p, o mapeamento a partir de SDP é realizado de acordo com a Tabela 5 abaixo.
Clientes domésticos Não UPnP que suportam 802.1 p são configurados para etiquetar pacotes com os p-bits relevantes fora da banda com relação ao UPnP. O HIG passa o valor do p-bit valor para o mecanismo de QoS que então estabelece o nível de prioridade do tráfego relevante.
DiffServ
Em um cenário onde a QoS da rede doméstica é baseada em DiffServ, o HIG pode atuar como um dispositivo intermediário para traduções de QoS para as seqüências de tráfego relacionadas ao sistema de IMS sistema. Tabela 6 ilustra a tabela de mapeamento entre o tipo de mídias de SDP e o DSCP (Ponto de código de serviço diferenciado). Não há padrão de mapeamentos de DSCP para 802.1p;mais propriamente isto é usualmente uma solução de vendedor. A relação na Tabela 6 é uma possível solução de mapeamento.
Um possível cenário é que vários protocolos podem ser usados simultaneamente dentro da rede doméstica, e. g. UPnP e WMM. Neste caso, o HIG precisa ser configurado para ter interface com ambos, UPnP e WMM para a rede de IMS. Mais particularmente, o HIG precisa mapear entre tipos de mídias de QoS de IMS e aqueles protocolos de rede doméstica usados.
Será apreciado por pessoas de habilidade na arte que várias modificações podem feitas às modalidades descritas acima sem fugir do escopo da presente invenção. Por exemplo, o próprio dispositivo de cliente pode não suportar a funcionalidade de Qualidade de Serviço. Neste caso, e com referência à.
Figura 1, o serviço de dispositivo de UPnP não está presente com o cliente, e é o Ponto de Acesso de WLAN (neste exemplo) que configura a etiqueta de prioridade de Nível 2 no cabeçalho de quadro de Ethernet.
Tabela 1
TrafficClass de UPnP |
TrafficImportanceNumber de UPnP |
Tipo de tráfego de IEEE 802. lp |
Controle de rede |
7 |
NC |
Controle de seqüência |
7 |
NC |
Voz |
6 |
VO |
Aplicação de jogos |
6 |
vo |
AV |
5 |
VI9 |
Áudio |
5 |
VI |
Imagens |
3 |
É |
Dados |
0 |
BE |
Outros |
0 |
BE |
Tabela 2
SDP |
TrafficClass de UPnP |
Áudio |
Voz/Áudio |
Vídeo |
Av |
Aplicação |
Dados/Aplicação de jogos |
Dados |
Dados |
Controle |
Controle de rede/seqüência |
Tabela 3
Descrição de largura de banda de SDP |
Descrição de largura de banda de UPnP |
b = linha |
TSpec : taxa média de dados |
Tabela 4
SDP |
WMM |
Áudio |
Voz |
Vídeo |
Vídeo |
Aplicação |
Dados/Aplicação de jogos |
Dados |
Melhor esforço |
Controle |
Conhecimento |
Tabela 5
SIP de SDP |
802. lp |
Controle |
7 |
Áudio |
6 |
Vídeo |
5 |
Aplicação |
3 |
Dados |
0 |
Tabela 6
SIP SDP |
DSCP |
Perfil de DiffServ |
Controle |
56 |
Controle |
Áudio |
46 |
Expedito |
Vídeo |
40 |
Roteamento Expresso |
Aplicação |
26 |
AF31 |
Dados |
0 |
Melhor esforço |