RU2597227C2 - Method and system for controlling bandwidth - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering and communications.

SUBSTANCE: invention relates to communication and can be used for managing bandwidth allocation on traffic streams transmitted in access node of communication system. Method of controlling flow of heterogeneous traffic, carrying out access to a communication network (WN), in which access node (G) of network controls aggregation streams ( $$f_i^{L3}$$

) traffic in at least valid queue ( $$Q_i^{L2}$$

) at specified transfer protocol level (L2) network, comprising steps of distributing preset bandwidth ( $${\theta }_i^{Max}$$

) queue ( $$Q_i^{L2}$$

) to ensure associated quality of service ( $$Qo{S}_i^{L3}$$

), arranged according to service level agreement. Method also includes steps of: forming a virtual queue ( $$Q_{iV}^{L2}$$

) for transmitting data in a plane (UP_L2) of system for flow control ( $$f_i^{L3}$$

)traffic that access network, including current replication aggregated traffic flow

in actual transmission queue ( $$Q_i^{L2}$$

), measurement of at least a parameter representing current quality of service ( $$Qo{S}_i^{L3oL2}$$

), obtained on a virtual queue transmission ( $$Q_{iV}^{L2}$$

) in preset sequential horizons observation (OH_i(k)); and dynamically evaluated demand ( $${\theta }_i^{*}$$

) bandwidth for a virtual queue ( $$Q_{iV}^{L2}$$

) transmission meeting quality of service, in form of function values, expected above parameter in each level monitoring (OH_i(k)); therefore, according to estimated requirements ( $${\theta }_i^{*}$$

) bandwidth varied pass band ( $${\theta }_i^{Max}$$

), distributed actual queue ( $$Q_i^{L2}$$

) for next horizon observation (OH_i(k+1)) or limited flow ( $$f_i^{L2}$$

) traffic to queue ( $$Q_i^{L2}$$

).

EFFECT: more efficient bandwidth allocation in access point operating aggregation of flows of heterogeneous traffic.

27 cl, 9 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области связи и более конкретно - к способу и системе для управления распределением полосы пропускания потокам трафика, передаваемым в узле доступа системы связи.The present invention relates to the field of communication and more specifically to a method and system for controlling the allocation of bandwidth to traffic flows transmitted in an access node of a communication system.

Более конкретно, изобретение направлено на способ управления потоками неоднородного трафика, осуществляющими доступ к сети связи, в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы, и систему для управления потоками трафика, осуществляющими доступ к сети связи, в соответствии с преамбулой пункта 19 формулы.More specifically, the invention is directed to a method for controlling heterogeneous traffic flows accessing a communication network in accordance with the preamble of claim 1, and a system for controlling traffic flows accessing a communication network in accordance with the preamble of claim 19.

В сети связи аспектами обмена информацией между узлами управляют согласно заданной парадигме на основе стека протоколов с выполнением «поуровневого» обмена данными.In a communication network, the aspects of information exchange between nodes are controlled according to a given paradigm based on a protocol stack with the implementation of "level" data exchange.

Комплект протоколов, реализующих стек протоколов согласно общепризнанной парадигме (например, модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI или комплект протоколов TCP/IP, используемым в сети Интернет), представляет группу связанных друг с другом стандартов, которые определяют эталонную архитектуру системы связи, и состоит из различных функциональных уровней (или слоев). Например, известная эталонная модель ISO/OSI разделяет различные функциональности процесса обмена информацией на семь отдельных уровней, физический уровень (L1) и уровень (L2) канала данных в отношении формирования сетевого соединения, сетевой уровень (L3), транспортный уровень (L4) и сеансовый уровень (L5) в отношении логической передачи данных между сетевыми устройствами, уровень представления данных (L6) в отношении способа, с помощью которого передаваемые данные взаимодействуют с сетевыми приложениями, и прикладной уровень (L7) в отношении приложений, доступных всем пользователям сети.A set of protocols that implement a protocol stack according to a generally recognized paradigm (for example, the model of interaction between open ISO / OSI systems or the TCP / IP protocol set used on the Internet), represents a group of interconnected standards that define the reference architecture of a communication system, and consists of different functional levels (or layers). For example, the well-known ISO / OSI reference model divides the various functionalities of the information exchange process into seven separate layers, the physical layer (L1) and the data link layer (L2) with respect to the formation of a network connection, the network layer (L3), the transport layer (L4) and the session a level (L5) with respect to the logical transfer of data between network devices, a data presentation layer (L6) with respect to the way in which the transmitted data interacts with network applications, and an application layer (L7) with respect to access to all network users.

Множество параметров, коррелированных с сетевым трафиком (обычно коэффициент (процент) потери пакетов данных, задержка передачи, доступная ширина полосы пропускания), определяет качество обслуживания (QoS), предлагаемое в управлении трафиком в сети связи. Это зависит от рабочей характеристики, достигаемой на каждом уровне стека протоколов, и характеризуется параметрами на основе функций, реализованных на различных уровнях стека протоколов и с интерфейсами между его уровнями. Например, в отношении модели OSI, качество обслуживания исходит от конфигурации физического уровня и канального уровня, которые предлагают конкретные транспортные услуги по отношению к более высоким сетевым уровням. Контракт на обслуживание, который предусматривает соблюдение заданных параметров качества обслуживания, обычно указывается в виде соглашения об уровне обслуживания (SLA).Many parameters correlated with network traffic (usually the ratio (percentage) of data packet loss, transmission delay, available bandwidth) determine the quality of service (QoS) offered in traffic management in a communication network. It depends on the performance characteristics achieved at each level of the protocol stack, and is characterized by parameters based on functions implemented at different levels of the protocol stack and with interfaces between its levels. For example, with respect to the OSI model, quality of service comes from the physical layer and link layer configurations that offer specific transport services with respect to higher network layers. A service contract that enforces defined quality of service parameters is usually specified as a service level agreement (SLA).

В оперативной области системы связи, потоками трафика, формируемыми верхними сетевыми уровнями, управляют на сетевом уровне и канальном уровне в узлах сети посредством модулей обработки, реализованных специализированными электронными устройствами, или посредством электронных устройств обработки и хранения, запрограммированных согласно одному или более модулям кода, которые соответственно образуют плоскость управления (используемую для управления информацией сигнализации) и плоскость пользователя или данных (используемую для транспортирования данных пользователя). Плоскость данных оперирует непосредственно потоком трафика под управлением и контролем плоскости управления, чтобы пересылать потоки трафика на физический интерфейс, приспособленный переносить (транспортировать) информацию по каналу передачи. Даже если сетевой уровень осуществляет эффективные механизмы для поддержания заданного качества обслуживания (например, согласно протоколам IP IntServ (интегрированных услуг), IP DiffServ (дифференцированных услуг), MPLS (многопротокольной коммутации дейтаграмм по меткам)), для нижних уровней является необходимым обеспечить соединение с физическим каналом с поддержанием конкретных ограничений рабочей характеристики качества обслуживания. Если это не происходит, создание сложных механизмов для поддержания качества обслуживания на верхних уровнях может быть недостаточным и, следовательно, абсолютно бесполезным.In the operational area of a communication system, the traffic flows generated by the upper network layers are controlled at the network level and channel level at network nodes by processing modules implemented by specialized electronic devices or by electronic processing and storage devices programmed according to one or more code modules, which respectively, form a control plane (used to control the signaling information) and a user or data plane (used for trans portability of user data). The data plane operates directly with the traffic flow under the control and control of the control plane in order to forward traffic flows to a physical interface adapted to transfer information over the transmission channel. Even if the network layer implements effective mechanisms to maintain the specified quality of service (for example, according to the IP IntServ (integrated services), IP DiffServ (differentiated services), MPLS (multi-protocol label datagram switching) protocols), it is necessary to provide a connection to the physical layer channel while maintaining specific limitations on the performance of service quality. If this does not happen, the creation of complex mechanisms to maintain the quality of service at higher levels may be insufficient and, therefore, completely useless.

Следовательно, требования к качеству обслуживания должны «проецироваться» вертикально по стеку протоколов и должны удовлетворяться всеми уровнями стека протоколов.Therefore, quality of service requirements must be “projected” vertically along the protocol stack and must be satisfied by all levels of the protocol stack.

Это означает, что протоколы на канальном уровне (второй уровень стека протоколов, далее в документе сокращенно называемый L2), должны осуществлять подходящие механизмы агрегации (объединения) логически различных потоков трафика от верхних уровней, чтобы соблюдать соглашение об уровне обслуживания, заданное на верхнем сетевом уровне (третий уровень стека протоколов, или сокращенно L3). В некоторых случаях, в особенности в средах радиосвязи (также называемых беспроводными), следует дополнительно отметить, что уровень L2 действует совместно с физическим уровнем (L1) благодаря применению конкретных решений межуровневого типа (известных как «кросс-уровневые» решения).This means that protocols at the data link layer (the second layer of the protocol stack, hereinafter abbreviated as L2) must implement appropriate mechanisms for aggregating (combining) logically different traffic flows from the upper layers in order to comply with the service level agreement defined at the upper network level (third level of the protocol stack, or L3 for short). In some cases, especially in radio communication environments (also called wireless), it should be further noted that L2 acts in conjunction with the physical layer (L1) through the application of specific inter-level solutions (known as “cross-level” solutions).

Взаимодействие между уровнями в этом контексте уточняет так называемое «отображение качества обслуживания» или более часто «отображение QoS». Понятие отображения исходит от технологического «скачка» (резкого изменения), встречающегося в узле доступа сети, в котором выполняются операции агрегации потока данных. Точка доступа (узел) сети, в последующем обобщенно идентифицируемая «логическое шлюзовое устройство», может действительно соединить между собой две различные части сети (или части той же сети), в которой соответствующие различные схемы агрегации пакетов данных применяются к потокам трафика. Кроме того, что касается шлюза, даже может быть модификация формата инкапсуляции данных, обусловленная конкретными используемыми протоколами, например, если часть сети основывается на протоколе IP, тогда как другая часть основывается на протоколе асинхронной передачи (ATM).The interaction between the levels in this context clarifies the so-called “quality of service display” or more often “QoS display”. The concept of mapping comes from a technological “jump” (abrupt change) that occurs in the access node of the network in which data stream aggregation operations are performed. An access point (node) of the network, subsequently collectively identified as a “logical gateway device”, can really connect two different parts of the network (or parts of the same network), in which the corresponding different data packet aggregation schemes are applied to traffic flows. In addition, with regard to the gateway, there may even be a modification of the encapsulation format due to the specific protocols used, for example, if part of the network is based on IP, while the other part is based on asynchronous transfer protocol (ATM).

Во всех этих случаях должны быть приняты подходящие механизмы для вычисления точной ширины полосы пропускания, необходимой для потоков трафика, передаваемых на уровень L2, чтобы обеспечить качество обслуживания, заданное на уровне L3.In all of these cases, appropriate mechanisms must be adopted to calculate the exact bandwidth required for traffic flows transmitted to L2 to ensure the quality of service defined at L3.

Задача отображения QoS конкретно заставляет заниматься технологическим аспектом распределения полосы пропускания рассматриваемым потокам трафика, или предпочтительнее - регулировкой полосы пропускания, назначенной одиночным потокам трафика, в условиях неоднородного трафика. Задача в частности касается регулировки полосы пропускания в случае, в котором агрегируют различные классы обслуживания. Такая агрегация ведет к формированию неоднородных каналов с точки зрения источников трафика и требований QoS.The QoS mapping task specifically makes it necessary to deal with the technological aspect of bandwidth allocation to the considered traffic flows, or, more preferably, by adjusting the bandwidth assigned to single traffic flows under conditions of heterogeneous traffic. The task in particular relates to bandwidth adjustment in the case in which different classes of service are aggregated. Such aggregation leads to the formation of heterogeneous channels in terms of traffic sources and QoS requirements.

Поскольку каждый поток трафика вынуждают соблюдать конкретное гарантированное QoS, в сети должно предсказываться когерентное распределение полосы пропускания и до, и после операций агрегации потоков трафика. В целом, распределение полос пропускания потокам трафика до входа в шлюзовое устройство сети регулируется согласно заданным способам, специфическим для технологии связи вне сети, которые не являются объектом настоящего изобретения. Изобретение касается аспекта, коррелированного с распределением полосы пропускания потокам трафика, агрегированным в шлюзовом устройстве, для распространения в конкретной сети.Since each traffic stream is forced to comply with a specific guaranteed QoS, coherent bandwidth allocation must be predicted in the network before and after the aggregation of traffic flows. In general, the allocation of bandwidths to traffic flows before entering the network gateway device is controlled according to predetermined methods specific to off-network communication technology that are not an object of the present invention. The invention relates to an aspect correlated with bandwidth allocation to traffic flows aggregated in a gateway device for distribution in a particular network.

Регулировка полосы пропускания в однородных условиях является задачей, которая широко рассмотрена в научной и патентной литературе.Bandwidth adjustment under homogeneous conditions is a task that has been widely considered in the scientific and patent literature.

Напротив, аспект регулировки полосы пропускания в условиях неоднородного трафика является в настоящий момент вопросом, который еще открыт для обсуждения, и который не получил необходимого внимания.On the contrary, the aspect of bandwidth adjustment in the face of heterogeneous traffic is currently an issue that is still open for discussion, and which has not received the necessary attention.

В патентной литературе можно найти различные документы, посвященные задаче адаптивного управления для полосы пропускания, с целью удовлетворения требованиям QoS к передаче пакетов данных. Однако применение решений из уровня техники для решения задачи регулировки полосы пропускания в условиях неоднородного трафика в качестве объекта настоящего изобретения, ведет к субоптимальному использованию доступных ресурсов полосы пропускания для сети.Various documents can be found in the patent literature on the adaptive control problem for bandwidth in order to satisfy QoS requirements for transmitting data packets. However, the use of solutions from the prior art to solve the problem of adjusting the bandwidth under conditions of heterogeneous traffic as an object of the present invention leads to suboptimal use of available bandwidth resources for the network.

Среди документов из уровня техники, касающихся задач отображения QoS, следует в частности упомянуть патентную заявку EP 1 113 628, которая относится к механизму для управления качеством обслуживания по протоколам IP для беспроводной сети. Более конкретно, этот документ предлагает многоуровневую архитектуру для управления качеством обслуживания на всем стеке протоколов связи для сети. Описание, однако, непосредственно не занимается задачей оценки и распределения полосы пропускания и не входит в явные подробности того, каким образом можно оптимизировать управление для полосы пропускания, которое должны выполнять различные уровни управления для качества обслуживания в стеке протоколов.Among the documents of the prior art relating to QoS mapping tasks, mention should in particular be made of patent application EP 1 113 628, which relates to a mechanism for managing quality of service over IP over a wireless network. More specifically, this document offers a layered architecture for managing quality of service across the entire communication protocol stack for a network. The description, however, does not directly deal with the task of evaluating and allocating bandwidth and does not go into explicit details of how to optimize control for the bandwidth that various levels of control must fulfill for quality of service in the protocol stack.

Действительно, следует также отметить, что если часть сети основана на системе беспроводной связи, в формировании относительного формата инкапсуляции данных, применяются специфические механизмы ухудшения характеристик канала. Все эти элементы делают проблему определения полосы пропускания в шлюзе очень трудной задачей.Indeed, it should also be noted that if a part of the network is based on a wireless communication system, in the formation of a relative data encapsulation format, specific mechanisms for channel degradation are applied. All these elements make the problem of determining the bandwidth in the gateway a very difficult task.

Изобретатели Mario Marchese и Maurizio Mongelli занимались аспектами отображения QoS, с конкретным обращением к созданию интерфейсов между сетевыми уровнями и канальными уровнями протокола связи и определению алгоритмов распределения полосы пропускания канальному уровню, соблюдающих ограничения QoS.Inventors Mario Marchese and Maurizio Mongelli dealt with QoS aspects, specifically addressing the creation of interfaces between network layers and link layers of a communication protocol and defining link layer allocation algorithms that adhere to QoS restrictions.

Статьи "Vertical QoS Mapping over Wireless Interfaces" в трудах Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) Wireless Communications, том 16, № 2, 1 апреля 2009 г., страницы 37-43, "Neural Bandwidth Allocation Function (NBAF) Control Scheme at WiMAX MAC Layer Interface", International Journal of Communication Systems, том 20, № 9, 12 декабря 2006 г., страницы 1059-1079 и "Optimal Bandwidth Provision at WiMAX MAC Service Access Point on Uplink Direction", IEEE International Conference on Communications, 24 июня 2007, страницы 80-85, описывают закон управления, который совершает действия над очередями канального уровня, непосредственно назначая им скорость передачи, например, чтобы соблюдать качество обслуживания по соглашению.Articles "Vertical QoS Mapping over Wireless Interfaces" in Proceedings of the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Wireless Communications, Volume 16, No. 2, April 1, 2009, pages 37-43, "Neural Bandwidth Allocation Function (NBAF) Control Scheme at WiMAX MAC Layer Interface ", International Journal of Communication Systems, Volume 20, No. 9, December 12, 2006, pages 1059-1079 and" Optimal Bandwidth Provision at WiMAX MAC Service Access Point on Uplink Direction ", IEEE International Conference on Communications , June 24, 2007, pages 80-85, describe a control law that performs actions on link layer queues by directly assigning them a transmission speed, for example, to maintain the quality of service cohabitation by agreement.

Общим назначением настоящего изобретения является оптимизация распределения ресурсов полосы пропускания в сети связи, и конкретно - в точке доступа сети, оперирующей агрегацией потоков неоднородного трафика, поддерживающей качество обслуживания по соглашению, в соответствии с установленным соглашением об уровне обслуживания для услуг, предоставляемых сетью.The general purpose of the present invention is to optimize the allocation of bandwidth resources in a communication network, and specifically, in an access point of a network operating with aggregation of heterogeneous traffic flows that maintains the quality of service by agreement, in accordance with the established service level agreement for the services provided by the network.

Более конкретно, одной задачей изобретения является предложение лучшей координации между протоколами на различных уровнях стека протоколов, на котором базируется система связи, чтобы обеспечить более эффективное распределение полосы пропускания в точке доступа сети, оперирующей агрегацией потоков неоднородного трафика, и обеспечить заданное качество обслуживания по отношению к установленному соглашению об уровне обслуживания, предлагаемого сетью.More specifically, one object of the invention is to propose better coordination between protocols at different levels of the protocol stack on which the communication system is based, in order to provide more efficient allocation of bandwidth at an access point of the network operating with aggregation of heterogeneous traffic flows and to provide a specified quality of service with respect to established service level agreement offered by the network.

Задача настоящего изобретения также состоит в вычислении наиболее надежным образом возможной точной потребности полосы пропускания, требуемой агрегированным потоком трафика, в точке доступа к сети связи с тем, чтобы соответствовать заданному качеству обслуживания при минимальной возможной величине полосы пропускания.The objective of the present invention is also to calculate in the most reliable way possible the exact bandwidth requirement required by the aggregated traffic stream at the access point to the communication network in order to meet the specified quality of service with the minimum possible bandwidth.

Согласно настоящему изобретению, такие задачи решаются способом управления потоками трафика с характеристиками, заявленными в пункте 1 формулы.According to the present invention, such problems are solved by a method of controlling traffic flows with the characteristics stated in paragraph 1 of the formula.

Конкретные варианты осуществления составляют предмет зависимых пунктов формулы изобретения, содержимое которых следует считать неотъемлемой или составной частью настоящего описания.Specific embodiments are the subject of the dependent claims, the contents of which are to be considered an integral or integral part of the present description.

Другим объектом изобретения является система для управления потоками трафика с характеристиками, заявленными в пункте 19 формулы.Another object of the invention is a system for controlling traffic flows with the characteristics stated in paragraph 19 of the formula.

Изобретение также относится к компьютерной программе или группе компьютерных программ для выполнения вышеупомянутого способа управления потоками трафика, а также к точке доступа системы связи и системе связи, содержащей систему для управления потоками трафика, как заявлено в формуле изобретения.The invention also relates to a computer program or a group of computer programs for performing the aforementioned method of controlling traffic flows, as well as to an access point of a communication system and a communication system comprising a system for controlling traffic flows, as claimed in the claims.

Кратко, настоящее изобретение основывается на принципе изменения структуры плоскости управления и плоскости данных на уровнях стека протоколов, участвующих в агрегации потоков неоднородного трафика, и по этой причине оно определяет дополнительно объекты, действующие в области стека протоколов устройства для осуществления доступа к сети связи (шлюза), роль которого состоит в управлении вычислением точной потребности полосы пропускания для потока трафика, входящего в устройство.Briefly, the present invention is based on the principle of changing the structure of the control plane and the data plane at the levels of the protocol stack involved in the aggregation of heterogeneous traffic flows, and for this reason it further defines objects operating in the protocol stack area of the device for accessing the communication network (gateway) whose role is to control the calculation of the exact bandwidth requirement for the traffic flow entering the device.

В частности, эти объекты представлены компонентами или модулями обработки в администраторе ресурсов (RM) соответственной плоскости управления на уровнях L3 и L2 шлюзового устройства. Администратор ресурсов уровня L2 (далее в документе сокращенно L2RM) действует, чтобы обеспечить качество обслуживания, установленное на уровне L3 и отображенное на уровень L2, вычисляя в режиме реального времени точную потребность полосы пропускания для потоков, передаваемых на уровне L2, и в результате изменяя соответствующее распределение ресурсов полосы пропускания.In particular, these objects are represented by components or processing modules in the resource manager (RM) of the corresponding control plane at levels L3 and L2 of the gateway device. The L2 resource manager (hereinafter abbreviated L2RM) acts to ensure the quality of service set at L3 and mapped to L2, calculating in real time the exact bandwidth requirement for the streams transmitted at L2, and as a result, changing the corresponding bandwidth allocation.

Для выполнения этого, в отличие от уровня техники, администратор ресурсов уровня L2 применяет процесс динамического оценивания полосы пропускания на основании периодических измерений текущего качества обслуживания, применяемых к виртуальной очереди передачи (или очереди трафика), которая является копией действительной очереди передачи (или очереди трафика), одновременно управляемой плоскостью данных того же уровня. Полоса пропускания, обеспечиваемая для пересылки действительного трафика, первоначально завышена по величине и периодически адаптируется в зависимости от результата динамической оценки, полученной во время предыдущего вычисления, на основе измерений, выполняемых на виртуальной очереди передачи.To accomplish this, unlike the prior art, the L2 resource manager applies a dynamic bandwidth estimation process based on periodic measurements of the current quality of service applied to the virtual transmission queue (or traffic queue), which is a copy of the actual transmission queue (or traffic queue) simultaneously controlled by a data plane of the same level. The bandwidth provided for forwarding the actual traffic is initially overestimated in magnitude and periodically adapted depending on the result of the dynamic estimation obtained during the previous calculation, based on the measurements performed on the virtual transmission queue.

Преимущественно, скорость передачи для очередей на канальном уровне поддерживается в пределах порога безопасности по отношению к скорости передачи для виртуальных очередей с тем, чтобы избежать возможных погрешностей самого алгоритма управления.Advantageously, the transmission rate for queues at the data link layer is maintained within the security threshold with respect to the transmission rate for virtual queues in order to avoid possible errors of the control algorithm itself.

Неограничительные примеры возможных математических форм, используемых для выполнения процесса оценки, приведены в нижеследующем настоящем описании. Администратор ресурсов уровня L2 использует результат процесса оценки, и вследствие этого изменяет распределение ресурсов полосы пропускания шлюзовому устройству. В этом контексте администратор ресурсов уровня L2 пользуется техническими описаниями примитивов связи, используемых для передачи результата процесса изменения полосы пропускания на администраторы ресурсов верхних уровней.Non-limiting examples of possible mathematical forms used to perform the assessment process are provided in the following description. The L2 resource manager uses the result of the evaluation process, and as a result, changes the allocation of bandwidth resources to the gateway device. In this context, the L2 level resource manager uses the technical descriptions of the communication primitives used to pass the result of the bandwidth change process to the upper level resource managers.

В случае, в котором администратор ресурсов уровня L2 определяет, что недостаточно ресурсов полосы пропускания являются доступными для поддержки необходимого качества обслуживания, он информирует администратор ресурсов верхнего уровня L3. Модальность, в которой администратор ресурсов уровня L3 реагирует на такое сообщение, находится, однако, вне области настоящего изобретения.In the case in which the L2 level resource manager determines that insufficient bandwidth resources are available to support the required quality of service, he informs the L3 top level resource manager. The modality in which the L3 resource manager responds to such a message is, however, outside the scope of the present invention.

Объекты администратора ресурсов уровня L2 и администратора ресурсов уровня L3 можно инсталлировать в соответственных плоскостях управления, подобных, например, плоскости управления для IP на уровне 3 или плоскости управления по стандарту DVB цифрового телевидения без воздействия, по сути, на известную исходную структуру таких плоскостей. Эти объекты могут создаваться посредством модулей обработки, которые приспособлены исполнять компьютерные программы, возможно в форме обновлений программы, посредством чего они приспособлены загружаться на плоскости управления шлюза с тем, чтобы не вмешиваться в исходную архитектуру.Objects of the L2 level resource manager and L3 level resource manager can be installed in the corresponding control planes, such as, for example, the control plane for IP at level 3 or the control plane according to the DVB digital television standard without affecting, in fact, the known initial structure of such planes. These objects can be created by processing modules that are capable of executing computer programs, possibly in the form of program updates, whereby they are adapted to be loaded onto the control plane of the gateway so as not to interfere with the original architecture.

Изобретение преимущественно имеет применение в различных осуществлениях, относительно различных типов точек доступа сетей связи, в которых происходит агрегация сетевого трафика, в любой форме, включая шлюзовые устройства, маршрутизаторы или подобное, которые приспособлены для выполнения преобразований протоколов связи между узлами локальных и/или глобальных сетей, имеющих различную архитектуру, в которых различные потоки трафика, входящие в сеть, агрегируют вместе и пересылают на узлы сети, и это не зависит от исполнения устройства.The invention mainly has application in various implementations, regarding various types of access points of communication networks in which aggregation of network traffic takes place in any form, including gateway devices, routers or the like, which are adapted to perform transformations of communication protocols between nodes of local and / or global networks having a different architecture, in which various traffic flows entering the network are aggregated together and forwarded to network nodes, and this does not depend on the device execution.

Возможные примеры содержат точки доступа беспроводных наземных сетей (например: Tetra, WiFi, WiMAX) или спутниковых сетей связи, которые рассматривают технологический скачок между третьим и вторым уровнем стека протоколов. Дополнительным примером на уровне L2, который не относится к беспроводным технологиям, является инкапсуляция IP трафика по кабельным сетям технологий Ethernet, действующих согласно модели 802.1p (то есть Ethernet с поддержкой качества обслуживания). Изобретение представляет особый интерес для отображения качества обслуживания в беспроводных средах, где полоса пропускания является дефицитным ресурсом, по сравнению с кабельными системами, в которых оптимизация полосы пропускания не является критической проблемой и может обеспечиваться посредством подходящего завышения величины для доступных ресурсов (полосы пропускания и буферов сетевых узлов).Possible examples include access points of wireless terrestrial networks (for example: Tetra, WiFi, WiMAX) or satellite communications networks that consider the technological leap between the third and second level of the protocol stack. An additional example at the L2 level, which does not apply to wireless technologies, is the encapsulation of IP traffic over cable networks of Ethernet technologies operating according to the 802.1p model (that is, Ethernet with support for quality of service). The invention is of particular interest for displaying service quality in wireless environments where bandwidth is a scarce resource compared to cable systems in which bandwidth optimization is not a critical issue and can be achieved by appropriately overstating the available resources (bandwidth and network buffers nodes).

В другом варианте осуществления изобретения, в котором имеется агрегация потоков неоднородного трафика без изменения формата инкапсулирования данных и без использования контрмер (помех) для ухудшения характеристик канала, примеры устройств для осуществления доступа к сети связи представлены устройствами граничных маршрутизаторов, например, действующими в технологических сценариях агрегации трафика IntServ поверх DiffServ, IntServ поверх MPLS или DiffServ поверх MPLS. В этом контексте, не только шлюзы (именуемые также граничными маршрутизаторами) действуют на основании операций отображения качества обслуживания между уровнем L3 и уровнем L2, но также заключают в себе операции отображения, обращающиеся только к различным сетевым технологиям и протоколам, действующим на уровне L3.In another embodiment of the invention, in which there is aggregation of heterogeneous traffic flows without changing the encapsulation format of the data and without using countermeasures (interference) to degrade the characteristics of the channel, examples of devices for accessing the communication network are presented by boundary router devices, for example, operating in aggregation technological scenarios IntServ traffic over DiffServ, IntServ over MPLS or DiffServ over MPLS. In this context, not only gateways (also referred to as border routers) operate on the basis of quality of service display operations between the L3 layer and the L2 layer, but also comprise display operations that refer only to various network technologies and protocols operating at the L3 level.

Дополнительные характеристики и преимущества изобретения будут показаны подробно в следующем подробном описании, приведенном в качестве примера, а не с целями ограничения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Additional characteristics and advantages of the invention will be shown in detail in the following detailed description, given by way of example, and not for purposes of limitation, with reference to the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 - схематичное представление архитектуры для осуществления доступа к сети связи, содержащей шлюзовое устройство, организованное между частью наземной сети и частью беспроводной сети;FIG. 1 is a schematic diagram of an architecture for accessing a communication network comprising a gateway device arranged between a part of a terrestrial network and a part of a wireless network;

Фиг. 2 - схематичное представление объектов уровня L3 для структуры протокола для шлюза согласно изобретению;FIG. 2 is a schematic representation of L3 level objects for a protocol structure for a gateway according to the invention;

Фиг. 3 - схематичное представление объектов уровня L2 для структуры протокола для шлюза согласно изобретению;FIG. 3 is a schematic representation of L2 level objects for a protocol structure for a gateway according to the invention;

Фиг. 4 - схематичное представление объектов, действующих одновременно для операций отображения QoS между уровнем L3 и уровнем L2 стека протоколов, согласно изобретению;FIG. 4 is a schematic representation of objects operating simultaneously for QoS mapping operations between the L3 layer and the L2 layer of the protocol stack, according to the invention;

Фиг. 5 - схематичное представление структуры для администратора ресурсов уровня L3;FIG. 5 is a schematic diagram of a structure for an L3 level resource manager;

Фиг. 6 - блок-схема способа вычисления потребности полосы пропускания для потоков трафика на протокольном уровне L2 согласно изобретению;FIG. 6 is a flowchart of a method for calculating bandwidth requirements for traffic flows at a protocol layer L2 according to the invention;

Фиг. 7 - блок-схема способа верификации стабилизации вычисления потребности полосы пропускания, верификации приближающейся перегрузки (затора) или освобождения полосы пропускания на протокольном уровне L2 согласно изобретению;FIG. 7 is a flowchart of a method for verifying stabilization of calculating a bandwidth requirement, verifying an approaching congestion (congestion), or freeing a bandwidth at a protocol level L2 according to the invention;

Фиг. 8 - схематичный показ сигналов связи между объектами на протокольном уровне L2 согласно изобретению; иFIG. 8 is a schematic illustration of communication signals between objects at the protocol level L2 according to the invention; and

Фиг. 9 - показ связных сигналов между объектами протокольных уровней L2 и L3 согласно изобретению.FIG. 9 shows communication signals between objects of protocol levels L2 and L3 according to the invention.

Изобретение относится к способу и системе, которые приспособлены для выполнения регулирования полосы пропускания для агрегированного потока трафика в шлюзовом устройстве, в котором применяются операции отображения качества обслуживания (отображение QoS). Более конкретно, изобретение касается случаев, в которых два или большее число потоков трафика, заданных на сетевом уровне (например, L3) стека протоколов, объединяются вместе в одиночный поток трафика на том же уровне (L3) или на более низком канальном уровне (L2), для которого точная полоса пропускания, которую нужно сделать доступной для агрегированного потока, не является известной.The invention relates to a method and system that are adapted to perform bandwidth control for an aggregated traffic stream in a gateway device in which quality of service display operations (QoS mapping) are applied. More specifically, the invention relates to cases in which two or more traffic streams defined at a network layer (eg, L3) of a protocol stack are combined together into a single traffic stream at the same level (L3) or at a lower link layer (L2) for which the exact bandwidth to be made available for the aggregated stream is not known.

Изобретение, во-первых, относится к операциям отображения предварительно установленного качества обслуживания между первым, более высоким уровнем и вторым, более низким уровнем стека протоколов, или предпочтительнее - между различными протоколами, действующими на одинаковом сетевом уровне стека. Во-вторых, изобретение определяет физические и/или логические объекты, или предпочтительнее - физические аппаратные устройства и/или программные модули обработки, которые могут использоваться на уровне L3 и на уровне L2, соответственно, в устройстве для осуществления доступа к сети, таком как шлюзовое устройство, для координации действий, необходимых для оптимизации регулировки полосы пропускания, назначенной объединенному потоку трафика.The invention, firstly, relates to operations of displaying a predefined quality of service between a first, higher level and a second, lower level of a protocol stack, or more preferably, between different protocols operating at the same network level of the stack. Secondly, the invention defines physical and / or logical entities, or, more preferably, physical hardware devices and / or processing software modules that can be used at the L3 and L2 levels, respectively, in a device for accessing a network, such as a gateway a device for coordinating the actions necessary to optimize the adjustment of the bandwidth assigned to the combined traffic stream.

Настоящее изобретение теперь будет описано со ссылкой на текущий предпочтительный вариант осуществления, который рассматривает отображение качества обслуживания от уровня L3 на уровень L2 заданного стека протоколов.The present invention will now be described with reference to the current preferred embodiment, which considers the mapping of quality of service from L3 to L2 of a given protocol stack.

На Фиг. 1 схематично представлено предрасположение сетевого устройства G, действующего в качестве шлюза между первой и второй сетью связи, например между частью наземной сети TN и частью беспроводной сети WN.In FIG. 1 schematically illustrates a predisposition of a network device G acting as a gateway between a first and second communication network, for example, between a part of a terrestrial network TN and a part of a wireless network WN.

Примерами представляющих интерес беспроводных сетей являются спутниковые сети связи, сети связи стандарта WiFi, сети связи стандарта WiMAX или беспроводные сенсорные сети.Examples of wireless networks of interest are satellite communications networks, WiFi communications networks, WiMAX communications networks, or wireless sensor networks.

Трафик, формируемый пользователями сетей, переносится через часть наземной сети TN в направлении шлюза G. Отсюда, трафик маршрутизуется за пределы части наземной сети TN в направлении беспроводной сети WN. В шлюзовом устройстве нижние уровни стека протоколов передачи, применяемого самим устройством, указаны подробно.Traffic generated by network users is transported through part of the terrestrial network TN towards gateway G. From here, traffic is routed outside part of the terrestrial network TN towards wireless network WN. In the gateway device, the lower layers of the transmission protocol stack used by the device itself are specified in detail.

Задача изобретения состоит в том, чтобы поддерживать конкретный уровень качества обслуживания (QoS) по всей цепочке связи. Это означает, что установленное качество обслуживания в первый момент должно обеспечиваться и в наземной сети TN, и в беспроводной сети WN, как если бы не было изменения в технологии в шлюзе G между этими двумя сетями. Изменение в технологии происходит вследствие различных протоколов, используемых для предложения услуги связи, в наземной сети TN, и в беспроводной сети WN.The objective of the invention is to maintain a specific level of quality of service (QoS) throughout the communication chain. This means that the established quality of service at the first moment should be ensured both in the TN terrestrial network and in the WN wireless network, as if there was no change in technology in gateway G between the two networks. The change in technology is due to various protocols used to offer communication services, in the TN terrestrial network, and in the WN wireless network.

Качество обслуживания гарантируется в терминах количественных показателей посредством указания допустимого порога потери пакетов данных, допустимой задержки (среднего значения) передачи пакета данных или допустимого «джиттера» (дисперсии задержки) в передаче пакета данных. Различные контракты (условия) трафика могут задаваться между поставщиком (услуг) наземной сети связи, поставщиком (услуг) сети беспроводной связи и одним или более конечными пользователями. Качество обслуживания для контракта трафика устанавливается соглашением об уровне обслуживания (соглашение об уровне обслуживания, SLA), в котором объявляются вышеупомянутые термины показателя оценки качества обслуживания. У каждого класса трафика имеется свое собственное соглашение об уровне обслуживания. Это означает, что объявляется контракт трафика для каждого конкретного класса трафика.Quality of service is guaranteed in terms of quantitative indicators by indicating an acceptable threshold for loss of data packets, an acceptable delay (average value) for transmitting a data packet, or an acceptable "jitter" (delay variance) in transmitting a data packet. Various traffic contracts (conditions) may be set between a terrestrial communications network provider (services), a wireless communications network provider (services) and one or more end users. The quality of service for a traffic contract is established by a service level agreement (service level agreement, SLA), in which the aforementioned terms of a quality of service measure are announced. Each traffic class has its own service level agreement. This means that a traffic contract is announced for each particular traffic class.

В области настоящего изобретения считается, что контракт трафика безусловно удовлетворяется в части наземной сети TN посредством подходящего распределения ресурсов полосы пропускания в устройствах маршрутизации в сети (следовательно, на уровне L3 стека протоколов). Следовательно, показатели, которые задают заданное SLA, обращаются к рабочей характеристике в терминах качества обслуживания на уровне L3 (например, потеря IP пакетов), поскольку конечные пользователи не должны быть способными замечать технологический скачок между уровнями L3 и L2 в шлюзе.In the scope of the present invention, it is believed that the traffic contract is unconditionally satisfied in the part of the terrestrial TN network by appropriately allocating bandwidth resources in the routing devices in the network (hence, at the L3 level of the protocol stack). Consequently, the metrics that define a given SLA refer to performance in terms of quality of service at L3 (for example, loss of IP packets), because end users should not be able to notice a technological leap between L3 and L2 at the gateway.

Обычно, уровень L3 является сетевым уровнем на основе технологии IP (протоколы IPv4 или IPv6). Примерами протоколов уровня L2 являются стандарты WiMAX, DVB, ATM или другие специализированные инкапсуляции для специфического беспроводного канала, такие как Stanag 5066 или WHDLC для IP поверх радиосвязи.Typically, the L3 layer is a network layer based on IP technology (IPv4 or IPv6 protocols). Examples of L2 protocols are WiMAX, DVB, ATM, or other specialized encapsulations for a specific wireless channel, such as Stanag 5066 or WHDLC for IP over wireless.

Шлюзовое устройство G, или подобная точка доступа к сети действует в качестве интерфейса между двумя уровнями L3 и L2, и отвечает за отображение трафика от уровня L3 на уровень L2. Такая операция отображения по существу состоит в инкапсуляции пакетов, передаваемых на уровне L3, в кадре данных на уровне L2 и в выборе конкретной очереди передачи на уровне L2 для кадра данных, соответствующего пакетам, которые задаются на уровне L3.The gateway device G, or a similar network access point, acts as an interface between the two levels L3 and L2, and is responsible for mapping traffic from the L3 level to the L2 level. Such a mapping operation essentially consists in encapsulating packets transmitted at the L3 level in a data frame at the L2 level and in selecting a particular transmission queue at the L2 level for a data frame corresponding to packets that are specified at the L3 level.

Ниже уровня L2 находится физический канал передачи (в этом примере, беспроводной канал), который имеет свои собственные возможности передачи, идентифицированные на уровне L1: частотный спектр, способы кодирования, частоту ошибок в битах (BER), характеристики замирания и так далее. Характеристики уровня L1, однако, выходят за рамки объема охраны настоящего изобретения, и не будут дополнительно обсуждаться подробно в остальной части описания, поскольку они не являются необходимыми для его понимания. Единственные вещи, которые должны быть известны способу и системе объекта изобретения относительно характеристик физического канала, относятся к формату кодов исправления ошибок, например, заголовок прямого исправления ошибок (FEC), применяемый к уровню L2, и будет обсуждаться в остальной части описания со ссылкой на Фиг. 4.Below L2 is a physical transmission channel (in this example, a wireless channel) that has its own transmission capabilities identified at L1: frequency spectrum, encoding methods, bit error rate (BER), fading characteristics, and so on. The characteristics of level L1, however, are beyond the scope of protection of the present invention, and will not be further discussed in detail in the rest of the description, since they are not necessary for its understanding. The only things that should be known to the method and system of the subject matter regarding the characteristics of the physical channel relate to the format of the error correction codes, for example, the forward error correction (FEC) header applied to L2, and will be discussed in the rest of the description with reference to FIG. . four.

На Фиг. 2 представлена подробно, в схематичной форме, конфигурация уровня L3 со ссылкой на плоскость данных UP_L3 и на соответственную плоскость управления CP_L3.In FIG. 2 shows in detail, in a schematic form, the configuration of the L3 level with reference to the data plane UP _L3 and to the corresponding control plane CP _L3 .

На уровне плоскости данных установлено множество очередей Q₁ ^L3,...,Q_N ^L3, приспособленных для разделения различных классов трафика и обеспечения различных уровней качества обслуживания согласно соглашению об уровне обслуживания, относящемуся к каждому классу трафика.At the level of the data plane, there are many queues Q ₁ ^L3 , ..., Q _N ^L3 , adapted to separate different classes of traffic and provide different levels of quality of service according to the agreement on the level of service relating to each class of traffic.

Каждая одиночная очередь Q_i ^L3(i=1,...N) состоит из соответственного буфера B_i ^L3, в котором пакеты данных, заданные на уровне L3, сохраняются прежде, чем быть переданными, и сервера S_i ^L3 буфера. Скорость обслуживания задает скорость передачи выходящих пакетов, переносимых в направлении к уровню L2, и является синонимом для «способности обслуживания» и «распределения полосы пропускания».Each single queue Q _i ^L3 (i = 1, ... N) consists of a corresponding buffer B _i ^L3 , in which the data packets specified at the L3 level are stored before being transmitted, and the server S _i ^{L3 of the} buffer. The service rate defines the transmission rate of outgoing packets carried towards the L2 layer and is synonymous with “service ability” and “bandwidth allocation”.

Очереди на уровне L3 получают с помощью аппаратных средств или программного обеспечения в шлюзовом устройстве G. Например, в типичных устройствах маршрутизации очереди, в которых качество обслуживания гарантируется подходящим распределением полосы пропускания, являются выходными очередями, созданными с помощью программного обеспечения до передачи в направлении к выходным каналам. В так называемых архитектурах «открытого маршрутизатора», на основе операционных систем с открытым исходным кодом (обычно, на основе операционной системы Linux) очереди на уровне L3 создаются посредством программных модулей, включенных в операционную систему.Queues at the L3 level are received by hardware or software in gateway device G. For example, in typical routing devices, queues in which quality of service is guaranteed by a suitable bandwidth allocation are output queues created by the software before being sent towards the output channels. In the so-called “open router” architectures, on the basis of open source operating systems (usually, based on the Linux operating system), queues at the L3 level are created using software modules included in the operating system.

Конкретный способ используется на уровне плоскости управления CP_L3 для классификации трафика и распределения ресурсов полосы пропускания на уровне L3, например способ DiffServ. Более конкретно, на уровне плоскости управления администратор ресурсов (L3RM) является ответственным за распределение ресурсов на уровне L3 шлюза и осведомлен о соглашении относительно уровня обслуживания, доступного сетью. Он может также применять протоколы сигнализации, подобные протоколу резервирования ресурсов (RSVP), чтобы управлять всей цепочкой связи наземной части сети. DiffServ, IntServ, MPLS являются возможными примерами способов проектирования трафика и качества обслуживания, используемых администратором ресурсов на уровне L3.A specific method is used at the control plane level of the CP _L3 to classify traffic and allocate bandwidth resources at the L3 level, for example, the DiffServ method. More specifically, at the control plane level, the resource manager (L3RM) is responsible for allocating resources at the L3 level of the gateway and is aware of the agreement regarding the level of service available by the network. It can also apply signaling protocols like Resource Reservation Protocol (RSVP) to control the entire communications chain of the terrestrial network. DiffServ, IntServ, MPLS are possible examples of traffic design and quality of service methods used by the resource manager at the L3 level.

Снова со ссылкой на плоскость данных UP_L3, потоки различных классов трафика идентифицируются $$f_i^{L3}$$

и $$Qo{S}_i^{L3}$$

указывает соответствующий уровень качества обслуживания для i-ой очереди. Здесь, поток состоит из последовательности пакетов, развитие во времени которых следует стохастическому процессу, статистические характеристики которого (среднее значение, дисперсия) могут использоваться администратором ресурсов L3RM для управления распределением ресурсов полосы пропускания на уровне L3.Again with reference to the UP _L3 data plane, flows of various traffic classes are identified $$f_i^{L3}$$

and $$Qo{S}_i^{L3}$$

indicates the appropriate level of quality of service for the i-th queue. Here, a stream consists of a sequence of packets whose evolution follows a stochastic process whose statistical characteristics (average, variance) can be used by the L3RM resource manager to control the allocation of bandwidth resources at the L3 level.

Следует отметить, что формирование пакетов и на уровне L3, и на уровне L2, является статистическим процессом, и как таковой будет рассматриваться в остальной части описания. Эта характеристика лежит в основе потенциала и рабочей характеристики способа по объекту изобретения.It should be noted that the formation of packets at both the L3 level and the L2 level is a statistical process, and as such will be considered in the rest of the description. This characteristic is the basis of the potential and performance characteristics of the method according to the object of the invention.

На Фиг. 3 представлена подробно, в схематичной форме, конфигурация уровня L2 для шлюза со ссылкой на плоскость данных UP_L2 и на соответственную плоскость управления CP_L2.In FIG. 3 shows in detail, in a schematic form, the configuration of the L2 layer for the gateway with reference to the data plane UP _L2 and to the corresponding control plane CP _L2 .

В целом, структура может быть сравнимой с таковой по Фиг. 2 в отношении уровня L3 протокола, и по аналогии одинаковые ссылочные позиции были назначены компонентам.In general, the structure may be comparable to that of FIG. 2 with respect to protocol level L3, and by analogy, the same reference numbers were assigned to the components.

На уровне плоскости данных установлено множество очередей Q_i ^L2,...,Q_N ^L2 уровня L2, причем каждая одиночная очередь Q_i ^L2(i=1,...,N) состоит из соответственного буфера B_i ^L2 и сервера S_i ^L2 буфера.At the level of the data plane, there are many queues Q _i ^L2 , ..., Q _N ^{L2 of} level L2, and each single queue Q _i ^L2 (i = 1, ..., N) consists of a corresponding buffer B _i ^L2 and server S _i ^L2 buffer.

Администратор ресурсов L2RM осведомлен о полной емкости канала, доступной на физическом канале (беспроводной канал в настоящем примере), и является ответственным за распределение полосы пропускания на уровне L2.The L2RM resource manager is aware of the total channel capacity available on the physical channel (wireless channel in the present example) and is responsible for bandwidth allocation at the L2 level.

Процесс распределения ресурсов полосы пропускания на уровне L2 согласно изобретению содержит следующие операции:The process for allocating bandwidth resources at the L2 level according to the invention comprises the following operations:

i) отображение конкретного потока трафика, присутствующего на уровне L3, по отношению к конкретной очереди передачи, обеспеченной на уровне L2;i) mapping a specific traffic stream present at L3 with respect to a particular transmission queue provided at L2;

ii) выделение полосы пропускания каждой очереди уровня L2;ii) allocation of bandwidth for each L2 queue;

iii) оценивание точной потребности полосы пропускания для каждой очереди уровня L2, достаточной для удовлетворения соглашения относительно уровня обслуживания.iii) an estimate of the exact bandwidth requirement for each L2 queue sufficient to satisfy the service level agreement.

Более конкретно, в остальной части описания будет пояснено, каким образом реализуются операции в точке iii) и каким образом результаты таких операций влияют на операции i) и ii), независимо от конкретных способов, используемых для реализации таких операций в первичных экземплярах, в которых исполняется шлюзовое устройство.More specifically, the rest of the description will explain how operations at point iii) are implemented and how the results of such operations affect operations i) and ii), regardless of the specific methods used to implement such operations in primary copies in which gateway device.

Обычно, очереди на уровне L2 создаются с помощью аппаратных средств и доступны в количестве, которое меньше относительно очередей на уровне L3. Следовательно, является необходимым выполнять некоторые операции агрегации классов трафика от уровня L3 к уровню L2, и подробности операций отображения QoS, применяемых между уровнем L3 и уровнем L2, описываются со ссылкой на Фиг. 4.Typically, queues at the L2 level are created using hardware and are available in quantities that are less than queues at the L3 level. Therefore, it is necessary to perform some aggregation operations of traffic classes from L3 to L2, and details of QoS mapping operations applied between L3 and L2 are described with reference to FIG. four.

Без выхода за рамки обобщения формы, на Фиг. 4 показано, что происходит для обобщенной очереди Q_i на уровне L2.Without going beyond the generalization of form, in FIG. 4 shows what happens for the generalized queue Q _i at level L2.

Подмножество потоков трафика, поступающих от уровня L3, индексами которого являются $$i_1\mathrm{,...,}{i}_{n_i}$$

, перемещаются вдоль соответствующей i-ой очереди. Потоки на уровне L3 обозначаются $$f_{i_1}^{L3}$$

,…, $$f_{i_{n_i}}^{L3}$$

и соответствующие уровни качества обслуживания, обозначаются $$Qo{S}_{i_1}^{L3}$$

,…, $$Qo{S}_{i_{n_i}}^{L3}$$

A subset of the traffic flows coming from the L3 layer whose indices are $$i_{\mathrm{one}}\mathrm{,\; ...,}{i}_{n_i}$$

, move along the corresponding i-th line. L3 flows are indicated $$f_{i_{\mathrm{one}}}^{L3}$$

, ..., $$f_{i_{n_i}}^{L3}$$

and appropriate levels of service quality are indicated $$Qo{S}_{i_{\mathrm{one}}}^{L3}$$

, ..., $$Qo{S}_{i_{n_i}}^{L3}$$

Очередь на уровне L2 переносит, например, два типа трафика, соответственно речевой трафик, переносимый по протоколу передачи речи поверх IP (VoIP), который требует потерю пакетов не более 1%, и трафик видео (на IP), который требует потерю пакетов не более 0,1%. Потоки $$f_{i_1}^{L3}$$

,…, $$f_{i_{n_i}}^{L3}$$

агрегируют вместе в одиночный поток $$f_i^{L2}$$

, входящий в i-ую очередь, в модуле EF инкапсуляции и формирования кадра. Пакеты на уровне L3 для потоков инкапсулируют в одиночный кадр передачи к уровню L2 (например, IP поверх ATM), возможно применяя некоторые необязательные процессы инкапсуляции, как например в случае формата инкапсуляции CS (подуровень конвергенции) в технологии WiMAX.A queue at the L2 level carries, for example, two types of traffic, respectively voice traffic carried over Voice over IP (VoIP), which requires packet loss of not more than 1%, and video traffic (on IP), which requires packet loss of not more than 0.1% Streams $$f_{i_{\mathrm{one}}}^{L3}$$

, ..., $$f_{i_{n_i}}^{L3}$$

aggregate together in a single stream $$f_i^{L2}$$

included in the i-th queue in the encapsulation and frame formation module EF. Packets at the L3 level for flows are encapsulated in a single transmission frame to the L2 level (for example, IP over ATM), possibly using some optional encapsulation processes, such as in the case of the CS encapsulation format (convergence sub-layer) in WiMAX technology.

Другой представляющий интерес процесс, который выполняется в операции отображения от уровня L3 к уровню L2, касается информации, добавляемой с тем, чтобы противопоставить замирание физического канала и ограничить частоту появления ошибочных битов (BER) на уровне L2, например, кодов прямого исправления ошибок, обычно содержащихся в служебной области уровня. Вышеупомянутые коды защиты могут быть с переменным размером в зависимости от мгновенного значения отношения сигнал/помеха, поступающего от уровня L1 через связной примитив, обычно доступный в интерфейсе L2-L1, идентифицированного на фигуре посредством модуля SIR (отношение сигнал-помеха).Another process of interest that is performed in the mapping operation from L3 to L2 relates to information added in order to counter the fading of the physical channel and limit the error bit rate (BER) to L2, for example, forward error correction codes, usually contained in the service area of the level. The aforementioned security codes can be of variable size depending on the instantaneous signal-to-noise ratio value coming from the L1 level through a connected primitive, usually available in the L2-L1 interface identified in the figure by the SIR module (signal-to-noise ratio).

Вследствие операций агрегации и инкапсуляции на уровне L2, соответствующие статистические характеристики стохастических процессов на уровне L3 относительно потоков $$f_{i_1}^{L3}$$

,…, $$f_{i_{n_i}}^{L3}$$

являются смешанными вместе, так что оценка статистических свойств стохастических процессов, которые входят в i-ую очередь, и соответственного качества обслуживания на уровне L2 является очень трудной задачей.Due to aggregation and encapsulation operations at the L2 level, the corresponding statistical characteristics of stochastic processes at the L3 level with respect to flows $$f_{i_{\mathrm{one}}}^{L3}$$

, ..., $$f_{i_{n_i}}^{L3}$$

are mixed together, so evaluating the statistical properties of the stochastic processes that are on the i-th line and the corresponding quality of service at the L2 level is a very difficult task.

Такая задача решается благодаря обеспечению копии плоскости данных на уровне L2, в контексте изобретения, идентифицированной как виртуальная копия, в сравнении с действительной плоскостью данных.This problem is solved by providing a copy of the data plane at the L2 level, in the context of the invention, identified as a virtual copy, in comparison with the actual data plane.

Действительная плоскость данных, UP_L2, содержит действительные очереди Q₁ ^L2,...,Q_N ^L2, которые соответствуют очередям, фактически созданным в шлюзовом устройстве. Соответственная скорость обслуживания i-ой очереди, или лучше - соответственная полоса пропускания, распределенная i-ой очереди, обозначена символом $${\theta }_i^{Max}$$

. Для каждой очереди скорость обслуживания или распределенная полоса пропускания $${\theta }_i^{Max}$$

, устанавливается администратором ресурсов уровня L2 (L2RM) в начале периода обслуживания шлюзового устройства G на основе планирования, которое зависит от доступного прогноза трафика на приемлемо продленный период времени. Например, путем применения принципа предупредительного завышения величины, параметр $${\theta }_i^{Max}$$

для i-ой очереди может быть установлен в виде функции прогноза наихудшего условия трафика, входящего в i-ую очередь. Другими словами, это означает рассмотрение всех возможных источников, активных одновременно, и установление в результате $${\theta }_i^{Max}$$

, необходимого для одновременного удовлетворения всем требованиям к услугам. Например, для десяти всех активных источников VoIP, с соответственной входной скоростью передачи, равной 100 кбит/с, и заголовка на уровне L2 с служебными данными в 20% в наихудшем условии замирания физического канала, принцип завышения величины будет означать установку $${\theta }_i^{Max}$$

=1,2 Мбит/с. Другие варианты, конечно, являются возможными согласно применению статистических диаграмм более сложного прогноза трафика, и в общем могут использоваться различные модели, чтобы устанавливать параметр $${\theta }_i^{Max}$$

для каждой очереди Q_i в начале цикла жизни шлюзового устройства.The actual data plane, UP _L2 , contains valid queues Q ₁ ^L2 , ..., Q _N ^L2 that correspond to the queues actually created in the gateway device. Corresponding service speed of the i-th queue, or better - the corresponding bandwidth allocated to the i-th queue is indicated by $${\theta }_i^{Max}$$

. For each queue, service speed or distributed bandwidth $${\theta }_i^{Max}$$

is set by the L2 level resource manager (L2RM) at the beginning of the service period of the gateway device G based on scheduling, which depends on the available traffic forecast for an acceptable extended period of time. For example, by applying the principle of precautionary overestimation, the parameter $${\theta }_i^{Max}$$

for the i-th queue it can be set as a function of forecasting the worst traffic conditions included in the i-th queue. In other words, this means considering all possible sources that are active at the same time, and establishing as a result $${\theta }_i^{Max}$$

necessary to simultaneously meet all the requirements for services. For example, for ten of all active VoIP sources with a corresponding input bit rate of 100 kbit / s and an L2 header with service data of 20% in the worst condition of fading a physical channel, the principle of overestimating the value would mean setting $${\theta }_i^{Max}$$

= 1.2 Mbps. Other options, of course, are possible according to the application of statistical diagrams of a more complex traffic forecast, and in general different models can be used to set the parameter $${\theta }_i^{Max}$$

for each queue Q _i at the beginning of the life cycle of the gateway device.

Ниже в документе будет пояснено, каким образом изменять $${\theta }_i^{Max}$$

во времени, чтобы минимизировать нагрузку распределения ресурсов полосы пропускания и поддерживать требуемое качество обслуживания, используя статистические характеристики источников потоков трафика и дублирование плоскости данных.The document below will explain how to change $${\theta }_i^{Max}$$

in time to minimize the load of bandwidth resource allocation and maintain the required quality of service, using the statistical characteristics of the sources of traffic flows and duplication of the data plane.

Виртуальная плоскость данных UP_L2 ^V содержит множество виртуальных очередей Q_1V ^L2,...,Q_NV ^L2, каждая из которых является программной репликой, или аппаратной эмуляцией соответствующей действительной очереди Q₁ ^L2,...,Q_N ^L2. Это означает, что каждый пакет от уровня L3 и инкапсулированный на уровне L2, посылается и в действительную i-ую очередь, и в виртуальную i-ую очередь, которая является копией первой.The virtual data plane UP _L2 ^V contains many virtual queues Q _1V ^L2 , ..., Q _NV ^L2 , each of which is a software replica, or hardware emulation of the corresponding real queue Q ₁ ^L2 , ..., Q _N ^L2 . This means that each packet from the L3 level and encapsulated at the L2 level is sent both to the actual i-th queue and to the virtual i-th queue, which is a copy of the first.

Единственное отличие состоит в указании параметра скорости обслуживания, или предпочтительнее - полосы пропускания, распределенной для виртуальной очереди $${\theta }_i^{*}$$

вместо $${\theta }_i^{Max}$$

. $${\theta }_i^{*}$$

устанавливается как минимальная полоса пропускания, необходимая для удовлетворения уровням $$Qo{S}_{i_1}^{L3}$$

,…, $$Qo{S}_{i_{n_i}}^{L3}$$

качества обслуживания в i-ой очереди. Оно представляет точную потребность полосы пропускания, необходимую, чтобы удовлетворять соглашению об уровне обслуживания по отношению к потокам, передаваемым по i-ой очереди, после выполнения операций отображения QoS.The only difference is in specifying the service speed parameter, or more preferably, the bandwidth allocated for the virtual queue $${\theta }_i^{*}$$

instead $${\theta }_i^{Max}$$

. $${\theta }_i^{*}$$

set as the minimum bandwidth required to meet levels $$Qo{S}_{i_{\mathrm{one}}}^{L3}$$

, ..., $$Qo{S}_{i_{n_i}}^{L3}$$

quality of service in the i-th stage. It represents the exact bandwidth requirement needed to satisfy a service level agreement with respect to flows transmitted on the i-th queue after performing QoS mapping operations.

Ниже в документе, будет подробно пояснен способ, посредством которого вычисляется параметр $${\theta }_i^{*}$$

. Следует отметить, что, в целом, процесс репликации пакетов к одиночным виртуальным очередям (вместе с вычислением, применяемым к ним с тем, чтобы получить $${\theta }_i^{*}$$

) может потребовать применения специализированного микропроцессора в случае, в котором имеются вычислительные ограничения в структуре собственных аппаратных средств шлюзового устройства.Below in the document, the method by which the parameter is calculated will be explained in detail. $${\theta }_i^{*}$$

. It should be noted that, in general, the process of replicating packets to single virtual queues (along with the calculation applied to them in order to obtain $${\theta }_i^{*}$$

) may require the use of a specialized microprocessor in the case in which there are computational limitations in the structure of the gateway device's own hardware.

Подробно, на Фиг. 5 показана структура администратора ресурсов на уровне L2 (L2RM) относительно вычисления скорости обслуживания (или распределенной полосы пропускания) для виртуальных очередей. Она содержит множество модулей DM принятия решения, каждый из которых ассоциирован с соответствующей виртуальной очередью передачи Q_iV ^L2. Конкретно, i-ый модуль (DM_i) принятия решения (DM) назначается i-ой очереди для вычисления параметра $${\theta }_i^{*}$$

. Каждый модуль DM_i, на основании вычисленного значения $${\theta }_i^{*}$$

организован с возможностью передачи сообщения «приближающаяся перегрузка» или «освобождение полосы частот» на основной обрабатывающий модуль MAIN в администраторе ресурсов уровня (L2RM).In detail, in FIG. Figure 5 shows the structure of the resource manager at the L2 level (L2RM) relative to the calculation of the service speed (or distributed bandwidth) for virtual queues. It contains many decision DM modules, each of which is associated with a respective virtual transmission queue Q _iV ^L2 . Specifically, the i-th decision module (DM _i ) is assigned to the i-th queue to calculate the parameter $${\theta }_i^{*}$$

. Each DM _i module, based on the calculated value $${\theta }_i^{*}$$

organized with the possibility of transmitting the message "approaching congestion" or "freeing up the frequency band" to the main processing module MAIN in the resource manager level (L2RM).

На Фиг. 6 показан алгоритм, используемый каждым принимающим решение модулем DM_i для вычисления параметра $${\theta }_i^{*}$$

.In FIG. 6 shows the algorithm used by each decision-making module DM _i to calculate the parameter $${\theta }_i^{*}$$

.

Последовательность из k=1,2... горизонтов наблюдения OH_i(k) устанавливается для каждого модуля DM_i принятия решения, в течение которого осуществляется отслеживание виртуальной i-ой очереди в последовательных по времени экземплярах в соответствии с предварительно установленной периодичностью. Для каждого горизонта наблюдения OH_i(k) формируется информационный вектор I_i(k), содержащий в качестве элементов объекты, необходимые для выполнения вычисления оценки полосы пропускания, как будет указано в остальной части описания, которые изменяются от одного случая к другому, в виде функции математической формулы оценки, эффективно используемой. Информационный вектор I_i(k) запускает вычисление скорости обслуживания i-ой очереди в момент времени k+1, формируя тем самым параметр $${\theta }_i^{*}$$

(k+1), как указано в остальной части описания.A sequence of k = 1,2 ... observation horizons OH _i (k) is set for each decision module DM _i , during which the virtual i-th queue is monitored in time-successive instances in accordance with a predetermined periodicity. For each observation horizon OH _i (k), an information vector I _i (k) is formed containing, as elements, the objects necessary for calculating the bandwidth estimate, as will be indicated in the rest of the description, which vary from one case to another, in the form functions of a mathematical evaluation formula that is effectively used. The information vector I _i (k) starts the calculation of the service speed of the i-th queue at time k + 1, thereby forming the parameter $${\theta }_i^{*}$$

(k + 1) as indicated in the rest of the description.

Вычисление $${\theta }_i^{*}$$

в момент k+1 ( $${\theta }_i^{*}$$

(k+1)) зависит от уровней качества обслуживания, достигнутых на виртуальной i-ой очереди в горизонте наблюдения OH_i(k), и обозначенных $$Qo{S}_{i_1}^{L3oL2}(k)$$

,…, $$Qo{S}_{i_{n_i}}^{L3oL2}(k)$$

и от соответствующего вектора ошибок между этими количественными значениями и указывающими качество обслуживания, требуемое по соглашению об уровне обслуживания $$Qo{S}_{i_1}^{L3}$$

,…, $$Qo{S}_{i_{n_i}}^{L3}$$

, каждый элемент которого обозначен: (e_j(·,k))= ( $$Qo{S}_{i_1}^{L3}$$

- $$Qo{S}_{i_1}^{L3oL2}(k)$$

)², в котором j обозначает j-ый поток на уровне L3, передаваемый по i-ой очереди на уровне L2, то есть для которого j= $$i_1$$

,…, $$i_{n_i}$$

.Calculation $${\theta }_i^{*}$$

at the moment k + 1 ( $${\theta }_i^{*}$$

(k + 1)) depends on the quality of service levels achieved on the virtual i-th line in the observation horizon OH _i (k), and indicated $$Qo{S}_{i_{\mathrm{one}}}^{L3oL2}(k)$$

, ..., $$Qo{S}_{i_{n_i}}^{L3oL2}(k)$$

and from the corresponding error vector between these quantitative values and indicating the quality of service required by the service level agreement $$Qo{S}_{i_{\mathrm{one}}}^{L3}$$

, ..., $$Qo{S}_{i_{n_i}}^{L3}$$

, each element of which is indicated: (e _j (·, k)) = ( $$Qo{S}_{i_{\mathrm{one}}}^{L3}$$

- $$Qo{S}_{i_{\mathrm{one}}}^{L3oL2}(k)$$

) ² , in which j denotes the jth stream at the L3 level, transmitted along the ith queue at the L2 level, that is, for which j = $$i_{\mathrm{one}}$$

, ..., $$i_{n_i}$$

.

Общим выражением для вычисления параметра $${\theta }_i^{*}$$

(k+1) является, как изложено ниже:The general expression for calculating the parameter $${\theta }_i^{*}$$

(k + 1) is, as follows:

Операция

[·] состоит в выборе наивысшего значения потребности полосы пропускания из различных классов трафика на уровне L3.Operation

[·] Consists in choosing the highest bandwidth demand from various traffic classes at the L3 level.

В рассматриваемом случае, информационный вектор Ii(k) состоит в количественном значенииIn this case, the information vector Ii (k) consists in a quantitative value

(e_j(·,k)=( $$Qo{S}_{i_1}^{L3}$$

- $$Qo{S}_{i_1}^{L3oL2}(k)$$

)².(e _j (, k) = ( $$Qo{S}_{i_{\mathrm{one}}}^{L3}$$

- $$Qo{S}_{i_{\mathrm{one}}}^{L3oL2}(k)$$

) ² .

Алгоритм, представленный на Фиг. 6 и, описанный выше, повторяется i-ым модулем принятия решения (DM_i) в течение каждого горизонта наблюдения OH_i(k), k=1,2...The algorithm shown in FIG. 6 and, described above, is repeated by the i-th decision module (DM _i ) during each observation horizon OH _i (k), k = 1,2 ...

Обычно, временные размерности горизонта наблюдения OH_i(·) находятся в интервале [1, 360] с, и зависят от конкретных приложений, подлежащих отслеживанию в i-ой очереди.Usually, the time dimension of the observation horizon OH _i (·) is in the interval [1, 360] s, and depends on the specific applications to be monitored in the i-th queue.

Различные формы алгоритма управления F(·) могут применяться в контексте настоящего изобретения, и ниже в документе будут приведены некоторые предложения в качестве примера, а не с целями ограничения.Various forms of the control algorithm F (·) can be applied in the context of the present invention, and some suggestions will be given below as examples and not for limitation purposes.

Если представляющим интерес качеством обслуживания является вероятность потери пакета, PLP, или средняя задержка, AD, для пакетов на уровне L3, то является возможным использовать модель анализа бесконечно малых возмущений, чтобы вывести формулировку алгоритма управления F(·) градиентного типа, как изложено ниже:If the quality of service of interest is the probability of packet loss, PLP, or average delay, AD, for packets at level L3, then it is possible to use the model of analysis of infinitesimal perturbations in order to derive the formulation of the gradient F (·) control algorithm, as follows:

где η_k является величиной шага градиента.where η _k is the magnitude of the gradient step.

Более конкретно, для случая, в котором качество обслуживания установлено на основании вероятности потери пакета, получены следующие формулы:More specifically, for the case in which the quality of service is established based on the probability of packet loss, the following formulas are obtained:

где:Where:

- $${\stackrel{⌢}{l}}_j(\cdot ,k)$$

является уровнем потерь, измеренным для j-ого класса трафика в горизонте наблюдения OH_i(k);- $${\stackrel{⌢}{l}}_j(\cdot ,k)$$

is the loss level measured for the j-th traffic class in the observation horizon OH _i (k);

- $${\stackrel{⌢}{l}}_j^{*}(\cdot ,k)$$

является объективным уровнем потерь, определенным соглашением по уровню обслуживания, заданному на основании вероятности потери пакета с обращением к j-ому класса трафика, обозначенному PLPj^*: $${\stackrel{⌢}{l}}_j^{*}(\cdot ,k)$$

= $${\displaystyle \underset{O{H}_i(k)}{\int }PL{P}_j^{*}\cdot a_j(t)}dt$$

, где a_j(t) является входной скоростью передачи, измеренной по отношению к j-ому классу трафика в горизонте наблюдения OH_i(k)- $${\stackrel{⌢}{l}}_j^{*}(\cdot ,k)$$

is the objective level of losses determined by the agreement on the level of service specified on the basis of the probability of packet loss with reference to the jth traffic class indicated by PLPj ^* : $${\stackrel{⌢}{l}}_j^{*}(\cdot ,k)$$

= $${\displaystyle \underset{O{H}_i(k)}{\int }PL{P}_j^{*}\cdot a_j(t)}dt$$

where a _j (t) is the input transmission rate measured with respect to the j-th traffic class in the observation horizon OH _i (k)

- T_k - величина горизонта наблюдения OH_i(k)- T _k - the value of the horizon of observation OH _i (k)

и суммирование рассматривает вклад j-ого потока в «размерность» периодов $$N_{T_k}$$

занятости (bp) i-ого буфера.and summation considers the contribution of the jth stream to the “dimension” of periods $$N_{T_k}$$

busy (bp) of the i-th buffer.

Период занятости (bp) является промежутком времени, в который буфер не является пустым. Продолжительностью периода занятости, для случая PLP, является разность, вычисленная между последней потерей j-ого класса обслуживания в течение периода занятости буфера, и моментом, в который начинается время занятости. Оператор «почти равенство» ( $$\cong$$

), указанный в вышеупомянутом уравнении, мотивирован фактом, что равенство подтверждается результатами анализа бесконечно малых возмущений только в случае, в котором имеется одиночный класс трафика. Недавние результаты в литературе подтверждают, что применение одинакового уравнения в случае множественных классов трафика является обоснованным, и в любом случае - эффективным в выполнении операций распределения полосы пропускания.Busy Period (bp) is the period of time during which the buffer is not empty. The length of the busy period, for the PLP case, is the difference calculated between the last loss of the j-th class of service during the busy period of the buffer and the moment at which the busy time begins. The operator "almost equality" ( $$\cong$$

) indicated in the above equation is motivated by the fact that equality is confirmed by the analysis of infinitesimal disturbances only in the case in which there is a single traffic class. Recent results in the literature confirm that the use of the same equation in the case of multiple traffic classes is justified, and in any case effective in performing bandwidth allocation operations.

Формулировку на основе градиента, которая может сравниваться с предшествующим, можно получить по отношению к рабочей характеристике с точки зрения средней задержки (AD), и ее можно найти в научной литературе.A gradient-based formulation that can be compared with the previous one can be obtained with respect to the performance in terms of average delay (AD), and can be found in the scientific literature.

Кроме того, конечно, для алгоритма F(·) управления являются возможными более традиционные подходы. Например, могут быть применены законы регулирования пропорционально-интегрально-дифференциального типа (PID). Законом PID является, например:In addition, of course, more traditional approaches are possible for the F (·) control algorithm. For example, the laws of regulation of the proportional-integral-differential type (PID) can be applied. The law of PID is, for example:

где e_j(·) является пропорциональным компонентом PID, ^de_j(·) является производным компонентом, и ⁱe_j(·) является интегральным компонентом, и ω_p, ω_d и ω_i являются связанными параметрами регулирования, используемыми для оптимизации поведения во времени для закона PID в зависимости от конкретного интересующего применения.where e _j (·) is a proportional component of PID, ^d e _j (·) is a derivative component, and ⁱ e _j (·) is an integral component, and ω _p , ω _d and ω _i are related control parameters used to optimize behavior in time for the PID law, depending on the particular application of interest.

Фактически, имеется значительное количество литературы в научной области относительно применения закона пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования и относительной оптимизации параметров, даже в случае распределения полосы пропускания. Поэтому не будет обращения к более подробной информации относительно этого конкретного определенного закона регулирования в остальной части данного описания.In fact, there is a significant amount of literature in the scientific field regarding the application of the law of proportional-integral-differential regulation and relative optimization of parameters, even in the case of bandwidth allocation. Therefore, there will be no reference to more detailed information regarding this particular specific regulation law in the rest of this description.

Однако интересно указать на факт, что выбор закона PID регулирования является фактически обязательным для сложных показателей, подобных, например, «джиттеру», для которого не является возможной градиентная формулировка.However, it is interesting to point out the fact that the choice of the PID regulation law is actually mandatory for complex indicators, such as, for example, “jitter”, for which gradient formulation is not possible.

Следует также отметить, что применение алгоритма управления на основании анализа бесконечно малых возмущений обеспечивает лучшую рабочую характеристику по отношению к закону PID регулирования, поскольку алгоритм анализа бесконечно малых возмущений является инструментальным средством, способным получать точную минимизацию ошибки e_j(·,k), например, посредством последовательности на основании вышеупомянутого градиента, тогда как закон PID является просто эвристическим алгоритмом, применяемым с тем, чтобы минимизировать ошибку e_j(·,k).It should also be noted that the application of the control algorithm based on the analysis of infinitesimal perturbations provides the best performance with respect to the PID control law, since the algorithm for analyzing infinitesimal perturbations is a tool capable of obtaining accurate error minimization e _j ( by means of a sequence based on the aforementioned gradient, whereas the PID law is simply a heuristic algorithm used to minimize the error e _j (·, k).

Для обоих случаев известно, что если процессы, связанные с интенсивностью входящего в буфер потока, являются эргодическими, ограничения $$Qo{S}_{i_1}^{L3}$$

,…, $$Qo{S}_{i_{n_i}}^{L3}$$

задаются (по меньшей мере до сходимости), и другие критические состояния не встречаются (например, поведение уменьшения величины η_k шага градиента в случае анализа бесконечно малых возмущений), вышеупомянутый алгоритм регулирования сходится в точном значении $${\theta }_i^{*}$$

. Это означает, что необходимые соглашения об уровне обслуживания удовлетворяются при минимальной величине распределенной полосы пропускания, соответствующей $${\theta }_i^{*}$$

.For both cases, it is known that if the processes associated with the intensity of the stream entering the buffer are ergodic, the restrictions $$Qo{S}_{i_{\mathrm{one}}}^{L3}$$

, ..., $$Qo{S}_{i_{n_i}}^{L3}$$

are set (at least until convergence), and other critical states do not occur (for example, the behavior of decreasing the value of the gradient step η _k in the case of analysis of infinitesimal disturbances), the aforementioned control algorithm converges in the exact value $${\theta }_i^{*}$$

. This means that the required service level agreements are satisfied with a minimum distributed bandwidth corresponding to $${\theta }_i^{*}$$

.

Ради полноты, заявители указывают другие алгоритмы регулирования, которые не зависят непосредственно от ошибки e_j(·,k) могут быть применены, такие как, например следующие:For the sake of completeness, applicants indicate other control algorithms that are not directly dependent on the error e _j (·, k) can be applied, such as, for example, the following:

где F_EqB(·) является типичным способом эквивалентной полосы пропускания (эквивалентная полоса пропускания, EqB), который может быть применен в этом контексте в случае PLP, m_i(k) и σ_i(k) является соответственно средним значением и стандартным отклонением для обработки интенсивности входящего потока i-ой очереди в горизонте наблюдения OH_i(k), и PLP*_EqB является самым строгим требованием PLP между классами трафика для уровня L3, передаваемого поверх i-ой очереди.where F _EqB (·) is a typical equivalent bandwidth method (equivalent bandwidth, EqB) that can be applied in this context in the case of PLP, m _i (k) and σ _i (k) are respectively the average value and standard deviation for processing the intensity of the input stream of the i-th queue in the observation horizon OH _i (k), and PLP * _EqB is the most stringent PLP requirement between traffic classes for level L3 transmitted over the i-th queue.

Алгоритмы EqB, подобные показанным выше, сходятся в точном значении полосы пропускания, необходимой для поддержки требуемого качества обслуживания.EqB algorithms similar to those shown above converge in the exact bandwidth needed to maintain the required quality of service.

Другие подходы еще являются возможными в выборе алгоритма управления F(·). Например, нейронные или нечеткие способы, которые являются подходящими для поддержки способа самообучения, могут использоваться для оценивания $${\theta }_i^{*}$$

. В этой перспективе полезно указать, что целью изобретения является определение надежной схемы управления для ресурса полосы пропускания на основании измерений, выполняемых на уровне L2 стека протоколов. Основная логика этого выбора состоит в том, что аналитические инструменты для выражения в замкнутой форме, которые показательны для рабочей характеристики в терминах качества обслуживания L3-на-L2, на текущий момент не являются доступными. Управление должно, следовательно, являться адаптивным (или основываться на самообучении) по отношению к изменениям трафика.Other approaches are still possible in choosing the control algorithm F (·). For example, neural or fuzzy methods that are suitable to support a self-learning method can be used to evaluate $${\theta }_i^{*}$$

. In this perspective, it is useful to indicate that the purpose of the invention is to determine a reliable control scheme for a bandwidth resource based on measurements made at the L2 level of the protocol stack. The basic logic of this choice is that analytical tools for expressing in closed form, which are indicative of performance in terms of L3-on-L2 quality of service, are not currently available. Management should, therefore, be adaptive (or based on self-learning) with respect to traffic changes.

С этой точки зрения все вышеупомянутые алгоритмы регулирования допускают хорошую поддержку само-адаптируемости. Более в целом, любой алгоритм на основе измерений и нацеленный на обеспечение точной оценки параметра $${\theta }_i^{*}$$

, является полезным в этом контексте и может применяться в рамках настоящего изобретения.From this point of view, all of the above control algorithms allow good support for self-adaptability. More generally, any measurement-based algorithm aimed at providing accurate parameter estimates $${\theta }_i^{*}$$

is useful in this context and can be used in the framework of the present invention.

Однако стоит принимать во внимание вычислительную рабочую нагрузку, требуемую выбранным алгоритмом управления F(·). Вычислительные рабочие нагрузки для вышеупомянутых алгоритмов управления являются в частности малыми, особенно в случае подходов согласно анализу бесконечно малых возмущений и PID. В случае подхода EqB вычислительная рабочая нагрузка зависит от конкретного алгоритма, выбранного для оценки среднего значения и стандартного отклонения, используемых F_EqB(·), которые для сохранения описания кратким, не указываются далее.However, the computational workload required by the selected control algorithm F (·) should be taken into account. The computational workloads for the above control algorithms are particularly small, especially in the case of approaches according to the analysis of infinitesimal disturbances and PID. In the case of the EqB approach, the computational workload depends on the particular algorithm selected to estimate the mean and standard deviation used by F _EqB (·), which are not specified below to keep the description short.

В варианте осуществления изобретения измерения качества обслуживания L3-поверх-L2, используемые для вычисления величин ошибок в вышеупомянутом способе, могут быть представительными для действительных уровней качества обслуживания L3-поверх-L2, полученных согласно потокам трафика по всей цепочке до места назначения, или на подчасти сетевого маршрута к своему месту назначения. Эти уровни получены посредством механизма измерений и передаются на объект для вычисления алгоритма, представленного на Фиг. 6 через подходящую схему указания, которая обеспечивает периодическую верификацию от внешней сети.In an embodiment of the invention, L3-on-L2 quality of service measurements used to calculate error values in the aforementioned method may be representative of actual L3-on-L2 quality of service levels obtained according to traffic flows all along the chain to the destination, or in part network route to your destination. These levels are obtained by means of the measurement mechanism and transmitted to the object to calculate the algorithm shown in FIG. 6 through a suitable indication scheme that provides periodic verification from an external network.

Фиг. 7 относится к алгоритму, используемому каждым модулем DM_i принятия решения, чтобы вычислять точку стабилизации в вычислении параметра $${\theta }_i^{*}$$

и обновлять администратор ресурсов уровня L2 в случае, в котором имеется приближающаяся перегрузка i-ой очереди или возможность освобождения полосы пропускания в случае, в котором имеется малая нагрузка от трафика. Алгоритм повторяется в конце каждого горизонта наблюдения. Следует помнить, что фактическое распределение полосы пропускания для i-ой очереди обозначается параметром $${\theta }_i^{Max}$$

, тогда как $${\theta }_i^{*}$$

представляет только текущую оценку точной потребности полосы пропускания, необходимой, чтобы удовлетворять соглашениям об уровне обслуживания потоков трафика на уровне L3, которые пересылаются к i-ой очереди.FIG. 7 relates to an algorithm used by each decision module DM _i to calculate a stabilization point in a parameter calculation $${\theta }_i^{*}$$

and update the resource manager of the L2 level in the case in which there is an approaching congestion of the i-th queue or the possibility of freeing up bandwidth in the case in which there is a small traffic load. The algorithm is repeated at the end of each observation horizon. It should be remembered that the actual bandwidth allocation for the i-th queue is indicated by the parameter $${\theta }_i^{Max}$$

, whereas $${\theta }_i^{*}$$

represents only a current estimate of the exact bandwidth requirement needed to satisfy L3 traffic flow service level agreements that are forwarded to the i-th queue.

Касаясь теперь стабилизация вычисления $${\theta }_i^{*}$$

, значение устойчивого состояния $${\theta }_i^{*}$$

фиксируется при удовлетворении следующего условия:Touching now stabilization calculation $${\theta }_i^{*}$$

steady state value $${\theta }_i^{*}$$

fixed when the following condition is satisfied:

причем ε_i является порогом стабилизации.and ε _i is the stabilization threshold.

Приемлемым значением ε_i является ε_i=1/10· $${\theta }_i^{Max}$$

. Это означает, что $${\theta }_i^{*}$$

находится в устойчивом состоянии, если имеет небольшие колебания, например, менее 1/10· $${\theta }_i^{Max}$$

между двумя последовательными горизонтами наблюдения. Конечно, может использоваться более сложное условие стабилизации в контексте настоящего изобретения, если требуется.A suitable value is ε _i ε _i = 1/10 · $${\theta }_i^{Max}$$

. It means that $${\theta }_i^{*}$$

is in a stable state if it has small fluctuations, for example, less than 1/10 $${\theta }_i^{Max}$$

between two consecutive observation horizons. Of course, a more complex stabilization condition can be used in the context of the present invention, if required.

Поскольку затронуто обновление администратора ресурсов уровня L2, в случае, в котором имеется приближающаяся перегрузка или освобождение полосы пропускания, задаются две пороговых величины, соответственно $${\theta }_i^{Max}$$

·Δ_up и $${\theta }_i^{Max}$$

·Δ_down. Приемлемыми значениями Δ_up и Δ_down являются соответственно 70% и 30%.Since the update of the L2 level resource manager is affected, in the case in which there is an approaching overload or bandwidth release, two threshold values are set, respectively $${\theta }_i^{Max}$$

Δ _up and $${\theta }_i^{Max}$$

Δ _down . Acceptable Δ _up and Δ _down values are 70% and 30%, respectively.

Это означает, что если условие (i) $${\theta }_i^{*}$$

≥ $${\theta }_i^{Max}$$

·Δ_up удовлетворено, принимающий решение DM_i должен информировать основной обрабатывающий модуль MAIN, администратора ресурсов уровня L2, что i-ая очередь напряжена чрезмерной нагрузкой трафика. Когда с другой стороны установлено условие (ii) $${\theta }_i^{*}$$

≤ $${\theta }_i^{Max}$$

·Δ_down, принимающий решения DM_i должен информировать основной обрабатывающий модуль MAIN администратора ресурсов уровня L2, что текущее распределение полосы частот для i-ой очереди является чрезмерным, то есть «чрезмерно» увеличенным по величине.This means that if condition (i) $${\theta }_i^{*}$$

≥ $${\theta }_i^{Max}$$

· Δ _up satisfied, the decision maker DM _i must inform the main processing module MAIN, resource manager level L2, that the i-th queue is stressed by excessive traffic load. When condition (ii) is established on the other hand $${\theta }_i^{*}$$

≤ $${\theta }_i^{Max}$$

· Δ _down , the decision maker DM _i must inform the main processing module MAIN of the L2 resource manager that the current allocation of the frequency band for the i-th queue is excessive, that is, "excessively" increased in value.

Когда оба условия не выполняются, это означает, что текущее распределение полосы пропускания для i-ой очереди является корректным, поскольку оно поддерживает корректный запас надежности по отношению к вычисленной потребности $${\theta }_i^{*}$$

полосы пропускания, чтобы предотвратить перегрузку в случае, в котором имеется быстрое возрастание трафика, не подвергаясь, однако, чрезмерному увеличению в размере.When both conditions are not fulfilled, this means that the current bandwidth allocation for the i-th queue is correct, because it maintains the correct margin of reliability with respect to the calculated demand $${\theta }_i^{*}$$

bandwidth to prevent congestion in the case in which there is a rapid increase in traffic, without, however, undergoing an excessive increase in size.

В заключение, Фиг. 8 и 9 касаются передачи сигнализации между объектами от системы согласно изобретению. Конкретно, на Фиг. 8 представлен обмен информацией между каждым модулем принятия решения DM_i, и основным обрабатывающим модулем MAIN администратора ресурсов уровня L2, и на Фиг. 9 представлен обмен информацией между администратором ресурсов уровня L2 и администратором ресурсов верхнего уровня L3.In conclusion, FIG. 8 and 9 relate to signaling transmission between objects from a system according to the invention. Specifically, in FIG. 8 illustrates the exchange of information between each DM _i decision module and the L2 main resource manager processing module MAIN, and FIG. 9 shows the exchange of information between the L2 resource manager and the L3 top-level resource manager.

Обмен информацией между каждым модулем DM_i принятия решения и основным обрабатывающим модулем MAIN администратора ресурсов уровня L2 обеспечивается определением подходящих связных примитивов внутри уровня L2, которые являются очень простыми и включают в себя следующие функции:The exchange of information between each decision module DM _i and the main processing module MAIN of the L2 level resource manager is provided by the determination of suitable connected primitives within the L2 level, which are very simple and include the following functions:

- в условии (i):- in condition (i):

Signal_of_L2internal_PreCongestionNotification(i, $${\theta }_i^{*}$$

) (сигнал внутреннего для L2 предварительного уведомления о перегрузке);Signal_of_L2internal_PreCongestionNotification (i, $${\theta }_i^{*}$$

) (internal signal for L2 prior notification of congestion);

- в условии (ii):- in condition (ii):

Signal_of_OverProvisioning(i, $${\theta }_i^{*}$$

).Signal_of_OverProvisioning (i, $${\theta }_i^{*}$$

)

Первая функция используется в случае, в котором удовлетворяется условие (i), тогда как второе - в случае, в котором удовлетворяется условие (ii), и оба запускаются запросом от относительного модуля DM_i принятия решения.The first function is used in the case in which condition (i) is satisfied, while the second is used in the case in which condition (ii) is satisfied, and both are triggered by a request from the relative decision module DM _i .

В случае, в котором основной обрабатывающий модуль MAIN, администратора ресурсов уровня L2 принимает сообщение:In the case in which the main processing module is MAIN, the L2 level resource manager receives the message:

Signal_of_L2internal_PreCongestionNotification(i, $${\theta }_i^{*}$$

)Signal_of_L2internal_PreCongestionNotification (i, $${\theta }_i^{*}$$

)

от модуля DM_i принятия решения, он может выбирать одно из трех возможных действий:from the decision module DM _i , he can choose one of three possible actions:

- повысить скорость обслуживания (распределенную полосу пропускания) для i-ой очереди (первый случай, указанный на фигуре) на приемлемую величину полосы пропускания согласно конкретной политике. Например, приемлемой политикой является повышение, обусловленное формулой- increase the service speed (distributed bandwidth) for the i-th queue (the first case indicated in the figure) by an acceptable amount of bandwidth according to a specific policy. For example, an acceptable policy is an increase due to the formula

= $${\theta }_i^{*}$$

+ $${\theta }_i^{*}$$

·Δ_increase

= $${\theta }_i^{*}$$

+ $${\theta }_i^{*}$$

Δ _increase

где Δ_increase=30%. Однако, специалисту в данной области техники будет ясно, что другие политики, еще более сложные, являются возможными и могут быть применены на практике, и в целом Δ_increase может находиться в интервале 0,1 и 0,9;where Δ _increase = 30%. However, it will be clear to a person skilled in the art that other policies, even more complex, are possible and can be applied in practice, and in general Δ _increase can be between 0.1 and 0.9;

- повторно назначить схему внутренней адресации потоков трафика между уровнем L3 и уровнем L2 (второй случай, иллюстрируемый на фигуре) согласно конкретной политике, чтобы уменьшить нагрузку от трафика для i-ой очереди. В этом случае последовательная величина $${\theta }_i^{*}$$

потребности полосы пропускания, в последовательном горизонте наблюдения модуля DM_i принятия решения должна быть ниже относительно текущей, или она может быть неизменной, пока является поддерживаемой;- re-assign the internal addressing scheme of traffic flows between the L3 level and the L2 level (the second case, illustrated in the figure) according to a specific policy in order to reduce the traffic load for the i-th queue. In this case, the sequential value $${\theta }_i^{*}$$

the bandwidth needs in the serial observation horizon of the decision module DM _i should be lower than the current one, or it can be unchanged while it is supported;

- выдать предупреждение администратору ресурсов уровня L3 (третий случай, иллюстрируемый на Фиг. 8, а также на Фиг. 9). Подробно, администратор ресурсов уровня L2 должен возложить на администратор ресурсов уровня L3 ответственность за ограничение нагрузки от трафика к i-ой очереди на уровне L2. В этом случае связной примитив между этими двумя уровнями принимает форму в рабочее состояние:- issue a warning to the L3 resource manager (third case illustrated in FIG. 8 as well as in FIG. 9). In detail, the L2 resource manager must assign the L3 resource manager responsibility for limiting the load from traffic to the i-th queue at the L2 level. In this case, the connected primitive between these two levels takes the form in working condition:

Signal_of_L2toL3_PreCongestionNotification(),Signal_of_L2toL3_PreCongestionNotification (),

где вызываемыми параметрами являются (TrafficClasses, $${\theta }_i^{Max}$$

).where the called parameters are (TrafficClasses, $${\theta }_i^{Max}$$

)

Первый параметр этой функции связи относится к идентификации вектора классов трафика на уровне L3, который выдает потенциальную перегрузку, вторым параметром является текущая величина для полосы пропускания, назначенной i-ой очереди, нагрузка от трафика которой считается чрезмерной. Следовательно, администратор ресурсов уровня L3 идентифицирует классы трафика, которые формируют состояние предварительной перегрузки на уровне L2, и может действовать, чтобы ограничить трафик в направлении уровня L2 согласно заданной политике вмешательства. Описание такой политики вмешательства, однако, находится вне рамок настоящего изобретения, поскольку различные выборы могут делаться на уровне L3 в зависимости от конкретной схемы качества обслуживания, примененной плоскостью управления уровня L3. Например, в случае, в котором плоскость управления уровня L3 использует протокол резервирования ресурса, администратор ресурсов уровня L3 может препятствовать, чтобы некоторые каналы для классов трафика передавались администратором ресурсов уровня L2. Количество каналов, подлежащих препятствованию, выводится в виде функции текущего значения $${\theta }_i^{Max}$$

. Политика препятствования, применяемая администратором ресурсов уровня L3, также выходит за рамки объема настоящего изобретения.The first parameter of this communication function relates to the identification of the traffic class vector at the L3 level, which gives out potential overload, the second parameter is the current value for the bandwidth assigned to the i-th queue, the traffic load of which is considered excessive. Therefore, the L3 resource manager identifies traffic classes that form the preload state at L2 and can act to restrict traffic in the direction of L2 according to a defined intervention policy. The description of such an intervention policy, however, is outside the scope of the present invention, since different choices can be made at the L3 level depending on the particular quality of service scheme applied by the L3 control plane. For example, in a case in which the L3 control plane uses a resource reservation protocol, the L3 resource manager may prevent some channels for traffic classes from being transmitted by the L2 resource manager. The number of channels to be obstructed is displayed as a function of the current value $${\theta }_i^{Max}$$

. The obstruction policy applied by the L3 resource manager is also outside the scope of the present invention.

Следует отметить, однако, что некоторые действия следует перенести с уровня L3 по меньшей мере на уровень планирования, если протокол резервирования не является доступным для поддержки действий в режиме реального времени, например, при использовании обычного способа DiffServ. Если администратор ресурсов уровня L3 не предпринял действий после приема сообщенияIt should be noted, however, that some actions should be transferred from L3 to at least the planning level if the backup protocol is not available to support real-time actions, for example, using the usual DiffServ method. If the L3 Resource Manager has not taken action after receiving the message

Signal_of_L2toL3_PreCongestionNotification(),Signal_of_L2toL3_PreCongestionNotification (),

то может иметься возможная перегрузка в ближайшем будущем, которая может обусловить, что соглашение по заданному уровню обслуживания не будет удовлетворено.there may be a possible congestion in the near future, which may lead to the fact that an agreement on a given level of service will not be satisfied.

Порядок приоритетов в администраторе ресурсов уровня L2 в выборе между вышеупомянутыми действиями должен быть таким, как показано выше. Основной логикой является то, что эти действия определяют модификации, которые влияют все более возрастающим образом на текущую структуру плоскости данных уровня L2 или даже на уровне L3 (в случае последнего действия). В попытке минимизации изменений в рабочих условиях шкала приоритетов является такой, которая указана, так что, например, последнее предложенное действие выполнялось только в случае, в котором предшествующие действия не могут применяться по некоторой причине. Различные политики могут применяться администратором ресурсов уровня L2, чтобы принять решение, могут ли применяться первые действия. Например, администратор ресурсов уровня L2 может обеспечивать следующее неравенствоThe priority order in the L2 level resource manager in choosing between the above actions should be as shown above. The basic logic is that these actions determine modifications that affect the current structure of the data plane of level L2 or even at level L3 in an increasingly increasing way (in the case of the last action). In an attempt to minimize changes in operating conditions, the priority scale is that indicated, so that, for example, the last proposed action was performed only in the case in which the previous actions cannot be applied for some reason. Various policies can be applied by the L2 resource manager to decide whether the first actions can be applied. For example, a L2 resource manager may provide the following inequality

где N_L2 - число очередей на уровне L2 и C - максимальная емкость канала.where N _L2 is the number of queues at the L2 level and C is the maximum channel capacity.

Если активация первого действия в очереди уровня L2 ведет к неуспешному достижению предшествующего условия, администратор ресурсов уровня L2, не может делать что-либо, кроме применения второго действия к такой очереди.If the activation of the first action in the L2 queue leads to an unsuccessful achievement of the previous condition, the L2 resource manager cannot do anything other than apply the second action to such a queue.

Другие условия для выбора из этих трех упомянутых выше действий могут обоснованно применяться в контексте настоящего изобретения.Other conditions for selecting from these three actions mentioned above may reasonably be applied in the context of the present invention.

В случае, в котором основной обрабатывающий модуль MAIN, администратора ресурсов уровня L2 принимает сообщениеIn the case in which the main processing module is MAIN, the L2 resource manager receives the message

Signal_of_OverProvisioning(i, $${\theta }_i^{*}$$

)Signal_of_OverProvisioning (i, $${\theta }_i^{*}$$

)

от модуля DM_i принятия решения (как указано внизу Фиг. 8), он может применить некоторую модель освобождения полосы пропускания в i-ой очереди, например типаfrom the decision module DM _i (as indicated below in Fig. 8), it can apply some model of bandwidth release in the i-th queue, for example,

при Δ_decrease 30%.at Δ _{decrease of} 30%.

Конечно, как упомянуто также относительно предшествующих случаев, более сложные политики повторного распределения могут применяться в контексте настоящего изобретения, и обычно Δ_decrease может находиться в интервале 0,1 и 0,9.Of course, as also mentioned in relation to the foregoing cases, more complex re-allocation policies can be applied in the context of the present invention, and typically Δ _decrease can be between 0.1 and 0.9.

Наконец, следует отметить, что могут быть определены другие примитивы для поддержки механизма распознавания посредством основного обрабатывающего модуля MAIN администратора ресурсов уровня L2 и участвующего модуля принятия решения после уведомления сообщенийFinally, it should be noted that other primitives can be defined to support the recognition mechanism through the main processing module MAIN of the L2 level resource manager and the participating decision-making module after notification of messages

Signal_of_L2internal_PreCongestionNotification()Signal_of_L2internal_PreCongestionNotification ()

иand

Signal_of_OverProvisioning()Signal_of_OverProvisioning ()

или посредством администратора ресурсов уровня L3 (L3RM) и посредством администратора ресурсов уровня L2 (L2RM) после приема сообщенияor through the L3 resource manager (L3RM) and through the L2 resource manager (L2RM) after receiving the message

Signal_of_L2toL3_PreCongestionNotification().Signal_of_L2toL3_PreCongestionNotification ().

Однако считается, что механизм распознавания этого типа не является обязательным, даже если каждая конкретная форма примитивов распознавания является когерентной со схемой управления распределением полосы пропускания, определенной согласно настоящему изобретению.However, it is believed that this type of recognition mechanism is not necessary, even if each particular form of recognition primitives is coherent with the bandwidth allocation control scheme defined according to the present invention.

Следует отметить, что предложенное осуществление для настоящего изобретения в предшествующем обсуждении дается просто в качестве примера, а не с целями ограничения. Специалист в данной области техники может легко реализовать изобретение с различными вариантами осуществления, которые, однако, не выходят за рамки представленных в общих чертах принципов, и которые, следовательно, охватываются настоящим патентом.It should be noted that the proposed implementation for the present invention in the preceding discussion is given merely as an example, and not for purposes of limitation. A person skilled in the art can easily implement the invention with various embodiments, which, however, do not go beyond the principles outlined, and which, therefore, are covered by this patent.

Это особенно действительно для возможности применения способа и системы согласно настоящему изобретению в разновидности осуществления, в котором шлюзовое устройство соединяет две части той же сети связи, где используются различные способы для обеспечения качество обслуживания (IntServ на DiffServ, IntServ на MPLS, DiffServ на MPLS, и так далее). В этом случае операция отображения состоит только из изменения в балансе агрегации трафика на уровне L3 согласно схемам взаимосвязанного QoS. Шлюзовое устройство действует в качестве как граничного маршрутизатора, например, между двумя частями наземной сети, и инкапсуляция или механизмы противо-замирания не применяются, а оно единственно обеспечивает процесс агрегации потоков трафика на уровне L3. Это по существу означает, что на стороне сети некоторыми классами трафика управляют отдельно, тогда как на противоположной стороне шлюза они комбинируются вместе.This is especially true for the possibility of applying the method and system according to the present invention in a variant implementation in which the gateway device connects two parts of the same communication network where different methods are used to ensure quality of service (IntServ on DiffServ, IntServ on MPLS, DiffServ on MPLS, and etc). In this case, the mapping operation consists only of a change in the traffic aggregation balance at the L3 level according to the interconnected QoS schemes. The gateway device acts as a border router, for example, between two parts of the terrestrial network, and encapsulation or anti-fading mechanisms are not used, and it only provides the process of aggregating traffic flows at the L3 level. This essentially means that on the network side, some classes of traffic are managed separately, while on the opposite side of the gateway they are combined together.

Настоящее изобретение, таким образом, решает в целом задачу распределения полосы пропускания потоку трафика в каждом варианте осуществления, в котором операции агрегации трафика имеют место в узле доступа к сети связи или к части сети на основании технологии, которая отличается от (части) сети источника трафика или для которой обеспечиваются различные схемы качества обслуживания, чтобы разделять или агрегировать классы трафика.The present invention thus solves the overall problem of bandwidth allocation to the traffic flow in each embodiment, in which traffic aggregation operations take place in an access node to a communication network or to a part of the network based on a technology that is different from (part) of the traffic source network or for which various QoS schemes are provided to separate or aggregate traffic classes.

Система для управления распределением полосы пропускания потокам трафика, передаваемым в узле доступа системы связи, согласно изобретению, может быть создана комбинацией аппаратно реализованных устройств или программно реализованных модулей обработки, которые приспособлены для исполнения компьютерной программы, или выполняются полностью в аппаратной форме или полностью в форме программного обеспечения. Компьютерная программа может содержать одно или более кодовых средств, включая команды, сохраненные на материальном носителе, как, например, носитель, который может быть считан процессором, возможно съемный носитель, который можно транспортировать (накопитель на жестком диске, ПЗУ на компакт-диске (CD-ROM), носитель памяти для постоянного запоминающего устройства (ROM), и подобное), или распространяться сервером в сети связи посредством любого заданного передающего средства и выполняться посредством системы обработки. Кроме того, передающее средство может быть материальным средством, подобным, например, оптической или электрической линии связи, или передающим средством на основании способов беспроводной связи (микроволн, инфракрасного излучения или других способов передачи). Кодовое средство, содержащее команды для процессора, может осуществлять все или части функциональных возможностей, описанных ранее. Конечно, такие команды могут быть написаны на любом из языков программирования, приспособленных, чтобы использоваться с любой архитектурой системы обработки или для любой операционной системы.A system for controlling the allocation of bandwidth to traffic streams transmitted in an access node of a communication system according to the invention can be created by a combination of hardware-implemented devices or software-implemented processing modules that are adapted to execute a computer program, or are executed entirely in hardware or in the form of software providing. A computer program may contain one or more code tools, including instructions stored on tangible media, such as media that can be read by the processor, possibly removable media that can be transported (hard disk drive, ROM on a CD (CD -ROM), a storage medium for read-only memory (ROM), and the like), or distributed by a server on a communication network via any predetermined transmission means and executed by a processing system. In addition, the transmitting means may be a tangible means, such as, for example, an optical or electric communication line, or transmitting means based on wireless communication methods (microwaves, infrared radiation or other transmission methods). A code means containing instructions for the processor may implement all or part of the functionality described previously. Of course, such commands can be written in any of the programming languages adapted to be used with any processing system architecture or for any operating system.

Например, при реализации вышеупомянутого способа, различные операции могут выполняться различными объектами, включенными в различные уровни предварительно выбранного стека протоколов, эти операции могут быть реализованы посредством программного обеспечения благодаря компьютерной программе, резидентной в области памяти, которая может считываться процессором, распределенным в каждом из таких объектов.For example, when implementing the aforementioned method, various operations can be performed by various objects included in different levels of a pre-selected protocol stack, these operations can be implemented by software thanks to a computer program resident in a memory area that can be read by a processor distributed in each of these objects.

Конечно, не влияя на принцип изобретения, варианты осуществления и подробности его реализации могут широко меняться по отношению к тому, что было описано и проиллюстрировано лишь в качестве неограничительного примера без выхода за рамки объема охраны изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.Of course, without affecting the principle of the invention, the embodiments and details of its implementation can vary widely with respect to what has been described and illustrated only as a non-restrictive example without going beyond the scope of protection of the invention defined by the attached claims.

Claims (27)

1. Способ управления потоками неоднородного трафика, осуществляющими доступ к сети связи (WN), причем узел (G) доступа сети управляет агрегацией потоков

трафика по меньшей мере в действительной очереди

передачи на заданном уровне (L2) протокола сети, включая распределение заданной полосы пропускания

упомянутой очереди

передачи, чтобы гарантировать соответствующее качество обслуживания

, установленное согласно соглашению об уровне обслуживания;
отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:
формируют виртуальную очередь

передачи, включающую в себя текущую репликацию агрегированного потока

трафика в действительной очереди

передачи,
измеряют по меньшей мере параметр, представляющий текущее качество обслуживания

, полученное на виртуальной очереди

передачи, в множестве заданных последовательных горизонтов (OH_i(k)) наблюдения;
динамически оценивают потребность полосы пропускания

виртуальной очереди

передачи, соответствующей качеству обслуживания, в виде функции значения, принимаемого упомянутым параметром в каждом горизонте наблюдения (OH_i(k)); и
изменяют полосу пропускания

, распределенную действительной очереди

передачи для последующего горизонта наблюдения (OH_i(k+1)), или ограничивают поток

трафика к очереди

согласно оцененной потребности

полосы пропускания.1. A method for controlling heterogeneous traffic flows accessing a communication network (WN), wherein the network access node (G) controls the aggregation of flows

traffic at least in a valid queue

transmission at a given level (L2) of the network protocol, including the allocation of a given bandwidth

mentioned queue

transfers to ensure consistent quality of service

established by service level agreement;
characterized in that it contains stages in which:
form a virtual queue

transfers including current aggregated stream replication

active queue traffic

transmission
measure at least a parameter representing current quality of service

received on virtual queue

transmission, in the set of predetermined successive horizons (OH _i (k)) observations;
dynamically evaluate bandwidth requirements

virtual queue

transmission corresponding to the quality of service, in the form of a function of the value received by the mentioned parameter in each observation horizon (OH _i (k)); and
change bandwidth

allocated to a valid queue

transmissions for the subsequent observation horizon (OH _i (k + 1)), or restrict the flow

queue traffic

according to estimated need

bandwidth. 2. Способ по п. 1, в котором упомянутый параметр, представляющий качество обслуживания, выбирают из группы параметров, содержащей допустимый уровень потерь пакетов данных, допустимую задержку передачи пакета данных, допустимый джиттер в передаче пакета данных.2. The method according to claim 1, wherein said parameter representing the quality of service is selected from a group of parameters containing an acceptable level of data packet loss, an acceptable delay in transmitting a data packet, an acceptable jitter in transmitting a data packet. 3. Способ по п. 1 или 2, в котором оценивание динамически потребности

полосы пропускания в заданном горизонте наблюдения (OH_i(k)) включает в себя этап, на котором вычисляют ошибку (e_j(·,k)) между значением параметра, представляющего текущее качество обслуживания

, и значением параметра, представляющего качество обслуживания

, требуемое соглашением об уровне обслуживания.3. The method according to p. 1 or 2, in which the assessment of dynamic needs

bandwidth in a given observation horizon (OH _i (k)) includes the step of calculating the error (e _j (·, k)) between the value of the parameter representing the current quality of service

, and a value representing a quality of service

required by a service level agreement. 4. Способ по п. 1, содержащий этап, на котором определяют потребность

полосы пропускания, оцениваемой для последующего горизонта наблюдения (OH_i(k+1)) согласно общему выражению:

где F(·) является заданным алгоритмом для оценки полосы пропускания, и

управляет выбором наивысшего значения потребности

полосы пропускания среди различных классов трафика на сетевом уровне (L3) протокола.4. The method according to p. 1, containing the stage at which determine the need

bandwidth estimated for the next observation horizon (OH _i (k + 1)) according to the general expression:

where F (·) is a given algorithm for estimating the bandwidth, and

controls the selection of the highest requirement value

bandwidth among various classes of traffic at the network layer (L3) of the protocol. 5. Способ по п. 4, в котором алгоритм F(·) оценки сформулирован в виде

где η_k является величиной шагов градиента, если параметр, представляющий качество обслуживания, является вероятностью потери пакета или средней задержкой передачи пакета.5. The method according to p. 4, in which the evaluation algorithm F (·) is formulated as

where η _k is the magnitude of the gradient steps if the parameter representing the quality of service is the probability of packet loss or the average transmission delay of the packet. 6. Способ по п. 4, в котором алгоритм F(·) оценки сформулирован в виде

причем e_j(·) является пропорциональным компонентом, ^de_j(·) - производным компонентом и ⁱe_j(·) - интегральным компонентом пропорционально-интегрально-дифференциального закона (PID) оценки и ω_p, ω_d и ω_i являются соответствующими параметрами регулирования.6. The method according to p. 4, in which the algorithm F (·) estimates are formulated as

moreover, e _j (·) is a proportional component, ^d e _j (·) is a derivative component and ⁱ e _j (·) is an integral component of the proportional-integral-differential law (PID) estimates and ω _p , ω _d and ω _i are corresponding regulation parameters. 7. Способ по п. 3, в котором измерение по меньшей мере параметра, представляющего качество обслуживания

, отображенное на заданный уровень (L2) протокола, используемый для вычисления величин ошибки (e_j(·,k)) между значением параметра, представляющего текущее качество обслуживания

, и значением параметра, представляющего качество обслуживания

, требуемое соглашением об уровне обслуживания, представляет качество обслуживания

, связанное с потоками трафика

по полному пути прохождения до целевого узла сети.7. The method of claim 3, wherein measuring at least a parameter representing quality of service

mapped to a given protocol level (L2) used to calculate error values (e _j (·, k)) between a parameter value representing the current quality of service

, and a value representing a quality of service

required by a service level agreement represents service quality

related to traffic flows

along the full path to the target network node. 8. Способ по п. 3, в котором измерение по меньшей мере параметра, представляющего качество обслуживания

, отображенное на заданный уровень (L2) протокола, используемого для вычисления величин ошибки (e_j(·,k)) между значением параметра, представляющего текущее качество обслуживания

, и значением параметра, представляющего качество обслуживания

, требуемое соглашением об уровне обслуживания, представляет качество обслуживания

, связанное с потоками

трафика по части пути прохождения к целевому узлу сети.8. The method of claim 3, wherein measuring at least a parameter representing quality of service

mapped to a given level (L2) of the protocol used to calculate error values (e _j (·, k)) between the value of the parameter representing the current quality of service

, and a value representing a quality of service

required by a service level agreement represents service quality

thread related

traffic along the path to the target network node. 9. Способ по п. 1, в котором динамическое оценивание потребности

полосы пропускания в заданном горизонте наблюдения (OH_i(k)) включает в себя этап, на котором вычисляют эквивалентную полосу пропускания для каждого горизонта наблюдения (OH_i(k)) согласно общему выражению:

где F(·) является заданным алгоритмом для оценки полосы пропускания, m_i(k) и σ_i(k) являются средним значением и стандартным отклонением, соответственно, обработки интенсивности входящего потока для очереди

передачи на горизонте наблюдения (OH_i(k)), PLP^* _EqB является самым строгим требованием для вероятности потери пакета среди различных классов трафика на сетевом уровне (L3) протокола, передаваемого через очередь передачи

, и

управляет выбором наивысшего значения потребности полосы пропускания

среди различных классов трафика на сетевом уровне (L3) протокола.9. The method according to p. 1, in which the dynamic needs assessment

bandwidth in a given observation horizon (OH _i (k)) includes the step of calculating the equivalent bandwidth for each observation horizon (OH _i (k)) according to the general expression:

where F (·) is a given algorithm for estimating the bandwidth, m _i (k) and σ _i (k) are the average value and standard deviation, respectively, of the processing of the input stream intensity for the queue

transmission on the observation horizon (OH _i (k)), PLP ^* _EqB is the most stringent requirement for the probability of packet loss among different classes of traffic at the network layer (L3) of the protocol transmitted through the transmission queue

, and

controls the selection of the highest bandwidth requirement

among various classes of traffic at the network layer (L3) of the protocol. 10. Способ по п. 1, в котором динамическое оценивание потребности

полосы пропускания в заданном горизонте наблюдения (OH_i(k+1)) включает в себя стабилизацию оцененной потребности полосы пропускания

при удовлетворении условия сходимости:

причем ε_i является заданным порогом стабилизации между двумя последовательными горизонтами наблюдения (OH_i(k); OH_i(k+1)).10. The method according to p. 1, in which the dynamic assessment of needs

bandwidth in a given observation horizon (OH _i (k + 1)) includes stabilization of the estimated bandwidth needs

if the convergence condition is satisfied:

moreover, ε _i is a given stabilization threshold between two successive observation horizons (OH _i (k); OH _i (k + 1)). 11. Способ по п. 1, в котором временная размерность горизонта наблюдения (OH_i(k)) находится в интервале [1,360] с.11. The method according to p. 1, in which the temporal dimension of the observation horizon (OH _i (k)) is in the range [1,360] C. 12. Способ по п. 1, в котором для каждой действительной очереди

передачи первоначально выделяют начальную полосу пропускания

, которая установлена на основе планирования в зависимости от доступного прогноза трафика.12. The method of claim 1, wherein for each valid queue

transmissions initially allocate initial bandwidth

, which is established on the basis of planning, depending on the available traffic forecast. 13. Способ по п. 1, содержащий этап, на котором определяют условие приближающейся перегрузки при установлении отношения

, где

является заданным порогом сравнения, причем Δ_up составляет 0,7.13. The method according to p. 1, containing a stage on which to determine the condition of the approaching overload when establishing a relationship

where

is a predetermined comparison threshold, with Δ _up being 0.7. 14. Способ по п. 1, содержащий этап, на котором определяют условие освобождения полосы пропускания при установлении отношения

, где

является заданным порогом сравнения, причем Δ_down составляет 0,3.14. The method according to p. 1, containing a stage on which to determine the condition for the release of bandwidth when establishing a relationship

where

is a predetermined comparison threshold, with Δ _down being 0.3. 15. Способ по п. 13, включающий в себя этап, на котором при определении условия приближающейся перегрузки:
увеличивают полосу пропускания

, распределенную действительной очереди передачи

для последующего горизонта наблюдения (OH_i(k+1)) в заданную величину, в виде

где Δ_increase находится в интервале [0,1; 0,9];
или, в качестве альтернативы, в порядке уменьшения приоритета
ограничивают поток

трафика к очереди

в соответствии с оценкой потребности

полосы пропускания.15. The method according to p. 13, which includes the stage at which when determining the conditions of the approaching overload:
increase bandwidth

allocated to a valid transmission queue

for the subsequent observation horizon (OH _i (k + 1)) to a given value, in the form

where Δ _increase is in the range [0,1; 0.9];
or, alternatively, in decreasing order of priority
restrict flow

queue traffic

according to needs assessment

bandwidth. 16. Способ по п. 13, включающий в себя этап, на котором при определении условия освобождения полосы пропускания уменьшают полосу пропускания

, распределенную действительной очереди

передачи для последующего горизонта наблюдения (OH_i(k+1)), в заданную величину, в виде

где Δ_decrease находится в интервале [0,1; 0,9].16. The method according to p. 13, which includes the stage at which when determining the conditions for the release of the bandwidth reduce the bandwidth

allocated to a valid queue

transmission for the subsequent observation horizon (OH _i (k + 1)), in a given value, in the form

where Δ _decrease is in the range [0,1; 0.9]. 17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что его выполняют на сетевом уровне (L3) стека протоколов связи, выполняющего агрегацию потоков

неоднородного трафика без изменения формата инкапсуляции пакетов данных путем отображения заданного качества обслуживания

между различными протоколами, действующими на том же сетевом уровне (L3).17. The method according to p. 1, characterized in that it is performed at the network level (L3) of the communication protocol stack performing aggregation of flows

non-uniform traffic without changing the encapsulation format of data packets by displaying the specified quality of service

between different protocols operating at the same network layer (L3). 18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что его выполняют на
уровне (L2) канала данных стека протоколов связи, выполняющего агрегацию потоков неоднородного трафика

от верхнего сетевого уровня (L3) путем инкапсуляции пакетов данных каждого потока в кадре данных, назначенном очереди

передачи, предназначенной для транспортирования на физическом канале передачи, путем отображения качества обслуживания

, заданного на верхнем сетевом уровне (L3) стека протоколов.18. The method according to p. 1, characterized in that it is performed on
level (L2) of the data channel of the communication protocol stack, performing aggregation of heterogeneous traffic flows

from the upper network layer (L3) by encapsulating the data packets of each stream in the data frame assigned to the queue

transmission intended for transportation on a physical transmission channel by displaying the quality of service

defined at the upper network layer (L3) of the protocol stack. 19. Система для управления потоками

неоднородного трафика, осуществляющими доступ к сети связи (WN), содержащая один или более модулей обработки, запрограммированных для реализации плоскости управления (CP_L2) и плоскости данных (UP_L2), выполненных с возможностью выполнения агрегации упомянутых потоков

трафика по меньшей мере в действительной очереди

передачи на заданном протокольном уровне (L2) сети для транспортирования потоков трафика по меньшей мере на канале передачи,
отличающаяся тем, что плоскость данных (UP_L2) включает в себя виртуальную очередь

передачи, включающую в себя текущую репликацию агрегированного потока

трафика в действительной очереди

передачи; и плоскость управления (CP_L2) включает в себя модуль администратора ресурсов (L2RM), выполненный с возможностью
измерять по меньшей мере параметр, представляющий текущее качество обслуживания

, полученный на виртуальной очереди передачи

, в множестве заданных последовательных горизонтов наблюдения (OH_i(k)),
динамически оценивать потребность

полосы пропускания виртуальной очереди передачи

, чтобы гарантировать соответствующее качество обслуживания

, установленное согласно соглашению об уровне обслуживания, в виде функции значения, принимаемого упомянутым параметром; и
изменять полосу

пропускания, распределенную действительной очереди

передачи для последующего горизонта наблюдения (OH_i(k+1)), или ограничивать поток

трафика к упомянутой очереди

в соответствии с оценкой потребности

полосы пропускания,
причем плоскость управления (CP_L2) и плоскость данных (UP_L2) выполнены с возможностью выполнения способа управления потоками неоднородного трафика, осуществляющими доступ к сети.19. Flow control system

heterogeneous traffic accessing a communication network (WN) comprising one or more processing modules programmed to implement a control plane (CP _L2 ) and a data plane (UP _L2 ) _configured to perform aggregation of said flows

traffic at least in a valid queue

transmitting at a given protocol level (L2) of the network for transporting traffic flows at least on the transmission channel,
characterized in that the data plane (UP _L2 ) includes a virtual queue

transfers including current aggregated stream replication

active queue traffic

transmission; and the control plane (CP _L2 ) includes a resource manager module (L2RM) configured to
measure at least a parameter representing current quality of service

received on virtual transfer queue

, in the set of successive observation horizons (OH _i (k)),
dynamically assess need

virtual transmission queue bandwidth

to guarantee an appropriate quality of service

established in accordance with a service level agreement as a function of the value accepted by the parameter; and
change lane

bandwidth allocated to a valid queue

transmission for the subsequent observation horizon (OH _i (k + 1)), or restrict the flow

traffic to said queue

according to needs assessment

bandwidth
moreover, the control plane (CP _L2 ) and the data plane (UP _L2 ) are configured to perform a method for controlling flows of heterogeneous traffic accessing the network. 20. Система по п. 19, в которой администратор ресурсов (L2RM) плоскости управления (CP_L2) для уровня (L2) канала данных содержит множество модулей (DM_i) принятия решения, каждый из которых ассоциирован с соответственной виртуальной очередью

передачи для оценивания связанной потребности

полосы пропускания, чтобы удовлетворять уровням

качества обслуживания для потоков

, передаваемых в соответствующей действительной очереди

передачи.20. The system of claim 19, wherein the resource manager (L2RM) of the control plane (CP _L2 ) for the data channel layer (L2) comprises a plurality of decision modules (DM _i ), each of which is associated with a respective virtual queue

gears for assessing related needs

bandwidth to suit levels

quality of service for flows

transmitted in the corresponding valid queue

transmission. 21. Система по п. 20, в которой каждый модуль (DM_i) принятия решения на основе оценки потребности

полосы пропускания выполнен с возможностью передавать сообщение «приближающаяся перегрузка» или сообщение «освобождение полосы пропускания» на основной обрабатывающий модуль (MAIN) в администраторе ресурсов (L2RM).21. The system of claim 20, wherein each decision module (DM _i ) based on a needs assessment

bandwidth is configured to transmit an upcoming congestion message or a bandwidth free message to the main processing module (MAIN) in the resource manager (L2RM). 22. Система по п. 21, в которой администратор ресурсов (L2RM) уровня канала данных (LM) выполнен с возможностью сообщения по меньшей мере администратору ресурсов более высокого уровня (L3RM), что не являются доступными достаточные ресурсы полосы пропускания для поддержки необходимого качества обслуживания

относительно текущего потока

трафика.22. The system of claim 21, wherein the data link layer (LM) resource manager (L2RM) is configured to inform at least a higher level resource manager (L3RM) that sufficient bandwidth resources are not available to support the required quality of service

relative to the current thread

traffic. 23. Узел доступа сети связи, содержащий систему для управления потоками трафика по любому из пп. 19-22.23. An access node of a communication network comprising a system for controlling traffic flows according to any one of paragraphs. 19-22. 24. Узел доступа сети связи по п. 23, отличающийся тем, что включает в себя шлюзовое устройство (G), выполненное с возможностью соединения между собой двух локальных и/или глобальных сетей (TN, WN) с различными архитектурами, и является выполненным с возможностью выполнения преобразования протоколов связи и выполнения процесса агрегации потоков

трафика на уровне (L2) канала данных протокола.24. The access node of the communication network according to claim 23, characterized in that it includes a gateway device (G) configured to connect two local and / or wide area networks (TN, WN) with different architectures, and is made with the ability to perform communication protocol conversion and thread aggregation

traffic at the level (L2) of the protocol data channel. 25. Узел доступа сети связи по п. 23, отличающийся тем, что включает в себя шлюзовое устройство (G), действующее в качестве граничного маршрутизатора, выполненное с возможностью соединения между собой двух частей той же сети связи (TN; WN), где используются два различных способа поддержки необходимого качества обслуживания

, и является выполненным с возможностью выполнения процесса агрегации потоков

трафика на сетевом уровне (L3) протокола.25. The access node of the communication network according to claim 23, characterized in that it includes a gateway device (G) acting as an edge router, configured to connect two parts of the same communication network (TN; WN), where two different ways to maintain the required quality of service

, and is configured to perform a process of aggregation of flows

traffic at the network layer (L3) protocol. 26. Сеть связи, содержащая по меньшей мере узел доступа по одному из пп. 23-25.26. A communication network comprising at least an access node according to one of claims. 23-25. 27. Машиночитаемый материальный носитель, на котором сохранена компьютерная программа, содержащая кодовое средство, включающее в себя команды для выполнения способа управления потоками неоднородного трафика, осуществляющими доступ к сети связи (WN), по любому из пп. 1-18. 27. A computer-readable material medium on which a computer program is stored comprising code means including instructions for executing a method for controlling heterogeneous traffic flows accessing a communication network (WN) according to any one of paragraphs. 1-18.

Images