Brevet FR2874469A1 — publié le 20060224

L'invention concerne une méthode et un dispositif permettant de gérer la qualité de service de proche en proche au sein d'un réseau de communications comportant plusieurs artères reliées entre elles par un dispositif de routage par exemple. L'invention s'applique pour le transport de flux multimédia sur un réseau maillé fondé sur le protocole IP (Internet Protocol). Dans certains réseaux de télécommunications, la gestion de la qualité de service à un niveau global, services différenciés ou Diffserv, n'est pas suffisante. II s'avère également nécessaire de gérer dynamiquement des flux orientés-connexion ayant chacun des paramètres de qualité de service (QoS) spécifiques tels que la précédence, le temps de latence, la gigue, la sensibilité à la perte, la largeur de bande. Pour chacun de ces flux, il est nécessaire de gérer: o Le contrôle d'admission des connexions avec un protocole de signalisation, o Le routage des flux dans un réseau maillé selon la disponibilité des ressources dans le réseau, o Le contrôle de l'émission des données utilisateurs conformément aux réservations effectuées préalablement. Une gestion de la qualité de service par flux est fondée principalement sur les mécanismes de réservation des ressources qui tiennent compte des paramètres de qualité de service ou QoS. La réservation des ressources est fondée sur des protocoles de signalisation (H.323 ou SIP). DiffServ offre trois classes de service: o La classe de service correspondant à la priorité maximale qui permet de minimiser le délai et sa variation pour un trafic en temps réel ou Expedited Forwarding (EF) est supposée être utilisée pour des services multimédia et vidéo nécessitant des capacités en temps réel (temps de latence, gigue). o La classe de service qui permet la transmission des données sans tenir compte des latences ou des variations de délai ou Assured 35 Forwarding (AF) est supposée être utilisée pour les services de données qui exigent des garanties de bande passante (largeur de bande, faibles pertes). o La classe de service de priorité basse ou Best Effort (BE) qui est utilisée pour les services n'ayant pas de contrainte de bande 5 passante, de temps de latence, de gigue. Le modèle DiffServ n'a pas standardisé de protocole de signalisation, pour éviter la mémorisation de contextes dans les routeurs. Ce modèle a été développé par l'IETF pour résoudre le passage à l'échelle de l'internet. Le modèle DiffServ a été spécifié pour des opérateurs de réseau de télécommunications. Ce modèle requiert une planification du réseau correspondant au niveau de service requis par les usagers connectés au réseau. Ce modèle fonctionne correctement si le coeur du réseau dispose de suffisamment de ressources et si ces ressources sont correctement planifiées. Généralement, les ressources réseau sont explicitement réservées par l'opérateur pour le réseau établi pour son client. Dans le cas d'applications ayant des contraintes de mobilité globale et/ou des contraintes de ressources présentes dans le coeur du réseau inférieures aux besoins globaux, la planification de ressources n'est plus possible. Pour ces cas, il s'avère utile: o de réserver des ressources faisant partie d'une classe de Service pour le temps d'une communication. Cette réservation est effectuée avec un protocole de signalisation. o de rendre ces ressources au système quand la communication est 25 terminée, cas typique la communication phonie. La méthode selon l'invention repose notamment sur les principes suivants: o la réservation de ressources est gérée par un mécanisme de contrôle d'admission des connexions, qui contrôle l'établissement des flux selon: le type de la communication, les ressources disponibles et aussi la précédence de la communication. o en raison des changements fréquents de topologie du réseau, le contrôle d'admission des connexions (CAC) est présent dans chaque noeud du réseau et de ce fait est distribué sur le réseau. La fonction de CAC, comme dans un réseau orienté connexion, réserve les ressources de proche en proche lors de l'établissement de la connexion. Ces ressources sont réservées sur les artères supports de la communication. o un protocole de routage spécifique peut être développé pour tenir compte de l'évolution de la réservation de ressources sur les artères du coeur de réseau (routage QoS, recherche de route par inondation, etc.) o Une fois la communication établie la méthode s'assure que tous les paquets d'une même connexion suivent la route sur laquelle les ressources ont été réservées pour cette communication. L'invention concerne une méthode pour gérer la qualité de service de proche en proche dans un réseau de communications par paquets comportant plusieurs artères reliées entre elles par un routeur, le réseau supportant un protocole de signalisation, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins au niveau de chaque routeur une étape de réservation des ressources sur les artères de proche en proche et une étape assurant une fois la communication établie que les paquets d'une même connexion suivent le chemin entre la source d'émission et la destination sur laquelle les ressources ont été réservées. Les réservations de ressources sont par exemple effectuées lors de la propagation de la signalisation de coeur de réseau. La méthode peut comporter les étapes suivantes: É Etablir et libérer dynamiquement des circuits requis soit par le niveau applicatif, soit par un utilisateur, É Réserver les ressources sur les artères pour chaque circuit établi; à chaque réservation est associée la largeur de bande, la précédence de la réservation, et la classe de service qui englobe cette ressource, É Assurer la préemption d'une communication, s'il n'y a pas suffisamment de ressources disponibles pour une nouvelle communication ayant un niveau de priorité plus élevé. Le routage est par exemple fondé : o soit sur la table d'acheminement présente dans les routeurs o soit sur un protocole de routage de niveau applicatif. La méthode utilise par exemple un réseau IP. L'invention concerne aussi un dispositif pour gérer la qualité de service de proche en proche dans un réseau de communications comportant plusieurs artères reliées entre elles au moyen d'un routeur, et un protocole de signalisation caractérisé en ce que chaque routeur ou noeud du réseau comprend un moyen adapté à réserver les ressources de proche en proche et un moyen adapté pour garantir que les paquets d'une même communication suivent la même route sur laquelle le protocole de signalisation a préalablement réservé les ressources pour la communication. Le dispositif comporte par exemple un moyen adapté à : É établir et libérer de manière dynamique les circuits requis soit par le niveau applicatif, soit par un utilisateur, É router les communications selon des tables d'acheminement (présentes dans le routeur ou élaborée par un protocole de routage tenant compte des réservations effectuées), É réserver les ressources sur les artères pour chaque circuit établi; et associer à chaque réservation la largeur de bande, la précédence de la réservation, et la classe de service qui englobe cette ressource, É gérer la préemption d'une communication s'il n'y a pas suffisamment de ressources disponibles pour une nouvelle communication ayant un niveau de priorité plus élevé. Le réseau est par exemple un réseau maillé fondé sur le protocole IP. L'invention concerne aussi un composant pour gérer la qualité de service au sein d'un réseau de communications comprenant plusieurs 25 artères comportant au moins les éléments suivants: É une interface de configuration du système, É une interface de gestion des artères, É un gestionnaire des ressources, É une pile de protocoles de signalisation, É une interface avec la signalisation usager, É une interface avec la signalisation réseau, L'invention présente notamment les avantages suivants: Elle permet notamment de contrôler l'état des réservations de ressources d'une artère sur un réseau de télécommunications avant de propager l'appel objet d'une communication multimédia, par exemple. Le contrôle étant réalisé à chaque bond au niveau de chaque artère d'un réseau maillé, la qualité de service de la communication multimédia peut, de cette façon, être garantie de bout en bout. Le type d'organisation selon l'invention offre l'avantage de fonctionner lorsque la bande passante disponible sur les artères du réseau est faible, car il permet la mise en oeuvre de mécanismes de contrôle d'admission des connexions sur les artères du réseau de communications. L'organisation permet aussi de s'assurer que les paquets d'une même communication suivent tous la même route sur laquelle le protocole de signalisation a préalablement réservé les ressources pour la communication, alors que le routage IP peut désigner d'autres routes optimales. Le système objet de la présente invention permet également la réservation de ressources réseau pour les boucles OODA (ou en anglo-saxon Observe Oriente Decide and Act)) des applications NCW ( Network Centric Warfare). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple donné à titre illustratif et nullement limitatif annexée des figures qui représentent: o La figure 1 un diagramme fonctionnel de la méthode selon l'invention, o La figure 2 un diagramme général présentant les différents sujets traités par la méthode selon l'invention, o La figure 3 un exemple d'architecture d'un réseau de communications utilisant la méthode. Afin de mieux faire comprendre l'invention, la description qui suit donnée à titre illustratif et nullement limitatif concerne un réseau de télécommunications utilisant le modèle Diffserv combiné avec un protocole de signalisation permettant de contrôler les ressources de réseau. Le routage de proche en proche peut être assimilé à la création d'un réseau de circuit en parallèle ou overlay sur un coeur de réseau datagramme. Le circuit overlay opère sur un ensemble de liens privés installés dans une infrastructure opérateur partagée, par exemple. Les circuits sont établis dynamiquement avec un protocole de signalisation, tel que H.323 ou SIP développés par les organismes internationaux. La demande d'établissement de circuit est faite par l'utilisateur qui requiert un circuit applicatif pour un flux donné (exemple: le flux de parole, la visioconférence, etc.). L'établissement du circuit est géré par un serveur local LCC (en anglo-saxon Local Cali Control, Gatekeeper H.323, serveur SIP). La signalisation de coeur de réseau est également fondée sur les standards ITU ou IETF (H.323, SIP). Cette signalisation propage dans le coeur de réseau le besoin de l'utilisateur ou de l'application. Les réservations de ressources sont effectuées de proche en proche lors de cette propagation. La figure 1 schématise un diagramme fonctionnel d'un composant de gestion de la qualité de service selon l'invention. II comporte par exemple: o Une interface de configuration du système ou en anglo-saxon ACS;1, 15 o Une interface de gestion des artères;2, o Une interface de commande du routeur;3, o Un gestionnaire des ressources ou CAC ayant notamment pour fonctions: la connexion, l'admission, l'allocation des ressources au fil du temps, et la gestion des préemptions des communications;4, 20 o Une pile de protocoles de signalisation;5, o Une interface avec la signalisation usager (LCC) ;6, o Une interface avec la signalisation réseau (QSM) ;7, o Un protocole de routage intégré ;8, o Un module de contrôle général du gestionnaire de ressources 25 QSM;9. Le module de contrôle général 9 est notamment chargé de la distribution des informations de niveau artères (état, topologie, bande passante, etc) vers les modules internes de QSM (routage, gestion CAC). Ce module est également chargé de la reconfiguration des files d'attente du routeur, si la bande passante disponible sur le lien change. Le module CAC 4 mémorise la réservation de ressources effectuée lors de l'établissement des circuits. Pour chaque réservation, ce module mémorise la réservation de bande passante, la précédence et aussi la classe de service (EF, AF1, AF2). Ces paramètres sont utilisés pour effectuer le contrôle d'admission des nouvelles connexions. Le module CAC élabore un calcul de latence moyenne pour la communication. Si cette latence dépasse un maximum admissible pour la communication, le contrôle d'admission rejette la communication (par exemple, dans le cas où il y a plus de 2 bonds satellite pour un appel téléphonique). La latence de la communication est la somme de toutes les latences de la communication (compression, latences des artères, buffering). Le module de routage et découverte 8 peut ne pas être présent selon les protocoles utilisés. Dans ce cas, le module QSM lit la table de routage pour obtenir la ou les routes vers le serveur de destination (LCC) et propage la demande de connexion sur cette route. La pile de signalisation 5, prend en compte le protocole d'accès géré par le LCC et gère les protocoles de signalisation propagés sur le réseau. Ces protocoles sont conformes aux standards établis par l'ITU et l'IETF. Des informations complémentaires, nécessaires à l'établissement de la communication sont transportés dans un Elément d'information d'utilisateur à utilisateur (UUIE), par exemple, l'adresse de serveur de destination, la précédence de la communication, la latence moyenne sur la route, etc. Fonctionnellement, la méthode selon l'invention fonctionne de la manière suivante. La méthode assure: É Dynamiquement l'établissement et la libération des circuits requis soit par le niveau applicatif, soit par un utilisateur (téléphonie, par exemple) ; É La réservation de ressources sur les artères pour chaque circuit établi; à chaque réservation est associée la largeur de bande, la précédence de la réservation, et la classe de service qui englobe cette ressource, É La préemption d'une communication, s'il n'y a pas suffisamment de 30 ressources disponibles pour une nouvelle communication ayant un niveau de priorité plus élevé, É Les routes permettant de joindre le serveur LCC de destination en charge de la communication; le routage peut être fondé : o Soit sur la table d'acheminement présente dans les routeurs, 35 dans ce cas, l'établissement est envoyé au serveur de destination (LCC) selon la route optimale élaborée par le protocole de routage du routeur, en cas de routes équivalentes, il est possible d'explorer des routes alternatives, o Soit sur un protocole de routage de niveau applicatif (routage QoS, recherche de route par inondation, etc.) É Les paquets successifs d'un même flux sont acheminés sur les mêmes artères, même lorsque la topologie du réseau change La figure 2 schématise un diagramme comportant dans sa partie supérieure, les actions gérées classiquement par un routeur selon l'art antérieur et dans sa partie inférieur les différents sujets traités par la méthode selon l'invention désignée QSM. La figure 3 représente un exemple de mise en oeuvre de la méthode au sein d'un réseau comportant plusieurs routeurs QSM selon l'invention. Les routeurs sont reliés par des artères. Un routeur est en liaison avec un serveur de destination LCC. 2874469 f REVENDICATIONS 1 Procédé pour gérer la qualité de service de proche en proche dans un réseau de communications par paquets comportant plusieurs artères reliées entre elles par un routeur, le réseau supportant un protocole de signalisation, caractérisé en ce qu'il comporte au moins au niveau de chaque routeur une étape de réservation des ressources sur les artères de proche en proche et une étape assurant une fois la communication établie que les paquets d'une même connexion suivent le chemin entre la source d'émission et la destination sur laquelle les ressources ont été réservées. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les réservations de ressources sont effectuées lors de la propagation de la signalisation de coeur de réseau. 3 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte: É Dynamiquement l'établissement et la libération des circuits requis soit par le niveau applicatif, soit par un utilisateur, É La réservation de ressources sur les artères pour chaque circuit établi; à 20 chaque réservation est associée la largeur de bande, la précédence de la réservation, et la classe de service qui englobe cette ressource, É La préemption d'une communication, s'il n'y a pas suffisamment de ressources disponibles pour une nouvelle communication ayant un niveau de priorité plus élevé. 4 Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le routage est fondé : o soit sur la table d'acheminement présente dans les routeurs o soit sur un protocole de routage de niveau applicatif. 5 Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il utilise un réseau I P. 6 - Dispositif pour gérer la qualité de service de proche en proche dans un réseau de communications comportant plusieurs artères reliées entre elles au moyen d'un routeur, et un protocole de signalisation caractérisé en ce que chaque routeur ou noeud du réseau comprend un moyen adapté à réserver les ressources de proche en proche et un moyen adapté pour garantir que les paquets d'une même communication suivent la même route sur laquelle le protocole de signalisation a préalablement réservé les ressources pour la communication. 7 Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen adapté à : É établir et libérer de manière dynamique les circuits requis soit par le niveau applicatif, soit par un utilisateur; É router les communications selon des tables d'acheminement, É réserver les ressources sur les artères pour chaque circuit établi; et associer à chaque réservation la largeur de bande, la précédence de la réservation, et la classe de service qui englobe cette ressource, É gérer la préemption d'une communication s'il n'y a pas suffisamment de ressources disponibles pour une nouvelle communication ayant un niveau de priorité plus élevé. 8 Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7 caractérisé en ce que le réseau est un réseau maillé fondé sur le protocole IP. 9 Composant pour gérer la qualité de service au sein d'un réseau de 20 communications comprenant plusieurs artères selon un procédé d'une des revendications 1 à 5 comportant au moins les éléments suivants: É une interface de configuration du système, É une interface de gestion des artères, É un gestionnaire des ressources, É une pile de protocoles de signalisation, É une interface avec la signalisation usager, É une interface avec la signalisation réseau, É un protocole de routage intégré, É un module de contrôle du gestionnaire de ressources.