JP5966092B2 - コンテンツベースの過負荷保護 - Google Patents

Description

本発明は、情報処理システムにおけるリソース管理を対象とする。より具体的には、本発明は、通信パケットを処理するためのサービングゲートウェイノード（ＳＧＮ）に関し、そうしたノードでの過負荷保護と共に、それらのための方法に関係する。

ハードウェアリソースは無限ではないことから、当分野では、ルータといったノードの処理においてリソース管理を確実化するための手段として、コンテンツ固有フィルタリング（content-specific filtering）を使用することが提案されてきた。

そうしたフィルタリングが関与するところでは、アプリケーション及び通信プロトコルが分類されるのみならず、交換されるコンテンツがＤＰＩ（deep packet inspection）及びパケット分類機能性によって検査されるはずである。

過負荷保護は、ほとんどのネットワークノード及びサービスについての要件である。過負荷（overload）は、プロセッサ、メモリ及び入力キューに関係し得る。典型的なサーバは、マルチコアプロセッサ、マルチチャネルメモリ、マルチ入力キュー及びリアルタイムオペレーティングシステムを含むネットワークノード基板を備える。そうしたノードは、計算量の多いシグナリングと、ＩＯ量の多いデータトラフィックとをハンドリングする。典型的には、メッセージを処理するための所与の限界が、プロセッサ、メモリ、入力キューについて、及びリアルタイムスケジューリングについても予め設定される。過剰な量のシグナリングメッセージはプロセッサリソースを過負荷状態に陥らせ、一方で、過剰な量のデータトラフィックメッセージは入力キューを過負荷状態に陥らせ、特に多くのデータトラフィックリクエストのバーストの下ではそうである。

過負荷が生じた場合、２つの帰結が「選択」され得る。リソースの欠如に起因して基板／ノードがクラッシュするか、又はパケットが破棄されるかである。双方のケースにおいて、ノードは、ＱｏＳレイテンシ又は他の要件を充足することができない。基板／ノードのクラッシュは、サービス量の減少又はサービスの完全な喪失の原因となり、破棄されるパケットは、システムを不安定化させ、それにより劣悪なユーザ体験をもたらすであろう。

先行技術文献ＵＳ２０１０／００６７４００は、無線アクセスネットワークに面するサービングゲートウェイを示しており、サービングゲートウェイは、パケットを受信し、ＤＰＩを適用して、予め決定されるアプリケーションクラスへとパケットを分類し、そのクラス及び当該クラスに関連付けられるＱｏＳを識別するマーカを挿入する。上記サービングゲートウェイは、クラス及びＱｏＳマーカに基づいて、パケットをデフォルトベアラ内のキューへと割り当てる。上記サービングゲートウェイは、キューをそれらの優先度に従って処理することにより、ベアラを通じてパケットを移送する。

先行技術文献ＵＳ７５２２５８１は、ＳＩＰ（session initiation protocol）サーバのための過負荷制御方法を示している。同文書はその過負荷制御を議論している。概して、過負荷制御は、負荷を低減する目的でのメッセージの破棄を伴う。メッセージの破棄は、究極的に破棄されることになるメッセージについて消費される処理（ＣＰＵ、Ｉ／Ｏなど）リソースの量を最小化するために、メッセージの処理経路内で早期になされる必要がある。ＵＳ７５２２５８１は、とりわけ、過負荷制御のための次のような複数の異なるオプションを提案している：ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）自体での過負荷制御のサポート。これはできる限り早期にメッセージが破棄されることを可能とする一方、ＮＩＣでの追加的な処理のサポートを要する。他の方策は、カーネル内で過負荷制御をサポートすることである。ＵＳ７５２２５８１によれば、カーネル内での過負荷制御は、ＮＩＣでの追加的な処理の必要性を排除し、それでもアプリケーションへのコピーの前メッセージを破棄することを可能とするため、過負荷制御のアプリケーションレベルでのサポートと比較して所要の処理リソースを低減する。

先行技術文献ＵＳ７５２２５８１は、リクエストに対してサービスを提供するための最大キャパシティを有するサーバを動作させるための方法を提案しており、当該方法は、次のようなステップ群を含み：即ち、複数のリクエストを受信すること、ある値に従って各リクエストを分類すること、当該値に従ってリクエストをハンドリングするための優先度を、より高い値を有するリクエストへより高い優先度が割り当てられるように決定すること、各リクエストをその優先度の値に従って複数のキューのうちの１つへ格納すること、及び、最大キャパシティを超過するレートで複数のリクエストが受信された場合に最低の優先度を有するリクエストを破棄すること、である。

追加的に、ＵＳ７５２２５８１の一実施形態は、Ｌｉｎｕｘカーネルを実装しようとしている。トラフィック分類部（traffic classifier）の１つの実装は、４つの主要コンポーネントを含む：
１．ＳＩＰヘッダをパースし及びメッセージをクラスへとマッピングする、分類エンジンそれ自体。
２．インカミングのＳＩＰメッセージのＴＣＰ、ＵＤＰ及びＳＳＬを介する傍受と、それらの分類エンジンへの送出。
３．インカミングパケットの受信後に、当該パケットについてアクションが実行される。
４．分類部の構成、及び、実行すべきアクションが、ユーザレベルのアプリケーション（例えば、静的な構成スクリプト又はＳＩＰプロキシ）からカーネルへと移管される。

カーネルレベルの分類エンジンは、テーブルを定義するルールよりもむしろ、アルゴリズム内で定義されるそれらテーブル上で排他的に動作する。ユーザレベルプログラムのサポートは、カーネルへのテーブルの送出の前に当該テーブルへとルールセットを変換する。ユーザレベルのコンパイラはテーブルを正確に生成すべきではあるものの、カーネルは、テーブルが不正な参照を有しないことを確認するために限定的な検証しか行わない。

本発明の第一の目的は、ＧＳＮノードといったユニットでの過負荷保護を改善することである。

上記目的は、プロセッサと、通信インタフェース上での外部ユニットとのパケットの受信及び送信のために適合されるインタフェース手段とを備えるユニットにより達成される。
上記インタフェース手段は、第１レベルフィルタリングルールに従って動作する第１レイヤフィルタリング手段と、第１パケットキューとを含み、一方で、上記プロセッサは、少なくとも１つのカーネルと、第２レベルフィルタリングルールに従って動作する第２レイヤフィルタリング手段と、第２パケットキューと、アプリケーションとを含む。
上記ユニットは、場合によってカーネルを介して第１パケットキューから上記第２レイヤフィルタリング手段へパケットの少なくとも断片群（parts）を伝達することと、上記第２レイヤフィルタリング手段内のパケットの少なくとも断片を、アプリケーションへの第２パケットキューへと伝達することと、のためにさらに適合される。
上記通信インタフェース上で受信される所与のパケットについて、上記ユニットは、
−第１レイヤフィルタリング手段へ当該パケットの断片群を伝達し、
−第１レベルフィルタリングを適用し、
−上記第１レベルフィルタリングルールに従って第１のソートを実行し、及び、上記第１のソートに依存して、上記第１パケットキューのうちの１つへと上記パケットの断片群を伝達する、
ために適合され、上記ユニットは、
−カーネルから又は第１パケットキューから第２レイヤフィルタリング手段へ上記パケットを伝達し、
−第２レベルフィルタリングを適用し、
−上記第２レベルフィルタリングルールに従って上記パケットの断片群の第２のソートを実行し、
−上記第２のソートに依存して、上記アプリケーションのうちの１つへと上記パケットの断片群を伝達する、
ためにさらに適合される。

上記ユニットは、第１パケットキューからのパケットの少なくとも断片群をカーネルへと、さらにアプリケーションへと伝達して、それにより上記第２レイヤフィルタリング手段を迂回する、ためにさらに適合される。

本発明のさらなる側面によれば、上記第１パケットキューは、それぞれの第１優先度レベルのセットに関連付けられ、上記第２パケットキューは、第２優先度レベルのセットに関連付けられ、上記第１レイヤルール及び上記第２レイヤルールは、より優先度の低いパケットがより低い優先度レベルのそれぞれのキューに並べられる一方で高優先度パケットがより高い優先度レベルのそれぞれのキューに並べられるように構成され、低優先度パケットのうちの全てではないパケットがアプリケーションへ伝達され得るというように、より優先度レベルの低いキューが上記低優先度パケットでオーバフローしているという状況についてさえ、高い優先度レベルのキュー内に収容されている所与の量の高優先度パケットについて、当該高優先度パケットはアプリケーションへ伝達される、ようになされる。

上記ユニットは、拡張ノードＢ（ｅＮＢ）、拡張パケットコア（ＥＰＣ）ネットワーク内で動作するためのモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）、サービングゲートウェイ（ＳＧＷ）又はパケットデータネットワークゲートウェイノード（ＰＧＷノード）を形成してもよい。

プロセッサと、通信インタフェース上での外部ユニットとのパケットの受信及び送信のために適合されるインタフェース手段とを備えるユニットのための方法もまた提供され、上記インタフェース手段は、第１レベルフィルタリングルールに従って動作する第１レイヤフィルタリング手段を含み、第１パケットキューを含み、上記プロセッサは、少なくとも１つのカーネルと、第２レベルフィルタリングルールに従って動作する第２レイヤフィルタリング手段と、第２パケットキューと、アプリケーションとを含む。
上記ユニットは、場合によってカーネルを介して第１パケットキューから上記第２レイヤフィルタリング手段へパケットの断片群を伝達することと、上記第２レイヤフィルタリング手段内のパケットの断片群を、アプリケーションへの第２パケットキューへと伝達することと、のためにさらに適合される。
上記方法は、
−上記通信インタフェース上でパケットの少なくとも断片を受信するステップと、
−第１レイヤフィルタリング手段へ当該パケットの断片群を伝達するステップと、
−第１レベルフィルタリングを適用するステップと、
−上記第１レベルフィルタリングルールに従って、第１のソートを実行し、及び、上記パケットの断片群を伝達するステップと、上記パケットの断片群の伝達は、上記第１のソートに依存して、上記第１パケットキューのうちの１つへと向かうことと、
−カーネルから又は第１キューから第２レイヤフィルタリング手段へ上記パケットの断片群を伝達するステップと、
−第２レベルフィルタリングを適用するステップと、
−上記第２レベルフィルタリングルールに従って上記パケットの断片群の第２のソートを実行するステップと、
−上記ソートに依存して、上記アプリケーションのうちの１つへと上記パケットの断片群を伝達するステップと、
を含む。

本発明の一実施形態に係るユニットを表しており、インカミングトラフィックパスが示されている。 図１のユニットのさらなる側面を表しており、アウトゴーイングトラフィックパスが示されている。 図１及び図２に表したユニットがＳＧＷ／ＰＧＷノード上での実装のために使用され、ネットワーク内の通信パケットについてフィルタリングが実行される。本発明に係るネットワークを表している。 図１及び図２に表したユニットのための方法の一実施形態を表している。 本発明の一実施形態に係る第１のフィルタリングルールのための一実施形態を表している。 本発明の一実施形態に係る第２のフィルタリングルールのための一実施形態を表している。

図１には、本発明の一実施形態に係るユニット１が表されている。ユニット１は、プロセッサ２０（ＰＲＣ）及びインタフェース手段１０を備え、インタフェース手段１０は、通信インタフェースＣＯＭ＿ＩＮＴ上での外部ユニット１とのパケット１５、１７の受信及び送信のために適合される。

インタフェース手段１０は、第１レベルフィルタリングルール１０１０に従って動作する第１レイヤフィルタリング手段１０１と、第１パケットキューＱ１＿１−Ｑ１＿ｎとを含む。プロセッサ２０は、少なくとも１つのカーネルＫＬ＿１−ＫＬ＿ｎと、第２レベルフィルタリングルール１０２０に従って動作する第２レイヤフィルタリング手段１０２と、第２パケットキューＱ２＿１−Ｑ２＿ｎと、アプリケーションＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎとを含む。プロセッサにおいて稼働するアプリケーションは、事実上いかなるアプリケーションであってもよい。純粋に例としては、ＨＴＴＰ（hypertext transfer protocol）、ウェブブラウザアプリケーション、及びＧＳＭアプリケーションが、図１に表されたアプリケーション群を形成し得る。パケットキューは、ハードウェア及びソフトウェアのどちらでも実装されてよい。例えばＩｎｔｅｌ ＶＭＤｑ（仮想マシンデバイスキュー）又はＳＲ−ＩＯＶ（シングルルートＩＯ仮想化）をハードウェアの第１レイヤパケットフィルタリング手段として使用してもよい。インタフェース手段１０は、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）を構成し得る。

ユニット１は、場合によってカーネルＫＬ＿１−ＫＬ＿ｎを介して、第１パケットキューから第２レイヤフィルタリング手段１０２へパケットの少なくとも断片群を伝達することと、第２レイヤフィルタリング手段内のパケットの少なくとも断片を、アプリケーションＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎへの第２パケットキューへと伝達することと、のためにさらに適合される。

ユニット１は、拡張ノードＢ（ｅＮＢ）、拡張パケットコア（ＥＰＣ）ネットワーク内で動作するためのモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）、サービングゲートウェイ（ＳＧＷ）又はパケットデータネットワークゲートウェイノード（ＰＧＷノード）を形成し得る。例として、通信インタフェースＣＯＭ＿ＩＮＴは、イーサネット（ＥＴＨ）インタフェースを構成し得る。

図２は、ユニット１のさらなる手段を表しており、アウトゴーイングトラフィックについての追加的な手段が示されており、それは即ち、ネットワークインタフェースカードＮＩＣ１０内に所在するアウトゴーイングフィルタ送信キューＴＸ＿１−ＴＸ＿ｎである。各アプリケーションＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎは、それぞれのカーネルＫＬ＿１−ＫＬ＿ｎを介して１つずつ、自身の送信キューに従ってアウトゴーイングトラフィックを送信し得る。例えば、ＴＸ＿１は最高の優先度を有する一方、ＴＸ＿ｎは最低の優先度を有し得る。複数のキューＴＸ＿１−ＴＸ＿ｎを有する代わりに、単一のキューを配置してもよい（図示せず）。そのケースでは、アウトゴーイングトラフィックに関して優先度制御は無いことになり、トラフィックはＦＩＦＯ（First Input First Output）のやり方で送信される。アウトゴーイングトラフィックは、通信インタフェースＣＯＭ＿ＩＮＴを通じて送信され得る。

図３は、ユニット１が、モバイル通信のための標準の３ＧＰＰリリース１１スイートから知られているような、拡張ノードＢ（ｅＮＢ）又は例えば拡張パケットコア（ＥＰＣ）ネットワーク内のモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）、サービングゲートウェイ（ＳＧＷ）若しくはパケットデータネットワークゲートウェイノード（ＰＧＷノード）として有利に具現化され得るネットワークを表している（例えば、3GPP TS 23.002 V11.4.0, 2012-09, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Network architecture, fig. 1b.参照）。

図３において、通信パケット１５が、ユーザエンティティＵＥからＵｕインタフェース上でｅＮＢへ、Ｓ１−Ｕインタフェース上でＳＧＷへ、Ｓ５／Ｓ８インタフェース上でＰＧＷへ伝わるように例示されており、これらは上記拡張パケットコア（ＥＰＣ）ネットワークにあり、さらにＳＧｉインタフェース上でいわゆる対応ノードＣＮへと向かう。

ある部分において少なくともＴＣＰ／ＵＤＰセグメント及びＩＰセグメントを含む通信パケットは、ここではパケットデータユニット（ＰＤＵ）を形成するが、ＥＰＣネットワークではＧＰＲＳトンネルの手段によって搬送され、その中でパケットは、ＩＰヘッダを有する通信パケットＣＯＭ＿ＩＮＴ１５へとカプセル化され、ＩＰヘッダは、ＵＤＰヘッダ及びＧＴＰヘッダをさらに含む。ＥＰＣネットワークにおいて、ＰＤＵは、Ｔ−ＰＤＵ（トランスポートＰＤＵ）と見なされ、搬送されるパケットのペイロードに相当する。Ｔ−ＰＤＵのコンテンツは未知である。

図３に例示したように、通信パケットは、ＭＡＣ（Media Access Control）ヘッダをも有し、ＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）ヘッダが提供される。

それは、ＧＴＰ−Ｃ（ＧＰＲＳトンネルプロトコル−制御プレーン）手続に当てはまる（ＧＴＰｖ２）：
ＭＭＥは、ＳＧＷへのＳ１１インタフェースを介して、ＳＧＷからＰＧＷへのセッションを生成するであろう。セッション生成リクエストが、ＭＭＥからＳＧＷへ、及びＳＧＷからＰＧＷへ送信されるであろう。セッション生成レスポンスメッセージは、ＰＧＷからＳＧＷへと送信され、そしてＳＧＷからＭＭＥへＳ１１インタフェースを介して送信される。ＰＧＷは、ＳＧＷへ、ＳＧＷからＭＭＥへのベアラを生成し得る。ベアラ生成リクエストは、ＰＧＷからＳＧＷへ送信され、及びＳＧＷからＭＭＥへ送信される。ベアラ生成レスポンスは。ＭＭＥからＳＧＷへＳ１１を介して送信され、ＳＧＷからＰＧＷへ送信されるものとされている。

ＧＴＰ−Ｕ（ＧＰＲＳトンネルプロトコル−制御プレーン）について（ＧＴＰｖ１のみ）：
ユーザエンティティ（ＵＥ）パケットデータユニット（ＰＤＵ）のトラフィックは、ｅＮＢによってＴ−ＰＤＵへとカプセル化されることになり、Ｓ１−Ｕインタフェースを介してＳＧＷへ送信されるであろう。ＳＧＷは、このメッセージをＳ５又はＳ８インタフェースを介してＰＧＷへと中継し、及びその逆を行い得る。エコーリクエスト、エコーレスポンス、エラー標識、及びバージョン未サポート（version not supported）メッセージは、隣接するノード（ｅＮＢ、ＭＭＥ、ＳＧＷ及びＰＧＷ）の間で、ＧＴＰ−Ｃ及びＧＴＰ−Ｕパスの双方の上でシグナリングされる。

そのため、ＳＧＷノードについて、インカミングパケットはＧＴＰ−Ｃ（ＭＭＥ又はＰＧＷから）及びＧＴＰ−Ｕ（ｅＮＢ又はＰＧＷ）である。
ＰＧＷノードについて、インカミングパケットは、ＧＴＰ−Ｃ及びＧＴＰ−Ｕ（ＳＧＷから）である。
ＭＭＥノードについて、ＧＴＰ−Ｃメッセージ及びＳ１−ＡＰメッセージが現れる。
ｅＮＢノードについて、ＧＴＰ−Ｕ及びＳ１−ＡＰメッセージが現れる。

本発明の実施形態によれば、以下に説明されるように、第１レイヤフィルタリングルール１０１０に従うフィルタリングがＭＡＣ、ＶＬＡＮ、ＩＰ、ＵＤＰ及びＧＴＰセグメントへ適用され、一方で、第２レイヤフィルタリングルール１０２０に従うフィルタリングがペイロード、Ｔ−ＰＤＵへ適用される。様々なＶＬＡＮ−ｉｄを、様々な優先度を示すために使用してよい。

図１に戻ると、通信インタフェースＣＯＭ＿ＩＮＴ上で受信される所与のパケットについて、上記ユニットは、
−第１レイヤフィルタリング手段１０１へ受信パケットの断片群を伝達し１２、
−第１レベルフィルタリングを適用し１４、
−第１レベルフィルタリングルール２０１に従って第１のソート１６を実行し、及び、第１のソートに依存して、第１パケットキューＱ１＿１−Ｑ１＿ｎのうちの１つへとパケットの断片群を伝達する、
ように適合される。

代替的に、パケットの断片群は、カーネルから第２レベルフィルタリング手段１０２への代わりにアプリケーションへ伝達され、これはカーネルＫＬ＿１からアプリケーションＡＰ＿１へ表されている通りである。その上、アプリケーションにパケットをハードウェアキューから直接的に読み取らせるという高速パスソリューションとして、パケットを、透過的にカーネルを通り抜けさせることができる。

続いて、上記ユニットは、
−カーネルから又は第１パケットキューから第２レイヤフィルタリング手段１０２へパケットの断片群を伝達する１６，１８、
ために提供される。

最終的に、上記ユニットは、
−第２レベルフィルタリングを適用し２４、
−第２レベルフィルタリングルール２０１に従ってパケットの断片群の第２のソートを実行し２６、
−当該ソートに依存して、アプリケーションＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎのうちの１つへとパケットの断片群を伝達する２８。

上記方法は、ユニット１がそれに従って動作し得るものであり、さらに図４において説明されている。

ステップ８において、例えばイーサネットインタフェースＥＴＨであり得る通信インタフェースＣＯＭ＿ＩＮＴ上で、ユニット１においてインカミングパケットが受信される。

パケット又はパケットの断片群がステップ１２で第１レイヤフィルタリング手段１０２へ伝達される。第１レイヤフィルタリング手段では、第１レイヤフィルタリングが、第１レイヤフィルタリングルール１０１０に従ってステップ１４で実行される。

パケットの断片群は、当該パケットの断片群が入るカテゴリに依存して、ステップ１６で、ソートされ、第１パケットキューＱ１＿１−Ｑ１＿ｎのいずれかへと伝達される。

実行される必要のあるタスクに依存して、ユニット１は、パケットが所在しているそれぞれの第１パケットキューから、場合によってカーネルＫＬ＿１−ＫＬ＿ｎを介して第２レイヤフィルタリング手段（ステップ２２）へ、パケットの少なくとも断片群を伝達し、第２レイヤフィルタリング手段内のパケットの少なくとも断片を、アプリケーションＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎへの第２パケットキューへと伝達する。代替的に、パケットの断片群は、カーネルからアプリケーションへと伝達され、よって第２レベルフィルタリング手段１０２が迂回され、これはカーネルＫＬ＿１からアプリケーションＡＬ＿１へ向かうように表されている。第１キューＱ１＿１は、第１カーネルＫＬ＿１に関連付けられるように構成され、当該カーネル内のアドレス解決に依存して、例えばＡＰ１である所与のアプリケーションへ排他的につなげられる。それにより、第２レベルフィルタリングが迂回される。ステップ１８からステップ２８へのこのルートは、高優先度パケットに関連し得る。またさらなる実施形態では、単一の第１キューＱ１＿ｎのみが、第２レイヤフィルタリング手段へのルートを表現する。

第２レイヤフィルタリング手段において、ステップ２４で第２レベルフィルタリングが適用され、第２レベルフィルタリングルール２０１に従ったパケットの断片群の第２のソートステップ２６が実行され、それにより、パケットの断片群は、第２レベルフィルタリング１０２０に従って第２パケットキューのうちのいずれかへと配信される。

最終的に、上記ソートに依存して、アプリケーションＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎのうちの１つへとパケットの断片群が伝達される２８。

有利なこととして、第１パケットキューＱ１＿１−Ｑ１＿ｎはそれぞれの第１優先度レベル０−６のセットへ関連付けられ、第２パケットキューＱ２＿１−Ｑ２＿ｎは第２優先度レベル０−６のセットへ関連付けられる。

第１レイヤフィルタリングルール１０１０は、より優先度の低いパケットがより低い優先度レベル４−６のそれぞれのキューに並べられる一方で高優先度パケットがより高い優先度レベル０−３のそれぞれのキューに並べられるように提供される。

その上で、第２レイヤルール１０２０は、より優先度の低いパケットがより低い優先度レベル４−６のそれぞれのキューへ並べられる一方で高優先度パケットがより高い優先度レベル０−３のそれぞれのキューに並べられるように構成される。

このやり方で、より優先度レベルの低いキューが低優先度パケットでオーバフローしているにも関わらず、高い優先度レベルのキュー内に収容されている所与の量の高優先度パケットについて、当該高優先度パケットがアプリケーションＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎへ伝達されるということが達成され、よって、そうした低優先度パケットのうちの全てではないパケットがアプリケーションへ伝達可能である。

理解されることとして、上述した性能の側面を充足するために十分な量高優先度パケットをキューが収容可能であることを保証することは、サイズ設計上のタスクである。この文脈において、理解されることとして、低優先度パケットとの関係における高優先度との観念は、相対的な意味で使用されており、即ち、高優先度パケットは低優先度パケットよりも高い優先度を有する。

本発明の１つの実施形態によれば、ステップ１４での第１レイヤフィルタリングは、通信インタフェースＣＯＭ＿ＩＮＴ上で受信される所与のパケットの、ＭＡＣ（Media Access Control）フィールド、ＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）フィールド、ＩＰ（Internet Protocol）フィールド、ＵＤＰ（User Datagram Protocol）フィールド又はＧＴＰ（GRPS Tunneling Protocol）フィールドのうちの少なくとも１つのフィールドへ適用される。

本発明の１つの実施形態によれば、第２レイヤフィルタリングへのパケットの配信は、通信インタフェースＣＯＭ＿ＩＮＴ上で受信される所与のパケットの、ＧＴＰユーザ（ＧＴＰ−Ｕ）ペイロードのみへ適用される。

図５では、メッセージ優先度及びメッセージタイプ並びに対応する第１パケットキューＱ１＿１−Ｑ１＿ｎへのソートにより表記される第１レイヤフィルタリングルール１０１０がテーブル形式で表されている。

一実施形態において、フィルタリング１４は、
０−ノード内部の制御コマンド、
１−ノード内部のメッセージ
２−ＡＲＰ（Address Resolution Protocol）、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）、ＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）、
３−エコーリクエスト及びエコーレスポンス（ＧＴＰ−Ｃ及びＧＴＰ−Ｕの双方）、バージョン未サポート標識（ＧＴＰ−Ｃ）
４−エラー標識（ＧＴＰ−Ｃ及びＧＴＰ−Ｕの双方）及びＧＴＰ−Ｕエンドマーカ、
５−ＧＴＰ制御プレーン（ＧＴＰ−Ｃ）トンネル管理及びモビリティ管理並びにその他、
６−ＧＴＰユーザプレーン（ＧＴＰ−Ｕ）ペイロード

さらなる実施形態において提供されることとして、
−ノード内部の制御コマンド、及び
−ノード内部のメッセージは、
−ＡＲＰ（Address Resolution Protocol）、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）、ＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）、
よりも高い優先度を有する。

さらなる実施形態では、上記優先度は、上で言及されている順序に従っており、それにより、ノード内部の制御コマンドが最高の優先度−メッセージ優先度０−を有し、ＧＴＰ−Ｕペイロードが最低の優先度−メッセージ優先度６−を有する。

図３に示した文脈について、ペイロード／Ｔ−ＰＤＵを収容するパケットキューＱ１＿ｎのみが、第２レイヤフィルタリング手段１０２での第２レイヤフィルタリングの対象である。他のキューＱ１＿１−Ｑ１＿４はカーネルＱ１＿１−Ｑ１＿３へと伝達され、その上、さらなるフィルタリングの対象となることなくアプリケーションＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎへと伝達され得る。

図６では、メッセージ優先度及びメッセージタイプ並びに対応する第２パケットキューＱ２＿１−Ｑ２＿ｎへのソートにより表記されるように、第２レイヤフィルタリングルール１０２０が表されている。

第２レイヤフィルタリングは、以下のトラフィックのタイプのうちの１つへと適用される：
会話的（Conversational）、ストリーミング（Streaming）、インタラクティブ（Interactive）、バックグラウンド（Background）及びその他。会話的トラフィックは、ＳＩＰ、インスタンスメッセージ又はＶＯＩＰであってよい。ストリーミングトラフィックは、オーディオ及びビデオであってよい。インタラクティブは、Ｔｅｌｎｅｔ及びｗｗｗ、又はソーシャルネットワークであってよい。バックグラウンドトラフィックは、ＦＴＰ、Ｐ２Ｐ、ＰＯＰ３又はＳＭＴＰであってよい。概して言うと、会話的が最高の優先度を有し、バクグラウンドが最低の優先度を有する。

第２レイヤフィルタリングは、以下のうちの１つへ適用され得る：
０−ＩＣＭＰ、ＳＮＭＰ、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）、
１−インスタントメッセージ、ＶＯＩＰ（Voice over IP）、０及び１は会話的トラフィックを構成する。
２−オーディオ及びビデオ、これはストリーミングトラフィックを構成する。
３−ウェブブラウジング／ＧＰＳ（Global Positioning System）ナビゲーション、ソーシャルネットワーク、
４−ゲーム、Ｔｅｌｎｅｔ及びＳＳＨ、３及び４はインタラクティブサービスを構成する。
５−写真及びファイル共有、ＰＯＰ３（Post Office Protocol）及びＳＭＴＰ（Simple Mail Transfer Protocol）、
６−Ｐ２Ｐ（Peer to Peer）、ＦＴＰ（File Transfer Protocol）及びさらなるペイロード、５及び６はバックグラウンド及び他のトラフィックを構成する。

さらなる実施形態において提供されることとして、
−ＩＣＭＰ、ＳＮＭＰ、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）、
−インスタントメッセージは、
−ＰＯＰ３（Post Office Protocol）及びＳＭＴＰ（Simple Mail Transfer Protocol）、
−Ｐ２Ｐ（Peer to Peer）、ＦＴＰ（File Transfer Protocol）及びさらなるペイロード、
よりも高い優先度を有する。

またさらなる実施形態では、上記優先度は、上で言及されている順序に従っており、それにより、ＩＣＭＰ、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）制御メッセージが最高の優先度−メッセージ優先度０−を有し、Ｐ２Ｐ（Peer to Peer）、ＦＴＰ（File Transfer Protocol）及びさらなるペイロードが最低の優先度−メッセージ優先度６−を有する。

ＳＧＷ又はＰＧＷノード上で、本発明の実施形態によれば、パケット分類又はＤＰＩ技術がＴ−ＰＤＵタイプを識別するために使用され、Ｔ−ＰＤＵタイプは、ＳＩＰメッセージ、ウェブブラウジング、ソーシャルネットワーク、ＶＯＩＰ、ゲーム、メール若しくはファイル共有、ピアツーピア（Ｐ２Ｐ）トラフィックであってもよい。第２レイヤフィルタリングにおいて、ＧＴＰ−Ｕは、アプリケーションについて関係する構成に基づいて、リアルタイムでは「適正な優先度」を与えられる。

上の実施形態についての利点の中でも、注記されることとして、システム内の高優先度メッセージは過負荷の下で破棄されないであろう。これは、システムのロバスト性及び安定性を改善させる。本発明の実施形態によれば、あるタイプのメッセージのみが第２レイヤフィルタリングの対象となることが提供される。第２レイヤフィルタリングが計算上の多大な処理を構成するケースでは−これはＤＰＩのケースであり得るが−、全体的なシステム性能をそうした第２レイヤフィルタリングにより実質的に影響されないようにし得る。

Claims (22)

1. プロセッサ（２０）と、通信インタフェース（ＣＯＭ＿ＩＮＴ）上での外部ユニット（１，ｅＮＢ，ＳＧＷ，ＰＧＷ）とのパケット（１５，１７）の受信及び送信のために適合されるインタフェース手段（１０）とを備えるユニット（１，ｅＮＢ，ＳＧＷ，ＰＧＷ）であって、
   前記インタフェース手段（１０）は、第１レベルフィルタリングルール（１０１０）に従って動作する第１レイヤフィルタリング手段（１０１）と、第１パケットキュー（Ｑ１＿１−Ｑ１＿ｎ）とを含み、
   前記プロセッサ（２０）は、少なくとも１つのカーネル（ＫＬ＿１−ＫＬ＿ｎ）と、第２レベルフィルタリングルール（１０２０）に従って動作する第２レイヤフィルタリング手段（１０２）と、第２パケットキュー（Ｑ２＿１−Ｑ２＿ｎ）と、アプリケーション（ＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎ）とを含み、
   前記ユニット（１）は、場合によってカーネル（ＫＬ＿１−ＫＬ＿ｎ）を介して第１パケットキューから前記第２レイヤフィルタリング手段へパケットの少なくとも断片群を伝達することと、前記第２レイヤフィルタリング手段内のパケットの少なくとも断片を第２パケットキューへと、及びさらにはアプリケーション（ＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎ）へと伝達することと、のためにさらに適合され、
   前記通信インタフェース（ＣＯＭ＿ＩＮＴ）上で受信されるパケットについて、前記ユニットは、
   −第１レイヤフィルタリング手段（１０１）へ当該パケットの断片群を伝達し（１２）、
   −第１レベルフィルタリングを適用し（１４）、
   −前記第１レベルフィルタリングルール（２０１）に従って第１のソート（１６）を実行し、及び、前記第１のソートに依存して、前記第１パケットキュー（Ｑ１＿１−Ｑ１＿ｎ）のうちの１つへと前記パケットの断片群を伝達する、
   ために適合され、前記ユニットは、
   −カーネルから又は第１パケットキューから第２レイヤフィルタリング手段（１０２）へ前記パケットを伝達し（１６，１８）、
   −第２レベルフィルタリングを適用し（２４）、
   −前記第２レベルフィルタリングルール（２０１）に従って前記パケットの断片群の第２のソート（２６）を実行し、
   −前記第２のソートに依存して、前記アプリケーション（ＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎ）のうちの１つへと前記パケットの断片群を伝達する（２８）、
   ためにさらに適合される、ユニット。
2. 前記ユニット（１）は、第１パケットキュー（Ｑ１＿ｎ）からのパケットの少なくとも断片群をカーネルへと、さらにアプリケーション（ＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎ）へと伝達して、それにより前記第２レイヤフィルタリング手段（１０２）を迂回する、ためにさらに適合される、請求項１に記載のユニット。
3. 前記第１パケットキュー（Ｑ１）は、それぞれの第１優先度レベル（０−６）のセットに関連付けられ、前記第２パケットキュー（Ｑ２）は、第２優先度レベル（０−６）のセットに関連付けられ、前記第１レイヤルール（１０１０）及び前記第２レイヤルール（１０２０）は、より優先度の低いパケットがより低い優先度レベル（４−６）のそれぞれのキューに並べられる一方で高優先度パケットがより高い優先度レベル（０−３）のそれぞれのキューに並べられるように構成され、
   低優先度パケットのうちの全てではないパケットがアプリケーションへ伝達され得るというように、より優先度レベルの低いキューが前記低優先度パケットでオーバフローしているにも関わらず、高い優先度レベルのキュー内に収容されている所与の量の高優先度パケットについて、当該高優先度パケットはアプリケーション（ＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎ）へ伝達される、
   請求項１又は請求項２に記載のユニット。
4. 前記第１レイヤフィルタリングは、前記通信インタフェース（ＣＯＭ＿ＩＮＴ）上で受信される所与のパケットの、ＭＡＣ（Media Access Control）フィールド、ＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）フィールド、ＩＰ（Internet Protocol）フィールド、ＵＤＰ（User Datagram Protocol）フィールド又はＧＴＰ（GRPS Tunneling Protocol）フィールドのうちの少なくとも１つのフィールドへ適用され、
   前記第２レイヤフィルタリングは、前記通信インタフェース（ＣＯＭ＿ＩＮＴ）上で受信される前記所与のパケットのＧＴＰユーザ（ＧＴＰ−Ｕ）ペイロードへ適用される、
   請求項１〜３のいずれかに記載のユニット。
5. 前記第１レイヤフィルタリング（１４）は、
   −ノード内部の制御コマンド、
   −ノード内部のメッセージ
   −ＡＲＰ（Address Resolution Protocol）、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）、ＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）、
   −エコーリクエスト及びエコーレスポンス、
   −エラー標識、
   −ＧＴＰ制御プレーン（ＧＴＰ−Ｃ）トンネル管理及びモビリティ管理、
   −ＧＴＰユーザプレーン（ＧＴＰ−Ｕ）ペイロード
   のうちの１つへ適用される、請求項１〜４のいずれかに記載のユニット。
6. 前記第２レイヤフィルタリングは、
   −ＩＣＭＰ、ＳＮＭＰ、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）制御メッセージ、
   −インスタントメッセージ、ＶＯＩＰ（Voice over IP）、
   −オーディオ及びビデオ、
   −ウェブブラウジング／ＧＰＳ（Global Positioning System）ナビゲーション、ソーシャルネットワーク、
   −ゲーム、Ｔｅｌｎｅｔ及びＳＳＨ、
   −写真及びファイル共有、ＰＯＰ３（Post Office Protocol）及びＳＭＴＰ（Simple Mail Transfer Protocol）、
   −Ｐ２Ｐ（Peer to Peer）、ＦＴＰ（File Transfer Protocol）及びさらなるペイロード
   のうちの１つへ適用される、請求項１〜５のいずれかに記載のユニット。
7. 前記第２レイヤフィルタリングは、ＤＰＩ（deep packet inspection）を構成する、請求項１〜６のいずれかに記載のユニット。
8. −ノード内部の制御コマンド、及び
   −ノード内部のメッセージが、
   −ＡＲＰ（Address Resolution Protocol）、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）、ＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）、
   よりも高い優先度を有する、請求項５に記載のユニット。
9. −ＩＣＭＰ、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）、
   −インスタントメッセージが、
   −ＰＯＰ３（Post Office Protocol）及びＳＭＴＰ（Simple Mail Transfer Protocol）、
   −Ｐ２Ｐ（Peer to Peer）、ＦＴＰ（File Transfer Protocol）及びさらなるペイロード、
   よりも高い優先度を有する、請求項６に記載のユニット。
10. 拡張ノードＢ（ｅＮＢ）、拡張パケットコア（ＥＰＣ）ネットワーク内で動作するためのモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）、サービングゲートウェイ（ＳＧＷ）又はパケットデータネットワークゲートウェイノード（ＰＧＷノード）を形成する、請求項１〜９のいずれかに記載のユニット。
11. プロセッサ（２０）と、通信インタフェース（ＣＯＭ＿ＩＮＴ）上での外部ユニット（１，ｅＮＢ，ＳＧＷ，ＰＧＷ）とのパケット（１５）の受信及び送信のために適合されるインタフェース手段（１０）とを備えるユニット（１，ｅＮＢ，ＳＧＷ，ＰＧＷ）のための方法であって、
    前記インタフェース手段（１０）は、第１レベルフィルタリングルール（１０１０）に従って動作する第１レイヤフィルタリング手段（１０１）を含み、第１パケットキュー（Ｑ１＿１−Ｑ１＿ｎ）を含み、
    前記プロセッサ（２０）は、少なくとも１つのカーネル（ＫＬ＿１−ＫＬ＿ｎ）と、第２レベルフィルタリングルール（１０２０）に従って動作する第２レイヤフィルタリング手段（１０２）と、第２パケットキュー（Ｑ２＿１−Ｑ２＿ｎ）と、アプリケーション（ＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎ）とを含み、
    前記ユニット（１）は、場合によってカーネル（ＫＬ＿１−ＫＬ＿ｎ）を介して第１パケットキューから前記第２レイヤフィルタリング手段へパケット（１５）の断片群を伝達することと、前記第２レイヤフィルタリング手段内のパケットの断片群を、アプリケーション（ＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎ）への第２パケットキューへと伝達することと、のためにさらに適合され、
    前記方法は、
    −前記通信インタフェース（ＣＯＭ＿ＩＮＴ）上でパケット（１５）の少なくとも断片を受信すること（８）と、
    −第１レイヤフィルタリング手段（１０１）へ当該パケットの断片群を伝達すること（１２）と、
    −第１レベルフィルタリングを適用すること（１４）と、
    −前記第１レベルフィルタリングルール（２０１）に従って、第１のソート（１６）を実行し、及び、前記パケットの断片群を伝達することと、前記パケットの断片群の伝達は、前記第１のソートに依存して、前記第１パケットキュー（Ｑ１＿１−Ｑ１＿ｎ）のうちの１つへと向かうことと、
    −カーネルから又は第１キューから第２レイヤフィルタリング手段（１０２）へ前記パケットの断片群を伝達すること（１６，１８）と、
    −第２レベルフィルタリングを適用すること（２４）と、
    −前記第２レベルフィルタリングルール（２０１）に従って前記パケットの断片群の第２のソート（２６）を実行することと、
    −前記第２のソートに依存して、前記アプリケーション（ＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎ）のうちの１つへと前記パケットの断片群を伝達すること（２８）と、
    を含む方法。
12. 第１パケットキュー（Ｑ１＿ｎ）からのパケットの少なくとも断片群をカーネルへと、さらにアプリケーション（ＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎ）へと伝達するステップ（１６，１８，２０）、を含み、それにより前記第２レイヤフィルタリング手段（１０２）を迂回する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１パケットキュー（Ｑ１）は、それぞれの第１優先度レベル（０−６）のセットに関連付けられ、前記第２パケットキュー（Ｑ２）は、第２優先度レベル（０−６）のセットに関連付けられ、前記第１レイヤルール（１０１０）及び前記第２レイヤルール（１０２０）は、より優先度の低いパケットがより低い優先度レベル（４−６）のそれぞれのキューに並べられる一方で高優先度パケットがより高い優先度レベル（０−３）のそれぞれのキューに並べられるように構成され、
    低優先度パケットのうちの全てではないパケットがアプリケーションへ伝達され得るというように、より優先度レベルの低いキューが前記低優先度パケットでオーバフローしている状況についてさえ、高い優先度レベルのキュー内に収容されている所与の量の高優先度パケットについて、当該高優先度パケットはアプリケーション（ＡＰ＿１−ＡＰ＿ｎ）へ伝達される、
    請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１レイヤフィルタリングは、前記通信インタフェース（ＣＯＭ＿ＩＮＴ）上で受信される所与のパケットの、ＭＡＣ（Media Access Control）フィールド、ＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）フィールド、ＩＰ（Internet Protocol）フィールド、ＵＤＰ（User Datagram Protocol）フィールド又はＧＴＰ（GRPS Tunneling Protocol）フィールドのうちの少なくとも１つのフィールドへ適用され、
    前記第２レイヤフィルタリングは、前記通信インタフェース（ＣＯＭ＿ＩＮＴ）上で受信される前記所与のパケットのＧＴＰユーザ（ＧＴＰ−Ｕ）ペイロードへ適用される、
    請求項１１〜1３のいずれかに記載の方法。
15. 前記第１レイヤフィルタリング（１４）は、
    −ノード内部の制御コマンド、
    −ノード内部のメッセージ
    −ＡＲＰ（Address Resolution Protocol）、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）、ＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）メッセージ、
    −エコーリクエスト及びエコーレスポンス、
    −エラー標識、
    −ＧＴＰ制御プレーン（ＧＴＰ−Ｃ）トンネル管理及びモビリティ管理、
    −ＧＴＰユーザプレーン（ＧＴＰ−Ｕ）ペイロード
    のうちの１つへ適用される、請求項１１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. −ノード内部の制御コマンド、及び
    −ノード内部のメッセージが、
    −ＡＲＰ（Address Resolution Protocol）、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）及びＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）メッセージ、
    よりも高い優先度を有する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記フィルタリングの前記優先度は、請求項１５において言及されている順序に従っており、ノード内部の制御コマンドが最高の優先度を有する、請求項１５又は請求項１６に記載の方法。
18. 前記第２レイヤフィルタリングは、
    −ＩＣＭＰ、ＳＮＭＰ、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）、
    −インスタントメッセージ、ＶＯＩＰ（Voice over IP）、
    −オーディオ及びビデオ、
    −ウェブブラウジング／ＧＰＳ（Global Positioning System）ナビゲーション、ソーシャルネットワーク、
    −ゲーム、Ｔｅｌｎｅｔ及びＳＳＨ、
    −写真及びファイル共有、ＰＯＰ３（Post Office Protocol）及びＳＭＴＰ（Simple Mail Transfer Protocol）、
    −Ｐ２Ｐ（Peer to Peer）、ＦＴＰ（File Transfer Protocol）及びさらなるペイロード
    のうちの１つへ適用される、請求項１１〜１５のいずれかに記載の方法。
19. 前記第２レイヤフィルタリングは、ＤＰＩ（deep packet inspection）を構成する、請求項１１〜１８のいずれかに記載の方法。
20. −ＩＣＭＰ、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）、及び
    −インスタントメッセージが、
    −写真及びファイル共有、ＰＯＰ３（Post Office Protocol）及びＳＭＴＰ（Simple Mail Transfer Protocol）、
    −Ｐ２Ｐ（Peer to Peer）、ＦＴＰ（File Transfer Protocol）及びさらなるペイロード、
    よりも高い優先度を有する、請求項１８又は請求項１９に記載の方法。
21. 前記フィルタリングの前記優先度は、請求項１８において言及されている順序に従っており、ＩＣＭＰ、ＳＮＭＰ、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）が最高の優先度を有する、請求項１８〜２０に記載の方法。
22. 前記ユニット（１）は、拡張ノードＢ（ｅＮＢ）、拡張パケットコア（ＥＰＣ）ネットワーク内で動作するためのモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）、サービングゲートウェイ（ＳＧＷ）又はパケットデータネットワークゲートウェイノード（ＰＧＷノード）を形成する、請求項１１〜２０のいずれかに記載の方法。
    

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