Disponibilidad

Resiliencia

Fiabilidad

QoE

QoS

GoS

Calidad de servicio

Concepto de servicio telecomunicaciones

• Conjunto de capacidades de transferencia de información ofrecido por un sistema de telecomunicaciones a un conjunto de usuarios.

• El usuario es el responsable del contenido

• El Operador que ofrece el servicio es responsable de su aceptación , transmisión y entrega.

GRADO DE SERVICIO. GOS

Grado de servicio

• Es la visión del Operador sobre la calidad de su oferta del servicio.

• Mide toda la red y por lo tanto ofrece valores promedio.

• El establecimiento del grado de servicio es la condición inicial para el dimensionado de la red.

Caracterización de la demanda

Objetivos de grado de servicio

Modelostráfico

Previsióntráfico

Monitorización

DimensionadoControlTráfico

Medidas tráfico

ElementosRed

ObjetivosGoS

RequisitosQoS

Dimensionado red

Red telefónica conmutada

Central conmutación

User 1

User 2

User 3000

enlaces

RTC

Ejemplo dimensionado

• Actividad fuente en hora cargada : 10 minutos

• B= 0.05 , número enlaces 537

Ni

i

i

N

iA

NAB

0 !

!/A = tráfico ofrecido , 500 erlangsB = probabilidad pérdidaN = número enlaces

Ejemplo dimensionado -2

Central conmutación

User 1

User 2

User 2800

enlaces

RTC

Actividad fuente en HC = 15 minutos

Dimensionado con modelo de Erlang (1)

• Con 2800 usuarios y una actividad de fuente en HC de 15 minutos el tráfico ofrecido A será de:

• Con 537 enlaces y un tráfico de 700 erlangs la probabilidad de pérdida sería del 23.73

• Para poder mantener el objetivo de 0.005 necesitaríamos 741 enlaces

MOS

• La opinión media de la calidad de voz es una medida subjetiva propuesta por la UIT .

• En la recomendación P-800 de la UIT “Métodos de determinación subjetiva de la calidad de transmisión” se ofrece una visión completa de los procedimientos de medida

• El MOS tiene una escala que va de 0 a 5

5 Excelente

4 Buena

3 Regular

2 Mediocre

1 Mala

QOS

QoS

• En el Grado de servicio – GoS- consideramos la visión del Operador sobre el desempeño de un determinado servicio

• La calidad de servicio -QoS- siglas correspondientes a su denominación en inglés Quality of service, mide la percepción del usuario.

• La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT)define la calidad de servicio como el efecto global de la calidad de funcionamiento de un servicio que determina el grado de satisfacción de un usuario de dicho servicio.

Ejemplo QoS

• Consideremos ahora una red telefónica con 10 millones de usuarios que ofrezca una probabilidad de pérdida del 0.5%.

• Tomemos un usuario de la central estudiada en el ejemplo anterior ( uno de los 2800 que habla 15 minutos en la hora cargada) con un haz salida de 537 enlaces

• Uno de cada cuatro de sus intentos de llamada no son cursados por la red, su QoS es deficiente y sin embargo el GoS es bueno porque 9.997200 usuarios experimentan una QoS mejor del 0.5%.

VoIP

• Para cursar comunicaciones de voz por Internet, que es una red de paquetes, hay que paquetizar la voz, pasar de la PSTN basada en una asignación rígida de un camino dedicado mediante un slot TDM, a un entorno flexible característico de las redes de paquetes

• Analicemos con detalle el comportamiento de dos nodos unidos `por un enlace. – en cada momento solo un paquete puede transmitirse desde un nodo y el

tiempo que tardará en salir del nodo será función de la longitud en bits del paquete y de la velocidad de transporte del enlace, del número de bits que sea capaz de transmitir por unidad de tiempo.

– Si llegan al nodo más paquetes desde usuarios conectados al mismo por la red de acceso, encontrarán la salida del nodo ocupada. El nodo almacenará los paquetes y los irá transmitiendo secuencialmente, para ello puede utilizar ciertas reglas que prioricen unos paquetes sobre otros.

VoIP

• Efectos– Retardo – delay– Variación del retardo – jitter delay– Pérdida de paquetes – packet loss

Delay

El paquete marcado verde tiene que esperar a la transmisión del paquete marcado azul. El paquete rojo , de menor prioridad que el verde espera al azul y al verde

Jitter

Jitter delay

input output

i

o

t1 t3t2 t4

Jitter buffer

• Los paquetes no llegan siempre con el mismo delay (jitter delay)

• Los paquetes pueden llegar fuera de orden• El jitter buffer sincroniza paquetes y reordena

Packet loss

• Causas– Demasiado retraso. El jitter buffer descarta el paquete– Paquete no llega. Errores routing o descarte en nodos de red– Demasiados errores de bit

Eliminado por excesivo delay

Valores recomendados VoIP

recomendado observaciones

packet loss 1% con algoritmos de relleno de paquetes , hasta 5%

delay 150 ms en un sentido transmisión

jitter 30-50 ms tolerar jitter altos implica incrementar el delay, bajar el tamaño del jitter buffer incrementa la pérdida de paquetes

VoIP

• Paquetización de la red– Codec : crea el payload de voz– Cabeceras IP , TCP-UDP, RTP– Cabeceras nivel 2– Nivel 1

Tabla codecs

NombreBit rate (kb/s)

Sampling rate (kHz)

Frame size (ms)

Latencia (ms)

ObservacionesMOS (Mean

Opinion Score)

G.711 64 8 Muestreada 15 - 20 Versiones A y µ 4.1

G.722 64 16 Muestreada 40    

G.723.1 5.6/6.3 8 30 37,5   3.8-3.9

G.726 16/24/32/40 8 Muestreada 20ADPCM; reemplaza a G.721 y G.723. 3.85

G.729 8 8 10 15 Bajo retardo (15 ms) 3.92

GSM 06.10 13 8 20 20

Usado por la tecnología celular GSM 3.7

Cálculo codec

• G723.1 algoritmo MP-MLQ– En el algoritmo MP-MLQ se comprimen 30 ms de voz ,que

corresponden a 240 muestras

– El algoritmo MP-MLQ comprime estas 240 muestras en 24 bytes

Modelo E UIT

• El modelo E produce una medida escalar de la calidad, el llamado factor R, que es un escalar que se cuantifica mediante la fórmula:

– R0 = Es la relación básica S/N, señal acústica recibida relacionada con el ruido

– Is= Suma de los efectos de retardo y ecos

– Ie,eff= Representa los problemas de los codecs y también de la pérdida de paquetes de distribución aleatoria.

– A : Factor de mejora. Está relacionado con las expectativas del usuario

Factor R y MOS

QOE

QoE

• Aceptación global de un servicio o aplicación tal como es percibido por el usuario final

• La percepción de un servicio tiene que ver no solo con factores de red, sino que la usabilidad, el contrato ,el precio , el servicio postventa y sobre todo los factores subjetivos y las expectativas del usuario inciden sobre la QoE

QoE. Definiciones (web)

• The overall acceptability of an application or service, as perceived subjectively by the end user.– Soldani & Cuny (2006)

• ...the term to describe user perceptions of the performance of a service

• ITU-T E.800:– A statement expressing the level of quality that

customers/users believe they have experienced.

QoE y QoS

IPTV

• En la medida de la QoE para IPTV inciden diversos factores: técnicos, usabilidad y comerciales– Técnicos

• Calidad de la señal de video y audio. Se estudia mediante la observación del flujo de los contenidos a través de la red. La señal se captura mediante cámaras de video que crean la señal base a transmitir, esta señal es comprimida para su explotación comercial, paquetizada para transmitirla por las redes IP, descomprimida y descodificada para su presentación al usuario

Esquema IPTV

Procesos de la señal

• Captura señal. Se realiza mediante cámaras, su calidad depende de los sensores de captura y de la conversión analógico-digital.

• Compresión de la señal. Se utilizan usualmente los algoritmos MPEG2 y MPEG4. Con MPEG2 una señal estándar de TV ocupa entre 2 y 4 Mbs

• Paquetización. Las tramas MPEG se colocan como datos en paquetes IP• Transmisión . Se añaden las cabeceras necesarias para enrutamiento y

control de flujo • Recepción de paquetes. Se envían los paquetes a la aplicación o función

específica en función de la dirección IP y puerto. Se realiza control de flujo en las aplicaciones que lo permitan

• Descompresión . Proceso inverso al algoritmo MPEG• Decodificación . Los flujos de bits de descodifican para adaptarlos al

equipo de usuario

QoS y QoE. Comportamiento red

Implementando QoS en la red

• Implementar QoS en la red es priorizar unas aplicaciones sobre otras. Existen diversas técnicas– Diffserv– MPLS– RSVP

Diffserv

• Sustituye al campo ToS (type of service) de tres bits usado anteriormente• Clasifica cada tipo de tráfico en clases. Tiene que implementarse en todos los

routers que marcan el tráfico para configurar su tratamiento en lo que se llama Per hop behavior. Cada router asocia una clase de tráfico a un comportamiento en si envío : baja latencia, baja pérdida de paquetes …

• La clase de tráfico se fija en el campo DS (Differentiated services) que contiene los 6 bits del DSCP (Differentiated services code point)

• Existen dos grandes clases de tráfico– EF (expedited forwarding) que es el que se configura para aplicaciones de

tiempo real (VoIP, IPTV en directo … ) tiene un solo code point. Se recomienda no asignar más del 30% de la capacidad de un enlace a tráfico EF. Así mediante el dimensionado de los enlaces se asegura el QoS

– AF (assured forwarding ). Asegura preferencia pero sin SLA, contiene cuatro subclases con tres posibilidades de descarte de de paquetes cada una, es decir 12 codepoints

RSVP

• Es un procedimiento de reserva de recursos. Cada emisor de petición de recursos debe demandar la QoS que quiere. Esto implica que los routers que soporten RSVP deben entender la peticiones y retransmitirlas para que toda la cadena de enrutado puede implementar la QoS.

• Es posible que un router no tenga recursos y rechace la petición con lo que no se establece la sesión excepto que haya otras alternativas de enrutado

MPLS

• En el router de entrada a la red se marca el paquete de acuerdo con la prioridad que se le quiera dar (etiqueta de 20 bits) , la etiqueta la usan los siguiente routers del camino para asignar la salida. En el router de salida se quita la etiqueta.

• MPLS es en realidad un procedimiento de ingeniería de tráfico para asignar u determinado ancho de banda a una sesión

Reconstrucción de la imagen

• Teselado o tiling. Distorsión de la imagen por la aparición de bloques repetitivos sobrepuestos a la imagen original.

• Errores de bloque. Aparición en la imagen recibida de bloques de pixels fuera de contexto

• Jerkiness. Es el efecto de percibir el movimiento como no continuo, sino como una serie se escenas con objetos estáticos.

• Retención de objetos. Objetos tanto de texto como gráficos que se continúan mostrando en la imagen cuando deberían haber desaparecido.

• Variación de brillo. Cambio no querido en la intensidad de color.• Emborronamiento “Blurring”, Reducción de detalle en una imagen u

objetos contenidos en la imagen• Pixelación de colores, cambios en elementos o componentes de color. Suele

ocurrir cuando se utiliza transcodificación (cambio en el procedimiento de codificación)

Sincronía sonido imagen

http://portal.etsi.org/stfs/STF_HomePages/STF354/Default.aspx?Selection=TutorialAsynchrony2

Medidas de calidad en IPTV

MEDIDA DE LA QoE

• Entender los factores clave de IPTV. Determinar que bloques tecnológicos impactan más en la calidad percibida

• Pasar de factores subjetivos de la QoE a medidas objetivas

• Diseñar planes de chequeo y utilizar las herramientas de medida apropiadas

• Analizar los resultador , trabajar en medidas correctoras y optimizar la red

Calidad de video

• Los estándares para medir la calidad de video se dividen en :– Referencia completa. Toma muestras de la señal cerca del

sistema de emisión y cerca del subscriptor, las compara y el resultado se puntúa en una escala de 1 a 5

– Referencia parcial. El proceso es similar pero toma un bajo número de muestras y también escala de 1 a 5

– Sin referencia. Solo mide parámetro en el lado del subscriptor. No requiere transferencia de datos para la comparación ni alineamientos temporales, pero es de menos calidad

MPQM

• Se han desarrollado modelos que infieran la calidad desde la consideración de la imagen en un solo punto. Moving Picture Quality Metrics (MPQM) es uno de los más estudiados. Es la versión para video del modelo E para voz, está basado en el proceso de visión humana y en proceso de percepción de los ojos y cerebro

• El funcionamiento del MPQM requiere conocer :– Pérdida de paquetes– Entropía de la imagen– Jitter– Referencia de reloj de programa

V-Factor

• El factor V es la implementación del método MPQM y proporciona una cuantificación de la calidad de imagen de video y información sobre el transporte en red definidos en la in ETSI TR 101290 y la ITU Y1540/1541

• El factor V proporciona alarmas el audio y el video de la imagen, para su funcionamiento en los STB necesita conocer el tamaño de los buffer de audio y video y la utilización en su caso de técnicas de “packet loss concealment” diseñadas para la reconstrucción estimada de paquetes perdidos

FIABILIDAD, DISPONIBILIDAD, TOLERANCIA A FALLOS

Fiabilidad

• Fiabilidad : probabilidad de que un sistema no falle en un determinado periodo de tiempo– Usualmente se mide por el tiempo medio entre

fallos o MTBF (mean time between failures)– El tiempo entre fallos es una variable aleatoria de

media igual al MTBF

Ejemplo aplicación

• Supongamos que la aparición de fallos sigue una distribución de Poisson con media igual al MTBF

• ¿Cuál será la probabilidad de tener un fallo dentro de los tres primeros años de vida de un equipo si su MTBF es de 10 años?

– n=1 y λ= 1/10 , la probabilidad será de 0.22

Disponibilidad

• Razón entre el tiempo que un servicio está disponible y el tiempo de observación.

• Si el tiempo disponible y el tiempo de reparación son variables aleatorias podemos proponer las medias de las respectivas distribuciones de probabilidad aplicables.

Disponibilidad serie

p1 p2 p3

321 pppptot

Disponibilidad paralelo

p2

p1

Disponibilidad = 1 – indisponibilidadIndisponibilidad = 1- disponibilidad =1 – p = qPara una topología en paralelo la indisponibilidad total seráel producto de indisponibilidades

Disponibilidad ejemplo

p1 p3p2

p2

3221 1 pqpptot

Tolerancia a fallos

• Un sistema se dice tolerante a fallos si es capaz de continuar ofreciendo servicio a pesar de un producirse un fallo en alguno de sus componentes

ACUERDOS DE NIVEL DE SERVICIO

SLA

• El acuerdo de nivel de servicio o SLA (Service Level Agreement) fija el desempeño de un determinado servicio para un cliente

• Debe contener medidas relevantes del desempeño del servicio, procedimientos de obtención de cada medida, plazos de obtención y presentación de las medidas y penalizaciones por incumplimiento de los términos del acuerdo

Medidas del SLA

• Plazos de provisión del servicio, tanto para la primera instalación como para las ampliaciones sucesivas. También hay que incluir en este apartado los cambios en las características del servicio como por ejemplo pasar de un ADSL de 10 Mbs a uno de 20 Mbs.

• Medidas referidas a la calidad técnica del servicio, como por ejemplo en un servicio IP se podría pactar un MOS mínimo o bien fijar los valores máximos esperados de pérdida de paquetes, retardos y variación de retardo.

• Disponibilidad del servicio, tanto la referida a la totalidad de la red como a la de comportamientos individuales de cada conexión.

• Calidad de la facturación referida al número de errores de la misma• Calidad de atención al usuario

Ejemplo SLA

Medida Valor Unidad

Tiempo medio instalación nuevas peticiones 15 días laborables

Tiempo instalación nuevas peticiones percentil 95% 30 días laborables

Tiempo cambio facilidades servicio 2 días laborables

Disponibilidad de red 99,8 %

% conexiones con 2 o más incidencias en un mes <5 %

Tiempo medio de reparación 4 horas

Tiempo reparación percentil 95% 8 horas

% congestión de llamadas 1.5 %

% conexiones con congestión de llamadas > objetivo 4 %

MOS voz 3,7  

% Incidencias facturación 3 %

Instalaciones

• Tiempo medio instalación nuevas peticiones

– N : número de instalaciones terminadas en el periodo de medida– Concepto de día inhábil. Operador no puede trabajar por causa imputable al

cliente o festivo pactado• Tiempo instalación nuevas peticiones percentil 95%

– Tiempo no superado por el 95% de las peticiones. Da una idea de la dispersión de los resultados. Evita que la media no tenga significación, por ejemplo podrían producirse 40 instalaciones en 2 días y 40 en 28, la media de 15 no nos daría una información real.

• Tiempo cambio facilidades del servicio. – Por ejemplo cambio en la velocidad de un ADSL. Fórmula es la misma que en

Disponibilidad

• Disponibilidad de red

– Esta fórmula requiere establecer la hora de reposición del servicio de manera consensuada entre el cliente y el proveedor y la hora de inicio de la indisponibilidad, también las paradas de reloj imputables al cliente como imposibilidad de acceso a instalaciones o mala diagnosis

Tiempo reparación

• Se consideran inhábiles las horas en las que el proveedor no haya podido actuar por causas imputables al cliente, por ejemplo imposibilidad de acceso al local de cliente fuera horario oficina

• También se mide el percentil 95% para conocer la significación de la media, como en el caso de nuevas instalaciones

n : número averías

Congestión de llamadas

• Como no se suelen conocer todos los intentos de llamada entrante se puede estimar que el tanto por ciento de congestión es igual al tanto por ciento de tiempo en HC con todos los servidores ocupados

• Se suele medir en %• Se aplica la fórmula anterior para cada conexión de usuario,

para cada haz de enlaces o número de canales de VoIP disponibles en cada ubicación de usuario

MOS

• La medida del MOS subjetiva es de difícil gestión , así que se acepta la estimación del MOS por su correlación con el factor R que se puede obtener de los sistemas de gestión de red.

• En el mercado existen paquetes de software especializados que estiman el MOS

Facturación

• % de recibos con errores de facturación. Suele agruparse el consumo y uso de un servicio por cada sede del cliente. Pueden existir errores en la planta instalada o en la imputación de los términos fijos o variables del servicio.

Penalizaciones

• Asociado al incumplimiento de los SLA se reflejan en el contrato los niveles de penalización. La penalización retorna una parte de la facturación estipulada en el contrato.

• Ante desacuerdos de interpretación suele remitir el contrato a un arbitraje en un determinado tribunal o a los juzgados.

CAU

• Controla las incidencias y suministra los datos para realizar base para informar del SLA.

• Su objetivo básico es atender al usuario y conseguir resolver las incidencias en el menor tiempo posible.

• La gestión del CAU puede estar externalizada o se parte del acuerdo con el Operador

• Los objetivos internos del CAU son similares a los de un call center: atender un % objetivo de llamadas de clientes en un tiempo menor que un determinado umbral, por ejemplo el 95% de las llamadas en menos de 20 segundos.