T6 Modelado servicios v1 -...

SIMULACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTOPARA REDES MÓVILES AD-HOC MEDIANTE

HERRRAMIENTA DE SIMULACIÓN NS-3

MODELADO DE SERVICIOS

Contenidos

1. Introducción

2. Servicio telefónico

3. Servicios móviles

4. Servicios de distribución de audio y video

5. Servicios de datos

Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3

2

5. Servicios de datos

Definición de Servicio de Telecomunicación

• Conjunto de facilidades y medios (físicos y lógicos) gestionados por un proveedor de servicio que éste pone a disposición de los usuarios, con unas normas de acceso y utilización, para satisfacer las necesidades de telecomunicaciones de los clientes

• Elementos necesarios:


3

• Elementos físicos (equipos, medios de transmisión, etc.) y lógicos (protocolos, señalización)

• Proveedor de servicios

• Clientes o usuarios del servicio

• Información que se intercambia

Clasificación de los servicios (ITU)

� Servicios PortadoresProporcionan la capacidad necesaria para la transmisión de señales entre puntos de terminación de red (PTR) normalizados (pueden usar redes conmutadas o no conmutadas). Ej: ADSL

� Servicios Finales o TeleserviciosProporcionan la capacidad completa para la comunicación entre usuarios, incluidas las funciones del equipo terminal, según procedimientos específicos de cada servicio. Ej: Videoconferencia


4

procedimientos específicos de cada servicio. Ej: Videoconferencia

TerminalTerminal

Red

Servicio portador

Teleservicio

PTRPTR

Tráfico

� Información originada por un servicio de telecomunicación y entregada hacia la red que lo transporta

�

Aplicación Aplicación


5

� Las características del tráfico dependen del servicio y del modo en que los datos son transportados• Conmutación de circuitos vs. paquetes• Servicios de voz, video, datos, etc.

Terminal 1 Nodo 1 Nodo n Terminal 2

Definición del modelo de tráfico

� Abstracción matemática, más o menos compleja, que trata de representar alguna o varias características estadísticas de un tipo de tráfico real

� Utilidad: análisis, diseño y/o optimización de redes y servicios mediante

• resultados de simulación con modelos de tráfico

• análisis matemático (ej. Tª de colas para tráfico de Poisson)


6

• análisis matemático (ej. Tª de colas para tráfico de Poisson)

Servicio telefónico

� Telefonía básica: comunicación de voz entre terminales telefónicos conectados a PTR de la RTB

� Rango de frecuencias audibles: 20Hz-20kHz• El canal vocal telefónico se limita a 300-3400Hz

� Transmisión analógica en el bucle de abonado y digital en el resto

� El servicio telefónico básico incluye:• Número telefónico perteneciente a la red pública


7

• Número telefónico perteneciente a la red pública• Instalación de un PTR (la alimentación del teléfono proviene

de la central local)• Buzón de voz• Facturación detallada

� Posibilidad de contratar servicios suplementarios

Red inteligente

� En los sistemas de comunicación previos a la Red Inteligente (RI), todos los elementos residen en los sistemas de conmutación

� Servicios resultantes:• Poca flexibilidad• No existe acceso a datos centralizados

� RED INTELIGENTE: Plataforma basada en la interconexión


8

� RED INTELIGENTE: Plataforma basada en la interconexión de nodos, donde residen aplicaciones informáticas, centrales de conmutación y sistemas de bases de datos en tiempo real, para proveer la generación de servicios• Arquitectura de red orientada a servicios• Facilita el desarrollo, control y gestión de dichos servicios

Otros servicios asociados a la Red Telefónica

� Transmisión de datos (servicios portadores)• Módem en banda vocal � hasta 56kbps

• Módem ADSL � hasta 6.1Mbps

• Red Digital de Servicios Integrados (RDSI)o Acceso básico (BRI): 144kbps (o hasta 2 canales de voz)

o Acceso primario (PRI): 2Mbps (o hasta 30 canales de voz)


9

� Transmisión de imágenes• Fax: transmisión de imagen digital a ≈9600 bps (Grupo III)

Voz sobre IP (VoIP)

� Objetivo: transmisión de voz usando IP como portadora de la voz• La voz es codificada y transmitida sobre redes de

conmutación de paquetes y no sobre redes de conmutación de circuitos

� Además de digitalizar la voz es necesario ofrecer todas las funciones propias de una red telefónica:


10

• Señalización (llamada)

• Servicios suplementarios: reenvío de llamadas, mensajería, etc.

Características del tráfico de voz

Voz sobre conmutación de circuitos

� La intensidad de tráfico de voz se suele medir en Erlangs

1 Erlang = 1 circuito en uso durante 1 hora( )

º3600

NumLlamadas DuraciónMediaLlamada sN Erlangs

s

⋅=

� Duración de la llamada� Tendencia exponencial negativa


11

� Tendencia exponencial negativa� Valor medio típico: 2 o 3 minutos

� Se suele aplicar la fórmula de Erlang-B para determinar la probabilidad de bloqueo:

0

!( , )

!

c

B kc

k

I

cE c II

k=

=∑

c: nº de circuitos

I: Intensidad de tráfico en Erlangs


Voz sobre conmutación de paquetes

� El tráfico de voz (sobre paquetes) se caracteriza por tener períodos de conversación (ON) y silencio (OFF)

� Normalmente se modela mediante 2 estados (ON y OFF)

tiempoOFFON OFFON

Throughput

Conversación Silencio Conversación Silencio

Tasa constante (CBR)


12

� Normalmente se modela mediante 2 estados (ON y OFF)� Tiempo de permanencia en cada estado sigue una distribución

estadística exponencial f(t) de media t0

ON� OFF ( )

−=

00

exp1

t

t

ttf

0( ) 227t ON OFF ms→ =

0( ) 596t OFF ON ms→ =

≈70%≈30%

EJEMPLO


Voz sobre conmutación de paquetes� Durante el período ON, se suele modelar asumiendo constantes

los dos parámetros básicos que controlan la fuente:� Tamaño medio de paquete � Tiempo medio entre paquetes

OFF OFFOFF ONON


13

Tiempo entre paquetes Tamaño de paquete

Codificador Tamaño de paquete (bytes)

Tiempo entre paquetes (ms)

Throughput (kbps)

Calidad subjetiva (MOS: 1-5)

G. 711 (PCM) 160 20 64 4.1G. 726 80 20 32 3.85

RPE-LTP (GSM) 32.5 (260 bits) 20 13 3.5G. 729 20 20 8 3.92

G. 723.1 20 30 5.3 3.65

Requisitos de calidad del servicio de voz

� Velocidad garantizada• Depende de la tasa binaria generada por el codificador

� Calidad de la voz• Bit Error Rate (BER) < 10-6 (ITU G.113)

� Retardo bajo• Para telefonía de calidad: <200 ms extremo a extremo

(ITU G.114)


14

(ITU G.114)

� Mínimo jitter (variación del retardo)

Reducción del jitter en redes de paquetes

� Forma de minimizar el efecto del jitter• Pequeño buffer a nivel de aplicación (0-75ms)• Amortigua las variaciones del retardo• Proporciona una tasa constante a su salida• Paquetes con retardo demasiado alto son descartados


15

Buffer

data datadatadatadatadata

(0-75ms)

jitterVelocidad constante

datadata data

Requisitos de retardo entre extremos (ITU G.114)

Excelente

Bueno

Tolerable


16

0 100 200 300 400 500 Retardo (ms)

Tolerable

Mala

Muy mala

Servicios móviles

• Radiobúsqueda (paging)• Radio Móvil Privada y sistemas troncales (trunking)• Servicios móviles vía satélite• Telefonía Móvil• SMS• MMS


17

• MMS

Radiobúsqueda (paging)

� El sistema envía un aviso a un usuario en particular o grupo de usuarios• El aviso puede consistir en un bip, cadena de caracteres

� Servicio unidireccional� Los primeros sistemas datan de los años 60� Existen sistemas de cobertura reducida, local o amplia� Se basa en una red de estaciones emisoras


18

� Se basa en una red de estaciones emisoras� Receptores sencillos, baratos y de bajo consumo

Radio Móvil Privada y Sistemas Troncales

� Servicio de radiotelefonía de grupo cerrado de usuarios� Bidireccional (semidúplex o full-dúplex)� Conexión directa entre terminales móviles� Requiere disciplina de uso� Alcances reducidos� Sistema troncal (trunking)

• Varios grupos cerrados de usuarios comparten


19

• Varios grupos cerrados de usuarios comparten infraestructuras y recursos radio

Servicios móviles vía satélite

� Servicios móviles marítimo y aeronáutico• Primeros servicios vía redes terrestres a baja frecuencia• Actualmente: redes de satélites en órbita de gran cobertura

(INMARSAT, IRIDIUM, GLOBALSTAR, ODYSSEY)

� Servicios de control de flotas• Gestión de vehículos• Comunicación de voz y datos


20

• Comunicación de voz y datos• Llamadas de emergencia• Ejemplo: EUTELTRACS

� Posicionamiento• Cálculo de la posición mediante retardos de propagación• Ejemplo: GPS, GALILEO, GLONASS, BEIDOU

Telefonía móvil

� Sistema de comunicaciones inalámbricas y móviles que proporciona los mismos servicios que la red de telefonía fija clásica

� Bidireccional (full-dúplex), no requiere disciplina de uso por parte del usuario

� No hay conexión directa entre terminales, siempre a través de estaciones base (posibilitando tarificación)

� Conexión con otras redes de telefonía y de datos


21

� Conexión con otras redes de telefonía y de datos

Telefonía móvil: Servicios GSM (2G)

� Teleservicios• Voz digital sobre conmutación de circuitos a 13 kbps (Full

Rate, FR) ó 6.5 kbps (Half Rate, HR)• Mensajes cortos (SMS)• Fax (grupo III)• Mensajes Multimedia (MMS) � Requiere soporte GPRS

� Servicios portadores• Transmisión de datos hasta 9600 bps (o mayores con GPRS)


22

• Transmisión de datos hasta 9600 bps (o mayores con GPRS)

� Servicios suplementarios• Buzón de voz• Desvío / retención de llamadas• Restricción de llamadas• Indicación de llamada en espera• Ocultación de identidad• Multiconferencia

Servicio de Mensajes Cortos (SMS)

� Intercambio de mensajes de texto entre terminales móviles

� Garantiza la recepción de los mensajes aunque los destinatarios no se encuentren disponibles en el momento de la transmisión� Los mensajes de texto son procesados por un centro de

mensajes cortos (SMSC, Short Message Service Center) que se encarga de almacenarlos hasta que son enviados


23

se encarga de almacenarlos hasta que son enviados

� Se transmite por canales de señalización

Servicio de Mensajería Multimedia (MMS)

� Permite enviar y recibir en un mismo mensaje: texto con formato, sonido, imágenes, animaciones y/o vídeo a otro teléfono móvil o a una dirección de correo

� Un MMS consiste en un paquete de datos dividido en objetos que pueden contener imágenes, sonidos o texto

� El paquete incluye una cabecera que muestra el origen y destino del paquete

� El lenguaje de presentación de los mensajes es el SMIL


24

� El lenguaje de presentación de los mensajes es el SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language)• SMIL consiste en un conjunto de etiquetas XML que describen

el contenido, sincronización, temporización, posición, etc.

Clases de contenidos MMS


25

Servicios de distribución de audio y vídeo

• Radiodifusión sonorao Analógicao Digital (DAB)

• Televisión Digitalo TV Digital Terrestre (TDT)o TV Digital vía Satéliteo TV por Cable (CATV)


26

o TV por Cable (CATV)o Televisión por ADSL

• Streaming• Características del tráfico de audio y video

Radiodifusión sonora

� Servicio de radiodifusión unidireccional de audio mediante ondas electromagnéticas desde un centro de difusión y destinada a la recepción del público en general

� Pueden emplear redes terrenales o de satélite

• Red Terrenal:

o Red primaria (emisores)


27

o Red secundaria (re-emisores)

� Tecnología:• Analógica• Digital (DAB)

Televisión digital

� Difusión de las señales de TV que utiliza la tecnologíadigital para transmitir video/audio, y opcionalmente,otros servicios interactivos

� Ventajas de la TV digital frente a la analógica� Mejor calidad tanto de imagen como de sonido� Facilita la incorporación de nuevos servicios� Mayor número de canales


28

� Mayor número de canales

� Tecnologías de acceso a la Televisión Digital:� Ondas Terrestres (TDT)� Satélite� Cable (CATV)� ADSL

Tecnología streaming

� Surgió en 1995 como nueva forma de difusión de contenidos multimedia

� El contenido de vídeo y/o audio es transmitido en “flujo” (stream), el cual es consumido por la aplicación receptora a medida que van llegando los datos que lo componen

� Unidireccional (video/audio), Bidireccional (señalización)

� Arquitectura cliente-servidor


29

� Arquitectura cliente-servidor

Red

Buffering

Funcionamiento de streaming

BytesServidor Cliente

� Re-buffering: necesidad de llenar de nuevo el buffer por no haber más datos disponibles • Interrupción en el servicio

Retardo de red no

constante


30

retardo buffer

384 kbps

Tiempo (s)

Re-buffering

buffer

constante

Características del tráfico de audio

� Los requisitos de throughput vienen determinados por:• Frecuencia de muestreo• Bits/muestra• Mono/estéreo• Algoritmo de compresión

Audio: Calidad CD


31

Frecuencia muestreo 44.1 kHz

Bits /muestra 16

Mono/estéreo Estéreo

Throughput (sin comprimir) 1.4Mbps

Throughput (comprimido) ≈≈≈≈ 128kbps

Características del tráfico de audio

� Dependiendo del algoritmo de compresión, el throughputresultante puede ser CBR o VBR (preferente)• Mayor compresión implica menor calidad y mayor consumo

de CPU

� La compresión MPEG es la más eficiente y da mayor tiempo

Throughput CBRVBR


32

� La compresión MPEG es la más eficiente y da mayor calidad (proporciona tráfico VBR), pero consume mucha CPU e introduce mucho retardo • Se utiliza para audio de alta calidad• No puede emplearse en aplicaciones interactivas como la

videoconferencia o voz sobre IP

� La familia de compresores G.72x son menos eficientes pero más rápidos � usados para servicios interactivos

Codificadores de audio

Formato Frec. Muestreo (kHz)

Canales Throughput por canal (kbps)

Uso

PCM (G.711) 8 1 64 Telefonía

ADPCM (G.721) 8 1 32 Telefonía

SB-ADPCM (G.722) 16 1 48/56/64 Vídeoconferenc.

MP-MLQ (G.723.1) 8 1 6,3/5,3 variable Telefonía Internet

ADPCM (G.726) 8 1 16/24/32/40 Telefonía

E-ADPCM (G.727) 8 1 16/24/32/40 Telefonía

LD-CELP (G.728) 8 1 16 Telefonía/Videoc.Bajo

Retardo


33

LD-CELP (G.728) 8 1 16 Telefonía/Videoc.

CS-ACELP (G.729) 8 1 8 Telefonía Internet

RPE-LTP (GSM 06.10) 8 1 13 Telefonía GSM

CELP (FS 1016) 8 1 4,8

LPC-10E (FS 1015) 8 1 2,4

CD-DA / DAT 44,1 / 48 2 705,6/768 Audio Hi-Fi

MPEG-1 Layer I 32 / 44,1 / 48 2 192-256 variable

MPEG-1 Layer II 32 / 44,1 / 48 2 96-128 variable

MPEG-1 Layer III (MP3) 32 / 44,1 /48 2 64 variable Hi-Fi Internet

MPEG-2 AAC 32 / 44,1 / 48 5.1 32-44 variable Hi-Fi Internet

Elevadoretardo

Retardo

Modelo de tráfico de audio

� Sin períodos de silencio� Se suele modelar:

� Tiempo entre paquetes: o Fijo o variable (10–50 ms)

• Tamaño de los paqueteso Paquetes de pequeño tamaño, fijo o variable (20-160 bytes)

o Eficiencia baja en Internet debido a las cabeceras


34

RTP

RTP

RTP

UDP

UDPIP

DATOS

DATOS

DATOS

DATOS

Aplicación

Transporte

Red

Enlace RTPUDPIP DATOSEthernet

12 bytes

8 bytes

20 bytes

18 bytes

EJEMPLO 20 bytes, 20 ms/paq

8.0 kbps

12.8 kbps

16.0 kbps

24.0 kbps

31.2 kbps

Modelo de tráfico de audio

� Cuando el tráfico es VBR, alguno de los 2 parámetros (tiempo entre paquetes, tamaño de paquete) es variable• En ese caso, se suele utilizar una PDF Lognormal o Pareto

Truncada para esas variables

( )2

22

ln1exp si 0

( ) 22

0 resto

xx

f x x

µσπσ

− − >

=

( ) 1si /

1( )

0 resto

bb x b c

c xf x

α

α α

α+

≤ ≤ −=


35

0 resto0 resto

donde α, b ≥ 0 y b ≤ x ≤ b/c

Lognormal ParetoTruncada

Tráfico de vídeo

� Los compresores de video pueden proporcionar una tasa:• CBR (más sencilla la codificación y decodificación)• VBR (mejor calidad y eficiencia de compresión)

� Los estándares de compresión de video más extendidos (MPEG-2 = H.262, H.263, MPEG-4 = H.264) utilizan VBR debido a que utilizan compresión espacial y temporal


36

Audio+Video:

QCIF

Audio+Video: Resolución SD

Audio+Video: Resolución HD720p

Tamaño 176x144 720x576 1280x720

Fotogramas/s 8-15 fps 25 fps 50 fps

Audio Mono Estéreo Estéreo

Bitrate (comprimido)

≈≈≈≈ 32-64kbps ≈≈≈≈ 1.5 Mbps ≈≈≈≈ 8 Mbps

Ejemplo de modelo de tráfico de vídeo

� PDF Pareto Truncada (ó Log-normal) para el tamaño de los paquetes y tiempo entre paquetes


37

VelocidadMedia

Tamaño de paquete Tiempo entre paquetes

64 kbps Distribución: Pareto truncadaMedia = 50 bytesMax = 250 bytes

α = 1.2

Distribución: Pareto truncadaMean = 6 ms

Max = 12.5 msα = 1.2

Características del tráfico de datos

� Muy dependiente de la aplicación en particular� Los modelos de tráfico más extendidos están asociados a:

• Tráfico web• Transferencia de ficheros


38

Modelo de tráfico web

� Suele utilizarse un modelo estructural de varios niveles:• NIVEL DE SESIÓN: Desde que abre el navegador hasta que

termina de navegar. Está formado por la lectura de 1 ó más páginas web.

• NIVEL DE PÁGINA: Consulta por parte del usuario de una página Web, formada por un conjunto de ficheros (HTML, sonido, imágenes estáticas, vídeo), que serán transferidos a través de una o varias conexiones TCP.


39

• NIVEL DE PAQUETE: definido por el tamaño de los paquetes y el tiempo entre llegadas de los mismos.

Sesión1º paquete de la sesión

Último paquete de la sesión

PáginaTiempo de lectura Paquete

Modelo de tráfico web

embeddedobjects

embeddedobjects

� A nivel de página:• Objeto principal• Objetos secundarios


40

objects

main object

Modelo de tráfico webVariable Distribución Parámetros PDF

Tamaño del objeto principal

LognormalTruncada

Media = 10710 bytesStd dev = 25032 bytes

Min = 100 bytesMax = 2 Mbytes

Tamaño del objeto

secundario

LognormalTruncada

Media = 7758 bytesStd dev = 126168 bytes

Min = 50 bytesMax = 2 Mbytes

Número de objetos

secundarios por

ParetoTruncada

Media = 5.64Max = 53

( )

35.8,37.1

0,22

ln 2exp

2

1

=µ=σ

≥

σ

µ−−

σπ= x

x

xxf

( )21 lnexp , 0

22 2

2.36, 6.17

xf xx

x

µπσ σ

σ µ

− −= ≥

= =

,1k k x mf x

αα

α= ≤ <+,

kx mf x

α

= =


41

secundarios por página

Nota: Restar k al número aleatorio para obtener N

Tiempo de lectura

Exponencial Media = 30 s

Tiempo de procesamiento

Exponencial Media = 0.13 s

Tamaño de paquete

Determinista Media = (MTU - Cabeceras TCP/IP)

,1 k x mf xxα= ≤ <+

033.0

0,

=λ

≥λ−

λ= xex

f x

69.7

0,

=λ

≥λ−

λ= xex

f x

1.1, 2, 55

f xm

k mα = = =

Modelo de tráfico FTP

� Suele utilizarse un modelo de 2 parámetros:• Tamaño medio de fichero• Tiempo entre ficheros


42

( )

45.14,35.0

0,22

ln 2exp

2

1

=µ=σ

≥

σ

µ−−

σπ= x

x

xxf

006.0

0,

=λ

≥λ−

λ= xex

f x

Variable Distribución Parámetros PDF

Tamaño de fichero LognormalTruncada

Media = 2 MbytesStd Dev = 0.722 Mbytes

Max = 5 Mbytes

Tiempo entre ficheros

Exponencial Media = 180 s

T6 Modelado servicios v1 -...

Documents

Transcript of T6 Modelado servicios v1 -...