MAPEO DE CALIDAD DE SERVICIO ENTRE REDES DIFFSERV Y WIMAX
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Mapeo de Calidad de Servicio entre redes DiffServ y WiMAX Carlos Baladrón Zorita Universidad de Valladolid [email protected]
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Aun cuando las comunicaciones extremo a extremo tienen lugar utilizando el protocolo IP, en un escenario heterogéneo pueden existir diferentes mecanismos y políticas de calidad de servicio para los distintos dominios involucrados en la comunicación. En el escenario planteado en este trabajo el tráfico de una red TCP/IP va a atravesar un segmento WiMAX para unir dominios cableados. En estos dominios fuera de WiMAX la arquitectura DiffServ se puede identificar como la más adecuada para la provisión de calidad de servicio, principalmente por su simplicidad y su escalabilidad. El segmento WiMAX, ofrece de forma nativa diferenciación de tráfico con sus propios mecanismos. Cuando el tráfico procedente de los dominios externos entra en el segmento WiMAX, se produce un conflicto al no existir una correspondencia uno a uno entre las clases de tráfico DiffServ y las que ofrece WiMAX. En este artículo se va a hacer una revisión de los mecanismos que utilizan DiffServ y WiMAX para aplicar calidad de servicio para posteriormente proponer una solución que permita el envío de tráfico DiffServ sobre redes WiMAX, de manera que la calidad de servicio sea la requerida por el usuario final.
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Mapeo de Calidad de Servicio entre redes DiffServ y WiMAXCarlos Baladrón Zorita
Universidad de [email protected]
Índice
• Introducción• Modelo DiffServ
• Calidad de Servicio en WiMAX
• Mapeo de Tráfico Interdominios
• Escenarios y Resultados• Conclusiones
Introducción
Introducción• La
aparición
en
Internet
de
nuevos
sistemas
de
comunicaciones
con
requerimientos
especiales
de
calidad
de
servicio
(QoS,
Quality
of
Service) hace
que
surjan
mecanismos
(como
Diffserv)
capaces
de
garantizar
al
usuario servicios con un nivel de calidad determinado.
• La aparición de nuevas redes de acceso como WiMAX con mecanismos de QoS
nativos
hace
necesaria
una
adaptación
del
tráfico
que
proviene
de
dominios externos.
• En ocasiones los paquetes IP (a los que se aplica DiffServ) tienen que pasar por redes WiMAX sin que disminuya la QoS.
• Como
los
mecanismos
de
DiffServ
son
diferentes
a
los
de
redes
WiMAX, en el momento de transición entre redes se hace necesario un mapeo de tráfico.
• En
este
trabajo,
realizado
dentro
del
proyecto
WIMSAT
(Convergencia
de WiMAX, IMS y Satélite), se ha modelado el mapeo de tráfico entre clases DiffServ y WiMAX, y cuantificado el impacto de dicho mapeo en el
tráfico
asociado a los perfiles identificados para el sistema WIMSAT.
Modelo DiffServ
Modelo DiffServ• DiffServ
se
basa
en
ofrecer
un
tratamiento
diferente
a
los
distintos
tipos
de paquetes en función de la clase a la que pertenecen. – En
los
nodos
de
borde
se
lleva
a
cabo
una
clasificación
del
tráfico
en
varias
clases
marcándolos
mediante
el
campo
de
cabecera
IP
Differentiated
Services
Code
Point
(DSCP).
– En
los
nodos
intermedios
de
la
red
se
lee
el
campo
DSCP
y
en
función
de
la
clase
identificada
para
cada
paquete
éste
es
tratado
de
la
forma
adecuada,
otorgando
más
recursos a las clases de mayor prioridad.
• Generalmente para cada clase se define un Per Hop Behaviour (PHB), logrando la diferenciación de las clases de servicio:
– PHB
EF
(Expedited
Forwarding
PHB):
se
corresponde
con
el
tráfico
de
más
alta
prioridad.
Se
pretende
que
los
paquetes
encuentren
colas
muy
cortas
y
su
procesado
sea independiente del tráfico no EF.
– PHB
AF
(Assured
Forwarding
PHB):
ofrece
diferentes
niveles
de
garantía
de
reenvío,
mediante
ciertas
cantidades
de
recursos
garantizados
(buffer
y
ancho
de
banda).
La
prioridad de descarte determina la importancia del paquete dentro de la clase AF en el
caso de congestión.
– PHB BE (Best Effort PHB): se
sirve
sin
ningún
tipo
de
garantía.
Los
paquetes se
envían
sólo cuando exista ancho de banda no utilizado por otro PHB.
Calidad de Servicio en WiMAX
Calidad de Servicio en WiMAX• En la capa MAC, la QoS es proporcionada mediante flujos de servicio.
– Antes de llevar a cabo cualquier tipo de servicio, la estación
base
(BS)
y
el
terminal
del
usuario
establecen
un
enlace
unidireccional
entre
las
capas
MAC
llamado
conexión.
La
capa
MAC
entonces
asocia
paquetes
que
atraviesan
la
interfaz
MAC
con
un
flujo
de
servicio para ser entregado en la conexión.
– Los
parámetros
de
QoS
asociados
con
el
flujo
de
servicio
definen
la
clasificación
de
la
transmisión y la asignación en la interfaz aire, que es habitualmente el cuello de botella.
Las conexiones orientadas de QoS pueden habilitar el control punto a punto de la QoS.
Los parámetros del flujo de servicio se tratan dinámicamente a través de mensajes MAC
para
amoldarse
a
la
demanda
de
servicios
de
manera
dinámica.
Los
flujos
de
servicios
están basados en el mecanismo QoS y se aplican en ambos sentidos DL y UL.
• WiMAX
se
optimiza
dinámicamente
para
el
tipo
de
tráfico
que
se
está transportando, soportando cuatro tipos de servicios diferentes:
– UGS (Unsolicited Grant Service): Soporta flujos de servicio en tiempo real con paquetes
de
datos
de
tamaño
fijo
en
períodos
constantes.
Este
servicio
ofrece
asignaciones
de
tamaño
fijo
en
tiempo
real
y
en
períodos
constantes,
eliminando
la
necesidad
de
realizar
solicitudes
de
ancho
de
banda
por
parte
de
la
estación
suscriptora
(SS).
La
BS
provee estas reservas en base a la máxima tasa de tráfico sostenida del flujo de servicio.
Para
que
este
servicio
funcione
correctamente,
la
SS
tiene
prohibido
usar
los
períodos
de contención para realizar solicitudes de ancho de banda.
Calidad de Servicio en WiMAX– rtPS
(Real
Time
Polling
Service):
Está
diseñado
para
soportar
flujos
de
servicio
en
tiempo real, que transportan paquetes de datos de tamaño variable. La BS proporciona
periódicamente
oportunidades
unicast
para
transmitir
las
solicitudes
de
ancho
de
banda, conociendo
las
necesidades
de
los
flujos
de
servicio
en
tiempo
real
y
permite
a
las SS especificar el tamaño de las reservas deseadas. La SS realiza continuas solicitudes
de ancho de banda, provocando mayor
gasto
de
recursos
en
las
solicitudes,
pero
tiene
la
ventaja
de
soportar
tamaños
variables
de
reserva,
para
un
óptimo
y
eficiente
transporte de datos. Con el propósito de que este servicio funcione correctamente, la SS
tiene prohibido usar cualquier período de contención para realizar solicitudes de ancho
de banda para su conexión.
– nrtPS
(Not
Real time
Polling
Service):
Este
tipo
de
servicio
encuesta
regularmente
a
la
SS
para
asegurarse
que
sus
flujos
de
servicio
reciban
oportunidades
de
transmitir
solicitudes
de
ancho
de
banda.
La
BS
encuesta
las
conexiones
con
servicio
nrtPS,
en
intervalos
inferiores
al
segundo
y
proporciona
oportunidades
unicast
para
realizar
solicitudes
de
ancho
de
banda.
Con
el
fin
de
que
este
servicio
funcione
de
forma
correcta,
la
política
de
solicitud/transmisión
debe
ser
tal,
que
la
SS
puede
usar
los
períodos de contención para enviar solicitudes de ancho de banda.
– BE
(Best
Effort):
En
este
caso,
la
SS
tiene
permitido
usar
cualquier
oportunidad
de
transmitir una solicitud de ancho de banda en el período de contención. A consecuencia
de
esto,
la
SS
puede
utilizar
oportunidades
unicast
y
los
períodos
de
contención,
para
enviar sus solicitudes de ancho de banda.
Mapeo de Tráfico Interdominios
Mapeo de Tráfico Interdominios• Para un correcto mapeo entre los dominios DiffServ y WiMAX es necesario
mapear las clases definidas en DiffServ sobre la capa MAC 802.16.
Escenarios y Resultados
Escenarios y Resultados• El escenario que se plantea, consiste en la creación de una red híbrida, en
la cual se envíe tráfico IP DiffServ con su correspondiente clasificación de clases
de
calidad
de
servicio,
y
este
tráfico
sea
recibido
en
el
dominio
WiMAX,
ubicado
al
otro
extremo
de
la
red,
conservando
una
política
de prioridades similar para cada tipo
de
tráfico
enviado. Es
decir,
el
objetivo
perseguido es que los requerimientos de QoS de cada tipo de datos, sigan vigentes al pasar del dominio DiffServ al dominio WiMAX.
– Implementación OPNET Modeler.
– Configuración:
El
escenario
que
se
plantea
consta
de
una
red
IP
DiffServ
y
una
red
WiMAX, separadas mediante un nodo intermedio.
FIF
OPQ
WFQ
FIFO
Escenarios y Resultados• Simulación con carga baja
– Un
flujo
de
1.000
paquetes
por
segundo
enviado
desde
la
estación
“Bronze”,
que
representa al flujo de menor prioridad y es tratado como BE.
– Otro
flujo
de
2.000
paquetes
por
segundo
enviado
desde
la
estación
“Silver
que
es
tratado como AF31 y representa una prioridad media.
– Un
último
flujo
de
3.000
paquetes
por
segundo
enviado
desde
la
estación
“Gold”,
tratado como EF, que representa la más alta prioridad.
• El
tráfico
IP
DiffServ
enviado
por
las
estaciones
emisoras,
es
recibido
correctamente
al
otro
extremo
de
la
red
por
las
estaciones
receptoras
WiMAX.
Esto
indica
que
la
red
ha
sido
correctamente
configurada,
y
tal
y
como
era
de
esperar,
que
en
condiciones
de
baja carga, la totalidad del tráfico enviado
se recibe correctamente.
Escenarios y Resultados• Simulación con carga alta
– Un
flujo
de
60.000
paquetes
por
segundo
enviado
desde
la
estación
“Bronze”,
que
representa al flujo de menor prioridad y es tratado como BE.
– Otro
flujo
de
60.000
paquetes
por
segundo
enviado
desde
la
estación
“Silver
que
es
tratado como AF31 y representa una prioridad media.
– Un
último
flujo
de
60.000
paquetes
por
segundo
enviado
desde
la
estación
“Gold”,
tratado como EF, que representa la más alta prioridad.• El
tráfico
“Gold”
ha
llegado
a
su
destino
sin
problemas.
• El
tráfico
“Bronze”,
ha
sufrido
notables
pérdidas,
recibiendo
tan
sólo
45.000
paquetes
por segundo de los 60.000 enviados.
• El
tráfico
“Silver”,
ha
obtenido
una
respuesta
muy buena, ligeramente peor que la del tráfico
“Gold”
(retardo mayor).
Escenarios y Resultados
• El
tráfico
“Gold”
es
el
que
ha
gozado
de
mayor prioridad y ha sufrido menos pérdidas.
El
tráfico
“Bronze”
pierde
casi
el
50%
de
los
paquetes.
• El
planificador
lleva
a
cabo
el
mapeo
de
paquetes,
ya
que
sus
perdidas
son
mayores
que las de la Estación Base WiMAX.
• Comportamiento
obtenido
para
el
Planificador y la Estación Base WiMAX:
• El
Planificador
recibe
la
totalidad
del
tráfico
enviado,
sin
embargo,
se
ve
obligado
a
descartar
algunos
paquetes,
de
modo
que
finalmente
tan
sólo
envía
algo
más
de
150.000
paquetes
por
segundo
a
la
Estación
Base
WiMAX.
Ésta
por
su
parte,
descarta
también
una
mínima
parte
de
paquetes
como puede apreciarse en el hecho de que la
media
de
la
curva
roja
se
halla
ligeramente
por
debajo
de
la
azul
oscuro.
tráfico
“Gold”
ha llegado a su destino sin problemas.
Conclusiones
Conclusiones• El
tráfico
IP
de
Internet
circula
por
distintos
tipo
de
redes,
con
diferente
clasificación
de
los
distintos
tipos
de
servicio,
lo
que
requiere
de
un mapeo
entre
dominios
para
que
el
usuario
no
perciba
estos
cambios
y
la
QoS que reciba sea la esperada.
• Se
propone
un
sistema
de
mapeo
entre
las
distintas
clases
de
servicio DiffServ
y
WiMAX
que
se
ha
modelado
y
simulado
en
la
herramienta
OPNET
Modeler
demostrando
que
el
tráfico
llega
al
dominio
WiMAX conservando las prioridades asignadas inicialmente en la red DiffServ.
• La
arquitectura
propuesta
permite
la
introducción
de
algoritmos
de control de QoS en comunicaciones que incluyen un segmento WiMAX.
Un
operador que contara por ejemplo con un conjunto de abonados premium o con un servicio específico de garantía de recursos sería capaz de ofertar dicho servicio a usuarios conectados a través de WiMAX, mientras que sin dicha solución, al no ser posible la integración de reservas de recursos, no sería
posible
garantizar
la
calidad
extremo
a
extremo
ya
que
el
tramo
WiMAX sólo podría ofrecer un servicio best effort.
Mapeo de Calidad de Servicio entre redes DiffServ y WiMAXCarlos Baladrón Zorita
Universidad de [email protected]
Proyecto financiado por:
