Vega, Christian. Simulación del Comportamiento de Colas en OPNET – IT GURU
.
SIMULACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE COLAS APLICADO A QoS EN OPNET – IT GURU Christian Vega cvega@aunar.edu.co Corporación Universitaria Autónoma de Nariño demanda. El algoritmo tiene como limitación la capacidad del buffer en momentos de congestión.
RESUMEN:
En este articulo se presenta mediante la herramienta de simulación OPNET – IT GURU el comportamiento de los modelos de encolados FIFO, PQ Y WFQ, utilizados como esquemas de Calidad de Servicio QoS en enrutadores y dispositivos de Conmutación. Se pretende simular el comportamiento de una red multiservicio que soporta tráfico FTP y VOZ.
1.2 Priotizing Traffic (PQ): En este tipo de mecanismo, los paquetes son clasificados en 4 posibles colas (alta, media, normal y baja prioridad), que se implementan en Routers a través de filtros. A pesar de que el método puede ser eficiente para el manejo de tráfico multimedia, puede causar inanición, es decir dejar fuera de servicio al tráfico menos prioritario.
PALABRAS CLAVE: QoS, Modelos de Colas, VoIP, FTP, Simulación de Sistemas de Comunicaciones.
1.3 Weighted Fair Queuing (WFQ): Es un método adaptativo para el manejo de colas se utiliza en situaciones donde se necesite un buen tiempo de respuesta para usuarios que tanto un uso elevado de la red, tanto como para los que hagan un uso más leve, sin añadir ancho de banda adicional. En este mecanismo el tráfico de alta prioridad se coloca al principio de la cola, reduciendo su tiempo de respuesta, proporcionando una división equitativa del resto de ancho de banda de menor prioridad.
INTRODUCCIÓN La teoría de colas es el estudio matemático del comportamiento de líneas de espera, y aplica para variedad de escenarios como los negocios, el comercio, la industria, el transporte, entre otros. En el contexto de las redes de comunicaciones, la aplicación de modelos de colas toma importancia porque en reiteradas ocasiones, los dispositivos deben gestionar volúmenes relativamente grandes de información que superan su capacidad de transmisión, y además el uso inadecuado de un modelo de colas puede afectar el tráfico crítico de la red y por tanto la experiencia del usuario en el uso de un servicio de la red de comunicaciones.
Figura 1. Mecanismo PQ para el manejo de Colas
Entre los objetivos principales del estudio y aplicación de modelos de colas en las redes de telecomunicaciones podemos mencionar los siguientes: Identifica el nivel óptimo de capacidad del sistema, minimizando los costos del mismo. Dar prioridad a las aplicaciones críticas de la red sin dejar en inanición a las otras. Optimizar los tiempos de espera (retardos), así como la variación de retardo que puede ser critica en aplicaciones de video y voz. Brindar al usuario de la red de comunicaciones, un balance entre calidad y costo que colme sus expectativas.
1. Mecanismos de Cola en QoS
Fuente: Felici, Santiago. Evaluación de mecanismos de QoS en los Routers para servicios multimedia, 2009.
1.1 FIFO (First In - First Out): Utiliza la técnica de almacenamiento y reenvío. No implementa ningún mecanismo de prioridad en los paquetes que llegan. A pesar de ser un mecanismo rápido puede causar problemas de retardo y de jitter en aplicaciones de tiempo real. Se recomienda cuando las capacidades del canal sobrepasan significativamente la
1
Vega, Christian. Simulación del Comportamiento de Colas en OPNET – IT GURU
.
Figura 3. Escenario para el estudio de Colas en OPNET
Figura 2. Mecanismo WFQ para el manejo de Colas
Fuente: Felici, Santiago. Evaluación de mecanismos de calidad de servicio en los Routers para servicios multimedia, 2009. 2.
En el cuadro APLICACATION DEFININITION se configuraron dos aplicaciones un FTP que permitirá evaluar el comportamiento de los datos y un VoIP que permitirá evaluar el comportamiento del tráfico de voz.
Esquemas de Codificación de Voz.
Cuando se utiliza transmisión de voz uno de los aspectos importantes a tener en cuenta es el esquema de codificación, ya que éste influye sobre calidad del servicio prestado. Esquemas de codificación que utilicen una tasa de muestreo mayor presentarán mejor calidad en la señal procesada, sin embargo estas señales ocuparán un mayor ancho de banda, que puede ser crítico para sistemas donde los canales son de baja capacidad, en tanto que si se utilizan esquemas de codificación con tasas de muestreo bajas, la calidad de la voz puede deteriorarse, sin embargo se logra ocupar un menor ancho de banda y la señal de voz podrá subsistir en medios con limitada capacidad de transmisión.
En los perfiles se configuran las opciones de simulación para los perfiles de FTP y VoIP. La siguiente figura muestra el resumen de los parámetros configurados. De acuerdo a esto el modo de operación va a ser simultáneo y el tiempo de inicio de los perfiles será de 100 segundos. Los perfiles de Colas se dejan con los valores por defecto. Con los parámetros configurados se escogen las estadísticas a las cuales queremos hacerles seguimiento para nuestro caso las variables a observar son:
El Codec que se seleccionó para ejecutar la simulación en OP-NET es el G711 sus características se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1.Esquemas de codificación de voz. CODEC
Tasa de Codificación
G.711
64 Kbps
G.728 LD - CELP
16 Kbps
G.729 CS-ACELP
8
3.
Traffic Received (bytes/sec) Trafffic Sent (bytes/sec) Traffice Dropped (packets/sec) Packet Delay Variation Packet End to End Delay (sec)
3.2 Análisis de los Datos de Simulación. Para la simulación se va a utilizar un cliente FTP con configuración de LOW LOAD, en tanto que se variará el códec de VoIP y se analizarán las estadísticas configuradas en la sección anterior.
Kbps
Simulación del Comportamiento de Colas en OPNET – IT GURU.
3.2.1 CODEC G711. El códec G711 utiliza una tasa de muestreo de 64Kbps, al analizar la gráfica se puede apreciar como en WFQ se logra enviar mayor tráfico de datos que en FIFO. También es interesante ver que para el esquema PQ el tráfico FTP enviado es nulo.
3.1 Preparando los parámetros de Simulación. El objetivo de la práctica es evaluar el comportamiento de los tres tipos de colas expuestas, utilizando una red compuesta por el enlace entre dos enrutadores que soportan tráfico de voz y datos. El escenario que se trabajo se muestra en la figura 3.
2
Vega, Christian. Simulación del Comportamiento de Colas en OPNET – IT GURU
. Figura 4. Comportamiento con códec G711 Tráfico Enviado
Figura 6. Comportamiento con códec G711. Trafico Rechazado.
Al hacer un análisis al tráfico FTP recibido encontramos una gráfica similar donde se ve que en el esquema PQ no se recibe ningún paquete de datos, mientras que se presenta un comportamiento más aceptable en WFQ donde se recibe más datos que en el sistema FIFO.
En la siguiente gráfica se puede apreciar el tráfico de voz recibido donde se ve que los esquemas FIFO y PQ tienen comportamiento similares, mientras que en WFQ se puede apreciar el tráfico recibido es menor.
Figura 5. Comportamiento con códec G711. Tráfico Recibido con FTP.
Un análisis al retardo End-to-End nos muestra que para el tráfico de VOZ el mejor comportamiento se presenta en PQ, en tanto se dan retardos bastante críticos con los esquemas FIFO Y WFQ. Analizando el tráfico IP que ha sido rechazado o eliminado por la congestión se puede ver un comportamiento uniforme para los 3 esquemas de encolado, presentando una mayor tasa de rechazo promedio el esquema WFQ.
3
Vega, Christian. Simulación del Comportamiento de Colas en OPNET – IT GURU
.
4.
CONCLUSIONES
Con respecto a lo observado en las simulaciones se pueden mencionar algunos aspectos más reevlantes con respecto al uso del códec G711. Para este códec, que presenta la más alta tasa de muestreo práctica (64Kbps) se puede concluir que el esquema más apropiado es PQ, debido a que en éste el tráfico de voz siempre tendrá prioridad con respecto al tráfico de Datos, sin embargo este modelo de cola deja en inanición al tráfico de datos, porque siempre su prioridad será menor. El comportamiento en WFQ es aceptable para el tráfico ftp, porque este modelo garantiza no dejar en inanición a ningún tráfico, debido a su esquema de ponderación, donde se asigna un mayor peso al tráfico de voz y un menor peso al tráfico de datos, sin excluirlo completamente. Sin embargo a pesar de que se demostró que los esquemas FIFO y WFQ permiten que subsistan los dos tipos de tráfico (voz y datos) el retardo que se presenta para la voz es totalmente inaceptable (8.5 seg para WFQ, 4,32 seg para FIFO), para garantizar calidad de servicio a los usuarios. Finalmente se puede asumir el canal de 56Kbps no es óptimo la transmisión de VoIP y datos simultáneamente. Sería necesario entonces reevaluar la capacidad del canal o el códec utilizado para obtener un mejor rendimiento. 5.
REFERENCIAS
[1] Oppnheimer, Priscilla. Top – Down Network Design. Thrid Edition. Cisco System Inc. 2011 [2] Ondom, Wendel. Cisco QoS Certification Guide. Cisco System Inc. 2011. [3] Michael Lin. Cisco IOS Software Quality of Service, Cisco Systems Inc. 2010.
4