Lab 4: Técnicas de aseguramiento QoS

En lo que respecta a las telecomunicaciones, la multimedia ha ido incorporandose a nuestra vida diaria, de hecho cuando nosotros nos metemos a la radio de internet o vemos películas en netflix, estamos interactuando con la multimedia de los dispositivos al ofrecer de diferentes formas un servicio de video, audio, etc, es por eso que para esta entrada de laboratorio, vamos a hablar acerca de la calidad de servicio de la multimedia y algunas tecnicas que se pueden utilizar para saber si nos ofrece la calidad que el usuario desea.

Aplicaciones multimedia

Las aplicaciones multimedia refiere a el transpaso de flujo continuo de audio/video a través de la red, en donde la calidad de servicio hace que las aplicaciones tengan un buen nivel de performance necesario para su buen funcionamiento.

Existen diferentes clases de aplicaciones multimedia, por ejemplo streaming de audio y video que se grabó con anterioridad, streaming de audio y video en directo y también aplicaciones de audio y video interactivos, las principales características de estas aplicaciones es que son sensibles al tiempo, por ejemplo ver pedazos cortados, interfiriendo una cierta fluctuación (en inglés jitter), por lo tanto debe ser capaz de ser tolerante y sensible a demoras y perdidas de información.

Los protocolos en el streaming

El streaming es la manera de obtener datos de media que están guardados en una fuente (por ejemplo VoD), transmitiendo al cliente cuando comienza a dar play antes de que todos los datos lleguen al receptor, mientras transmite este sigue recibiendo flujo de datos sin que se guarde dentro del cliente, por lo que encontramos restricciones de tiempo que hace que dichos datos puedan ser vistos al recibir flujo, por que si esperamos el flujo completo, sería una trasferencia de archivo, en realidad en streaming se necesita verlo antes de que todo el fluje termine de obtenerlo, entre las demás clases streaming podemos encontrar cuando es directo, tiempo real, donde podemos encontrar la telefonía IP, video conferencias, juegos distribuidos, etc, en donde un valor promedio de calidad de servicio en este tipo de streaming es menor de 150 mili segundos como una conexión buena y menos de 400 mili segundos como aceptable.

La multimedia básica en internet esta basada en los protocolos TCP/UDP/IP, de forma que cada uno hace su mejor esfuerzo para garantizar que no existan plazos sin datos o delays (UDP, TCP) ni perdidas de partes o contenido (UDP).

Con el protocolo TCP existe el siguiente flujo de datos de manera que realiza:

1. Corrección de perdida. 
2. Retransmisión 
3. Aumentar retardo y jitter.

Actualmente, las aplicaciones multimedia utilizan técnicas en la capa de aplicación como hacer codificación y realizar playback en el buffer, para esconder o disminuir las limitaciones del proveedor de internet.


Mediciones.

Para asegurar que el QoS este funcionando correctamente dentro de alguna red, luego de las técnicas mencionadas anteriormente, se pueden hacer gráficamente el análisis para averiguar si estas son recomendables o no, entre las gráficas que se pueden generar son los siguientes:

• Sacar el promedio de entre los bytes descargados y el tiempo.
• El instante de empezar a descargar entre la hora
• Obtener la media de los datos durante el inicio del buffering
• Graficar los datos descargados al inicio del buffering
• Obtener la longitud del video sobre el tiempo de descarga
• El tiempo de descarga al iniciar un video
• Entre otros.

Por ejemplo, para la tarea de esta materia, estuve trabajando en implementar un experimento que graficara en videos de longitud de 3 minutos, con diferentes formas de internet (cableado analógico, wireless, fibra óptica), para sacar un promedio entre los bytes descargados y el tiempo.

Por ejemplo en videos de resolución 4k, que duran aproximadamente 3 min, podemos encontrar que se termina de descargar a los 500 segundos, aproximadamente 8 min, por lo que no tenemos una buena relación entre calidad de servicio, ya que esta demora más que lo que tarda el video, cosa que se debe de evitar en streaming de video.

Esto cambia radicalmente, cuando tenemos varios dispositivos a la vez al querer hacer streaming de video de 4k, por lo que existen diferentes mecanismos que pretenden arreglar esta situación.


Mecanismos de gestión de tráfico.

Existen diferentes arquitecturas y protocolos utilizado para saber asegurar que existe una buena calidad en el servicio de la red, conocidas para dar soporte a los datos multimedia, entre ellos podemos mencionar los siguientes:

Arquitectura integrado al servicio (IntServ):

Algunas veces, para todos los paquetes IP, tienden a ser tratados de la misma manera sin ninguna diferenciación, por lo tanto, un flujo de streaming en tiempo real, son tratados como servicio Mejor esfuerzo, en donde se almacenan en la cola de acuerdo con el principio FIFO (First In First Out), por lo tanto el tiempo de transmisión puede ser largo y sobre todo no constante existiendo el Jitter, un fenómeno que los medios de transmisión es muy sensible a darse.

El modelo IntServ define una arquitectura capaz de soportar QoS utilizando mecanismos de control adicionales sin afectar el funcionamiento de IP. Se trata de un modelo basado en el protocolo RSVP, este modelo hace que los router reserven recursos para un flujo de datos específico mediante el almacenamiento de información, definiendo dos tipos de servicio.

• Garantía de Servicio (GS) que garantiza el ancho de banda limitado y tiempo de entrega, se debe a que los datagramas se incluirán en el plazo de entrega grantizado y no se descarta debido a desbordamientos de la cola.

• Carga controlado, equivalente al servicio de mejor esfuerzo en un entorno que no está sobrecargado.

Arquitectura diferencia de servicio (DiffServ):

Como pueden ver, el IntServ es difícil de aplicar para grandes redes ya que es difícil mantener un estado de los recursos de la red para cada flujo si por ejemplo esta cambia a cada rato, es por eso que surge la arquitectura DiffServ el cual clasifica el tráfico con un código en el paquete IP, aplicando un trato diferenciado a las distintas clases de tráfico.

Cada clase es identificada por un valor de código haciendo que la entrada de red dentro del router se dirija a la dirección IP asignada, permitiendo que cada IP pueda ser controlado según su flujo de datos, según el RFC 2475.

El DiffServ tiene dos elementos fundamentales:

• Los edge functions, las cuales los routes accedan según la red ISP, responsables de la clasificación de paquetes y el condicionamiento de trafico.

• Los core functions, responsables de enviar únicamente, cuando un paquete es marcado en cierto campo de DS, puede enviar el siguiente flujo.

802.1p

802.1p es un mecanismo de gestión adecuado para el trafico agregado en redes LAN, este mecanismo básicamente define un campo en la cabecera MAC en los paquetes de Ethernet, que puede contener uno de los ocho niveles de prioridad posibles. Los rotures que llevan el tráfico a una LAN va checando el nivel de prioridad de paquetes de transmisión, según corresponde. Los dispositivos LAN, inlcuyendo los switches, gateways y los AP deben tratar los paquetes de acuerdo a su prioridad.

Esto sería todo para la entrada de técnicas para el aseguramiento de QoS, si tienen alguna duda o comentario.

Referencias.
Les mécanismes de controle de la qualité de service dans les réseaux informatiques. Bernard Cousin (Liga).
Estudio e Implementación de Calidad de Servicio. Universidad de Cartagena. Liga.