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Articulo_Comportamiento_QoS

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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. 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 Router
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  Vega, Christian.  Simulación del Comportamiento de Colas en OPNET – IT  GURU .       1   SIMULACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE COLAS APLICADO A QoSEN OPNET –  IT GURU   Christian Vegacvega@aunar.edu.co Corporación Universitaria Autónoma de Nariño        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.  PALABRAS CLAVE : QoS, Modelos de Colas, VoIP,FTP, Simulación de Sistemas de Comunicaciones.   INTRODUCCIÓN  La teoría de colas es el estudio matemático delcomportamiento de líneas de espera, y aplica paravariedad de escenarios como los negocios, el comercio,la industria, el transporte, entre otros.  En el contexto delas redes de comunicaciones, la aplicación de modelosde colas toma importancia porque en reiteradasocasiones, los dispositivos deben gestionar volúmenesrelativamente grandes de información que superan sucapacidad de transmisión, y además el uso inadecuadode un modelo de colas puede afectar el tráfico crítico dela red y por tanto la experiencia del usuario en el uso deun servicio de la red de comunicaciones. Entre los objetivos principales del estudio yaplicación de  modelos de colas en las redes detelecomunicaciones podemos mencionar los siguientes:  Identifica el nivel óptimo de capacidad delsistema, minimizando los costos del mismo.  Dar prioridad a las aplicaciones críticas de lared sin dejar en inanición a las otras.  Optimizar los tiempos de espera (retardos), asícomo la variación de retardo que puede sercritica en aplicaciones de video y voz.  Brindar al usuario de la red de comunicaciones,un balance entre calidad y costo que colme susexpectativas.  1. Mecanismos de Cola en QoS   1.1 FIFO   (First In - First Out):  Utiliza la técnica dealmacenamiento y reenvío. No implementa ningúnmecanismo de prioridad en los paquetes que llegan.A pesar de ser un mecanismo rápido puede causarproblemas de retardo y de jitter en aplicaciones detiempo real.   Se recomienda cuando las capacidadesdel canal sobrepasan significativamente lademanda. El algoritmo tiene como limitación lacapacidad del buffer en momentos de congestión.  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 seimplementan en Routers a través de filtros.   A pesarde que el método puede ser eficiente para el manejode tráfico multimedia, puede causar inanición, esdecir dejar fuera de servicio al tráfico menosprioritario.   1.3 Weighted Fair Queuing (WFQ):  Es un métodoadaptativo para el manejo de colas se utiliza ensituaciones donde se necesite un buen tiempo derespuesta para usuarios que tanto un uso elevadode la red, tanto como para los que hagan un usomás leve, sin añadir ancho de banda adicional.  Eneste mecanismo el tráfico de alta prioridad se colocaal principio de la cola, reduciendo su tiempo derespuesta, proporcionando una división equitativadel resto de ancho de banda de menor prioridad.  Figura 1. Mecanismo PQ para el manejo de Colas     Fuente: Felici, Santiago.  Evaluación demecanismos de QoS  en los Routers para serviciosmultimedia, 2009.       Vega, Christian.  Simulación del Comportamiento de Colas en OPNET – IT  GURU .       2     Figura 2. Mecanismo WFQ para el manejo deColas   Fuente:  Felici, Santiago.  Evaluación de mecanismos decalidad de servicio en los Routers para serviciosmultimedia, 2009.   2.  Esquemas de Codificación de Voz.   Cuando se utiliza transmisión de voz uno de losaspectos importantes a tener en cuenta es el esquemade codificación, ya que éste influye sobre calidad delservicio prestado.   Esquemas de codificación queutilicen una tasa de muestreo mayor presentarán mejorcalidad en la señal procesada, sin embargo estasseñales ocuparán un mayor ancho de banda, que puedeser crítico para sistemas donde los canales son de bajacapacidad, en tanto que si se utilizan esquemas decodificación con tasas de muestreo bajas, la calidad dela voz puede deteriorarse, sin embargo se logra ocuparun menor ancho de banda y la señal de voz podrásubsistir en medios con limitada capacidad detransmisión. El Codec  que se seleccionó para ejecutar la simulaciónen OP-NET es el G711 sus características se muestranen la Tabla 1. Tabla 1.Esquemas de codificación de voz. CODEC Tasa de Codificación G.711 64 Kbps G.728 LD - CELP 16 KbpsG.729 CS-ACELP 8 Kbps  3. Simulación del Comportamiento de Colas enOPNET – IT GURU.   3.1 Preparando los parámetros de Simulación.  El objetivo de la práctica es evaluar el comportamientode los tres tipos de colas expuestas, utilizando una redcompuesta por el enlace entre dos enrutadores quesoportan  tráfico de voz y datos.  El escenario que setrabajo se muestra en la figura 3.   Figura 3.  Escenario para el estudio de Colas en OPNET     En el cuadro APLICACATION DEFININITION seconfiguraron dos aplicaciones un FTP que permitiráevaluar el comportamiento de los datos y un VoIP quepermitirá evaluar el comportamiento del tráfico de voz .  En los perfiles se configuran las opciones de simulaciónpara los perfiles de FTP y VoIP. La siguiente figuramuestra el resumen de los parámetros configurados.  Deacuerdo a esto el modo de operación va a sersimultáneo y el tiempo de inicio de los perfiles será de100 segundos. Los perfiles de Colas se dejan con los valores pordefecto .  Con los parámetros configurados se escogen lasestadísticas a las cuales queremos hacerles seguimientopara nuestro caso las variables a observar son:   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 lasimulación se va  a utilizar un cliente FTP conconfiguración de LOW LOAD , en tanto que  se variará elcódec de VoIP y se analizarán las estadísticasconfiguradas en la sección anterior.    3.2.1 CODEC G711. El códec G711 utiliza una tasa demuestreo de 64Kbps, al analizar la gráfica se puedeapreciar como en WFQ se logra enviar mayor tráfico dedatos que en FIFO.  También es interesante ver quepara el esquema PQ el tráfico FTP enviado es nulo.       Vega, Christian.  Simulación del Comportamiento de Colas en OPNET – IT  GURU .       3   Figura 4.  Comportamiento con códec G711Tráfico Enviado  Al hacer un análisis al tráfico FTP recibido encontramosuna gráfica similar donde se ve que en el esquema PQno se recibe ningún paquete de datos, mientras que sepresenta un comportamiento más aceptable en WFQdonde se recibe más datos que en el sistema FIFO. Figura 5.  Comportamiento con códec G711.Tráfico Recibido con FTP.   Analizando el tráfico IP que ha sido rechazado oeliminado por la congestión se puede ver uncomportamiento uniforme para los 3 esquemas deencolado, presentando una mayor tasa de rechazopromedio el esquema WFQ.        Figura 6.  Comportamiento con códec G711.Trafico Rechazado.   En la siguiente gráfica se puede apreciar el tráfico devoz recibido donde se ve que los esquemas FIFO y PQtienen comportamiento similares, mientras que en WFQse puede apreciar el tráfico recibido es menor.   Un análisis al retardo End-to-End nos muestra que parael tráfico de VOZ el mejor comportamiento se presentaen PQ, en tanto se dan retardos bastante críticos con losesquemas FIFO Y WFQ.   Vega, Christian.  Simulación del Comportamiento de Colas en OPNET – IT  GURU .       4      4. CONCLUSIONES  Con respecto a lo observado en las simulaciones sepueden mencionar algunos aspectos más reevlantes conrespecto al uso del códec G711. Para este códec, que presenta la más alta tasa demuestreo práctica (64Kbps) se puede concluir que elesquema más apropiado es PQ, debido a que en éste eltráfico de voz siempre tendrá prioridad con respecto altráfico de Datos, sin embargo este modelo de cola dejaen inanición al tráfico de datos, porque siempre suprioridad será menor. El comportamiento en WFQ es aceptable para el tráficoftp, porque este modelo garantiza no dejar en inanición aningún tráfico, debido a su esquema de ponderación,donde se asigna un mayor peso al tráfico de voz  y unmenor peso al tráfico de datos, sin excluirlocompletamente. Sin embargo a pesar de que se demostró que losesquemas FIFO y WFQ permiten que subsistan los dostipos de tráfico (voz y datos)  el retardo que se presentapara la voz es totalmente  inaceptable (8.5 seg paraWFQ, 4,32 seg para FIFO), para garantizar calidad deservicio a los usuarios. Finalmente se puede asumir el canal de 56Kbps no esóptimo la transmisión de VoIP y datos simultáneamente.Sería necesario entonces reevaluar la capacidad delcanal o el códec utilizado para obtener un mejorrendimiento.  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.  
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