medidas de desempeño de un enalce satelital con sensorcloud

1 :Protocolo para el control de la transmisión, Transmission Control Protocol.2 :Protocolo de datagrama de usuario, User Datagram Protocol.3 :Protocolo de mensajes de control en Internet, Internet Control Message Protocol.

Medidas de Desempeño de un Enlace Satelital conSensorCloud

José GuillénPostgrado en ComputaciónUniversidad de los Andes

Mérida, [email protected]

Resumen—El presente documento, aborda el estudio derendimiento aplicado a un enlace satelital basado en los sistemasVSAT, se investigó el desempeño del servicio de conectividad aInternet, empleando para el estudio como herramientasprimordiales, el servicio de computación en la nube SensorCloudy una sencilla aplicación creada en Python para la captura demedidas de tal sistema, con el fin de monitorear y recolectar ladata a evaluar. Se midieron parámetros de rendimiento talescomo calidad y capacidad del servicio. Para profundizar un pocomás en el estudio, se realizó una investigación del flujo de tráficode las transacciones útiles que circula por el sistema satelital a finde caracterizarlo, apoyada con el diseño y aplicación de unsencillo sistema de recolección de observaciones a largo plazo.

Palabras Clave—calidad; monitor; red; rendimiento; satélite;capacidad; tráfico.

I. INTRODUCCION

Las redes satelitales son aquellos sistemas que utilizancomo medios de transmisión satélites artificiales localizados enórbita alrededor de la tierra, en este tipo de redes losenrutadores tienen una antena por medio de la cual puedenenviar y recibir, donde todos los enrutadores pueden oir lassalidas enviadas desde el satélite y en algunos casos puedentambién oir la transmisión ascendente de los otros enrutadoreshacia el satélite, en este contexto las redes de computadoras,sea cual sea su naturaleza, son plataformas necesarias queemplean las organizaciones, para ejecutar una variedad deactividades, que van desde del envío y recepción deinformación a través de un correo, hasta la realización de unavideoconferencia, es muy importante que las mismas, operenbajo un estándar de eficiencia optimo, que mantenga eldesempeño para el cual fueron concebidas inicialmente. Losasuntos relacionados con el desempeño son muy importantesen las redes de cómputo cuando hay cientos o miles decomputadoras conectadas entre sí, ya que son comunes lasinteracciones complejas, con consecuencias imprevisibles.

La tecnología de redes satelitales, representada por satélitespoderosos y complejos y el perfeccionamiento de las estacionesterrenas están revolucionando el mundo. Así por ejemplo, lanecesidad de interconectar terminales remotos con bases dedatos centralizadas, de una manera veloz y eficiente, hanconducido a una nueva tecnología conocida como 'Very SmallApertura Terminal (VSAT)", es por ello que debido a la granimportancia que hoy brindan estos tipos de sistemas en la

productividad y eficiencia de las organizaciones, esindispensable contar con un análisis y monitoreo de losmismos, que nos asegure su correcto funcionamiento en dondedicha acción se ha convertido en una labor cada vez másimportante y de carácter pro-activo para evitar problemas quepuedan afectar los negocios de las empresas. Frecuentementeesta complejidad conduce a un desempeño pobre, traducido enlentitud en la descarga y transferencia de archivos por la web,prolongación excesiva de tiempo para accesar y procesarinformación en las principales aplicaciones de la empresa,como puede ser una intranet, dificultad para conectarseeficazmente a una videoconferencia, videollamada u otraaplicación multimedia, bien sea porque se escucha la vozentrecortada o la calidad del servicio se ve afectado porfactores externos, todo esto, sin que nadie sepa el por qué. Eneste sentido, la Productora y Distribuidora Venezolana deAlimentos, S.A. (PDVAL), una empresa venezolana decarácter público y dedicada entre otras funciones alabastecimiento y comercialización de alimentos a preciosregulados, cuenta a nivel nacional en cada estado del país, conun sistema de red de enlaces satelitales VSAT distribuidosentre diferentes localidades, bien sea puntos de venta, sedesadministrativas y centros de distribución, el cual funciona yestá implantado bajo una estructura de topología bajo elesquema bidireccional en estrella (ver figuras 1, 2 y 3), cuyoproveedor es Telecomunicaciones BANTEL, C.A. la primeraempresa de telecomunicaciones por satélite de Venezuela, quele brinda a sus clientes una amplia variedad de servicios através de la red satelital más grande del país. Cuenta conequipos y sistemas avanzados, que permiten administrar ymonitorear la información en tiempo real y brindar mayorconfiabilidad en sus operaciones. La red está conectada alsatélite INTELSAT (IS-1R y IS-903) y está constituida por elcentro de control supervisorio y el telepuerto Bantel, que operalas 24 horas, los 365 días al año.

Telecomunicaciones Bantel C.A., posee unainfraestructura con capacidad de servicios que estáconformada por canales de transmisión vía satélite y redes demicroondas digitales, las cuales cuentan con un monitoreo decada una de las estaciones instaladas desde un Centro deControl altamente sofisticado. La Empresa brinda un serviciode alta calidad con soluciones específicas desarrolladas yadaptadas según las necesidades de cada cliente, en lo querespecta a ubicación geográfica, protocolos, tiempo de


respuesta, garantía de disponibilidad de detección y correcciónde fallas, confiabilidad de los servicios, etc. Adicionalmente, através del punto de acceso a la red (NAP - Network AccessPoint) de las Américas es posible prestart servicios decomunicaciones a nivel internacional no sólo en USA sinotambién para el resto del mundo. A continuación algunosservicios que ofrece Bantel:

- Sistema de Gestión, para administrar y monitorear lainformación en tiempo real.

- Servicio de Microondas, enlaces de radios digitalescon cobertura sobre toda el área metropolitana.

- Servicio VSAT (Very Small Apertura Terminal),utilizado en redes con amplia dispersion geográficade bajo y mediano tráfico.

- Servicio SCPC (Single Channel Per Carrier), permitela transmisión de alta capacidad de informaciónpunto a punto.

- Servicio Internet, permite la transmisión de altacapacidad de información entre Venezuela y el restodel mundo.

- Servicio Broadcasting, permite la transmisiónunidireccional de información hacia múltiplesestaciones receptoras.

- Servicio de ISDN (Integrate Service DigitalNetwork), permite la transmisión de señales de vídeo,audio y respaldo de datos (Backup), basado en redesinteractivas vía satélite, microondas y fibra óptica.

- Servicio de Banda Ancha Satelital (Bantel BAS),permite la conexión de Banda Ancha Satelital concalidad de servicio (QoS) configurable y Acuerdo deNivel de Servicio (SLA- Service Level Agreement)que admitirá soportar una gran variedad deaplicaciones IP de voz, datos y video tales como: Navegación Web Correo Electrónico Intranets / Extranets corporativas Comercio electrónico Aplicaciones y bases de datos corporativas

distribuidas Transferencia de grandes archivos Voz sobre IP (VoIP) Video sobre IP sobre Internet VLAN

La calidad de servicio (QoS) de BAS le permite identificarde manera automática, clasificar y dar prioridad al tráfico dedatos de la red, obteniendo un servicio flexible.Adicionalmente cuenta con un sistema de Administración deTráfico en Tiempo Real (RTTM - Real Time TraficManagement) que permite habilitar la identificación deinformación crítica para alcanzar el destino de la manera máseficiente y rápida. BANTEL provee a la empresa PDVAL,servicio conexión a Internet y VoIP, con un plan mensual deancho de banda de 1024 Kbps de descarga y 256 Kbps desubida para cada segmento de enlace.

Fig. 1. Red VSAT PDVAL Mérida.

Fig. 2. Diagrama Detallado Topología de Red de NodoSatelital.


Mientras que en la figura 1 se muestra la topología generaldel sistema de red satelital de Pdval en el estado Mérida, en lafigura 2 se puede apreciar a un nivel de detalle la topología dered típica de una estación remota VSAT, en este nivel, dichaestación está conformada por los siguientes subsistemas, queson, los equipos de exteriores (Outdoor) y los equipos deinteriores (Indoor):

Equipos de exteriores (Outdoor): 01 reflectorparabólico tipo off-set (antena de 1.20 m dediámetro), 01 ODU conformado por un amplificadorde potencia RF (de 1W y 2W de potencia), un LNB,un OMT y un alimentador (Horn), cable coaxialRG11 y soporte de antena.

Equipos de interiores (Indoor): 01 Modem satelitalcuyo modelo es HN7000S/HN9200 de marca Hughese incluye fuente de alimentación (adaptador AC/DC),01 Splitter de alta frecuencia (de 02 salidas con 01puerto de paso DC, 950 – 2150 Mhz) y 01 Switch dedatos de 24 puertos.

Luego se tiene toda la red local del sitio remoto, que estádesplegada a través del Switch, compuesta por los equiposcliente de los usuarios que son PC de escritorio, todos conconexión a Internet y pueden variar de 2 a 4 ordenadores, unaimpresora compartida por los usuarios dentro de la red local,una línea telefónica para servicios de voz y puntos de ventabancarios (de 1 a 3 puntos de venta), otro elemento de la red,son las cajas registradoras que varían de 1 a 6 cajasregistradoras en todos los sitios VSAT, las cuales se gestionanpor medio de un equipo servidor dedicado. En cuanto alequipamiento de red, las redes locales de los sitios remotoscumplen con los estándares y normativas del sistema decableado estructurado que exige la industria.

El sistema operativo instalado para todos los equiposcliente, es Windows XP de 32 bits mientras que para el equiposervidor Ubuntu LTS 14.04, las aplicaciones que habitualmentemanejan los usuarios de la red, son la hoja de cálculo MicrosoftExcel, archivos PDF, editor de texto Microsoft Word, editor depresentaciones Microsoft Power Point, correos electrónicospara el envío y recepción de información como Gmail, Yahoo,Hotmail e Institucional, los navegadores que emplean losusuarios para el acceso a sitios de internet son Mozilla Firefox,Internet Explorer y Google Chrome, las paginas o sitios deInternet que usualmente frecuentan los usuarios clientes son ladel banco de Venezuela, el portal Pdval, la intranetInstitucional de la empresa Mi Gente en Línea denominadaCentauro, la cual se puede acceder desde el portal Pdval, quealberga y desde la cual se puede acceder a su vez a una seriede servicios y sistemas integrados. Otras aplicacionesimportantes de la empresa son:

SIGA: Sistema de Información Automatizado para laIntegración de la Gestión Administrativa. El Sistemaaccedido a través de internet, abarca el desarrollo deSistemas de Base de Datos que integranprocedimientos administrativos, manuales yautomatizados, para asegurar, un flujo de informaciónadecuado, actualizado y oportuno que sirva de soporteen la toma de decisiones de cada uno de los niveles dela organización con el fin de mejorar la gestión

administrativa, financiera y no financiera de Institutoso Entes Autónomos.

SICA: Sistema Integral de Control Agroalimentario.Es la plataforma tecnológica que funciona a través deinternet, administrada por la SuperintendenciaNacional de Silos y Depósitos Agrícolas (SADA),donde todos los integrantes de la cadenaagroalimentaria (productores, distribuidores,comerciantes, importadores y consumidores) debeninscribirse y proporcionar la información sobre lamovilización de alimentos, para obtener las guías demovilización que les permitirán realizar ladistribución de los productos.

SISCOLP: Sistema de Control Logístico Pdval.Instalado en todos los puntos de venta de la red Pdvala nivel nacional, es un sistema biométrico cuyafunción es optimizar la atención a los usuarios yusuarias en cuanto a la distribución de alimentos de lacesta básica, ya que registra la cédula de identidad delusuario al momento de la compra y no podrá repetir elmismo rubro hasta la semana siguiente. Es el softwareencargado de gestionar, administrar y llevar el controlde los productos que se venden en los puntos de ventay opera de la mano con el servidor dedicado, el mismoes instalado en el computador que opera el Jefe depunto en modo local, ya que se comunica con las cajasregistradoras vía red conjuntamente con el servidordedicado,,de modo tal que cualquier cambio uactualización de información se verá reflejado en lascajas registradoras por medio del servidor dedicadoque se comunica con el ordenador donde subyace laaplicación, Asimismo cuando se require la obtenciónde reportes o la extracción de alguna otra informaciónde las ventas de las cajas registradoras, la misma seobtiene por medio de los módulos funcionales queprovee la aplicación, también vía red, pero desde elservidor dedicado.

En total, son cinco los nodos satelitales de la empresaBantel (ver figura 3), que actualmente están implementados enla empresa Pdval estado Mérida, nodo satelital punto de ventaTovar, nodo punto de venta Santa Cruz de Mora, nodo puntode venta Bailadores, nodo punto de venta Lagunillas y porúltimo el nodo satelital correspondiente al punto de venta SantoDomingo. El resto de las localidades punto de venta LaAzulita, punto de venta Libertador, punto de venta Santa Elenade Arenales y punto de venta Tucaní posee conexión internetABA de CANTV, en tanto las localidades punto de venta ElVigía y centro de distribución La Parroquia poseen conexión ainternet, mediante la tecnología de banda ancha MetroEthernet.

En este trabajo se mostró un especial interés en términos derendimiento de conectividad, por estudiar este sistemaimplantado, recolectándose medidas al enlace satelital de lalocalidad punto de venta Tovar del estado Mérida,empleándose para ello herramientas y técnicas de monitoreodescritas en el apartado H. Los comportamientos que seinvestigaron del rendimiento del enlace, se basaron en elmonitoreo de medidas de variables de calidad y capacidad del


servicio, en cuanto a la calidad se midieron características talescomo: la Latencia, el Jitter y Pérdida de los paquetes, y para lacapacidad se analizó el porcentaje de utilización del servicio enbase al ancho de banda disponible. Con la finalidad deprofundizar en la investigación, se diseñó una herramienta derecolección de observaciones a largo plazo de lascaracterísticas de la conexión satelital.

Fig. 3. Ubicación Geográfica de Enlaces Satelitales PDVALMérida.

Los objetivos de esta investigación fueronfundamentalmente:

Analizar el rendimiento del enlace satelital, desde losparámetros de calidad y de capacidad del servicio.

Diseñar un sistema para la recolección deobservaciones del tráfico del enlace satelital a largoplazo, a fin de caracterizar el servicio.

Este artículo está conformado por ocho apartados, en elapartado II se abordan los principales conceptos y teorías quesustentan el estudio, con el III se pretende dar una explicacióndel cómo se implementó el estudio, el siguiente punto IV se dáuna guía paso a paso para ejecutar la aplicación desarrolladamonitor de red, posteriormente en el V se exponen losresultados obtenidos, el VI se basa en un pequeño análisis de laevaluación de los resultados obtenidos, el penúltimo punto VII,se detalla el diseño del sistema de observaciones de tráfico alargo plazo y finalmente en el VIII se resumen los aspectosmás significativos y concluyentes del estudio.

II. FUNDAMENTOS TEORICOS

A. Monitor de Sistemas de Redes de Datos

Se puede describir cómo una herramienta integrada defuncionalidades para supervisar y controlar las actividades deuna red, en cuanto a observar el uso de sus recursos yrecolectar medidas de parámetros asociados a su rendimiento.Un monitor de red facilita el examen o evaluación delrendimiento de este tipo de sistemas a través de la visualizaciónde gráficas y despliegue de estadísticas, comportamientos talescomo el tráfico, ancho de banda, paquetes por segundo, entreotros, son los medidos por estas herramientas.

B. Tipos de Monitoreo en una Red

El componente considerado como indispensable en laejecución del análisis del tráfico de una red de computadoras,es el monitoreo, que puede ser activo o pasivo y el cual esempleado para la recolección de paquetes de una determinadared. El monitoreo pasivo consiste en colocar sensores enalgunos nodos pertenecientes a la red para obtener de ellos lasmedidas necesarias. El enfoque de monitoreo activo recae enla capacidad de inyectar pruebas desde un nodo hacia otro enuna red. Las medidas obtenidas aportan información distinta ycomplementaria al monitoreo pasivo porque en este monitoreose interviene explícitamente en la red [1].

El monitoreo activo es una forma de monitoreo exclusivapara medir el desempeño de una red de datos.

C. Rendimiento en Redes de Datos

El rendimiento en una red de comunicación de datos puededeterminarse de variadas formas, unas de ellas, es en términosde calidad y de capacidad del servicio, la obtención de lasmedidas asociadas a estos dos tipos de parámetros, es con elobjetivo de observar de forma gráfica y cuantificable elcomportamiento de las características o variables queinvolucra estos parámetros y así a partir de los mismos tenerlas bases para evaluar el rendimiento de la red y saber si esta,está funcionando en forma óptima con respecto a las líneasbases o valores teóricos ya establecidos.

D. Capacidad del Servicio

Se define como la bondad que tienen las redes de transmitirdata a través de un medio, casi siempre se mide por la variable


ancho de banda, que se define como una medida decomunicación de datos y recursos disponible o consumida, lacual se representa en bits por segundo (bps) ; bit/s) o en susmúltiplos. El ancho de banda puede tener dos interpretaciones,de si es disponible o si es consumido, para el ancho de bandadisponible, se dice que es el rango neto de bits o la máximasalida de una huella de comunicación lógico o físico en unsistema de comunicación digital, por otro lado cuando se hablade ancho de banda consumido, se hace referencia althroughput o goodput obtenido, esto quiere decir la tasapromedio de transferencia de datos exitosa a través de unmedio de comunicación. Término también utilizado comoprueba de ancho de banda.

E. Calidad de Servicio (QoS) en Redes

Una definición de la IETF RFC 2386, dice que la calidad deservicio (QoS) es el “conjunto de requisitos del servicio quedebe cumplir la red en el transporte de un flujo” [2]. Elobjetivo es controlar características resaltantes en el traspasode paquetes, características dadas tanto estadística comocualitativamente, entre las que tenemos: ancho de banda,latencia, Jitter, pérdida de paquetes en la red, con esto segarantiza la fiabilidad del servicio de tal forma se mantengaestables los requisitos de tráfico para el flujo de datos.Algunas de las medidas que se pueden estudiar para analizarla calidad del servicio en una red, se pueden apreciar en latabla I.

En tanto los parámetros más utilizados para cuantificar lacalidad de servicio en una red de datos, son los que se definenen la tabla II.

F. Redes Satelitales VSAT

Este punto se refiere a todo lo concerniente aimplementaciones satelitales VSAT. Las redes VSAT (VerySmall Aperture Terminal, Terminal de Apertura muy pequeña)se describen como infraestructuras con conectividad satelital,cuya función está dada por la comunicación de dos o másterminales terrestres que tienen como puente un satélite detelecomunicaciones de órbita geoestacionaria (GEO). Laprimera banda utilizada en comunicaciones VSAT fue labanda C, aunque actualmente se usa la Ku. Uno de susprincipales elementos, son los satélites de comunicaciones,que son complejos sistemas repetidores situados a grandistancia de la superficie de la Tierra desde donde cubren unagran zona de cobertura. En función de la órbita en la que sesitúen, hay tres tipos de satélites: GEO (Geostationary EarthOrbit) situados en órbitas geoestacionarias a una altura entorno a los 36.000 km, satélites MEO (Medium Earth Orbit)situados a una distancia menor de la superficie terrestre, entre10.000 y 20.000 km y los satélites LEO (Low Earth Orbit) sonde órbita baja, donde la distancia a la superficie terrestre estáentre 500 km y 5.000 por lo que su latencia es muy baja. Latabla III, resume algunos de los tópicos relacionados másfundamentales, y en la figura 4, se aprecia una representación

gráfica de una conexión con arquitectura VSAT.

Fig. 4. Dibujo de Red VSAT.

TABLA I. MEDIDAS DE CALIDAD DE SERVICIO (QoS)

Medida Parámetros de QoS

Tiempo

Latencia, Retraso,Tiempo de

recuperación, Garantía, Intervalo desincronización y Disponibilidad

Volumen detráfico

Throughput y Picos de Volumen

PrecisiónPrecisión de direccionamiento, Tasa de

error e Integridad

Robustez

Confianza,Mantenibilidad,

Resistencia ySupervivencia

Contabilidad Costo y Auditabilidad

ManejabilidadMonitorización y

Control

Seguridad

Autenticación,Confidencialidad y

Seguridad del tráficodel flujo


TABLA II. RESUMEN DE LOS PARAMETROS DE CALIDAD MÁSUSADOS

Parámetro Definición EjemploTécnica

demonitoreo

Disponibilidad

Tiempo mínimo que eloperador asegura que la

redestará en funcionamiento

99,90%

Ancho de banda

Indica el ancho de bandamínimo que el

operador garantiza alusuario dentro de su red

2 MbpsBasado en

TCP1

Pérdida depaquetes

Máximo de paquetesperdidos

(siempre y cuando elusuario

no exceda el caudalgarantizado)

0,10%Basado en

UDP2

Latencia(Round TripDelay - RTT)

El retardo de ida y vueltamedio de los paquetes

80 msBasado en

ICMP3

Jitter

La fluctuación que sepuede producir en

el retardo de ida y vueltamedio

± 20 msBasado en

ICMP

G. Tráfico en Sistemas VSAT

El tráfico puede definirse como la cantidad de informaciónmanejada por un recurso durante un cierto período de tiempo.En los sistemas VSAT el tráfico se divide en dos, Inbound(utiliza TDMA) y Outbound (TDM) (referenciado al HUB)ver figura 5.

El Outbound lo utiliza el HUB y se realiza a una tasa detransferencia alta (aprox 1024kbps) utilizando TDM,generalmente lo hace en forma de broadcast para todas lasremotas. Mientras que las terminales utilizan el Inbound,“luchando” por acceder al medio (Aloha o Aloha ranurado) esdecir comparten el AB para la Tx. Una vez conseguido elmedio transmiten con técnica TDMA. Los slots paratransmitir pueden estar previamente establecidos o asignarsedinámicamente, ver figura 6. El tráfico mixto es unacombinación de mensajes cortos y grandes paquetes de datos.Para el formato de trama ver figura 7.

Outbound: El comienzo de la trama se identifica porUW (unique word), el resto de la trama contiene:

F: inicio de trama

HDR: lleva el address de la IDU e información decontrol

FCS: chequeo de trama

F: fin de trama

Inbound: Las tramas están sincronizadas con lastramas de outbound, los paquetes típicamente

contienen entre 50 y 250 bytes, se dividen en slots,cada IDU transmite en esos slots.

Fig. 5. Configuración de Red.

Fig. 6. Tipos de Señal.

Fig. 7. Formato de Trama.


TABLA III.CARACTERISTICAS BÁSICAS DE ENLACES SATELITALES VSAT

Tópico Descripción

Banda en uso actualmente Banda Ku

Transmisión de datos Bidireccional e interactiva

Estándar usado decomunicaciónbidireccional

DVB-RCS

Usos de las conexionesVSAT

Proporcionar conectividad entre dos o máspuntos, acceso a Internet a usuarios en lugaresdonde se carece de acceso a infraestructuras

cableadas

Desventajas mássignificativas

Latencia, retardo de propagación de señales porlas grandes distancias que tienen que recorrer,

es afectados por condiciones atmosféricasproduciendo desvanecimiento de la señal

Topologías en quefuncionan

Bidireccional en estrella para organizacionesdonde el procesamiento es centralizado, esdecir, un gran número de sucursales que se

comunican a menudo y en tiempo real con laestación central, la otra topología son los

sistemas en malla, utilizados en redescorporativas, la cual ofrece comunicación

directa de todos los nodos.

Tipo de antena Parabólica

Diámetro Pequeño y oscila entre 0,5 y 3 metros

Terminal VSAT usadoMódem DVB para decodificar la señal y

proveer la señal adecuada a la instalación delusuario

Conexión entre la antenaparabólica y el

dispositivo decodificadorSe realiza por medio de cable coaxial

Conexión entre elcodificador y el

equipamiento del cliente

Se efectúa por cable Ethernet RJ-45 o por cableUSB

H. Herramientas

Los recursos empleados para el estudio, se consideraron,tomando en cuenta el objetivo de la investigación que fue el decapturar medidas de desempeño a un enlace satelital,tecnologías de punta disponibles y conocimientos de lasmismas. A continuación se describen las herramientas, en lascuales se fundamentó la investigación:

1) SensorCloud: Plataforma o servicio de tecnología en lanube, cuyo objetivo primordial es el almacenamiento yvisualización de data, en forma transparente, rápida y sencilla,con una interfaz de usuario altamente configurable, una de lasbondades de este tipo de tecnologías es la de enlazar a travésde su API con aplicaciones creadas por el usuario desde suordenador y así poder crear un esquema de conexión para la

captura y almacenamiento de la data de comportamientos devariados tipos de sistemas físicos.

2) Ping (Packet Internet groper): Mensaje ICMP de eco ysu respuesta. Se utiliza con frecuencia en las redes IP paracomprobar si se puede alcanzar un determinado dispositivo dered [5].

3) Speedtest-Cli: Es un sencillo cliente CLI, escrito enPython, para medir el ancho de banda de Internet bidireccionalmediante el uso de la infraestructura Speedtest.net, funcionacon Python 2.4 hasta 3.4 [6].

4) Traceroute: Programa disponible en muchos sistemasque rastrea la ruta que toma un paquete hacia un destino. Es lomás utilizado para depurar los problemas de enrutamientoentre hots [5].

5) Wireshark: Analizador de protocolos utilizado pararealizar análisis y solucionar problemas de redes decomunicaciones, para desarrollo de software y protocolos, ycomo una herrmaienta didáctica [8].

III. IMPLEMENTACION DE ESTUDIO DE DESEMPEÑO

El estudio de desempeño se aplicó a un enlace satelitalVSAT, con conexión a Internet, el cual se basó en larecolección de medidas de dicho enlace. Para lograr laobtención de las medidas, utilizamos las herramientasSensorCloud, que es un servicio en la nube y una sencillaaplicación desarrollada bajo el lenguaje de Python, ver figura 8.Los parámetros que se midieron, para tratar de entender lo queocurre con el desempeño del enlace, fueron, parámetros decalidad y de capacidad del servicio, en cuanto a calidad semidió la Latencia, Jitter y pérdida de paquetes, y por lacapacidad se midió, ancho de banda tanto de descarga como desubida, la arquitectura adoptada para monitorear el mediosatelital, es la mostrada en la figura 9.

Fig. 8. Interfaz de Aplicación Desarrollada en Python.


SensorCloud

API

Aplicación Monitor de Red(Desktop)

Calidad del CapacidadServicio A.B.(QoS)

Enlace Satelital

Fig. 9. Arquitectura de Sistema de Medición de EnlaceSatelital.

La interfaz de la aplicación monitor de red desarrollada, sediseñó con la librería PyQt4, la aplicación está conformada porun hilo principal, el cual carga la ventana, toma los datos y almomento de presionar Start, se crean tres hilos de ejecución, elde latencia, el de traceroute y el de ancho de banda, para que seejecuten estos tres hilos deben estar instalados en elcomputador, los programas Ping, Traceroute y SpeedTest-Cli.Cada hilo ejecuta el método Procesar, el cual a su vez toma losvalores de la ventana, autentifica el usuario a SensorCloud,agrega sensor a SensorCloud, ejecuta Ping, Traceroute,SpeedTest-Cli, sube la data a SensorCloud e imprime valorespor pantalla.

IV. EJECUCION DE APLICACION (CORRIDA)

A fin de dar una desmostración de cómo es que se ejecutala aplicación Monitor de Red, desarrollada en Python, sepresentará en este punto los pasos necesarios para realizar unacaptura de pruebas de medidas del enlace. Es importante tenerclaro que esta aplicación corre bajo el entono Linux Ubuntu12.04 LTS, es necesario que estén instaladas las herramientasPython 3.4, la librería PyQt4, los programas Ping, Traceroute,Speedtest-cli, las librerías pip y sh de Python.

Paso 1. Copiar la carpeta de la aplicación en elescritorio de Ubuntu, luego abrir la terminal de Ubuntu,presionando CTRL+T, figura 10.

Fig. 10. Carpeta de la Aplicación en Escritorio.

Paso 2. Una vez con la consola de Ubuntu abierta,accederemos a la ruta donde se ubica el directorio ocarpeta que contiene la aplicación en el escritorio,para su respectiva ejecución, a través de lassiguientes instrucciones: después del símbolo delsistema ~$, introducimos cd Escritorio y presionamosEnter, la siguiente tarea es acceder a la aplicación,luego de Escritorio$, introduciremos cd Jose\Guillen/, presionamos Enter, y luego de JoseGuillen$, escribimos python monitor.py y finalmentepresionamos Enter, para que se nos abra la ventanade ejecución de la aplicación monitor de red, verfiguras 11 y 12.

Fig. 11. Accediendo a la Aplicación a Través de la Terminalde Ubuntu.


Fig. 12. Ventana de la Aplicación.

El lado derecho de la ventana de la aplicación es paracargar la data a SensorCloud, una vez introducida,procedemos a iniciar la toma de medidas, presionando la teclade color naranja Start Test, la ventana muestra un ejemplo dela recolección de medidas para un Test de 10 pruebas, una vezque la aplicación termina de cargar o almacenar la data enSensorCloud, el lado izquierdo de la ventana de la aplicaciónmostrará los resultados obtenidos, ver figura 13. La figura 14,muestra a la ventana de SensorCloud con los resultados de lasmedidas obtenidas en forma gráfica.

Fig. 13. Lado izquierdo de la Aplicación con los Resultadosdel Test Realizado para 10 Pruebas.

Fig. 14. Interfaz de SensorCloud con el Test Aplicado para 10Pruebas.

V. RESULTADOS

Se obtuvieron diferentes medidas, producto de las pruebasrealizadas al servidor www.siga.pdval.gob.ve, se decidióescoger este servidor para la aplicación de las pruebas deevaluación de rendimiento del enlace satelital, dado que elmismo es el que tiene más actividad dentro de la empresa, porser la herramienta que más los usuarios trabajan durante lajornada laboral diaria, y también la que más problemaspresenta, en cuanto a fallas de conectividad constantes.www.siga.pdval.gob.ve, es una aplicación intranet, la cual essolo accesible por personal autorizado dentro de la empresa,desde cualquier sitio del planeta, siempre y cuando tenga losprivilegios de acceso debidos y una conexión a Internet. Sufunción es ser un sistema de información integrado para lagestión administrativa de la organización, las siguientes sonmedidas obtenidas en SensorCloud, para diferentes cantidadesde pruebas (ver figuras 15, 16 y 17).

Fig. 15. Monitoreo de Latencia al ServidorWWW.SIGA.PDVAL.GOB.VE para una Cantidad de 1500

Pruebas.


MedidaNº

Cantidad dePruebas

Hora Aplicación Latencia (ms) Jitter (ms) PérdidaPaquetes

A.B. Bajada(Mbps)

A.B. Subida(Mbps)

Utilización(%)

1 1000 08:18 AM 752,51 236,24 11/1000 0,90 0,97 45,00

2 1000 11:08 AM 747,07 228,93 24/1000 0,86 2,11 43,00

3 500 01:38 PM 750,80 233,86 26/500 0,90 1,67 45,00

4 100 02:52 PM 746,66 155,06 3/100 0,90 1,24 45,00

5 200 03:15 PM 759,32 152,97 2/200 0,90 1,36 45,00

6 300 03:45 PM 785,33 343,44 14/300 0,90 2,06 45,00

7 4000 07:58 AM 737,24 74,94 4/4000 0,90 0,07 45,00

8 2000 07:14 AM 851,89 467,92 10/2000 0,90 0,66 45,00

9 446 01:35 PM 1176,29 1046,44 6/446 0,89 0,97 44,50

10 600 02:18 PM 914,78 482,56 22/600 0,89 0,47 44,50

11 300 04:10 PM 953,64 500,50 11/300 0,87 1,26 43,50

12 2500 07:57 AM 1104,05 982,17 4/2500 0,84 0,44 42,00

13 1000 11:03 AM 1153,52 1028,01 40/1000 0,90 0,66 45,00

14 1000 01:23 PM 1083,80 974,39 43/1000 0,85 0,92 42,50

15 1500 08:34 AM 924,17 563,25 89/1500 0,90 1,42 45,00

16 1000 12:04 PM 896,80 382,11 25/1000 0,86 2,07 43,00

17 500 02:19 PM 1037,29 807,55 14/500 0,90 1,57 45,00

18 1000 03:32 PM 894,62 422,13 25/1000 0,89 0,86 44,50

19 1500 09:40 AM 1110,17 523,84 9/1500 0,93 0,61 46,50

20 2500 08:29 AM 774,31 184,42 19/2500 0,89 0,46 44,50

21 700 01:53 PM 773,40 191,32 3/700 0,91 0,53 45,50

Calidad del Servicio Capacidad


Pruebas.


Pruebas.

Adicionalmente se recolectaron, en una tabla los valores delas medidas aplicadas al servidor www.siga.pdval.gob.ve,dichos valores corresponden a calidad del servicio: Latencia,Jitter y pérdida de paquetes y capacidad porcentaje deutilización del servicio, ver tabla IV:

TABLA IV.MEDIDAS PROPORCIONADAS POR LA APLICACIÓN

La tabla IV, muestra el registro de la data de 21 medidasobtenidas para un periodo de 8 días (1 semana y un día), quecorresponden a valores de parámetros tales como: Latencia,Jitter, Pérdida de Datagramas, Ancho de Banda y lautilización del servicio. Es importante recordar que la empresaque provee el servicio Satelital a la empresa, se denominaTelecomunicaciones Bantel, C.A. esta ofrece un ancho debanda de descarga de 2048 Kbps, equivalente a 2 Mbps y unancho de banda de subida de 1024 Kbps el cual equivale a 1Mbps, siendo el ancho de banda total de 3 Mbps. Por otro ladola Utilización del servicio, es un porcentaje del número de bitsque se transmiten a través del enlace satelital dividido por elnúmero total de bits que el enlace puede transmitir,generalmente, el numerador se conoce como rendimiento y eldenominador como ancho de banda del enlace. La relación esla siguiente:

Utilización = (Rendimiento / Ancho de banda) x 100%


Una representación gráfica apartir de los valores de la tablaIV, sería como sigue (ver figuras 18 y 19):

Fig. 18. Gráfico de Comportamiento de Parámetros de Calidaddel Servicio.

Fig. 19. Gráfico de Utilización del Servicio.

En las figuras 20, 21 y 22, se visualiza las capturas depaquetes obtenidas con Wireshark, esto con el fin de observar

el comportamiento de los niveles de tráfico de entrada y salidadel enlace satelital en un momento dado dentro del enlacesatelital. Para la implementación de estas capturas se empleóun computador de la red local como punto de medición.

Fig. 20. Traza del Tráfico Total que está pasando por nuestroPunto de Medición desde las 08: 05 a.m. hasta las 11:03 a.m.

Fig. 21. Traza del Tráfico Total de una Medición desde las 08:55 a.m. hasta las 10:03 a.m.

Fig. 22. Traza del Tráfico Total de una Medición desde las07:50 a.m. hasta las 10:32 a.m.


VI. EVALUACION

Analizando las medidas recabadas en SensorCloud,producto de las pruebas efectuadas al servidorwww.siga,pdval.gob.ve, de los parámetros de calidad ycapacidad del servicio satelital, podemos inferir en que elmismo presenta una conectividad que no es estable, dado quese puede visualizar picos de latencia con valores muy elevadosque supera los 3000 ms, tiempo excesivo para un enlacesatelital, lo cual indica un comportamiento deficiente delenlace, también considerando que el enlace presenta congestiónprincipalmente en los días Martes, Miércoles, Jueves yViernes, ya que es con que más frecuencia, se accesa a laIntranet SIGA, observando la tabla de medidas de la figura 8,podemos darnos cuenta, que los valores promedios de Latenciaoscilan entre los 700 y 1180 ms, en relación a la pérdida dedatagramas, estas también, reflejan valores muy altos. En tantola capacidad del enlace, igualmente no es la más óptima, elporcentaje de utilización del enlace oscila entre el 40 y 47 porciento del ancho de banda de bajada ofrecido por el proveedor.

VII. SISTEMA DE OBSERVACIONES DE TRAFICO ALARGO PLAZO PARA CARACTERIZACIÓN DE

SERVICIO

El sistema consiste básicamente, en la implementación deuna sencilla herramienta para recabar medidas de tráfico de lared satelital de Pdval, compuesta por un conjunto de segmentossatelitales VSAT, distribuidos en diferentes ubicaciones delestado Mérida, este sistema será el recolector de una serie deobservaciones prolongadas de las medidas de dicha conexión,El fin de esta recolección de observaciones de lascaracterísticas del enlace, es poder inferir en términos detráfico y calidad sobre el servicio SIGA (Sistema deInformación Automatizado para la Integración de la GestiónAdministrativa), una de las aplicaciones vía web, másimportantes de la empresa, y dado que esta herramienta se hatornado bastante lenta y pesada para los usuarios que procesandiariamente transacciones en la misma por los altos valores delatencia, surge el interés por investigar sobre los factores queafectan la calidad del servicio, aplicando un análisis de tráficode la red.

Fig. 23. Diagrama de Construcción por Capas.

Recolección de datos. En esta etapa el sistema debeconectarse a un punto de medición en la red local, allí seencargará de extraer la información, en donde la herramientade recolección de datos empleada se conectará al origen de losdatos por transmisión en tiempo real, estará conectada demanera prolongada a largo plazo, descargando informacióncada vez que esta transmite. En nuestro Sistema, lainformación de interés a obtener por la herramienta será lasmétricas de tráfico de una conexión satelital, en donde la fuentegeneradora de los valores de las variables a estudiar, será losusuarios de la red local del nodo o estación satelital, es decir,cada vez que un usuario ejecute una tarea en la red, tal comoaccesar a un sitio en internet a través del navegador, se producey captura información de las medidas bajo estudio en tiemporeal. Almacenamiento. Para el almacenamiento de la datacapturada por cada nodo, se empleará ficheros en Excel XLSX,y como medio de recolección de estos ficheros, nos valdremosdel servicio en la nube Dropbox, allí es donde se subirá yguardará los ficheros .XLSX generados en los nodos satelitales,se organizaran en directorios para cada nodo, de formacompartida, esto con la finalidad de poder acceder a ellos parautilizar la información registrada en los ficheros XLSX de cadanodo y así realizar actividades de consulta y análisis, desdecualquier sitio, siempre que se requiera. Procesamiento yanálisis. El análisis de la información que se transfiere a travésde los enlaces satelitales y / o sus segmentos y la búsquedaposterior de patrones o características que muestren algunatendencia o comportamiento éstandar usando simple inspeccióno alguna técnica estadística. En este estudio se investigarábásicamente como se relaciona el tráfico del enlace satelitalcon la calidad de servicio del mismo, se analizará la congestióndel enlace. Visualización. Los gráficos, son la herramienta quese empleará para representar los comportamientos del sistemasatelital bajo estudio.

Los estudios de tráfico en redes IP se basan en la captura oregistro de la información contenida en el frame (trama) odatagrama IP que se transfiere por un segmento red LAN en unenlace satelital. Una vez capturados, los paquetes entreganinformación del sentido del flujo (origen-destino), cantidad deinformación transferida (expresada en volumen. Bytes uoctetos), protocolos empleados (TCP, UDP, TELNET, FTP,HTTP, entre otros), duración de la conversación entre nodosorigen y destino, tiempo de llegada entre paquetes(Timestamp), entre otra.

La implementación de la capa de recolección de datos, serealizó en cada unos de los nodos del sistema de red satelital,para ello se empleó un equipo de computación y herramientasde software, en cuanto al equipo se seleccionó aquel que tienemás actividad en el nodo durante el día, es decir aquel que losusuarios operan con más frecuencia en el nodo satelital, entanto el software instalado y configurado, estuvo conformadopor una pequeña aplicación tipo monitor, desarrollada bajoPython, que fue la que se encargó de capturar las observacionesdel tráfico de la red local del nodo, esta aplicación una vez quecaptura la data, la envió a la carpeta compartida en Dropboxdel nodo respectivo en archivos Excel .XLSX, siendo este elmedio para la recolección de la data en forma masiva . Para lacaptura de la información de los paquetes que transmite yrecibe la red en tiempo real en la cual el ordenador está


conectado se utilizó la herramienta Tcpdump, que también estáincorporada en la aplicación monitor. Posteriormente a esto, seprocedió a configurar el sistema operativo del equipo, de talforma que funcione como un demonio, es decir programarlo detal forma que ejecute la tarea de tomar las medidas de formacontinua, sin necesidad de la asistencia o intervención de unusuario para realizar la activación del servicio. En la figura 24,se visualiza una representación gráfica sencilla del recolectorde observaciones diseñado. Es importante señalar que laimplementación del sistema de observaciones se efectuó en tres(3) nodos de la red satelital, esto quiere decir que se escogieronpara la toma de métricas del tráfico, el conjunto de nodos quemas volumen de actividad de tráfico o de acceso a la redpresentan durante el día, por lo que los nodos que mástransacciones contabilizan en la red de datos, son: punto deventa Tovar, punto de venta Santa Cruz de Mora y punto deventa Bailadores.

Fig. 24. Capa Recolector de Medidas Tráfico.

La implementación de la capa de almacenamiento de datos,se escribió con un pequeño script en Python, donde se empleópara el diseño de la interfaz del cargador de datos a la BDD, lalibrería PyQT4, y como gestor de base de datos SQLite que seimplementa con Python, ver figura 25.

Fig. 25. Capa Cargador / Almacenamiento en Base deDatos.

En la figura 25 se visualiza una pequeña ventana, que esdesde donde se carga en la base de datos SQLite, la datacorrespondiente a los archivos .xlsx contenidos en el directoriodentro de Dropbox, se cargan dos tablas, una que integra todala información para los archivos .xlsx correspondientes aLatencia del servicio y otra para los archivos .xlsxcorrespondientes a tráfico con Tcpdump. Este proceso serealiza masivamente simplemente con hacer click en la fichaCargar en DB, luego presionar el botón buscar y seleccionar lacarpeta dentro de Dropbox que contiene la información de los.xlsx, y finalmente presionar el botón Cargar, para que laaplicación comience a extraer e integrar la información en lastablas.

VIII. CONCLUSIONES

Para alcanzar rendimientos óptimos en un enlace satelital esnecesario estar consciente de que todo enlace está expuesto aproblemas que alteran el rendimiento de sí mismo. Producidospor perdida de paquetes y latencia que retardan el envío y larecepción de las señales que son transmitidas a través de losenlaces. Las cuales son tratadas en tiempo real para mejorar elservicio. Para comprobar que el enlace funciona a la perfeccióny que este presenta inconvenientes de retardo y errores serealiza la prueba de Ping y la Prueba de Velocidad que mide enMilisegundos el funcionamiento del enlace una de las máscomunes en enlaces de redes.

REFERENCIAS

[1] G. M.Hector “Avances en Informática y SistemasComputacionales”, Conais 2007, 1ra. ed. Tom.2, Ed.Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Septiembre2007, p. 6.

[2] E. Crawley, R. Nair, B. Rajagopalan y H. Sandick, “AFremework for QoS based Rounting in the Internet” ,RFC 2386, Agosto 1998.

[3] L. Jorge y M. Marcel, “Fundamentos de Telemática”,2004.

[4] http://www.sensorcloud.com[5] Cisco Systems, “Guía del primer año CCNA 1 y 2”, 3ra.

ed. pp. 920-927, 2004.[6] http://www.linux-party.com[7] J. Stephen, “Localización de averías, reparación,

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[8] http://es.wikipedia.org/wiki/Wireshark[9] S. William, “Redes e Internet de Alta Velocidad.

Rendimiento y Calidad de Servicio”, 2da. ed. Ed. PearsonPrentice Hall, 2004.

medidas de desempeño de un enalce satelital con sensorcloud

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