t6 modelado servicios v1 -...
TRANSCRIPT
SIMULACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTOPARA REDES MÓVILES AD-HOC MEDIANTE
HERRRAMIENTA DE SIMULACIÓN NS-3
MODELADO DE SERVICIOS
Contenidos
1. Introducción
2. Servicio telefónico
3. Servicios móviles
4. Servicios de distribución de audio y video
5. Servicios de datos
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
2
5. Servicios de datos
Definición de Servicio de Telecomunicación
• Conjunto de facilidades y medios (físicos y lógicos) gestionados por un proveedor de servicio que éste pone a disposición de los usuarios, con unas normas de acceso y utilización, para satisfacer las necesidades de telecomunicaciones de los clientes
• Elementos necesarios:
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
3
• Elementos físicos (equipos, medios de transmisión, etc.) y lógicos (protocolos, señalización)
• Proveedor de servicios
• Clientes o usuarios del servicio
• Información que se intercambia
Clasificación de los servicios (ITU)
� Servicios PortadoresProporcionan la capacidad necesaria para la transmisión de señales entre puntos de terminación de red (PTR) normalizados (pueden usar redes conmutadas o no conmutadas). Ej: ADSL
� Servicios Finales o TeleserviciosProporcionan la capacidad completa para la comunicación entre usuarios, incluidas las funciones del equipo terminal, según procedimientos específicos de cada servicio. Ej: Videoconferencia
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
4
procedimientos específicos de cada servicio. Ej: Videoconferencia
TerminalTerminal
Red
Servicio portador
Teleservicio
PTRPTR
Tráfico
� Información originada por un servicio de telecomunicación y entregada hacia la red que lo transporta
�
Aplicación Aplicación
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
5
� Las características del tráfico dependen del servicio y del modo en que los datos son transportados• Conmutación de circuitos vs. paquetes• Servicios de voz, video, datos, etc.
Terminal 1 Nodo 1 Nodo n Terminal 2
Definición del modelo de tráfico
� Abstracción matemática, más o menos compleja, que trata de representar alguna o varias características estadísticas de un tipo de tráfico real
� Utilidad: análisis, diseño y/o optimización de redes y servicios mediante
• resultados de simulación con modelos de tráfico
• análisis matemático (ej. Tª de colas para tráfico de Poisson)
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
6
• análisis matemático (ej. Tª de colas para tráfico de Poisson)
Servicio telefónico
� Telefonía básica: comunicación de voz entre terminales telefónicos conectados a PTR de la RTB
� Rango de frecuencias audibles: 20Hz-20kHz• El canal vocal telefónico se limita a 300-3400Hz
� Transmisión analógica en el bucle de abonado y digital en el resto
� El servicio telefónico básico incluye:• Número telefónico perteneciente a la red pública
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
7
• Número telefónico perteneciente a la red pública• Instalación de un PTR (la alimentación del teléfono proviene
de la central local)• Buzón de voz• Facturación detallada
� Posibilidad de contratar servicios suplementarios
Red inteligente
� En los sistemas de comunicación previos a la Red Inteligente (RI), todos los elementos residen en los sistemas de conmutación
� Servicios resultantes:• Poca flexibilidad• No existe acceso a datos centralizados
� RED INTELIGENTE: Plataforma basada en la interconexión
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
8
� RED INTELIGENTE: Plataforma basada en la interconexión de nodos, donde residen aplicaciones informáticas, centrales de conmutación y sistemas de bases de datos en tiempo real, para proveer la generación de servicios• Arquitectura de red orientada a servicios• Facilita el desarrollo, control y gestión de dichos servicios
Otros servicios asociados a la Red Telefónica
� Transmisión de datos (servicios portadores)• Módem en banda vocal � hasta 56kbps
• Módem ADSL � hasta 6.1Mbps
• Red Digital de Servicios Integrados (RDSI)o Acceso básico (BRI): 144kbps (o hasta 2 canales de voz)
o Acceso primario (PRI): 2Mbps (o hasta 30 canales de voz)
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
9
� Transmisión de imágenes• Fax: transmisión de imagen digital a ≈9600 bps (Grupo III)
Voz sobre IP (VoIP)
� Objetivo: transmisión de voz usando IP como portadora de la voz• La voz es codificada y transmitida sobre redes de
conmutación de paquetes y no sobre redes de conmutación de circuitos
� Además de digitalizar la voz es necesario ofrecer todas las funciones propias de una red telefónica:
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
10
• Señalización (llamada)
• Servicios suplementarios: reenvío de llamadas, mensajería, etc.
Características del tráfico de voz
Voz sobre conmutación de circuitos
� La intensidad de tráfico de voz se suele medir en Erlangs
1 Erlang = 1 circuito en uso durante 1 hora( )
º3600
NumLlamadas DuraciónMediaLlamada sN Erlangs
s
⋅=
� Duración de la llamada� Tendencia exponencial negativa
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
11
� Tendencia exponencial negativa� Valor medio típico: 2 o 3 minutos
� Se suele aplicar la fórmula de Erlang-B para determinar la probabilidad de bloqueo:
0
!( , )
!
c
B kc
k
I
cE c II
k=
=∑
c: nº de circuitos
I: Intensidad de tráfico en Erlangs
Características del tráfico de voz
Voz sobre conmutación de paquetes
� El tráfico de voz (sobre paquetes) se caracteriza por tener períodos de conversación (ON) y silencio (OFF)
� Normalmente se modela mediante 2 estados (ON y OFF)
tiempoOFFON OFFON
Throughput
Conversación Silencio Conversación Silencio
Tasa constante (CBR)
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
12
� Normalmente se modela mediante 2 estados (ON y OFF)� Tiempo de permanencia en cada estado sigue una distribución
estadística exponencial f(t) de media t0
ON� OFF ( )
−=
00
exp1
t
t
ttf
0( ) 227t ON OFF ms→ =
0( ) 596t OFF ON ms→ =
≈70%≈30%
EJEMPLO
Características del tráfico de voz
Voz sobre conmutación de paquetes� Durante el período ON, se suele modelar asumiendo constantes
los dos parámetros básicos que controlan la fuente:� Tamaño medio de paquete � Tiempo medio entre paquetes
OFF OFFOFF ONON
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
13
Tiempo entre paquetes Tamaño de paquete
Codificador Tamaño de paquete (bytes)
Tiempo entre paquetes (ms)
Throughput (kbps)
Calidad subjetiva (MOS: 1-5)
G. 711 (PCM) 160 20 64 4.1G. 726 80 20 32 3.85
RPE-LTP (GSM) 32.5 (260 bits) 20 13 3.5G. 729 20 20 8 3.92
G. 723.1 20 30 5.3 3.65
Requisitos de calidad del servicio de voz
� Velocidad garantizada• Depende de la tasa binaria generada por el codificador
� Calidad de la voz• Bit Error Rate (BER) < 10-6 (ITU G.113)
� Retardo bajo• Para telefonía de calidad: <200 ms extremo a extremo
(ITU G.114)
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
14
(ITU G.114)
� Mínimo jitter (variación del retardo)
Reducción del jitter en redes de paquetes
� Forma de minimizar el efecto del jitter• Pequeño buffer a nivel de aplicación (0-75ms)• Amortigua las variaciones del retardo• Proporciona una tasa constante a su salida• Paquetes con retardo demasiado alto son descartados
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
15
Buffer
data datadatadatadatadata
(0-75ms)
jitterVelocidad constante
datadata data
Requisitos de retardo entre extremos (ITU G.114)
Excelente
Bueno
Tolerable
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
16
0 100 200 300 400 500 Retardo (ms)
Tolerable
Mala
Muy mala
Servicios móviles
• Radiobúsqueda (paging)• Radio Móvil Privada y sistemas troncales (trunking)• Servicios móviles vía satélite• Telefonía Móvil• SMS• MMS
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
17
• MMS
Radiobúsqueda (paging)
� El sistema envía un aviso a un usuario en particular o grupo de usuarios• El aviso puede consistir en un bip, cadena de caracteres
� Servicio unidireccional� Los primeros sistemas datan de los años 60� Existen sistemas de cobertura reducida, local o amplia� Se basa en una red de estaciones emisoras
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
18
� Se basa en una red de estaciones emisoras� Receptores sencillos, baratos y de bajo consumo
Radio Móvil Privada y Sistemas Troncales
� Servicio de radiotelefonía de grupo cerrado de usuarios� Bidireccional (semidúplex o full-dúplex)� Conexión directa entre terminales móviles� Requiere disciplina de uso� Alcances reducidos� Sistema troncal (trunking)
• Varios grupos cerrados de usuarios comparten
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
19
• Varios grupos cerrados de usuarios comparten infraestructuras y recursos radio
Servicios móviles vía satélite
� Servicios móviles marítimo y aeronáutico• Primeros servicios vía redes terrestres a baja frecuencia• Actualmente: redes de satélites en órbita de gran cobertura
(INMARSAT, IRIDIUM, GLOBALSTAR, ODYSSEY)
� Servicios de control de flotas• Gestión de vehículos• Comunicación de voz y datos
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
20
• Comunicación de voz y datos• Llamadas de emergencia• Ejemplo: EUTELTRACS
� Posicionamiento• Cálculo de la posición mediante retardos de propagación• Ejemplo: GPS, GALILEO, GLONASS, BEIDOU
Telefonía móvil
� Sistema de comunicaciones inalámbricas y móviles que proporciona los mismos servicios que la red de telefonía fija clásica
� Bidireccional (full-dúplex), no requiere disciplina de uso por parte del usuario
� No hay conexión directa entre terminales, siempre a través de estaciones base (posibilitando tarificación)
� Conexión con otras redes de telefonía y de datos
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
21
� Conexión con otras redes de telefonía y de datos
Telefonía móvil: Servicios GSM (2G)
� Teleservicios• Voz digital sobre conmutación de circuitos a 13 kbps (Full
Rate, FR) ó 6.5 kbps (Half Rate, HR)• Mensajes cortos (SMS)• Fax (grupo III)• Mensajes Multimedia (MMS) � Requiere soporte GPRS
� Servicios portadores• Transmisión de datos hasta 9600 bps (o mayores con GPRS)
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
22
• Transmisión de datos hasta 9600 bps (o mayores con GPRS)
� Servicios suplementarios• Buzón de voz• Desvío / retención de llamadas• Restricción de llamadas• Indicación de llamada en espera• Ocultación de identidad• Multiconferencia
Servicio de Mensajes Cortos (SMS)
� Intercambio de mensajes de texto entre terminales móviles
� Garantiza la recepción de los mensajes aunque los destinatarios no se encuentren disponibles en el momento de la transmisión� Los mensajes de texto son procesados por un centro de
mensajes cortos (SMSC, Short Message Service Center) que se encarga de almacenarlos hasta que son enviados
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
23
se encarga de almacenarlos hasta que son enviados
� Se transmite por canales de señalización
Servicio de Mensajería Multimedia (MMS)
� Permite enviar y recibir en un mismo mensaje: texto con formato, sonido, imágenes, animaciones y/o vídeo a otro teléfono móvil o a una dirección de correo
� Un MMS consiste en un paquete de datos dividido en objetos que pueden contener imágenes, sonidos o texto
� El paquete incluye una cabecera que muestra el origen y destino del paquete
� El lenguaje de presentación de los mensajes es el SMIL
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
24
� El lenguaje de presentación de los mensajes es el SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language)• SMIL consiste en un conjunto de etiquetas XML que describen
el contenido, sincronización, temporización, posición, etc.
Clases de contenidos MMS
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
25
Servicios de distribución de audio y vídeo
• Radiodifusión sonorao Analógicao Digital (DAB)
• Televisión Digitalo TV Digital Terrestre (TDT)o TV Digital vía Satéliteo TV por Cable (CATV)
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
26
o TV por Cable (CATV)o Televisión por ADSL
• Streaming• Características del tráfico de audio y video
Radiodifusión sonora
� Servicio de radiodifusión unidireccional de audio mediante ondas electromagnéticas desde un centro de difusión y destinada a la recepción del público en general
� Pueden emplear redes terrenales o de satélite
• Red Terrenal:
o Red primaria (emisores)
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
27
o Red secundaria (re-emisores)
� Tecnología:• Analógica• Digital (DAB)
Televisión digital
� Difusión de las señales de TV que utiliza la tecnologíadigital para transmitir video/audio, y opcionalmente,otros servicios interactivos
� Ventajas de la TV digital frente a la analógica� Mejor calidad tanto de imagen como de sonido� Facilita la incorporación de nuevos servicios� Mayor número de canales
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
28
� Mayor número de canales
� Tecnologías de acceso a la Televisión Digital:� Ondas Terrestres (TDT)� Satélite� Cable (CATV)� ADSL
Tecnología streaming
� Surgió en 1995 como nueva forma de difusión de contenidos multimedia
� El contenido de vídeo y/o audio es transmitido en “flujo” (stream), el cual es consumido por la aplicación receptora a medida que van llegando los datos que lo componen
� Unidireccional (video/audio), Bidireccional (señalización)
� Arquitectura cliente-servidor
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
29
� Arquitectura cliente-servidor
Red
Buffering
Funcionamiento de streaming
BytesServidor Cliente
� Re-buffering: necesidad de llenar de nuevo el buffer por no haber más datos disponibles • Interrupción en el servicio
Retardo de red no
constante
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
30
retardo buffer
384 kbps
Tiempo (s)
Re-buffering
buffer
constante
Características del tráfico de audio
� Los requisitos de throughput vienen determinados por:• Frecuencia de muestreo• Bits/muestra• Mono/estéreo• Algoritmo de compresión
Audio: Calidad CD
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
31
Frecuencia muestreo 44.1 kHz
Bits /muestra 16
Mono/estéreo Estéreo
Throughput (sin comprimir) 1.4Mbps
Throughput (comprimido) ≈≈≈≈ 128kbps
Características del tráfico de audio
� Dependiendo del algoritmo de compresión, el throughputresultante puede ser CBR o VBR (preferente)• Mayor compresión implica menor calidad y mayor consumo
de CPU
� La compresión MPEG es la más eficiente y da mayor tiempo
Throughput CBRVBR
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
32
� La compresión MPEG es la más eficiente y da mayor calidad (proporciona tráfico VBR), pero consume mucha CPU e introduce mucho retardo • Se utiliza para audio de alta calidad• No puede emplearse en aplicaciones interactivas como la
videoconferencia o voz sobre IP
� La familia de compresores G.72x son menos eficientes pero más rápidos � usados para servicios interactivos
Codificadores de audio
Formato Frec. Muestreo (kHz)
Canales Throughput por canal (kbps)
Uso
PCM (G.711) 8 1 64 Telefonía
ADPCM (G.721) 8 1 32 Telefonía
SB-ADPCM (G.722) 16 1 48/56/64 Vídeoconferenc.
MP-MLQ (G.723.1) 8 1 6,3/5,3 variable Telefonía Internet
ADPCM (G.726) 8 1 16/24/32/40 Telefonía
E-ADPCM (G.727) 8 1 16/24/32/40 Telefonía
LD-CELP (G.728) 8 1 16 Telefonía/Videoc.Bajo
Retardo
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
33
LD-CELP (G.728) 8 1 16 Telefonía/Videoc.
CS-ACELP (G.729) 8 1 8 Telefonía Internet
RPE-LTP (GSM 06.10) 8 1 13 Telefonía GSM
CELP (FS 1016) 8 1 4,8
LPC-10E (FS 1015) 8 1 2,4
CD-DA / DAT 44,1 / 48 2 705,6/768 Audio Hi-Fi
MPEG-1 Layer I 32 / 44,1 / 48 2 192-256 variable
MPEG-1 Layer II 32 / 44,1 / 48 2 96-128 variable
MPEG-1 Layer III (MP3) 32 / 44,1 /48 2 64 variable Hi-Fi Internet
MPEG-2 AAC 32 / 44,1 / 48 5.1 32-44 variable Hi-Fi Internet
Elevadoretardo
Retardo
Modelo de tráfico de audio
� Sin períodos de silencio� Se suele modelar:
� Tiempo entre paquetes: o Fijo o variable (10–50 ms)
• Tamaño de los paqueteso Paquetes de pequeño tamaño, fijo o variable (20-160 bytes)
o Eficiencia baja en Internet debido a las cabeceras
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
34
RTP
RTP
RTP
UDP
UDPIP
DATOS
DATOS
DATOS
DATOS
Aplicación
Transporte
Red
Enlace RTPUDPIP DATOSEthernet
12 bytes
8 bytes
20 bytes
18 bytes
EJEMPLO 20 bytes, 20 ms/paq
8.0 kbps
12.8 kbps
16.0 kbps
24.0 kbps
31.2 kbps
Modelo de tráfico de audio
� Cuando el tráfico es VBR, alguno de los 2 parámetros (tiempo entre paquetes, tamaño de paquete) es variable• En ese caso, se suele utilizar una PDF Lognormal o Pareto
Truncada para esas variables
( )2
22
ln1exp si 0
( ) 22
0 resto
xx
f x x
µσπσ
− − >
=
( ) 1si /
1( )
0 resto
bb x b c
c xf x
α
α α
α+
≤ ≤ −=
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
35
0 resto0 resto
donde α, b ≥ 0 y b ≤ x ≤ b/c
Lognormal ParetoTruncada
Tráfico de vídeo
� Los compresores de video pueden proporcionar una tasa:• CBR (más sencilla la codificación y decodificación)• VBR (mejor calidad y eficiencia de compresión)
� Los estándares de compresión de video más extendidos (MPEG-2 = H.262, H.263, MPEG-4 = H.264) utilizan VBR debido a que utilizan compresión espacial y temporal
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
36
Audio+Video:
QCIF
Audio+Video: Resolución SD
Audio+Video: Resolución HD720p
Tamaño 176x144 720x576 1280x720
Fotogramas/s 8-15 fps 25 fps 50 fps
Audio Mono Estéreo Estéreo
Bitrate (comprimido)
≈≈≈≈ 32-64kbps ≈≈≈≈ 1.5 Mbps ≈≈≈≈ 8 Mbps
Ejemplo de modelo de tráfico de vídeo
� PDF Pareto Truncada (ó Log-normal) para el tamaño de los paquetes y tiempo entre paquetes
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
37
VelocidadMedia
Tamaño de paquete Tiempo entre paquetes
64 kbps Distribución: Pareto truncadaMedia = 50 bytesMax = 250 bytes
α = 1.2
Distribución: Pareto truncadaMean = 6 ms
Max = 12.5 msα = 1.2
Características del tráfico de datos
� Muy dependiente de la aplicación en particular� Los modelos de tráfico más extendidos están asociados a:
• Tráfico web• Transferencia de ficheros
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
38
Modelo de tráfico web
� Suele utilizarse un modelo estructural de varios niveles:• NIVEL DE SESIÓN: Desde que abre el navegador hasta que
termina de navegar. Está formado por la lectura de 1 ó más páginas web.
• NIVEL DE PÁGINA: Consulta por parte del usuario de una página Web, formada por un conjunto de ficheros (HTML, sonido, imágenes estáticas, vídeo), que serán transferidos a través de una o varias conexiones TCP.
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
39
• NIVEL DE PAQUETE: definido por el tamaño de los paquetes y el tiempo entre llegadas de los mismos.
Sesión1º paquete de la sesión
Último paquete de la sesión
PáginaTiempo de lectura Paquete
Modelo de tráfico web
embeddedobjects
embeddedobjects
� A nivel de página:• Objeto principal• Objetos secundarios
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
40
objects
main object
Modelo de tráfico webVariable Distribución Parámetros PDF
Tamaño del objeto principal
LognormalTruncada
Media = 10710 bytesStd dev = 25032 bytes
Min = 100 bytesMax = 2 Mbytes
Tamaño del objeto
secundario
LognormalTruncada
Media = 7758 bytesStd dev = 126168 bytes
Min = 50 bytesMax = 2 Mbytes
Número de objetos
secundarios por
ParetoTruncada
Media = 5.64Max = 53
( )
35.8,37.1
0,22
ln 2exp
2
1
=µ=σ
≥
σ
µ−−
σπ= x
x
xxf
( )21 lnexp , 0
22 2
2.36, 6.17
xf xx
x
µπσ σ
σ µ
− −= ≥
= =
,1k k x mf x
αα
α= ≤ <+,
kx mf x
α
= =
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
41
secundarios por página
Nota: Restar k al número aleatorio para obtener N
Tiempo de lectura
Exponencial Media = 30 s
Tiempo de procesamiento
Exponencial Media = 0.13 s
Tamaño de paquete
Determinista Media = (MTU - Cabeceras TCP/IP)
,1 k x mf xxα= ≤ <+
033.0
0,
=λ
≥λ−
λ= xex
f x
69.7
0,
=λ
≥λ−
λ= xex
f x
1.1, 2, 55
f xm
k mα = = =
Modelo de tráfico FTP
� Suele utilizarse un modelo de 2 parámetros:• Tamaño medio de fichero• Tiempo entre ficheros
Loja - 2014Simulación de Protocolos de Enrutamiento para MANET con ns-3
42
( )
45.14,35.0
0,22
ln 2exp
2
1
=µ=σ
≥
σ
µ−−
σπ= x
x
xxf
006.0
0,
=λ
≥λ−
λ= xex
f x
Variable Distribución Parámetros PDF
Tamaño de fichero LognormalTruncada
Media = 2 MbytesStd Dev = 0.722 Mbytes
Max = 5 Mbytes
Tiempo entre ficheros
Exponencial Media = 180 s