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Evaluacion de la Calidad del Servicio para Voz sobre Protocolo de Internet (VoIP) en Redes WIMAX sobre Ambientes IP/MPLS.

Quality Service Evaluation of Voice over Internet Protocol (VoIP) in WIMAX Networks based on IP/MPLS Environment

INTRODUCCION

Los requerimientos de calidad de servicio (en adelante QoS) han cambiado con el transcurso de los anos, inicialmente las exigencias de informacion se encontraban basicamente en el transporte de informacion masiva que para la epoca resultaba novedosa y muy efectiva, ademas la cantidad de usuarios era muy pequena; sin embargo, las necesidades han ido evolucionando y actualmente la demanda de acceso a los datos en el momento oportuno es una necesidad que debe ser garantizada al usuario final. Por tal razon se considera imprescindible la reserva de recursos para los contenidos sensibles circundantes dada la cantidad de trafico existente en la Internet.

Dentro de los estandares que podrian soportar estas exigencias establecidas por los usuarios esta la Conmutacion de Etiquetas Multiprotocolo (MPLS), la Conmutacion de Etiquetas Multiprotocolo Generalizado (GMPLS) y la Conmutacion de Etiquetas Multiprotocolo con Perfil de Transporte (MPLS-TP). Especificamente una de las grandes virtudes de MPLS es que cada Camino virtual de Conmutacion de Etiquetas (LSP) puede estar asociado a varias Clases Equivalentes de Envio (FEC), pudiendose asignar tantos flujos de informacion a cada FEC como sea necesario. Esto conlleva a que, a efectos practicos, pueda elegirse que trafico va a ser encaminado por que LSP en concreto, pudiendo implicar este solo hecho la alteracion de la QoS ofertada (Abdelali et al., 2013). Si ademas a la estructura MPLS se le asocia con Diffserv (Avallone y Di Stasi, 2013) se resuelve gran parte de los problemas de QoS en las redes, ya que los servicios diferenciados utilizan el campo Tipo de Servicio para clasificar los flujos en diferentes clases en los nodos de ingreso al dominio.

No obstante al emplear esquemas de Calidad de servicio metropolitano con MPLS, es muy importante tener en cuenta un adecuado gestor de datos en los nodos intermedios. El seleccionar erroneamente uno de estos esquemas, podria ser la causa principal del bajo desempeno en aquellas aplicaciones sensibles al retardo. Dentro de las estrategias de procesamiento en los encaminadores y conmutadores estan las clases basadas en colas, y el algoritmo de control de congestion, los cuales eventualmente podrian mejorar el desempeno ofrecido por la conmutacion de etiquetas previo estudio de los posibles traficos a transmitir (Jain et al., 2008).

De acuerdo a lo anteriormente mencionado se propone un caso de estudio que permita realizar la interconexion de una estructura Wimax soportada en un Core MPLS, con el fin de aprovechar las bondades que ofrece MPLS al trabajar en conjunto con la ingenieria de trafico, las redes privadas virtuales y con la tecnica Diffserv (Lin y Wu, 2013) utilizando el simulador de redes Opnet; y de esta manera poder evaluar las caracteristicas que ofrece la conmutacion de etiquetas al transmitir voz y video cuando se intenta implementar la priorizacion y diferenciacion de los flujos a fin de dotar a IP de QoS (Genc et al., 2008). Finalmente se comparan los resultados encontrados en MPLS frente a las tecnologias MPLS-TP y GMPLS, con el fin de establecer cual es la mas optima en el envio de flujos de datos susceptibles a retardos. En este sentido la distribucion del articulo inicialmente establece un marco teorico que incluye la descripcion de las tecnologias principales que ofrecen QoS en redes de datos, para luego describir la metodologia usada en la realizacion de las simulaciones, seguida de la presentacion y analisis de los resultados encontrados, para finalmente presentar en una tabla comparativa la validacion de los datos encontrados frente a otros estandares simulados en la misma infraestructura de red incluyendo sus respectivas conclusiones.

MARCO TEORICO

Una de las primeras tecnicas que surgio para tratar el problema de QoS, fue IntServ (servicios integrados), este modelo incluye dos clases para el control de QoS en Internet: servicio garantizado (Lopez, et al., 2011) y servicio de carga controlada (Winter, 2012). El primero asegura garantias de extremo a extremo a un flujo de datos. Aqui ningun flujo es descartado si el trafico cumple con los parametros establecidos. El servicio de carga controlada ofrece al usuario un envio con una calidad de servicio similar a la que obtendria en el caso de que la red estuviera libre, sin congestion. La senalizacion se realiza con el estandar RSVP (protocolo de reservacion de recursos) (Venkata et al., 2013), donde un cliente solicita una determinada QoS para una aplicacion determinada enviando un mensaje PATH al destino especificando las caracteristicas que se deben cumplir. Los encaminadores intermedios a lo largo del camino envian el mensaje PATH a otros nodos hasta llegar al destino, que responde un mensaje RESV solicitando reserva de recursos para el flujo que sera enviado. Los nodos intermedios pueden aceptar o no la peticion; si la aceptan se reservan los recursos en caso contrario el proceso de senalizacion se termina (Lopez, et al., 2012).

Sin embargo IntServ presenta un problema de escalabilidad, debido a que la gran cantidad de informacion de control generada en la red incrementa proporcionalmente con el numero de datos colapsando el nucleo de la networking, ademas de requerir que el hardware soporte RSVP, control de admision y clasificacion. Seguidamente surgio el protocolo Diffserv (Vilalta et al., 2012) que clasifica el trafico entrante en diferentes niveles de servicios, con el fin de aplicarle un comportamiento agregado a todos los datos de una determinada clase de servicio. Cada comportamiento se identifica con un unico campo de servicio diferenciado (DS). Ese comportamiento se denomina comportamiento por salto PHB (per hop behavior). En el nucleo de la red, los paquetes son encaminados segun el PHB asociado con su campo DS. Este campo DS tiene 8 bits de los cuales destina 6 para el campo denominado DSCP (punto de codigo de servicios diferenciados) para seleccionar el PHB que decide el comportamiento que se aplicara al trafico que sera encaminado a traves del nucleo (Qiang, et al., 2007). Sin embargo a pesar de las bondades que ofrece, dada su escalabilidad y su facil implementacion capaz de ofrecer QoS de una forma diferenciada en una red congestionada, existe el problema de concentracion de trafico de alta prioridad en determinados puntos de la red. Lo que puede afectar el trafico de baja prioridad y causar degradacion en el flujo de alta prioridad en los encaminadores de borde (Lopez, et al., 2011).

Esta dinamica de migracion a nuevas estructuras logicas y fisicas que funcionen mejor, surgen debido al crecimiento que ha tenido la Internet en los ultimos anos y la variedad de aplicaciones que han ido apareciendo desde su creacion; en tal sentido se hace necesario usar tecnologias de nueva generacion para el transporte de informacion a traves de la super autopista de las comunicaciones, ya que los usuarios finales cada vez demandan mas y mejores servicios, los cuales tienen en su mayoria un alto contenido multimedia. Esto ha creado la necesidad de mejorar las caracteristicas del servicio a fin de tener mayor eficiencia en el transporte a traves de la red, pues este contenido en especial tiene una gran sensibilidad al retardo y tambien requiere un mayor ancho de banda. Parte de la solucion para poder brindar un mejor desempeno de la red se ha dado por parte de las empresas prestadoras de servicios (ISP) aumentando las capacidades de sus enlaces, pero existe un limite fisico y economico en el aumento de estos recursos (Kim et al., 209). Esto ha obligado a que la industria y la academia enfoque sus proyectos de investigacion hacia el diseno, creacion y evaluacion de nuevos protocolos que resuelvan la problematica existente. Dentro de estas tecnologias de siguiente generacion se encuentra MPLS que surgio como una propuesta con el objetivo de unificar diferentes soluciones de conmutacion multinivel, llamando la atencion la atencion del mundo de las networking y definiendose como una solucion convergente de conectividad, la cual puede ser aplicada a cualquier estandar de capa de red, transformandose en una tecnologia clave para la estrategia de comunicaciones de las empresas. MPLS ha incrementado las oportunidades de negocio para lineas dedicadas virtuales y servicios IP diferenciados, con una clasificacion de trafico que facilita el cobro de tarifas sobre dichos servicios (El-Alfy et al., 2013). Por tales motivos, en la actualidad varios proveedores de servicios de telecomunicaciones se han interesado en su implementacion extendiendo la capacidad de negocio de las mismas al ofertar nuevas oportunidades en el manejo de ancho de banda e integracion de servicios sobre la red.

Posteriores investigaciones en MPLS probaron que una etiqueta podria ser mapeada a un color en el espectro soportando el procesamiento de datos no solo a nivel electrico si no optico, donde los paquetes podrian ser enlazados y reenviados directamente hacia una red optica. Surge entonces el concepto de red inteligente que da como resultado la propuesta de generacion de GMPLS, que es una version extendida de MPLS, que no solamente realiza las labores de su predecesora, sino que ademas contiene elementos inteligentes especializados para descubrir vecinos, distribuir informacion de enlace, realizar administracion de rutas y control centralizado (Guo et al., 2013). Esta tecnologia ha podido convertirse en realidad gracias a los recientes avances en la construccion de dispositivos opticos como multiplexores reconfigurables, conexiones opticas cruzadas programables, que en combinacion con la adopcion de formatos de modulacion avanzados y de transductores, permiten tomar una ventaja de la amplia capacidad en el ancho de banda provista por la multiplexacion de la division de longitud de onda, ademas de eliminar el costo de la conversion electrica-optica por parte de los transductores, debido a que estos ya no serian usados en operaciones de intercambio, permitiendole a la red ser transparente al trafico de datos.

No obstante, la constante necesidad de buscar mejores soluciones a las exigencias impuestas por parte de los usuarios finales, ha hecho que la comunidad investigativa enfoque sus esfuerzos en la necesidad de disponer de una tecnologia que conserve las mejores caracteristicas de las tecnologias de transporte disenadas para la conmutacion de paquetes y lambdas dando origen al concepto de MPLS-TP (Vilalta et al., 2012). Este marco de trabajo utiliza un subconjunto de las normas MPLS donde los elementos que no son requeridos en una red de transporte como el reenvio IP, retiro de etiquetas en los paquetes antes de llegar al router frontera, enrutamiento por multiples rutas, son descartados y no soportados. Igualmente define las extensiones de los estandares MPLS (Lopez, et al., 2011) ya existentes e introduce requisitos establecidos en las redes de transporte, incluyendo caracteristicas de proteccion y un amplio conjunto de funciones de Operacion y Mantenimiento (OAM) que ayudan en la rapida deteccion y localizacion de averias, resolucion de problemas y supervision del rendimiento. Estas caracteristicas facilitan la transicion a una red de transporte de paquetes orientada a la conexion, proporcionando una conmutacion eficiente, al mismo tiempo que permite las operaciones de transferencia de alta calidad, a traves de redes opticas que aprovechen la tecnologia MPLS.

METODOLOGIA

La secuencia usada para llevar a cabo el estudio de caso y llegar a los resultados encontrados, parte de la generacion y configuracion de la topologia mostrada en la Fig. 1, donde se muestra la interconexion entre los diferentes nodos (dispositivos finales) y host (dispositivos intermedios), seguido del establecimiento de las fuentes de trafico de voz y video teniendo en cuenta los valores que pueden tomar las diferentes metricas para poder evaluar la QoS de acuerdo a los valores mostrados en la tabla 1. De esta forma se podra analizar el comportamiento de la calidad de la voz y el video percibido por los usuarios Wimax, al utilizar las bondades que ofrece MPLS en cuando a QoS y poder evaluarlos frente a estructuras anteriormente mencionadas, utilizando el simulador Opnet.

Configuracion de la red

La networking implementada fue disenada para emular un ambiente WMAN (red de area metropolitana inalambrica), que proporciona acceso de ultima milla a la estructura MAN, donde el Core corresponde a una combinacion IP/MPLS, a la que se conectan los usuarios Wimax mediante una VPN (red privada virtual), llamada RED_VPN (Fig. 1). Esta configuracion de VPN, obedece a la necesidad de conectividad de clientes que se encuentran dispersos geograficamente; por lo tanto del lado del cliente se requiere que al comunicar dichos sitios con el area central y demas entornos externos, estos tengan las mismas garantias y privacidad como si se tratara de una red privada. Con esto lo que se pretende es que del lado del proveedor de servicios se puedan satisfacer las expectativas del cliente mientras se maximizan sus ganancias, extendiendo los servicios de una manera facil mediante la utilizacion de direcciones IP privadas en una red publica.

Teniendo en cuenta lo anterior, se considero optar por la utilizacion de una VPN dado que proporciona tanto conectividad entre sitios separados como garantias de una red privada, ademas permite al operador de telecomunicaciones usar los mismos recursos y facilidades para proporcionar servicios a mas de un cliente. La distribucion de rutas entre los encaminadores del proveedor de servicios (PE) se realizo usando el Protocolo de Gateway de Borde (BGP) logrando que los PE pudieran distribuir las rutas entre las VPN-IPV4. Para que los equipos PEs aprendieran las rutas de los equipos del lado de los usuarios (CEs), se utilizaron parejas BGP, con el fin de informarle al PE la direccion de red ubicada en el sitio del enrutador CE.

Topologia de la red

Tal como se ha mencionado en la Fig. 1 se puede apreciar el esquema de red que se uso en la simulacion. Consta de una estructura Wimax interconectada a un nucleo IP/MPLS; el esquema de red esta conformado por tres enrutadores de borde (LER) y dos interiores conocidos como LSR los cuales forman el entorno IP/MPLS, los enlaces WAN tienen una velocidad de PPP_DS3 y anchos de banda fijos de 1 Mbps.

Las redes LAN compuestas por equipos Wimax (estaciones base y suscriptoras) estan interconectadas al protocolo troncal MPLS (backbone MPLS) por medio de enlaces PPP_DS3. En dichos dispositivos se configuraron las aplicaciones de VoIP y video con el fin de realizar las diferentes simulaciones. Un factor que es importante resaltar es que el trafico enviado desde las fuentes incluia ademas de voz y video, aplicaciones masivas (correo electronico y descargue de archivos planos) garantizando que los requerimientos de ancho de banda solicitados por la sumatoria de los datos a enviar, fueran superiores a los ofrecidos por los enlaces y nodos; condicion que permitiria obtener resultados confiables a la hora de reservar recursos a los flujos susceptibles a los retardos.

Se utilizaron las tecnicas VPN e ingenieria de trafico en la red, para estudiar y analizar la QoS aplicada a los servicios de VoIP y video que llegaban de la red Wimax. Para lograr esto se uso el modelo denominado E-LSP, que plantea transportar dentro de cada LSP diferentes clases de despacho de paquetes y de prioridad de descarte, utilizando los 3 bits experimentales del campo experimental para distinguir la clase a la que pertenece el dato. Una vez que la estructura MPLS recibe la informacion que provienen de la red inalambrica, los clasifica en una FEC a fin de agrupar el trafico con requerimientos similares, posteriormente a cada FEC se le asocia una etiqueta en el nodo de ingreso y se envia el paquete al nodo siguiente con la etiqueta correspondiente hasta llegar al LER de salida; estableciendose asi un camino virtual denominado en la conmutacion de etiquetas como LSP.

Los escenarios evaluados incluyeron: primero, estudiar el trafico de VoIP y video sin ningun requerimiento de QoS en la red IP/MPLS, segundo, evaluar el transporte de VoIP y video teniendo en cuenta las bondades que ofrece MPLS para los requerimientos de QoS, tercero simular el rendimiento ofertado por GMPLS y MPLS-TP para los mismos flujos.

PARAMETROS DEL FLUJO DE VOZ Y VIDEO

Para conseguir un analisis representativo de la calidad de servicio para la VoIP y video cuando los usuarios

Wimax se interconectan al backbone IP/MPLS, se modelo la secuencia de datos asi:

Trafico de VoIP. Se utilizaron dos codec especificos para VoIP, el G711 y el G723.1.

Trafico de video. Se utilizo el codec H264.

El ancho de banda requerido para ambas aplicaciones dependieron de la calidad de la voz y la el numero de pixeles pero siempre respetando los topicos o niveles maximos y/o minimos establecidos en la tabla 1 para el transporte optimo de la voz.

RESULTADOS

Los resultados encontrados se generan a partir de la evaluacion de las variables mas representativas que se pueden encontrar en una estructura de red y estan soportados en un analisis estadistico que incluyen figuras y tablas. Es de destacar que en el analisis que se muestra seguidamente solo se incluyen los comportamientos encontrados para los flujos de video y voz sobre IP, excluyendose los demas con el fin de no saturar las figuras ni las tablas.

Retardo en la VPN

Esta estadistica permite determinar el retardo extremo a extremo del trafico a traves de la red (Fig. 2, tablas 2 y 3) y es una de las variables mas importantes a tener en cuenta en la transmision de trafico en tiempo real.

En cuanto a los valores del delay la ITU-T define que para un backbone VPN-MPLS, el maximo retardo extremo a extremo es de 400 ms, sin embargo se prefiere un valor de 150 ms (Park, 2009). Ahora bien para el servicio de VoIP el delay para una calidad excelente, esta <100-150 ms (Ganz, et al., 2003), por lo tanto puede decirse que el valor obtenido en la simulacion para ambos escenarios es mucho menor que los recomendados. Se observa ademas que el valor de la media para el escenario sin QoS es de 7,58698E-06 seg, lo cual es relativamente mayor en un 0.024% comparado con el escenario con QoS, el cual es de 7,58515E-06 seg. Para el caso del video, los valores arrojados garantizan que la interactividad y percepcion de los usuarios es buena, gracias que los procesos asociados con el algoritmo de codificacion, el tiempo de empaquetado, el retardo de serializacion, los tiempos de espera en cola y de descompresion asociados con la reserva de recursos es eficiente en MPLS. Sin embargo, en redes mucho mas extensas las diferencias de conmutacion a nivel de capa de red, haran que estos valores comiencen a crecer.

Rendimiento

Esta variable corresponde al monto de trafico VPN que sale de la red del proveedor a traves del encaminador de egreso PE, y los resultados se encuentran en la Fig. 3, tablas 4 y 5.

Como se puede observar en la tabla 4, el monto de trafico VPN que sale de la red del proveedor a traves del enrutador de egreso PE (Site1_PE) es mayor en un 0,26% en el escenario con QoS, cuyo valor es 198371935.6 bits/seg, comparado con el escenario sin QoS, cuyo valor es de 197851131.4 bits/seg el cual es mucho mayor. El comportamiento con datos interactivos se muestra en la tabla 5, donde es mayor cuando se logra aplicar QoS alcanzando una tasa de 244371935.6 bits/seg frente a los 237851038.4 bits/seg cuando no se utiliza la conmutacion de etiquetas multiprotocolo. De ello se deduce que otra importante ventaja que anaden las redes basadas en MPLS, es la garantia de ancho de banda disponible a lo largo de un determinado LSP dado por el tipo de senalizacion usado para la distribucion de etiquetas para cada sub-LSP.

Retardo en el LSP

Hace referencia al tiempo consumido por el paquete para su envio a traves del LSP dentro de la nube MPLS unicamente (ver Fig. 4, tablas 6 y 7).

Se puede observar en la tabla 6 que el retardo en tiempo que gasta un paquete dentro del LSP desde el nodo de origen (Site3_PE) al nodo destino (Site1_PE), es mayor en un 35,79% para el escenario que no posee mecanismos de QoS, con un valor de 1.01816E-05 seg, frente al caso que posee mecanismos de QoS, donde su valor se situa en los 6.53719E-06 seg. Como las condiciones establecidas para el transporte de video y voz incluian la busqueda de metricas optimas que permitieran el envio eficiente de datos sin perdidas (cuando se aplicaba QoS), el tiempo de procesamiento de un paquete de video dentro del tunel virtual es 55% mas rapido cuando se incluye calidad de servicio.

Trafico de entrada-salida al LSP

El trafico enviado a traves del LSP se encuentra en las Fig. 5, 6 y las tablas 8, 9, 10 y 11).

Tanto para el flujo voz y video a la entrada y salida del LSP es mayor para el escenario que maneja mecanismos de QoS. En la tabla 8 se puede apreciar que la secuencia entrante al LSP en el escenario con QoS es mayor en un 25,41% con un valor de 4.76237E+12 seg, comparado con el escenario sin requerimientos de QoS, cuyo valor es de 3.55188E+12 seg. Asi mismo, en la tabla 10 se puede observar que el trafico que sale del LSP en el escenario con QoS es mayor en un 27,03% con un valor de 4.43842E+12 seg, comparado con el escenario sin requerimientos de QoS, cuyo valor es de 3.2383E+12 seg. De manera similar, sucede con el video. Ello es producto de la eficiencia en el proceso de verificacion de los datos en los nodos intermedios, procedimiento que se realiza a traves del analisis de la etiqueta que encapsula la informacion, en vez de evaluar cada uno de los campos que componen un datagrama IP como sucede convencionalmente.

Cola de retardo punto a punto del nodo SITE3_PE al nodo SITE1_PE

Esta estadistica representa mediciones instantaneas del tiempo de espera de los paquetes en la cola del canal transmisor. Las mediciones se toman desde el momento en un paquete entra en la interfaz del transmisor, y los resultados arrojados se encuentran en la figura 7 y las tablas 12, 13, 14, 15. Del analisis inicial se concluye que el comportamiento en el tiempo tiene ciertas similitudes, debido a que se uso el mismo gestor de colas tanto para la estructura que daba soporte de QoS, como para aquella que ofertaba "best effort", solo varia la cantidad de paquetes procesados, metrica que depende de la prioridad asociada a cada flujo.

De las tablas 12 y 14, se deduce que el encolamiento del nodo Site3_PE al nodo Rtr4 es mayor en el escenario sin requerimientos de QoS en un 0,025% con un valor de 5.19933E-06 seg, comparado con el escenario que incluye QoS cuyo valor es de 5.19802E-06 seg para la voz; en relacion a los datos interactivos sus valores oscilan alrededor de los 4.6922E-06 seg y 4.69336E-06 seg respectivamente lo que lleva implicita una perdida de informacion cuando el buffer se satura cunado la red se soporta en el envio de mejor esfuerzo.

Por el contrario, en las tablas 13 y 15 se ve que el encolamiento del nodo Rtr4 al nodo Site1_PE es mayor en el escenario con requerimientos de QoS en un 0,025% con un valor de 4.69336E- 06 seg, comparado con el escenario sin requerimientos de QoS cuyo valor es de 4.6922E-06 seg, tendencia que se repite con el video. La razon de este comportamiento se da porque a la hora de establecer el nivel de prioridad de gestion de los datos en los nodos que involucran este enlace, no era posible cumplir con las exigencias solicitadas por el protocolo de reservacion de recursos con ingenieria de trafico, lo que obligo a negociar la solicitud hecha por parte del cliente.

Valoracion del rendimiento de MPLS frente a otras tecnologias

Otra forma de poder establecer la robustez de la conmutacion de etiquetas multiprotocolo, es contrastando su funcionamiento con otras especificaciones. En este sentido se realizaron simulaciones con los mismos parametros de configuracion pero usando GMPLS y MPLS-TP estimando las variables mas representativas frente a los de MPLS. Los efectos de utilizar una tecnica u otra se plasman en la tabla 16.

De esta recopilacion de datos arrojados por las simulaciones, se puede apreciar que independientemente de la especificacion que se use en el nucleo de la red, se garantiza un transporte eficiente siempre y cuando se aplique el concepto de negociacion de las necesidades de los clientes y se garanticen estas en una proporcion de por lo menos un 90 % para el caso en el que la suma de todos los flujos sea superior al ancho de banda disponible en los medios de comunicacion. Especificamente cuando se aplica QoS el valor de las variables evaluadas es casi identico para cada caso. Este resultado es logico debido a que la topologia de red usada es muy pequena, pero habria que estudiar el nivel de variacion de cada metrica en la medida que la networking comenzara a crecer para albergar una mayor cantidad de nodos y host. Sin embargo cuando hay un trato similar en la prioridad de la informacion circundante en la red (no QoS), existe una diferenciacion, que se ve marcada por un mejor funcionamiento y distribucion de las etiquetas en GMPLS y MPLS-TP.

Monitoreo del tiempo de re-enrutamiento de los flujos

Las Fig. 8, 9 y 10 grafican la forma en que reacciona MPLS, GMPLS y MPLS-TP cuando uno de los enlaces que lleva la informacion entre el nodo Rtr4 y Site1_PE deja de funcionar. A partir del analisis de las figuras se observa que el flujo comienza a ser transportado en el momento provisto donde se tiene que inicien las aplicaciones, transcurrido un cierto tiempo, el canal falla, presentando la caida de la informacion que circula de extremo a extremo. Entre el lapso de tiempo que oscila entre los 125 segundos y 155 segundos se ve claramente que hay ausencia total de trafico. Previamente los protocolos de senalizacion de cada estandar establecen rutas secundarias o de respaldo que entran en funcionamiento una vez se generan problemas de este tipo.

Para el caso de la Fig. 8 que es en el que funciona MPLS, la transmision se reanuda transcurridos 120 seg, mientras que para los casos de las Fig. 9 (que soporta MPLS-TP) y Fig. 10 (que funciona con GMPLS) lo hace 45 seg despues de generado el evento. Esto da una clara idea de que la eficiencia al aplicar re-enrutamiento es mucho mas optima en MPLS-TP y GMPLS que en MPLS, debido a que los protocolos de senalizacion y los caminos de conmutacion de etiquetas son mas eficientes y rapidos. No obstante para los tres casos evaluados en este item las rutas secundarias garantizaron los requerimientos pedidos inicialmente por los usuarios.

CONCLUSIONES

La tecnologia MPLS mejora la prestacion de servicio a los usuarios Wimax que requieren enviar y recibir trafico susceptible a los retardos ya que sus nodos toman menos tiempo en el procesamiento y envio de paquetes dentro del LSP haciendo mas eficiente el transporte de aplicaciones como VoIP y video que son menos tolerantes a los retrasos en la red, ademas de que MPLS sufre retardos minimos proporcionando asi un alto rendimiento en comparacion con las redes convencionales sin QoS.

La arquitectura VPN--MPLS es escalable, flexible y proporciona de una manera organizada la transmision de paquetes de voz y video, equilibrio de carga, consistencia, seguridad de datos, aislamiento de la red de otras estructuras garantizando calidad de servicio.

Cuando se usa MPLS, GMPLS y MPLS-TP, como nivel logico dentro de una nube IP pequena como la propuesta en el articulo (priorizando las exigencias del cliente final), las diferencias son casi nulas entre si cuando se evaluan parametros tales como el trafico a la salida del LSP, el retardo y el rendimiento en la VPN; de lo que se concluye que el potencial de poder establecer una estimacion entre MPLS, GMPLS e MPLS-TP se veria reflejado en backbones que incluyan un numero importante de host y nodos. No obstante cuando se analiza la forma de reaccionar la red ante la generacion de un fallo en uno de los enlaces que comunica el origen con el destino, GMPLS y MPLS-TP son mas rapidos y estables en reaccionar e intentar restablecer la conexion por rutas secundarias o de respaldo.

doi: 10.4067/S0718-07642014000200004

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Rocio C. Garcia, Octavio J. Salcedo, Danilo A. Lopez* y Luis F. Pedraza

Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas, Ingenieria Electronica, Grupo de investigacion Internet Inteligente, Cra. 7 No 40--53, piso 4, Bogota D.C.--Colombia. (e-mail: rcedanog@correo.udistrital.edu.co, ojsalcedop@udistrital.edu.co, dalopezs@udistrital.edu.co, lfpedrazam@udistrital.edu.co).

* Autor a quien debe ser dirigida la correspondencia.

Recibido May. 23, 2013; Aceptado Jul. 29, 2013; Version final recibida Dic. 3, 2013

Leyenda: Fig. 1 : Topologia de la red.

Leyenda: Fig. 2: Retardo para el trafico VoIP (seg)

Leyenda: Fig. 3: Rendimiento en la VPN (bits/seg)

Leyenda: Fig. 4: Retardo en el LSP (seg).

Leyenda: Fig. 5: Paquetes de entrada al LSP (bits/seg)

Leyenda: Fig. 6: Flujo de entrada al LSP (bits/seg)

Leyenda: Fig. 7: Retardo de procesamiento punto a punto del nodo Site3_PE al nodo Site1_PE (seg).

Leyenda: Fig. 8: Tiempo de retransmision en MPLS.

Leyenda: Fig. 9: Tiempo de retransmision en GMPLS.

Leyenda: Fig. 10: Tiempo de retransmision MPLS-TP.
Tabla 1 : Caracteristicas para el envio de Voz y video segun la norma
ITU-T. G1010.

Medio         Aplicacion               Velocidades de
                                       datos tipicas

Audio         Audio en tiempo real      4-32 Kbit/s

Video         Video telefono           16-384 Kbit/s
Correo        Acceso al servidor          < 10 Kb
electronico   Transferencia de            < 10 Kb
              servidor a servidor
Datos         Transferencia de datos    10 Kb--10 Mb

                                        Parametros clave y valores de
                                         objetivo para la calidad de
                                               funcionamiento

Medio         Aplicacion                 Tiempo de       Variacion
                                        transmision     de retardos
                                       en un sentido

Audio         Audio en tiempo real         < 10 s       [mucho menor
                                                         que] 1 ms
Video         Video telefono              < 150 ms
Correo        Acceso al servidor           < 4 s           N. A.
electronico   Transferencia de         Varios minutos      N. A.
              servidor a servidor
Datos         Transferencia de datos       < 60 s          N. A.

                                         Parametros
                                          clave y
                                         valores de
                                          objetivo
                                          para la
                                         calidad de
                                       funcionamiento

Medio         Aplicacion                Perdida de
                                        informacion

Audio         Audio en tiempo real        PLR< 3 %

Video         Video telefono              PLR< 1 %
Correo        Acceso al servidor            Nula
electronico   Transferencia de              Nula
              servidor a servidor
Datos         Transferencia de datos        Nula

Tabla 2: Valores cuantitavos encontrados en el trafico de VoIP.

VoIP (seg)

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          7,58698E-06   7,48515E-06
Varianza                            0,000         0,000
Desviacion estandar                 0,000         0,000
Intervalo de confianza   90%   7,58698E-06   7,48515E-06
                         95%   7,58698E-06   7,48515E-06
                         99%   7,58698E-06   7,48515E-06

Tabla 3: Valores cuantitavos encontrados en el trafico de video.

Video (seg)

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          5,48698E-06   5,38515E-06
Varianza                            0,000         0,000
Desviacion estandar                 0,000         0,000
Intervalo de confianza   90%   5,48608E-06   5,38535E-06
                         95%   5,48694E-06   5,37515E-06
                         99%   5,48608E-06   5,48515E-06

Tabla 4: Niveles cuantitativos de rendimiento en la VPN.

VoIP (bits/seg)

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          194371935.6   197851131.4
Varianza                        6.507E+14     6.654E+14
Desviacion estandar             2.531E+07     2.701E+07
Intervalo de confianza   90%   194044158.3   196523354.1
                         95%   193215070.9   193694266.7
                         99%   191594666.5   191773862.3

Tabla 5: Niveles cuantitativos de rendimiento en la VPN para el flujo
de video.

Video (bits/seg)

                                         Sin QoS       Con QoS

Media                                  237851038.4   244371935.6
Varianza                                6.554E+14     6.407E+14
Desviacion estandar                     2.311E+07     2.47E+07
Intervalo de confianza   23751101.-1   244046878.3   23751101.-1
                         237881321.4   244987111.2   237881321.4
                         236587214.3   243555397.1   236587214.3

Tabla 6: Retardo en el LSP.

VoIP (seg)

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          1.01816E-05   6.53719E-06
Varianza                        4.592E-41     7.175E-43
Desviacion estandar             6.776E-21     8.470E-22
Intervalo de confianza   90%   1.01816E-05   6.53719E-06
                         95%   1.01816E-05   6.53719E-06
                         99%   1.01816E-05   6.53719E-06

Tabla 7: Retardo en el LSP.

Video (seg)

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          1.47151E-05   6.62147E-06
Varianza                        2.314E-41     5.143E-43
Desviacion estandar             4.675E-21     6.350E-22
Intervalo de confianza   90%   1.47117E-05   6.62147E-06
                         95%   1.47117E-05   6.62147E-06
                         99%   1.47117E-05   6.62147E-06

Tabla 8: Trafico de entrada al LSP

VoIP (bits/seg)

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          3.55188E+12   4.76237E+12
Varianza                        1.660E+25     2.803E+25
Desviacion estandar             4.074E+12     5.294E+12
Intervalo de confianza   90%   2.65845E+12   3.86895E+12
                         95%   2.4873E+12    3.69779E+12
                         99%   2.15278E+12   3.36328E+12

Tabla 9: Trafico de entrada al LSP

Video (bits/seg)

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          4.12478E+12   5.88774E+12
Varianza                        2.258E+25     3.948E+25
Desviacion estandar             5.373E+12    6.791 E+12
Intervalo de confianza   90%   3.25789E+12   4.78589E+12
                         95%   3.1873E+12    4.34779E+12
                         99%   3.03581E+12   3.12470E+12

Tabla 10: Trafico de salida del LSP

VoIP (bits/seg)

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          3.2383E+12    4.43842E+12
Varianza                        1.141E+25     2.557E+25
Desviacion estandar             3.378E+12     5.057E+12
Intervalo de confianza   90%   2.38489E+12   3.58502E+12
                         95%   2.2214E+12    3.42153E+12
                         99%   1.90187E+12    3.102E+12

Tabla 11 : Trafico de salida del LSP

Video (bits/seg)

                                      Sin QoS       Con QoS

Media                               4.22479E+12   5.72148E+12
Varianza                             2.358E+25     3.648E+25
Desviacion estandar                  5.453E+12    7.011 E+12
Intervalo             3.25789E+12   3.33589E+12   3.58502E+12
de                    3.1873E+12    4.47179E+12   3.22153E+12
confianza             3.03581E+12   3.22470E+12    3.002E+12

Tabla 12: Retardo en la cola del nodo LER ingreso al nodo LSR.

SITE 3 (seg), para VoIP

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          5.19933E-06   5.19802E-06
Varianza                        3.176E-14     3.120E-14
Desviacion estandar             1.782E-07     1.766E-07
Intervalo de confianza   90%   5.16987E-06   5.16856E-06
                         95%   5.16423E-06   5.16291E-06
                         99%   5.15319E-06   5.15188E-06

Tabla 13: Retardo en la cola del nodo LER ingreso al nodo LSR.

ROUTER 4-SITE 1 (seg), para video

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          4.19773E-06   4.184702E-06
Varianza                        2.123E-14     3.120E-14
Desviacion estandar             1.777E-07     1.754E-07
Intervalo de confianza   90%   4.13447E-06   4.13237E-06
                         95%   4.13789E-06   4.13189E-06
                         99%   4.12970E-06   4.11801E-06

Tabla 14: Retardo punto a punto del nodo LSR al nodo LER salida.

SITE 3 (seg), para VoIP

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          4.6922E-06    4.69336E-06
Varianza                        4.269E-14     4.264E-14
Desviacion estandar             2.066E-07     2.065E-07
Intervalo de confianza   90%    4.658E-06    4.6592E-06
                         95%   4.6515E-06    4.65266E-06
                         99%   4.6387E-06    4.63987E-06

Tabla 15: Retardo punto a punto del nodo LSR al nodo LER salida.

ROUTER 4-SITE 1 (seg), para video

                                 Sin QoS       Con QoS

Media                          3.4578E-06    3.24714E-06
Varianza                        3.367E-14     3.222E-14
Desviacion estandar             2.133E-07     2.123E-07
Intervalo de confianza   90%    3.455E-06    3.4512E-06
                         95%   3.4710E-06    3.46266E-06
                         99%   3.4874E-06    3.46227E-06

Tabla 16: Estimacion de MPLS, GMPLS y MPLS-TP.

Traza de video

Tecnologia                                          MPLS

                                           Sin QoS       Con QoS

Retardo en la VPN (seg)                  5,48698E-06   5,38515E-06
Rendimiento en la VPN (bits/seg)         237851038.4   244371935.6
Trafico a la salida del LSP (bits/seg)   4,22479E+12   5,72148E+12

Paquetes de voz

Tecnologia                                         MPLS

                                           Sin QoS       Con QoS

Retardo en la VPN (seg)                  7,58698E-06   7,48515E-06
Rendimiento en la VPN (bits/seg)         194371935.6   197851131.4
Trafico a la salida del LSP (bits/seg)   3.2383E+12    4.43842E+12

Traza de video

Tecnologia                                        GMPLS

                                           Sin QoS       Con QoS

Retardo en la VPN (seg)                  5,48545E-06   5,38515E-06
Rendimiento en la VPN (bits/seg)         238371977.6   244371935.6
Trafico a la salida del LSP (bits/seg)   4,22489E+12   5,72148E+12

Paquetes de voz

Tecnologia                                        GMPLS

                                           Sin QoS       Con QoS

Retardo en la VPN (seg)                  7,58572E-06   7,48515E-06
Rendimiento en la VPN (bits/seg)         194372234.6   197851131.4
Trafico a la salida del LSP (bits/seg)   3.2391E+12    4,43842E+12

Traza de video

Tecnologia                                       MPLS-TP

                                           Sin QoS       Con QoS

Retardo en la VPN (seg)                  5,48521E-06   5,38515E-06
Rendimiento en la VPN (bits/seg)         239000444.6   244371935.6
Trafico a la salida del LSP (bits/seg)   4,22491E+12   5,72148E+12

Paquetes de voz

Tecnologia                                       MPLS-TP

                                           Sin QoS       Con QoS

Retardo en la VPN (seg)                  7,58411E-06   7,48515E-06
Rendimiento en la VPN (bits/seg)         194372236.6   197851131.4
Trafico a la salida del LSP (bits/seg)   4,3385E+12    3.2399E+12
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Author:Garcia, Rocio C.; Salcedo, Octavio J.; Lopez, Danilo A.; Pedraza, Luis F.
Publication:Informacion Tecnologica
Date:Apr 1, 2014
Words:6961
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