Nuevas investigaciones: Wild-QoS networks y WiMAX


Wild-QoS NETWORKS

Aunque tecnologías inalámbricas de banda ancha robustas y de bajo costo como WiFi (optimizado para largas distancias) han tenido cierto éxito para el despliegue de redes regionales de datos en países en vías de desarrollo, el protagonismo del servicio de telefonía, así como la posibilidad de querer incluir otros servicios en tiempo real, requiere soluciones con soporte de calidad de servicio.

Se hace por tanto necesario satisfacer las severas restricciones que impone la VoIP y otros servicios, en cuanto a retardos, variación en los mismos (jitter), pérdidas de paquetes y ancho de banda necesario, en el supuesto de que se enfrente a otras clases de tráfico.

El mayor problema asociado a la calidad de servicio (QoS) en una torre de protocolos es que todas las capas deben contemplar el soporte de QoS, lo que se traduciría en nuestro caso en una contemplación de QoS en capa de aplicación, capa IP y capa MAC.

QoS en capa Aplicación

En capa de aplicación, nos tendremos que asegurar de realizar un marcado de los paquetes, en base a la prioridad de los mismos, para que luego sean correctamente gestionados, en base a su nivel de QoS.

En nuestro caso, el hecho de hacer uso de una arquitectura de QoS tipo Diffserv en capa aplicación, pasará por marcar correctamente los paquetes en los dispositivos empleados para la VoIP, si queremos priorizar la voz:

  • Asegurarnos de que todos los teléfonos IP o ATA de nuestra intranet, marquen su TOS como 0xb8 (el valor de más prioridad). Normalmente este suele ser un parámetro configurable dentro de los dispositivos de VOIP y por tanto es un parámetro ajustable.
  • Asegurarnos que el SW empleado como centralita de VoIP (en nuestro caso Asterisk), realiza correctamente el marcado del TOS de los paquetes a 0xb8. Asterisk no tocará el TOS de los teléfonos en caso de que su TOS se corresponda con el que hemos puesto en los ficheros de configuración, pero esto nos asegura que ante un descuido o reseteo de la configuración del dispositivo, Asterisk remarque el TOS al valor deseado. Es importante atender a que Asterisk tiene que haberse ejecutado como Root, para que se pueda marcar el TOS.
  • Cumplidas estas especificaciones para la VoIP, se debe pasar a definir QoS en capa IP y capa MAC.

QoS en capa IP

A la hora de hablar de QoS en capa IP en redes WILD, tenemos que partir de algunas consideraciones previas específicas de nuestro contexto.

Una de ellas, bastante importante, es el hecho de que tenemos un ancho de banda muy variable en nuestros enlaces al hablar en todo momento de una red inalámbrica Wifi, a la que se suma la larga distancia, por lo que a priori, tenemos que trabajar bajo el supuesto de un caso peor en términos de ancho de banda, que nos permita asumir un compromiso a corto plazo para proporcionar QoS en capa IP.

Asumiendo el citado compromiso, el uso de ciertos procedimientos técnicos de control avanzado del tráfico en la capa IP puede permitir que al menos se de un tratamiento diferenciado a los distintos tipos de tráfico. Las arquitecturas de QoS más típicas son IntServ y DiffServ; ambas estandarizadas por el IETF.

Mientras que IntServ (INTegrated SERVices) realiza una reserva previa de recursos antes de establecer la comunicación entre dos puntos, el modelo de servicios diferenciados o DiffServ (DIFFerentiated SERVices), propone que diferentes clases de tráfico puedan ser distinguidas en cada nodo, recibiendo un trato más o menos prioritario a partir de esa diferenciación. Los nodos periféricos a la red se encargan de clasificar cada paquete entrante en una de las clases definidas para que los encaminadores que recorra le den el tratamiento apropiado; se produce por lo tanto una agregación de flujos. De esta forma, ante el caso de que la red se encuentre congestionada, se llega a obtener un resultado preferente para el tráfico prioritario frente a los demás. Para realizar esa clasificación en los nodos periféricos se marca el paquete IP en un determinado campo de su cabecera. En concreto se trata del campo DSCP, correspondiente a los 6 primeros bits del campo DS de la cabecera IP (8 bits).

Puesto que el modelo de servicios diferenciados no se ciñe a las garantías dadas a cada microflujo, sino a la prioridad relativa de una determinada clase de servicio, y es fácimente integrable con IEEE 802.11e EDCA, como se está actualmente investigando en EHAS, Diffserv será la solución optada por EHAS para implementar QoS a nivel IP en su red.

Por último mencionar, que trabajos futuros orientados en este sentido, presenten extender nuestra solución para implementar un sistema de Diffserv a través de disciplinas de colas, que nos permita que nos permite testear el ancho de banda de una red WiFi, para proceder a la estimación del mismo.

QoS en capa MAC

En 2005 se publicó la enmienda IEEE 802.11e en modo distribuido (EDCA), que introduce QoS en capa MAC para redes locales inalámbricas. Ésta se perfila como una posible solución al problema de proporcionar QoS en redes inalámbricas de área extendida para países en vías de desarrollo, así como para proporcionar ingeniería de tráfico tal y como se ha evaluado en fase preliminar en esta investigación. Sin embargo, con anterioridad a este proyecto no se ha desarrollado ninguna investigación que analice, evalúe y optimice el efecto que tiene en redes inalámbricas de larga distancia la modificación de los parámetros que permiten diferenciar tráfico con 802.11e EDCA, ni que compare su comportamiento con otras alternativas existentes basadas en WiFi o TDMA, para dar prioridad a la VoIP y otros servicios en tiempo real, en redes inalámbricas de área extendida para Países en Vías de Desarrollo.

Nuestros resultados preliminares en el ámbito de investigación de este proyecto, obtenidos tras la consecución de una tesis doctoral de uno de los miembros del grupo EHAS (JSR), dirigida por miembro de EHAS (A. Martínez), han analizado el comportamiento con la distancia de IEEE802.11e EDCA mediante la herramienta de simulación Ns2 (ampliamente utilizada en la literatura y previamente validada en el contexto específico de este trabajo), para evaluar una de las posibles aplicaciones de EDCA: la ingeniería de tráfico, que permite asignar un determinado caudal a cada tipo de estación y/o tipo de clase dentro de una estación y simetría entre tráficos en modo infraestructura.

Otros trabajos, aún sin publicar, han permitido establecer criterios de parametrización de IEEE 802.11e EDCA para priorizar la VoIP, y han evaluado dicha solución con otras existentes basadas en TDMA con Hardware WiFi en laboratorio.

WiMAX

Recientemente han llegado al mercado equipos en banda no licenciada que cumplen el protocolo IEEE 802.16 (WiMAX), diseñado como tecnología de redes metropolitanas de banda ancha de cobertura celular con soporte de QoS, con celdas típicas de 7 a 10 km, aunque puede operar hasta 50 km de distancia en punto a punto. Dentro de los fabricantes que ofrecen equipos WiMAX en bandas no licenciadas cabe destacar a Albentia, empresa española radicada en Madrid, con la que este grupo mantiene un acuerdo de colaboración de I+D desde comienzos de año. El estándar también permite opcionalmente configuraciones en modo mesh, pero aún no hay productos en el mercado que lo soporten. Pese a ello, este modo ha sido señalado por distintos autores como solución a los problemas de costo y consumo de los equipos WiMAX . No hay aún un análisis en profundidad de la viabilidad de esta tecnología para su uso en zonas rurales y aisladas de países en vías de desarrollo (PVD), que supone problemas de precio y consumo, así como de eficiencia en la planificación del acceso al medio compartido y en el enrutamiento.

Por lo que actualmente se está trabajando en estudiar la viabilidad de WiMax en el contexto de los países en vías de desarrollo, para hacer una propuesta de red inalámbrica de área extendida para regiones rurales aisladas, sobre la base del estándar IEEE 802.16-2004. Sí que se sabe que se tardará en tener soluciones WiMAX tan accesibles como lo son las WiFi, sobre todo en términos de costo.

© Copyright Enlace Hispano Americano de Salud - Designed by Pexeto