análisis del factor de reuso (contention ratio) en redes de

ANÁLISIS DEL FACTOR DE REUSO (CONTENTION RATIO)
EN REDES DE BANDA ANCHA ENFOCADO A ESCUELAS DE
EDUCACIÓN BASICA
Autor: Faridt Leonardo Canal Londoño, Autor: José Fernando Gómez Gómez, C.Asesor:
Joaquín Gabriel Restrepo Mejía
Febrero 08 del 2006
Resumen: En este Artículo se mostrara un análisis del
modelamiento y dimensionamiento del acceso de Banda ancha
para Instituciones de Educación Básica, mediante la
caracterización de los diferentes perfiles para definir cual es el
mejor factor de reuso u oversubscription aplicable en los canales.
Teniendo en cuenta que son canales donde hay varios servicios
como son residenciales, y corporativos. Logrando generar una
tendencia de consumo de estas Instituciones de Educación Básica.
Palabras Claves:
Oversubscription.
Banda
Ancha,
Factor
de
Reuso,
I. INTRODUCCION
E
L artículo desarrollado está enfocado a la observación
del comportamiento de los enlaces de acceso de banda
ancha de algunas instituciones de educación básica para
verificar cual es el mejor factor de reuso que se podría tener en
dichos enlaces y así optimizar el rendimiento y prestar un
mejor servicio.
Tabla 1. Operadores que prestan servicios de Cable y xDLS
en Colombia. Fuente: CRT-Informe de Internet-Junio de 2004.
II. CONTENIDO
Dado que en Colombia se está empezando a masificar el
concepto de banda ancha debe haber una relación óptima entre
costo y reuso para el usuario final. Por lo tanto, se tratará de
recomendar los valores de reuso con base en parámetros
asociados al perfil del usuario.
Dado que los proveedores de Internet (ver tabla 1) no
garantizan un ancho de banda específico a los usuarios durante
el 100porcentaje del tiempo, dado lo costoso que seria la
implementación de tales infraestructuras. Los proveedores
incurren a ofrecer bajos costos y altas velocidades de
transmisión sin mencionar el grado de reuso, por tal motivo, el
artículo tratará de determinar los valores representativos en
término de reuso, mediante el acceso y hora de disponibilidad
de los usuarios.
a. Problema Existente
La banda ancha está revolucionando el sector de las
telecomunicaciones.
Desde el año 2003 se percibe el inicio de un nuevo ciclo
expansivo que se sustenta principalmente en la banda ancha y,
en menor medida, en la puesta en marcha de la tercera
generación de telefonía móvil. No obstante, pese al optimismo
generalizado, se observa un crecimiento desigual entre países
(ver Figura 1 a y 2a) y, lo que es más importante, el acceso a
la banda ancha está motivando nuevos usos y hábitos de
navegación.
b. Antecedentes y justificación
Un acceso de banda ancha, como su nombre indica, es aquel
que dispone de un ancho de banda muy superior a la estrecha
con una velocidad elevada de transmisión, gracias a que no
utilizan el espacio de una conversación telefónica.
Esto, además, permite mantener funcionando de forma
permanente la conexión a Internet a la vez que la línea
telefónica permanece liberada.
Figura 1a. Penetración Mundial de Banda Ancha por
tecnología – Fuente: UIT
Figura 2a. Penetración Mundial de Banda Ancha por
tecnología – Fuente: UIT
El uso incorrecto del factor de reuso puede degradar
sustancialmente el ancho de banda individual, y consigo, un
serio impacto en el desempeño de una conexión de Internet,
imposibilitando velocidades promedio sustánciales en un
determinado tiempo de la conexión. Lo anterior nos lleva al
problema central que no hay una especificación donde hable
de cual es el mejor reuso a utilizar, en que afecta a nivel de
costo este reuso, como poder comprobar que si tenemos un
menor costo de infraestructura se deba a un mayor nivel de
reuso del canal.
El uso de banda Ancha en Instituciones de Educación
Básica ayuda mucho al desarrollo de la ecuación en todos los
niveles ya que permite un mejor provecho del tiempo, mayor
rapidez en el acceso a información, impórtate para cada
actividad que se realice dentro de la misma. De esta forma
lograr que los establecimientos educativos puedan incorporar
las nuevas tecnologías en información y comunicaciones
(TICs), como herramientas que permitan mejorar la calidad de
la educación en el país.
Dado que en Colombia se esta empezando a desarrollar o
masificar el concepto de banda ancha, gracias a la gran
cantidad de proveedores, los cuales han visto y entendido que
las necesidades de los usuarios han cambiado y que requieren
mayores velocidades para transmitir no solo datos sino video,
música, y por supuesto voz, se hace necesario generar una
regla de conducta de los parámetros ligados al factor de reuso
para brindar mayor protección a los usuarios de estos
servicios. Con base en lo anterior, es de vital importancia el
poder determinar o establecer dicho factor de reuso para
garantizarle al usuario una óptima calidad de servicio. Por esto
y debido al comportamiento variado de los diferentes perfiles
existentes en el mercado (residencial, educativo, empresarial,
etc) hace que dicho factor deba ser dinámico para que el reuso
aplicado sea el menos perceptible por el usuario para no
degradar el servicio y que haya una mejora significativa en
cuanto a los costos de infraestructura de la red y calidad de
servicio.
Como el factor de reuso u Oversubscription se refiere a una
cantidad de usuarios registrados a un sistema que puede ser
soportado si todos están conectados simultáneamente sin
degradar el performance del canal, adicional es una medida
fundamental del desempeño de la red, los proveedores de
acceso de banda ancha ofrecen opciones de paquetes con
factor de reuso diferentes, ya para el caso de otros países como
en Europa pero para nuestro caso en Colombia no se presenta
muy formalmente. Por esto, este trabajo está enfocado hacia
las instituciones de educación básica basándose en el
comportamiento general de un canal donde hay varios tipos de
servicio, con la idea de observar cual es el mejor factor de
reuso que se podría tener en los enlaces para optimizar el
rendimiento y prestar un mejor servicio a un costo razonable.
c.
Metodología
Para el desarrollo de este artículo se efectuaron las
siguientes tareas, teniendo en cuenta que se baso en canales de
bajada y subida de una red HFC, pertenecientes a una
Compañía de Cable.
1. Recopilación de la información de los tráficos de algunas
Instituciones y su caracterización teniendo en cuenta el tipo de
servicio contratado, esta información fue obtenida de
operadores, en lo posible se pudieron generar gráficas del
comportamiento de tráfico de cada institución, del canal de
subida y de bajada correspondiente al nodo donde se conectan
esas instituciones.
Para las gráficas de las Instituciones de Educación Básica
fue necesario graficar cada MODEM de cada Colegio por
SNMP, ya que estos datos no los tiene el proveedor por
Usuario.
2. Recopilación de tráfico de un nodo donde se encuentran
estas instituciones, con el fin de ver el comportamiento de este
canal de subida y de bajada. Y poder definir patrones que
ayuden a identificar nuestro objetivo.
A continuación podemos observar algunas
obtenidas de los canales de bajada y de subida.
gráficas
3. Genera el análisis de estos tráficos a nivel general del
canal total y trafico específico de las instituciones de
Educación básica, para generar los resultados y conclusiones
del análisis.
d.
Contenido
Para el Análisis del modelamiento y dimensionamiento del
acceso de banda ancha, nos apoyamos en la información de
tráfico de un operador de Cable con el fin de poder hallar el
factor de reuso más conveniente.
Figura 1d. Tráfico en Bps del canal de Downstream
correspondiente a un día.
La tecnología utilizada se basa en Estándares DOCSIS , que
define los requisitos de la interfaz de comunicaciones y
operaciones para los datos sobre sistemas de cable. Esto
permite añadir transferencias de datos de alta velocidad a un
sistema de televisión por cable. Hay varios operadores de
televisión por cable emplean este estándar para proporcionar
acceso a Internet sobre una infraestructura HFC (red híbrida de
fibra óptica y coaxial).
Como algunas Características, DOCSIS utiliza el método de
acceso TDMA / SCDMA. Es diferente de los sistemas
Ethernet, los sistemas DOCSIS no experimentan ninguna
colisión.
Figura 2d. Tráfico en Bps del canal de Downstream
correspondiente a una semana.
Para la modulación del canal de bajada (downstream) se
utiliza desde 64QAM hasta 256QAM, y para el canal de
subida (upstream) se utiliza QPSK y 16QAM.
En el caso de la información obtenida y con la que se
trabajo el canal de subida utiliza una modulación de 16QAM
que corresponde a un canal de 10.24Mbps que realmente
equivale a 9Mbps.
En el caso del canal de Bajada la modulación es de
256QAM, que corresponde a un canal de 42.88Mbps que en
términos reales equivale a 38Mbps.
Para la generación de las gráficas se utilizó una herramienta
llamada RRDTool que esta configurada bajo MRTG, con
estas gráficas fue posible obtener los máximos consumos en
horas pico del canal de subida y de bajada, para poder
analizar el comportamiento del nodo por días, semanas y
meses.
Figura 3d. Tráfico en Bps del canal de Downstream
correspondiente a un mes.
estadísticas que arroja la herramienta de gestión.
El Objetivo con estas gráficas es observar el
comportamiento y las horas de alto tráfico y poder ver que
tanta participación tienen en los canales de bajada y subida.
Colegio 1.
Trafico 14/12/05
Trafico saliente
Figura 4d. Tráfico en Bps del canal de Upstream
correspondiente a un Día.
Trafico Entrante
T r a fic o B p s
1000000
800000
600000
400000
200000
0 :0
0
1 :0
0
2 :0
0
3 :0
0
4 :0
0
5 :0
0
6 :0
0
7 :0
0
8 :0
0
9 :0
10 0
:0 0
11
:0
12 0
:0
13 0
:0
14 0
:0
15 0
:0
16 0
:0
17 0
:0
18 0
:0
19 0
:0
20 0
:0
21 0
:0
22 0
:0
23 0
:0 0
0
Horas
Figura 7d. Tráfico en Bps del canal de Upstream Y
Downstream correspondiente a un Día.
Colegio 2.
Figura 5d. Tráfico en Bps del canal de Upstream
correspondiente a una semana.
Trafico 14/12/05
T ra fic o B p s
Trafico Saliente Bps
Trafico Entrente Bps
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0 :0
0
1 :0
0
2 :0
0
3 :0
0
4 :0
0
5 :0
0
6 :0
0
7 :0
0
8 :0
0
9 :0
10 0
:0
11 0
:0
12 0
:0
13 0
:0
14 0
:0
15 0
:0
16 0
:0
17 0
:0
18 0
:0
19 0
:0
20 0
:0
21 0
:0
22 0
:0
23 0
:0 0
0
Horas
Figura 8d. Tráfico en Bps del canal de Upstream Y
Downstream correspondiente a un Día.
Figura 6d. Tráfico en Bps del canal de Upstream
correspondiente a un Mes.
Colegio 3.
Trafico 14/12/05
Trafico Saliente Bps
Otro dato importante que se contempló fue el número de
terminales, claro esta que la mayoría de estas Instituciones usa
el canal para la parte educativa y administrativa.
Las gráficas de tráfico de las Instituciones de Educación
Básica se generaron en Microsoft Excel con base en las
Trafico Entrante Bps
100000
T ra fic o E n B p s
80000
60000
40000
20000
0
0:
00
1:
00
2:
00
3:
00
4:
00
5:
00
6:
00
7:
00
8:
00
9:
0
10 0
:0
11 0
:0
12 0
:0
13 0
:0
14 0
:0
15 0
:0
16 0
:0
17 0
:0
18 0
:0
19 0
:0
20 0
:0
21 0
:0
22 0
:0
23 0
:0
0
Para poder generar el análisis del comportamiento,
adicionamos las gráficas de las Instituciones de Educación
Básica. Se tomaron muestras de nueve Colegios por un tiempo
de 3 meses, pero nos basamos en el tráfico de una semana con
el fin de observar las tendencias del uso de los servicios
contratados que éstos generaban. También se logró observar
los horarios de mayor tráfico y establecer cuales son las horas
de mayor demanda de cada colegio.
Horas
Figura 9d. Tráfico en Bps del canal de Upstream Y
Downstream correspondiente a un Día.
Con toda esta información de tráfico, además de saber el
número de usuarios por nodo y sus respectivos perfiles, se
generó un modelamiento que nos ayudará a determinar datos
relevantes en este estudio como son el factor de reuso
diseñado en el canal, el factor de reuso máximo que se puede
tener en el canal sin que los usuarios perciban saturación, la
concurrencia que se tiene en horas pico del canal, máximo
número de usuarios por up y down. La información nos dará
las bases para poder extenderla y aplicarla en los
comportamientos de los colegios, ya que este canal es bastante
residencial y el comportamiento de tráfico es diferente.
El simulador del factor de reuso es una herramienta en
Microsoft Excel con variables de entrada como lo son:
Número de usuarios por nodo, tipo de modulación en bajada y
subida, tipos de usuarios o las diferentes velocidades en bajada
y subida con su respectivo número de usuarios, ancho de
banda vendido, ancho de banda consumido, ancho de banda
disponible o instalado.
Este modelamiento nos dará como información el Factor de
Reuso máximo, Factor de Reuso diseñado, Máxima capacidad
de Usuarios, en Upstream y Downstream.
III. DISCUSIÓN
Como primera medida para obtener la información sobre el
comportamiento de los enlaces corporativos en los canales de
subida y bajada, fue necesario hacer una comparación de los
tráficos de cada colegio y ver su comportamiento en tráfico,
analizar que tanto consumen del ancho de banda contratado
contra el trafico del nodo, con el fin de poder tener un
porcentaje de participación de los colegios en todo el canal.
Se establecieron los horarios de mayor tráfico o picos para
tener una referencia de consumo, esas horas de mayor tráfico
en los colegios son a las 9:30 am, entre las 12:30 pm a la 1:30
pm y de 2:30 pm a 3:30 pm. Ahora, teniendo en cuenta el
comportamiento de tráfico del nodo al compararlos son
totalmente diferentes, primero por la gran participación de
servicios residenciales donde se nota que los picos son en las
horas de la noche, y para el caso de los colegios las horas pico
de alto tráfico el Consumo máximo dentro de las jornadas de
colegio es de 4.2Mbps en bajada, y en el caso del canal de
subida el mayor tráfico entre la jornada escolar es de 1Mbps.
Ahora la tarea es poder identificar ese porcentaje que me
indicaría que tanta participación hay de los tráficos de los
colegios en el canal del nodo.
Para esto fue necesario tomar cada hora pico de cada
colegio, sumarlas y ver cuanto están consumiendo respecto al
consumo total del nodo a esa hora y determinar el porcentaje
de participación.
Teniendo en cuenta lo anterior en la mayor hora pico de
todos los colegios consumen aproximadamente 2.7Mbps en
bajada, en el momento que el Down del nodo es de 4.2Mbps,
para el caso del canal de subida se realizo el mismo
procedimiento donde se encontró que el porcentaje de
participación es diferente. Se tomó el porcentaje de utilización
de cada colegio en la hora pico en subida y se determinó un
porcentaje promedio para calcular el ancho de banda que
pertenece a los colegios del total del ancho de banda del nodo.
IV. CONCLUSIONES
De lo observado en el análisis encontramos que los canales
de las instituciones de educación básica no llegan al 100% de
su canal contratado en Down como en Up.
Adicional a lo anterior, según las verificaciones y los
estudios de las gráficas no sobrepasan del 65% de sus canales
de bajada y de subida el 26.5% aproximadamente. Con esta
información podremos calcular la participación del ancho de
banda en el total del ancho de banda del nodo.
Como Observación lo que notamos es que ese porcentaje
no se cumple en cualquier horario, esto se manejó en la franja
de mayor pico de los colegios entre las 12:30 pm y las 3:30
pm. Ya que por ejemplo, si se trata de usar en el horario de las
7pm a las 8pm en esta franja los colegios tiene bajo tráfico y lo
que más predomina es el tráfico residencial.
La conclusión final para determinar el mejor factor de reuso
hay que tener en cuenta las características del canal,
capacidad de ancho de banda, caracterización de los perfiles,
número de usuarios por perfil, ancho de banda consumido,
ancho de banda vendido, y con la ayuda del simulador
diseñado, podremos calcular el factor de reuso acorde al canal
que se este utilizando.
V.
[1]
REFERENCIAS
Grupo de Análisis y Prospectiva del sector de las telecomunicaciones
GAPEL,
http//observatorio.red.es/estudios/documentos/gaptel_banda_ancha.pdf
[2] Federal comunications Commision, http:// www.fcc.gov.
[3] Análisis y Prospectiva “ Los Retos de la Banda Ancha ” , http://
www.fundacionauna.org.
[4] Network Contention Ratios and Network Congestion
http://www.liquidzope.com/abc/1n/newsletter200406/analogy.
[5]
http://www.iec.org/online/tutorials/BroadBand
Access/Internetaccess.pdf
[6] Recomendación ITU-T G.992.3 Asymmetric digital subscriber line
transceivers - 2 (ADSL2), Julio/2002.
[7] http://www.atmforum.com/pages/interworksw/dsl.html
[8] Very High Data Rate Digital Subscriber Line. Documento disponible en
el IEC, Septiembre/2000
[9] http://www.iec.org/online/tutorials/BroadBand Access/vdsl.pdf
[10] Reporte técnico del DSL Forum TR-039. Addendum to TR-036 Annex
A; Requirements for Voice over DSL access facilities to Broadband
Loop Emulation Service, Marzo/2001
Autor 1. Faridt Leonardo Canal, Ingeniero Electrónico.
Autor 2. José Fernando Gómez, Ingeniero Electrónico.
Asesor. Ing. Joaquín Gabriel Restrepo.