ANÁLISIS DEL FACTOR DE REUSO (CONTENTION RATIO) EN REDES DE BANDA ANCHA ENFOCADO A ESCUELAS DE EDUCACIÓN BASICA

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1 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 8 del 26 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: Banda Ancha, Factor de Reuso, Oversubscription. E I. INTRODUCCION 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. 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 1porcentaje 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. Tabla 1. Operadores que prestan servicios de Cable y xdls en Colombia. Fuente: CRT-Informe de Internet-Junio de 24. a. Problema Existente II. CONTENIDO La banda ancha está revolucionando el sector de las telecomunicaciones. Desde el año 23 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.

2 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

3 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. 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. 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. A continuación podemos observar algunas gráficas obtenidas de los canales de bajada y de subida. 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 1.24Mbps 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. Figura 3d. Tráfico en Bps del canal de Downstream correspondiente a un mes. 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.

4 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. Figura 4d. Tráfico en Bps del canal de Upstream correspondiente a un Día. T r a fic o B p s :2:3: 6:7:8: Trafico saliente Trafico Entrante 1 Figura 7d. Tráfico en Bps del canal de Upstream Y Colegio 2. Figura 5d. Tráfico en Bps del canal de Upstream correspondiente a una semana. Trafico Saliente Bps Trafico Entrente Bps T ra fic o B p s : 2: 3: 6: 7: 8: 1 Figura 8d. Tráfico en Bps del canal de Upstream Y Figura 6d. Tráfico en Bps del canal de Upstream correspondiente a un Mes. Colegio 3. 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. 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 En Bps : 2: Trafico Saliente Bps 3: 6: 7: 8: Trafico Entrante Bps 1 Figura 9d. Tráfico en Bps del canal de Upstream Y 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

5 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 9:3 am, entre las 12:3 pm a la 1:3 pm y de 2:3 pm a 3:3 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 1% 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 12:3 pm y las 3:3 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. REFERENCIAS [1] 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, [3] Análisis y Prospectiva Los Retos de la Banda Ancha, [4] Network Contention Ratios and Network Congestion [5] Access/Internetaccess.pdf [6] Recomendación ITU-T G Asymmetric digital subscriber line transceivers - 2 (ADSL2), Julio/22. [7] [8] Very High Data Rate Digital Subscriber Line. Documento disponible en el IEC, Septiembre/2 [9] Access/vdsl.pdf [1] Reporte técnico del DSL Forum TR-39. Addendum to TR-36 Annex A; Requirements for Voice over DSL access facilities to Broadband Loop Emulation Service, Marzo/21 Autor 1. Faridt Leonardo Canal, Ingeniero Electrónico. Autor 2. José Fernando Gómez, Ingeniero Electrónico. Asesor. Ing. Joaquín Gabriel Restrepo.

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