Modelado y evaluación de un servicio multimedia sobre redes locales. Directores: Víctor García García Xabiel García Pañeda

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1 Modelado y evaluación de un servicio multimedia sobre redes locales Directores: Víctor García García Xabiel García Pañeda

2 Índice Introducción Objetivos Simulador MODELER Conceptos de modelado Caso de estudio Análisis realizado Servicio de video Streaming Resultados Conclusiones Trabajos Futuros

3 Introducción En los últimos años se ha observado la aparición de nuevos servicios que realizan un consumo de recursos muy alto, tanto a nivel de la red como de las propias máquinas. Esto puede provocar funcionamientos defectuosos debido a la baja capacidad de las redes y los propios equipos En algunos casos la implantación de estos servicios podría influir negativamente en partes del sistema que funcionaban correctamente. La realización de un análisis previo que permita determinar el impacto que dichos servicios pueden provocar, evitará los problemas que pudieran surgir y el consecuente descontento de los usuarios de la red. Además de evitar grandes perdidas económicas

4 Objetivos Realizar un estudio exhaustivo tanto del simulador de OPNET como de su entorno Construir y evaluar mediante el OPNET MODELER un modelo de caso de estudio Simular posibles mejoras al modelo inicial Estudiar los resultados y valorar los beneficios que puede aportar esas ampliaciones Realizar un modelo de un servicio de audio/vídeo streaming Simular y evaluar los resultados ante la incorporación de este novedoso servicio

5 Simulador MODELER Herramienta diseñada por Opnet para el modelado y simulación basada en la teoría de redes de colas Incorpora librerías para facilitar el modelado de redes de comunicaciones El desarrollo de los modelos se realiza mediante la conexión de diferentes tipos de nodos, utilizando diferentes tipos de enlaces

6 Simulador MODELER Internamente cada nodo está constituido por distintos tipos de módulos y conexiones Módulo Nodo Conexiones lógicas o streams de paquetes.

7 Simulador MODELER La funcionalidad de cada módulo se define a través de modelos de proceso, que se representan mediante máquinas de estados finitos (FSM) Módulo Init Estado no forzado Idle Estados forzados Arrival Transiciones

8 Simulador MODELER Las transiciones entre dos estados pueden ser condicionales o incondicionales El funcionamiento interno tanto de estados como de transiciones implica la programación de código en C/C++

9 Conceptos de modelado El modelado de un caso de estudio conlleva principalmente las siguientes tareas: Definir la topología de la red: conexiones, estructura interna de cada nodo y arquitectura de la red Definir los servicios disponibles en la red, parámetros: Offset Inicial Duracion Repetitibidad Definir los perfiles de los usuarios, parámetros: Instante de inicio Duración Repetitibidad Aplicaciones y modo de operación de las mismas

10 Conceptos de modelado Modelado de los servicios: Definir para cada servicio las tareas que lo forman, parámetros: Descripción de las tareas Orden de ejecución de las mismas Protocolo de transporte Parámetros de calidad del servicio Frecuencia de refresco Definir para cada tarea las etapas de las que se compone, parámetros: Condiciones de Inicio/Fin Fuente / Destino Tráfico Fuente->Destino/ Destino->Fuente Patrón de respuestas

11 Cliente Perfil M. operación Inicio Duración Repetitibidad Servidor Aplicaciones Offset Inicial Duración Repetitibidad Tareas Etapas Inicio, Fin Fuente,Destino Tráfico, Patrón resp.... Descripción Orden Protoclo T. Tipo servicio Refresco

12 Caso de estudio Empresa de publicidad, situada en un edificio de 5 alturas El personal se clasifica según su función en cuatro grupos; administración, dirección, desarrollo y comerciales Cada planta está diseñada como un red local que permite la interconexión de sus equipos Un único servidor da soporte a todos los servicios

13 Desarrollo Administración Dirección Planta 1ª (80) Planta de Administración (25) Planta 2ª (50) Desarrollo Dirección(10) Puente Servidor Planta 3ª (50) Comerciales Dirección(5) Planta 4ª (25) Comerciales Dirección(8)

14 Caso de estudio Administración Puntuales Cumplen estrictamente las horas de jornada estipuladas Su tarea se centra en labores de gestión económica Utilizan los servicios simultáneamente: Acceso a base de datos; Gestión y contabilidad ; Comunicación Impresión; documentos Http; Visualización de páginas de consulta B.Datos Impresión Http

15 Caso de estudio Dirección Muy poco puntuales, retrasos de hasta media hora Ocasionalmente no cumplen con las 8 horas de jornada laboral Su tarea se centra en el mantenimiento del orden y control del la organización jerárquica de la empresa. Http Impresión. Utilizan los servicios de forma ordenada: ; Comunicación rápida y eficaz Http; Consultas breves Impresión; Documentos legales

16 Caso de estudio Desarrollo Muy puntuales Realizan horas extraordinarias Su labor se centra en desarrollar y optimizar la creación de diseños publicitarios Utilizan de forma simultánea todos los servicios de lo que disponen ; Comunicaciones y consultas Ftp; Descargas de archivos Http; Consultas, búsquedas o navegación Impresión; bocetos, resultados Ftp Http Impresión

17 Caso de estudio Comercial No son puntuales debido al trabajo que realizan fuera de la empresa Realizan horas extraordinarias debido al carácter de su labor Esta labor se centra en la búsqueda y atención de clientes Utilización de los servicios aleatoriamente: B. Datos Http ; Comunicación clientes y provedores Acceso a base de datos; organización y mantenimiento de datos de clientes Http; Consultas breves

18 Análisis realizado Se han realizado una serie de variaciones en el caso de estudio descrito Los resultados se comparan con los obtenidos en el estudio original Se fundamentan opiniones sobre posibles mejoras Pruebas: Aumento del número de procesadores del servidor Aumento del número de servidores disponibles en la red

19 Análisis realizado Incorporación de un nuevo servicio basado en tecnología de streaming: Estudio del impacto en un caso de estudio simplificado Incorporación a la red original Incorporación de un nuevo servicio de voz sobre IP Estudio de la posible sobrecarga al introducir tecnologías de streaming y voz sobre IP

20 Servicio de Video Streaming Definición:... El streaming se diferencia de una simple transferencia de ficheros en que el cliente reproduce la información mientras la está recibiendo, en vez de esperar a recibirla completa antes de reproducirla. Así, un cliente de streaming podría no descargar el vídeo/audio, simplemente reproducir la información de cada uno de los paquetes e ir descartándolos.

21 Servicio de Video Streaming Servidor de streaming establece dos conexiones con el cliente: Canal para el control de los flujos multimedia Canales para el envío de los datos multimedia El cliente de streaming: Reproduce la información recibida de forma temporizada Proporciona un interfaz para que el usuario interaccione con el sistema Servidor de streaming Canal de control Canal de transporte Cliente de streaming

22 Servicio de Video Streaming Principales mensajes entre el servidor y el cliente: Tarea de Inicialización: ANNOUNCE: El cliente decribe el flujo de información, tipo de red a la que se conecta El servidor informa de la actualización de la sesión DESCRIBE: Inicialización de los protocolos de transmisión de datos y control Tarea de Transmisión PLAY: Indicación del cliente al servidor de una transmisión SEEK: Busqueda, indicación de transmisión en otro punto PAUSA: Indicación del cliente del inicio de una pausa OK: Indicación del servidor de que recibió la orden anterior Tarea de Finalización TEARDOWN: Indicación del cliente al servidor del fin de la transmisión (stop) o bien ocurre cuando la transmisión finaliza porq no hay más datos a enviar.

23 ANNOUNCE Tarea de Inicialización Etapa1 Inicio DESCRIBE Etapa 2 Listo PLAY Etapa1 Indicación_T. Tarea de Trasmisión OK SEEK Etapa2 Transmitiendo PAUSA Etapa3 Indicación_P. PLAY TEARDOWN Etapa4 OK Pausado Tarea de finalización Fin TEARDOWN

24 Resultados Aumento del número de servidores El tráfico recibido es considerablemente más pequeño que en la prueba con un sólo servidor La prueba con un único servidor aportó resultados satisfactorios en cuanto a carga Esta mejora no es necesaria actualmente pero será importante para prever el aumento del tráfico de la red Comparativa del tráfico recibido para un servidor y dos servidores

25 Resultados Streaming; aumento de procesadores. Debido al máx inicial con 100 usuarios, que hace peligrar la estabilidad del sistema El resultado disminuye la carga en un 50% Esta mejora es muy recomendable Comparación del porcentaje de utilización de la CPU.

26 Resultados Introducción de streaming al diseño original; La utilización de la CPU en el procesador aumenta considerablemente Este aumento no pone en peligro la estabilidad del sistema

27 Resultados El tiempo de respuesta aumenta debido a la carga introducida por el nuevo servicio. Este resultado es análogo para el resto de servicios Comparación del tiempo de respuesta ante una petición de descarga de cuando se añade video bajo demanda a la prueba.

28 Conclusiones Se ha analizado un típico caso de estudio de una empresa que desea incorporar las nuevas tecnologías multimedia como herramienta de uso común para sus empleados Se ha creado un manual, que facilite su manejo Se ha desarrollado un modelo de servicio de vídeo streaming, que ha servido como punto de partida al proyecto TeleMedia2002

29 Trabajos futuros Ajuste de los parámetros estadísticos a los parámetros de servicios reales Incorporación de los flujos del protocolo RTCP, protocolo de control del RTP al modelo realizado Validación del funcionamiento del servicio Incorporación de un servicio en tres capas. Es decir aparición de los proxys como elemento intermedio entre clientes y servidores

30 Modelado y evaluación de un servicio multimedia sobre redes locales Directores: Víctor García García Xabiel García Pañeda

31 Resultados Servidor Aumento de procesadores: Ante el aumento del número de procesadores se aprecia una ligera mejora, no lo suficiente para justificar esta inversión Comparativa de utilización del primer procesador para las pruebas con una cpu de uno, dos y tres procesadores.

32 Resultados Estudio inicial de streaming La carga de la red es mucho mayor en la prueba realizada para 100 usuarios como era de esperar El máximo que se observa al inicio de la jornada se debe a los instantes en los que el servicio arranca Comparación de la carga de la red

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