Análise comparativa de desempenho de redes IP e ATM com tráfego multimídia interativo

A década de 80 é um marco para a área de comunicação de dados. Muitos estudos, pesquisas e especificações foram iniciados para permitir a integração de sistemas de comunicação para voz, vídeo e dados. Desde essa década, os cientistas procuram investir na Internet, que é um dos mais importantes e populares meios de transmissão de informações no mundo, para acomodar aplicações que permitam enviar imagens e sons por esta imensa rede de comunicação. Também nessa década, no final, o International Telecommunications Union – Telecommunication (ITU-T), especificou a tecnologia ATM, cujas pesquisas vinham ocorrendo desde o seu início. O serviço de rede tradicional na Internet é transmissão de datagramas ´besteffort ´, conforme será visto neste trabalho. Neste serviço, os pacotes da origem são enviados para o destino, sem garantia de entrega. Para aquelas aplicações que requerem garantia de entrega, o protocolo TCP (equivalente à camada 4 do RM-OSI) se encarregará da retransmissão dos pacotes que falharam ao atingir o destino para então se conseguir uma recepção correta. Para aplicações de comunicação tradicionais, como FTP e Telnet, em que uma entrega correta é mais importante que a perda de tempo da retransmissão, este serviço é satisfatório. Entretanto, uma nova classe de aplicações, as quais usam mídias múltiplas (voz, som e dados), começam a aparecer na Internet. Exemplos desta classe de aplicação são: vídeo teleconferência, vídeo sob demanda e simulação distribuída. Operações de modo tradicional para estas aplicações resultam em redução da qualidade da informação recebida e, potencialmente, ineficiência do uso da largura de banda. Para remediar este problema é desenvolvido um ambiente de serviço para tempo real, no qual múltiplas classes de serviços são oferecidas. Este ambiente estende o modelo de serviços existentes para ir ao encontro das necessidades das aplicações multimídia com obrigatoriedade de tempo real, porém esta não é uma meta muito fácil. Contudo, a comunidade pesquisadora tem conseguido desenvolver alguns mecanismos que vão pouco a pouco permitindo que este objetivo se transforme em realidade. O ATM é uma tecnologia que provê dutos de alta velocidade para a transferência de qualquer tipo de informação em pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados células. A idéia básica é estabelecer entre dois pontos que desejam se comunicar um circuito virtual que é mantido pelos comutadores de células para levar a informação de um lado a outro. A característica marcante do ATM é a Qualidade de Servico – QoS, que garante o desempenho predefinido que determinado serviço necessita. Isso permite suportar aplicações de tempo real que são sensíveis ao atraso. O atendimento à diversidade de características de tráfego e exigências distintas de grandes quantidades de serviços é possível pelo ATM graças ao controle de tráfego reunido à capacidade de multiplexação estatística do meio em altas taxas de transmissão. O objetivo principal desta dissertação é elaborar uma comparação quantitativa e qualitativa do funcionamento de aplicações multimídia sobre IP com RSVP - Protocolo desenvolvido para realizar reservas de recursos integrante da arquitetura de Serviços Integrados (IntServ) proposta pelo IETF para oferecer qualidade de serviço para aplicações tais como aplicações multimídia. Essa proposta também inclui duas classes de serviços, sendo que nessa dissertação, o serviço de carga controlada é que está sendo utilizado. Isso deve-se a implementação dos módulos apresentados em [GRE 2001] e que foram utilizados na realização desse trabalho - e sobre ATM. A proposta final é a elaboração de uma técnica de análise baseado nas principais métricas de desempenho em redes que deve permitir uma melhor visualização do comportamento das tecnologias sob determinadas cargas de tráfego, permitindo assim uma tomada de decisão entre qual das tecnologias que deverá ser adotada em um dado momento, em uma dada situação, ou seja, a indicação do ponto de quebra tecnológica na situação modelada. Para que fosse possível fazer esta comparação, foi necessário dividir-se este trabalho em 3 grandes etapas, que são: • Estudo e desenvolvimento da técnica para análise do elemento carga de tráfego na tecnologia ATM; • Estudo e desenvolvimento da técnica para análise do elemento carga de tráfego na tecnologia IP com RSVP; • Comparativo quantitativo e qualitativo dos estudos acima.

Redes-em-Chip : arquiteturas e modelos para avaliação de área e desempenho

Com o advento dos processos submicrônicos, a capacidade de integração de transistores tem atingido níveis que possibilitam a construção de um sistema completo em uma única pastilha de silício. Esses sistemas, denominados sistemas integrados, baseiam-se no reuso de blocos previamente projetados e verificados, os quais são chamados de núcleos ou blocos de propriedade intelectual. Os sistemas integrados atuais incluem algumas poucas dezenas de núcleos, os quais são interconectados por meio de arquiteturas de comunicação baseadas em estruturas dedicadas de canais ponto-a-ponto ou em estruturas reutilizáveis constituídas por canais multiponto, denominadas barramentos. Os futuros sistemas integrados irão incluir de dezenas a centenas de núcleos em um mesmo chip com até alguns bilhões de transistores, sendo que, para atender às pressões do mercado e amortizar os custos de projeto entre vários sistemas, é importante que todos os seus componentes sejam reutilizáveis, incluindo a arquitetura de comunicação. Das arquiteturas utilizadas atualmente, o barramento é a única que oferece reusabilidade. Porém, o seu desempenho em comunicação e o seu consumo de energia degradam com o crescimento do sistema. Para atender aos requisitos dos futuros sistemas integrados, uma nova alternativa de arquitetura de comunicação tem sido proposta na comunidade acadêmica. Essa arquitetura, denominada rede-em-chip, baseia-se nos conceitos utilizados nas redes de interconexão para computadores paralelos. Esta tese se situa nesse contexto e apresenta uma arquitetura de rede-em-chip e um conjunto de modelos para a avaliação de área e desempenho de arquiteturas de comunicação para sistemas integrados. A arquitetura apresentada é denominada SoCIN (System-on-Chip Interconnection Network) e apresenta como diferencial o fato de poder ser dimensionada de modo a atender a requisitos de custo e desempenho da aplicação alvo. Os modelos desenvolvidos permitem a estimativa em alto nível da área em silício e do desempenho de arquiteturas de comunicação do tipo barramento e rede-em-chip. São apresentados resultados que demonstram a efetividade das redes-em-chip e indicam as condições que definem a aplicabilidade das mesmas.

As redes que se tecem nas escolas públicas de ensino médio de Porto Alegre : o uso das tecnologias digitais e a construção de indicadores de fluência digital a partir de uma abordagem sociotécnica

Há diferenças significativas nos níveis de fluência digital entre os alunos da Rede Pública de Ensino de Porto Alegre em função de suas diferentes condições de acesso e utilização de computadores, conectividade e sociabilidade. Utilizamos uma amostra de 430 casos obtidos em 19 escolas da Rede Pública de Ensino com o objetivo de mapear as relações tecidas na rede de interações entre agentes humanos e não-humanos que compõem o entorno das Escolas Estaduais de Ensino Médio. Para reconstituirmos as múltiplas relações que se estabelecem no processo de produção do conhecimento, utilizamos a idéia de rede sociotécnica, principalmente, no que se refere a interesses políticos, econômicos e sociais dos grupos envolvidos, evitando, sobretudo, à luz de tal abordagem, a dimensão meramente instrumental da ciência. Trabalhamos com métodos estatísticos para o estabelecimento de indicadores de acessibilidade, usabilidade, interconectividade, sociabilidade e fluência no uso do suporte informático. O conceito weberiano de tipo ideal serviu de subsídio à construção de parâmetros de análise. Com o uso deste aporte metodológico-conceitual estabelecemos distâncias existentes entre os diferentes pontos dessa rede de interações. Os indicadores permitiram identificar sete níveis distintos de fluência digital entre os alunos, sendo dois relacionados à acessibilidade (Não Fluentes I e II), dois à usabilidade do suporte e da Internet (Não Fluentes III e IV) e três relativos ao nível de domínio que estes possuem com relação à utilização do suporte informático (Fluente no Suporte Informático; Fluente Potencial; Fluente no Uso do Suporte Informático e das Tecnologias da Informação e Comunicação).

Análise do atraso fim-a-fim observado por diferentes classes de tráfego em redes Ethernet micro-segmentadas

A tecnologia de rede dominante em ambientes locais é ethernet. Sua ampla utilização e o aumento crescente nos requisitos impostos pelas aplicações são as principais razões para a evolução constante presenciada desde o surgimento deste tipo de rede simples e barata. Na busca por maior desempenho, configurações baseadas na disputa por um meio de transmissão compartilhado foram substituídas por topologias organizadas ao redor de switches e micro-segmentadas, ou seja, com canais de transmissão individuais para cada estação. Neste mesmo sentido, destacam-se os dispositivos de qualidade de serviço padronizados a partir de 1998, que permitem a diferenciação de tráfego prioritário. O uso desta tecnologia em ambientes de automação sempre foi refreado devido à imprevisibilidade do protocolo CSMA/CD. Entretanto, o uso de switched ethernet em conjunto com a priorização de tráfego representa um cenário bastante promissor para estas aplicações, pois ataca as duas fontes principais de indeterminismo: colisões e enfileiramento. Este trabalho procura avaliar esta estrutura em ambientes de controle distribuído, através de uma análise temporal determinística. Como resultado, propõe-se um modelo analítico de cálculo capaz de prever os valores máximos, médios e mínimos do atraso fim-a-fim observado nas comunicações de diferentes classes de tráfego. Durante a análise, outras métricas relevantes são investigadas como a variação no atraso (jitter) e a interferência entre classes de prioridades distintas.

Gerenciamento de redes baseado em web services em um ambiente de gerenciamento por delegação : uma abordagem orientada a serviços

Novas tecnologias têm sido investigadas como soluções alternativas ao protocolo de gerenciamento de redes padrão, o SNMP. Nesse cenário, a tecnologia de Web Services (WS) vem se tornando bastante promissora, mas imaginar que ela irá substituir de imediato o SNMP não é uma abordagem factível, pois é provável que o SNMP continue sendo utilizado nos dispositivos de rede por um bom tempo. Além disso, os WS são recentes, necessitando maiores investigações com respeito a utilização no gerenciamento de redes. As atuais investigações realizadas comparam os WS com o SNMP em casos genéricos, não levando em consideração casos especí cos de gerenciamento. Nesse contexto, esta dissertação apresenta o desenvolvimento e a avaliação de duas implementações baseadas em WS, desenvolvidas no especí co contexto do gerenciamento distribuído por delega- ção e tendo a MIB Script, de nida pelo IETF, como base de desenvolvimento. A primeira implementação consiste na construção de um novo tipo de gateway WS para SNMP, denominado gateway em nível de serviço, que caracteriza-se por ser construído baseado nos serviços que um determinado módulo de MIB oferece. Isso proporciona um grau maior de abstração, na visão do gerente WS, na manipulação dos agentes SNMP e, também, diminui o número de mensagens trocadas entre o gerente WS e o gateway desenvolvido. A segunda implementação realiza a total substituição do SNMP no gerenciamento dos dispositivos, permitindo, com isso, um gerenciamento de redes completamente baseado em Web Services. A implementação consistiu na construção de um novo tipo de agente, denominado por agente orientado a serviços baseado em Web Services, ou apenas agente WS. O agente WS desenvolvido possui as mesmas características que o gateway em ní- vel de serviço, diferindo apenas na não utilização de SNMP no caso do agente WS. O gerenciamento das duas implementações é realizado através de um módulo desenvolvido e incorporado ao ambiente de gerenciamento de redes QAME. Esse módulo manipula as duas implementações da mesma maneira, uma vez que os serviços oferecidos por elas possuem a mesma interface de acesso. A avaliação realizada consistiu na comparação entre as duas implementações desenvolvidas neste trabalho e outras duas soluções de gerenciamento investigadas: o gateway em nível de objeto e uma implementação da MIB Script, denominada Jasmin. Os parâmetros de avaliação utilizados nas comparações foram o tráfego gerado e o tempo de resposta percebido. Como será visto ao nal, os resultados das comparações realizadas no caso especí co do gerenciamento por delega- ção são diferentes daqueles apresentados em investigações mais genéricas. Além disso, as duas implementações desenvolvidas neste trabalho demonstraram serem promissoras, apresentando resultados bastante satisfatórios com relação aos parâmetros avaliados.

Análise e estimativa de desempenho de redes profibus

Durante a evolução da comunicação, diversos fatores contribuíram para melhorar a qualidade dos sistemas computacionais (Hardware e Software) em um ambiente industrial, onde o fator desempenho é um dos pontos importantes a ser considerado em um projeto de automação industrial. Nos últimos vinte anos, surgiram diversas propostas de padronização de protocolos para automação industrial e aplicações de tempo real, cada qual com características e tempos de resposta diferentes. Um estudo detalhado sobre as características técnicas de controle de tempo é de extrema importância, visto que esses sistemas, muitas vezes são implementados em situações de missão crítica, nas quais o tempo de resposta é um fator crucial para a aplicação. Nesta dissertação, apresentamos as etapas de evolução das técnicas de controle de acesso ao barramento, culminando inicialmente com o surgimento da proposta do protocolo FIELDBUS e em seguida com a proposta alemã, o PROFIBUS. O principal objetivo deste trabalho é propor um modelo analítico para a realização de avaliação de desempenho em uma rede PROFIBUS. O trabalho apresenta uma descrição das características funcionais do protocolo, bem como uma descrição detalhada dos tempos de controle utilizado pelo protocolo para controle e supervisão da rede. Uma descrição dos experimentos e o cruzamento dos dados obtidos na simulação com os dados obtidos através do modelo analítico demonstram a razão pela qual os modelos analíticos é uma ferramenta de extrema importância devido a sua agilidade em estimar o desempenho de uma rede PROFIBUS. Palavras-chave: Avaliação de desempenho, automação industrial, redes de campo, protocolos.