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.

VOIP : um estudo experimental

Voz sobre IP (VoIP) é uma tecnologia que permite a digitalização e a codificação da voz e o empacotamento em pacotes de dados IP para a transmissão em uma rede que utilize o protocolo TCP/IP. Devido ao volume de dados gerados por uma aplicação VoIP, esta tecnologia se encontra em funcionamento, em redes corporativas privadas. Mas se a rede base para o transporte desta aplicação for a Internet, certamente, não deve ser utilizada para fins profissionais, pois o TCP/IP não oferece padrões de QoS (Qualidade de Serviço) comprometendo desta forma a qualidade da voz. A qualidade da voz fica dependente do tráfego de dados existentes no momento da conversa. Para realizar um projeto de VoIP é necessário conhecer todo o tráfego existente na rede e verificar o quanto isto representa em relação à banda total da rede. Também se deve conhecer o tipo de aplicação que se deseja implantar, verificando a banda a ser utilizada por esta, e então projetar como a rede deverá ser estruturada. Para auxiliar no projeto de VoIP, pretende-se mostrar o que está sendo desenvolvido para que o protocolo TCP/IP ofereça QoS e uma ferramenta para análise do tráfego de voz sobre redes TCP/IP e também análises dos resultados obtidos em experimentos simulando diversas situações práticas.

Uma Solução baseada em políticas para gerenciamento integrado de QoS e Multicast em redes IP

Aplicações como videoconferência, vídeo sob-demanda, aplicações de ensino a distância, entre outras, utilizam-se das redes de computadores como infra-estrutura de apoio. Mas para que tal uso seja efetivo, as redes de computadores, por sua vez, devem fornecer algumas facilidades especiais para atender às necessidades dessas aplicações. Dentre as facilidades que devem ser fornecidas estão os suportes à qualidade de serviço (QoS - Quality of Service) e as transmissões multicast. Além do suporte a QoS e multicast nas redes, é necessário fornecer um gerenciamento da rede adequado às expectativas de tais aplicações. Soluções que fornecem gerenciamento de forma individual para tais facilidades, já foram propostas e implementadas. Entretanto, estas soluções não conseguem agir de modo integrado, o que torna a tarefa do gerente da rede extremamente complexa e difícil de ser executada, pois possibilitam um fornecimento não adequado das facilidades desejadas às aplicações. Nesta dissertação é apresentada uma solução para gerenciamento integrado de QoS e multicast. Fazem parte da solução: a definição e implementação de uma arquitetura para gerenciamento integrado de QoS e multicast, utilizando gerenciamento baseado em políticas (PBNM - Policy-Based Network Management), além da validação da solução proposta através da implementação de um protótipo. Um ambiente, condições de teste, e análise dos resultados obtidos, também são apresentados durante a dissertação.

TCP HolyWood

We introduce a new end-to-end, sender side Transport Control Protocol called TCP HolyWood or in short TCP-HW. In a simulated wired environment, TCP HolyWood outperforms in average throughput, three of the more important TCP protocols ever made, we are talking about TCP Reno, TCP Westwood, and TCP Vegas; and in average jitter to TCP Reno and TCP Vegas too. In addition, according to Jain’s index, our proposal is as fair as TCP Reno, the Standard.

Um modelo para a descoberta de QoS em redes de computadores

A evolução das redes de computadores criou a necessidade de novos serviços de rede que fornecessem qualidade de serviços nos fluxos de dados dos usuários. Nesse contexto, uma nova área de pesquisa surgiu, o gerenciamento de QoS, onde foram apresentadas novas tarefas para o gerenciamento de recursos de rede que fornecem QoS. Uma delas, a descoberta de QoS, é responsável por identificar alvos numa rede de computadores. Um alvo é uma entidade capaz de implementar funcionalidades para o fornecimento de QoS. Essa dissertação apresenta uma proposta de modelo para a descoberta de QoS. O modelo é composto por duas partes: metodologia e arquitetura. A metodologia define os procedimentos para a realização da descoberta de QoS, enquanto a arquitetura define entidades que implementam tais procedimentos bem como o relacionamento entre essas entidades. O modelo proposto também tem por objetivo ser extensível, escalável e distribuído. Além disso, um protótipo baseado no modelo é apresentado.

Uma ferramenta de manipulação de pacotes para análise de protocolos de redes industriais baseados em TCP/IP

This work presents a packet manipulation tool developed to realize tests in industrial devices that implements TCP/IP-based communication protocols. The tool was developed in Python programming language, as a Scapy extension. This tool, named IndPM- Industrial Packet Manipulator, can realize vulnerability tests in devices of industrial networks, industrial protocol compliance tests, receive server replies and utilize the Python interpreter to build tests. The Modbus/TCP protocol was implemented as proof-of-concept. The DNP3 over TCP protocol was also implemented but tests could not be realized because of the lack of resources. The IndPM results with Modbus/TCP protocol show some implementation faults in a Programmable Logic Controller communication module frequently utilized in automation companies

Análise de desempenho na rede metropolitana de saúde da Universidade Federal do Rio Grande do Norte : um dimensionamento aplicado a telemedicina e a telessaúde utilizando QoS baseado no padrão IEEE 802.1Q

It s notorious the advance of computer networks in recent decades, whether in relation to transmission rates, the number of interconnected devices or the existing applications. In parallel, it s also visible this progress in various sectors of the automation, such as: industrial, commercial and residential. In one of its branches, we find the hospital networks, which can make the use of a range of services, ranging from the simple registration of patients to a surgery by a robot under the supervision of a physician. In the context of both worlds, appear the applications in Telemedicine and Telehealth, which work with the transfer in real time of high resolution images, sound, video and patient data. Then comes a problem, since the computer networks, originally developed for the transfer of less complex data, is now being used by a service that involves high transfer rates and needs requirements for quality of service (QoS) offered by the network . Thus, this work aims to do the analysis and comparison of performance of a network when subjected to this type of application, for two different situations: the first without the use of QoS policies, and the second with the application of such policies, using as scenario for testing, the Metropolitan Health Network of the Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN)

Um monitor de metadados de QoS e QoC para plataformas de middleware

Context-aware applications are typically dynamic and use services provided by several sources, with different quality levels. Context information qualities are expressed in terms of Quality of Context (QoC) metadata, such as precision, correctness, refreshment, and resolution. On the other hand, service qualities are expressed via Quality of Services (QoS) metadata such as response time, availability and error rate. In order to assure that an application is using services and context information that meet its requirements, it is essential to continuously monitor the metadata. For this purpose, it is needed a QoS and QoC monitoring mechanism that meet the following requirements: (i) to support measurement and monitoring of QoS and QoC metadata; (ii) to support synchronous and asynchronous operation, thus enabling the application to periodically gather the monitored metadata and also to be asynchronously notified whenever a given metadata becomes available; (iii) to use ontologies to represent information in order to avoid ambiguous interpretation. This work presents QoMonitor, a module for QoS and QoC metadata monitoring that meets the abovementioned requirement. The architecture and implementation of QoMonitor are discussed. To support asynchronous communication QoMonitor uses two protocols: JMS and Light-PubSubHubbub. In order to illustrate QoMonitor in the development of ubiquitous application it was integrated to OpenCOPI (Open COntext Platform Integration), a Middleware platform that integrates several context provision middleware. To validate QoMonitor we used two applications as proofof- concept: an oil and gas monitoring application and a healthcare application. This work also presents a validation of QoMonitor in terms of performance both in synchronous and asynchronous requests

Uma abordagem dirigida por modelos para desenvolvimento de middlewares auto-adaptativos para transmissão de fluxo de dados baseado em restrições de QoS

The use of middleware technology in various types of systems, in order to abstract low-level details related to the distribution of application logic, is increasingly common. Among several systems that can be benefited from using these components, we highlight the distributed systems, where it is necessary to allow communications between software components located on different physical machines. An important issue related to the communication between distributed components is the provision of mechanisms for managing the quality of service. This work presents a metamodel for modeling middlewares based on components in order to provide to an application the abstraction of a communication between components involved in a data stream, regardless their location. Another feature of the metamodel is the possibility of self-adaptation related to the communication mechanism, either by updating the values of its configuration parameters, or by its replacement by another mechanism, in case of the restrictions of quality of service specified are not being guaranteed. In this respect, it is planned the monitoring of the communication state (application of techniques like feedback control loop), analyzing performance metrics related. The paradigm of Model Driven Development was used to generate the implementation of a middleware that will serve as proof of concept of the metamodel, and the configuration and reconfiguration policies related to the dynamic adaptation processes. In this sense was defined the metamodel associated to the process of a communication configuration. The MDD application also corresponds to the definition of the following transformations: the architectural model of the middleware in Java code, and the configuration model to XML

MoSAC: um módulo para seleção de configurações arquiteturais baseado em critérios de QoS no contexto de sistema distribuídos autoadaptativos

The process for choosing the best components to build systems has become increasingly complex. It becomes more critical if it was need to consider many combinations of components in the context of an architectural configuration. These circumstances occur, mainly, when we have to deal with systems involving critical requirements, such as the timing constraints in distributed multimedia systems, the network bandwidth in mobile applications or even the reliability in real-time systems. This work proposes a process of dynamic selection of architectural configurations based on non-functional requirements criteria of the system, which can be used during a dynamic adaptation. This proposal uses the MAUT theory (Multi-Attribute Utility Theory) for decision making from a finite set of possibilities, which involve multiple criteria to be analyzed. Additionally, it was proposed a metamodel which can be used to describe the application s requirements in terms of the non-functional requirements criteria and their expected values, to express them in order to make the selection of the desired configuration. As a proof of concept, it was implemented a module that performs the dynamic choice of configurations, the MoSAC. This module was implemented using a component-based development approach (CBD), performing a selection of architectural configurations based on the proposed selection process involving multiple criteria. This work also presents a case study where an application was developed in the context of Digital TV to evaluate the time spent on the module to return a valid configuration to be used in a middleware with autoadaptative features, the middleware AdaptTV

Numerical assessment of mass conservation on a MAC-type method for viscoelastic free surface flows

A numerical study of mass conservation of MAC-type methods is presented, for viscoelastic free-surface flows. We use an implicit formulation which allows for greater time steps, and therefore time marching schemes for advecting the free surface marker particles have to be accurate in order to preserve the good mass conservation properties of this methodology. We then present an improvement by using a Runge-Kutta scheme coupled with a local linear extrapolation on the free surface. A thorough study of the viscoelastic impacting drop problem, for both Oldroyd-B and XPP fluid models, is presented, investigating the influence of timestep, grid spacing and other model parameters to the overall mass conservation of the method. Furthermore, an unsteady fountain flow is also simulated to illustrate the low mass conservation error obtained.

Simulation in NS-2 of DNP3 protocol encapsulated over TCP/IP in smart grid applications

In dealing with computer networks, these allow the flow of information through the resources of various equipment's. This work describes the implementation through the encapsulation of Protocol DNP3, usually employed in Smart Grid communication, in a simulator of discrete events. The NS-2 is a simulator in open source of network events, that facilitate the development of communication networks scenarios considering the protocols involved, in wireless or wired technologies. The objective of this work is to develop the DNP3 protocol encapsulation over a TCP/IP in the in the discrete event Simulator NS-2, allowing an analysis of behavior of a middle or large network sized in Smart Grid applications. © 2013 IEEE.

Performance analysis of smart grid communication protocol DNP3 over TCP/IP in a heterogeneous traffic environment

This paper presents simulation results of the DNP3 communication protocol over a TCP/IP network, for Smart Grid applications. The simulation was performed using the NS-2 network simulator. This study aimed to use the simulation to verify the performance of the DNP3 protocol in a heterogeneous LAN. Analyzing the results it was possible to verify that the DNP3 over a heterogeneous traffic network, with communication channel capacity between 60 and 85 percent, it works well with low packet loss and low delay, however, with traffic values upper 85 percent, the DNP3 usage becomes unfeasible because the information lost, re-transmissions and latency are significantly increased. © 2013 IEEE.

Monitoramento de hosts em redes tcp/ip sobre base georreferenciada com métricas de qualidade

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

ALBA-TCP: uma cultura de integração regional alternativa para a América Latina?

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)