Upload
lythu
View
220
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
RODRIGO FILEV MAIA
UMA ARQUITETURA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE SERVIO
APLICADA A REDES HETEROGNEAS E SERVIOS
CONVERGENTES
So Paulo
2010
RODRIGO FILEV MAIA
UMA ARQUITETURA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE
SERVIO APLICADA A REDES HETEROGNEAS E SERVIOS
CONVERGENTES
Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo como requisito para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia Eltrica.
So Paulo
2010
RODRIGO FILEV MAIA
UMA ARQUITETURA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE
SERVIO APLICADA A REDES HETEROGNEAS E SERVIOS
CONVERGENTES
Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo como requisito para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia Eltrica.
rea de Concentrao:
Engenharia da Computao e Sistemas Digitais
Orientador: Professor Titular Moacyr Martucci Junior
So Paulo
2010
FICHA CATALOGRFICA
Maia, Rodrigo Filev
Uma arquitetura de controle de qualidade de servio aplicada
a redes heterogneas e servios convergentes / R.F. Maia. -- So Paulo, 2010.
157 p.
Tese (Doutorado) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Departamento de Engenharia de Computao e Sis-temas Digitais.
1. Servios (Qualidade) 2. Agentes inteligentes 3. Arquitetura de software 4. Multimdia interativa I. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia de Computa - co e Sistemas Digitais II. t.
A minha fabulosa Esposa Denise, aos maravilhosos Filhos Ana Lusa e Eduardo
e aos meus Pais Marco e Cida
AGRADECIMENTOS
Agradeo a Escola Politcnica por acolher este trabalho e ao Professor Titular
Moacyr Martucci Jr. pelo tempo de orientao e pelas oportunidades de discusso
que aprimoraram o trabalho apresentado e a pessoa que o fez.
Agradeo ao Departamento de Computao e Sistemas Digitais chefiado pelos
Professores Titulares Antonio Marcos de Aguirra Massola e Selma Shin Shimizu
Melnikoff pelo apoio tanto acadmico quanto material que muito auxiliaram e
contribuiram para esta tese.
Agradeo ao Information Society Technologies (IST) pelo apoio financeiro
parcial a este trabalho atravs dos projetos de pesquisa IST-INSTINCT (IST-2004-
507014) e IST-SAMBA (IST-2007-045403).
Aos doutores Clia e Rodrigo por me auxiliarem a manter-me "na linha" certa
para atingir a concluso deste trabalho e pelo apoio e conversas produtivas nos
momentos que precisei. Agradeo a todos os professores do departamento PCS e
aos professores do Centro Universitrio da FEI pelas discusses a apoio durante os
anos de ps-graduao.
Agradeo muito ao Eduardo Pydd por me auxiliar no desenvolvimento da
aplicao desta tese e por solucionar as infinitas dvidas sobre a linguagem de
programao e desempenho de software.
Agradeo muitssimo a minha famlia, Ana Lusa, Denise e ao "Nenm" pelo
apoio e amor incondicional e s vovs e ao vov e titios pelos momentos que
cuidaram de minha famlia com todo o amor para que eu pudesse finalizar esta
empreitada.
RESUMO
Um dos objetivos das prximas geraes dos sistemas de comunicao
permitir que os usurios acessem e distribuam um ou mais servios a qualquer hora,
em qualquer lugar, independentemente do tipo de terminal (telefone convencional,
telefone celular, assistentes pessoais digitais, notebooks, dentre outros) ou da
tecnologia da rede de acesso utilizados. Esse cenrio denominado convergncia
de servios utilizando-se redes heterogneas, e em tal realidade, as arquiteturas de
qualidade de servio existentes em cada uma das tecnologias dos sistemas de
comunicao no oferecem mecanismos de interoperabilidade e em diversos casos
no h controle sob os fluxos de dados uma vez admitido na infraestrutura do
sistema de comunicao, assim como questes de handover heterogneo no so
tratadas. A tese prope uma arquitetura para controle de Qualidade de Servio para
um ambiente heterogneo composto de backbones IP e redes de acesso de
diversas tecnologias, sendo tal arquitetura composta de agentes autnomos e
distribudos nos equipamentos de um sistema de comunicao; assim
como.controles baseados no comportamento de uma regio de um sistema de
comunicao e apoiados na teoria e princpios de sistemas complexos. Os agentes
da arquitetura proposta utilizando o princpio de preferential attachment mostraram-
se eficientes na determinao do caminho de melhor condio de qualidade de
servios. Os componentes da arquitetura proposta esto localizados em cada
equipamento de comunicao, desde o dispositivo do usurio at o provedor de
servios. As medies realizadas pelos agentes e utilizando um algoritmo baseado
no conceito de preferential attachment permitiram ao agente alterar o caminho de um
fluxo de dados durante sua transmisso para outros caminhos que apresentaram
condies mais adequadas de acordo com os parmetros de QoS. A deciso
baseada no contrato de qualidade de servio especificado entre usurio e provedor
de servio e, considerando sob controle todos os elementos envolvidos na
comunicao; tem-se controle distribudo de qualidade de servio fim a fim.
Palavras-chave: Qualidade de Servio. Agentes. Sistemas Multiagentes.
Preferential Attachment. Sistemas Complexos.
ABSTRACT
One of the targets of the next generation communication systems is to provide
access to any service, to any user, anytime, anywhere, regardless the access
network technology or type of user device (mobile phone, PDA, personal computer,
and so on). This scenario is called convergence of services by heterogeneous
networks, and in such scenario quality of service mechanisms presented in legacy
communication systems do not provide mechanisms for interoperability between
communication systems nor control data flows after control admission in the border of
the communication systems. The heterogeneous handover is also not handled by
such QoS architectures. This thesis proposes a QoS control architecture for an
heterogeneous communication systems composed by IP backbones and several
access networks for several kind of technologies. This architecture is composed by a
multiagent system and has controls based on the local behavior of the
communication system and supported by complex systems theory. The agent
decision algorithm is based on preferential attachment concept and the
experimentation results indicate that agents could identify a better path to handle a
data flow according to QoS parameters. The agents decided to change the path used
to transmit the flow data autonomously and according to quality of service contract
between user and service provider. The measurements in the test based on
preferential attachment algorithm was useful in order agent change flow data path
during data flow transmission to other paths with better conditions according to QoS
requisites. The agent decision is based on the parameter values defined between
end user and service provider. Considering the control elements from proposed
architecture it was achieved end-to-end distributed control.
Keywords: Quality of Service. Agents. Multiagent system. Preferential Attachment.
Complex Systems.
SUMRIO
1 INTRODUO ............................................................................................................................... 1
1.1 OBJETIVO ................................................................................................................................... 5
1.2 METODOLOGIA ........................................................................................................................ 7
1.3 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................................... 13
2 ASPECTOS DE QUALIDADE DE SERVIO EM SISTEMAS DE COMUNICAO ....... 20
2.1 ASPECTOS ESTTICOS E DINMICOS DA QUALIDADE DE SERVIOS ................. 22
2.1.1 Aspectos Estticos de Qualidade de Servio ................................................................................ 22
2.1.2 Aspectos Dinmicos de QoS ......................................................................................................... 24
2.2 ARQUITETURAS DE QUALIDADE DE SERVIO ............................................................ 25
2.2.1 Arquiteturas de Qualidade de Servio em redes IP ...................................................................... 26
2.2.2 Arquiteturas de Qualidade de Servio em redes sem fio .............................................................. 28
2.2.2.1 Classes de trfego e parmetros de QoS em redes 3G/UMTS ....................................................................... 31
2.3 ASPECTOS DO CONTRATO DE QUALIDADE DE SERVIO CENTRADO NO USURIO
(USLA)................ ....................................................................................................................................... 33
2.4 QUALIDADE DE SERVIO EM NGN ......................................................................................... 34
2.4.1 Requisitos e Arquitetura de QoS em Redes de Nova Gerao ..................................................... 35
2.4.2 Qualidade de servios entre domnios administrativos ................................................................ 38
2.5 COMPORTAMENTO DE TRFEGO EM SISTEMAS DE COMUNICAO BASEADOS NO
PROTOCOLO IP ..................................................................................................................................... 39
2.5.1 Caracterizao de trfego e de rotas na Internet ......................................................................... 40
3 ARQUITETURAS DISTRIBUDAS E SISTEMAS MULTIAGENTES ................................. 42
3.1 COMPARAO ENTRE AGENTES E MIDDLEWARE ...................................................... 45
3.1.1 Facilidades de Comunicao ....................................................................................................... 45
3.1.2 Identificao e Localizao .......................................................................................................... 47
3.1.3 Persistncia .................................................................................................................................. 49
3.1.4 Transaes Distribudas e gerenciamento de recursos ................................................................ 49
3.2 QUALIDADE DE SERVIO SOB A PERSPECTIVA DE AGENTES ................................ 52
4 UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA MULTIAGENTES PARA CONTROLE DE QUALIDADE DE SERVIO EM REDES HETEROGNEAS .......................................................... 55
4.1 REQUISITOS DA ARQUITETURA DE CONTROLE DE QOS ......................................... 57
4.2 COMPONENTES DA ARQUITETURA PROPOSTA........................................................... 61
4.2.1 Agentes da Arquitetura de Controle de QoS proposta ................................................................. 64
4.2.2 Modelagem dos Agentes de QoS .................................................................................................. 65
4.2.2.1 Agente UA e Agente SA ............................................................................................................................... 65
4.2.2.2 Agente EA. ........................................................................................................................................ 68
4.2.2.3 Agente RMA ......................................................................................................................................... 71
4.2.3 Hierarquia de agentes e coordenao.......................................................................................... 74
4.2.3.1 Coordenao de agentes ................................................................................................................................ 74
4.2.4 Modelos dos agentes de coordenao .......................................................................................... 76
4.3 MECANISMOS DA ARQUITETURA PROPOSTA .............................................................. 80
4.3.1 Mecanismo de deciso dos agentes de controle de QoS .............................................................. 82
4.3.2 Comunicao entre os agentes da arquitetura ............................................................................. 86
4.4 COMPARAO ENTRE A ARQUITETURA PROPOSTA E A ARQUITETURA IMS .. 87
5 DESENVOLVIMENTO E RESULTADOS EXPERIMENTAIS DA ARQUITETURA DE CONTROLE DE QOS PROPOSTA ....................................................................................................... 90
5.1 TECNOLOGIAS E SISTEMAS UTILIZADOS ...................................................................... 91
5.1.1 Infraestrutura utilizada ................................................................................................................ 91
5.1.1.1 IP Flow Information Export (IPFIX) ......................................................................................................... 93
5.1.1.2 Estrutura de Roteamento dos Elementos de Rede ........................................................................................ 96
5.1.1.3 Gerao de Fluxos de Dados com D-ITG..................................................................................................... 98
5.1.1.4 Gerao de Falhas com NETEM .................................................................................................................. 99
5.1.2 Software Desenvolvido ................................................................................................................. 99
5.1.2.1 Estrutura de coleta e organizao de dados IPFIX ..................................................................................... 100
5.1.2.2 Fluxo de dados..... ...................................................................................................................................... 102
5.1.2.3 Clculo do Preferential Attachment ........................................................................................................... 102
5.2 CENRIO DE TESTES .......................................................................................................... 104
5.2.1 Teste de validao da estrutura montada ................................................................................... 105
5.2.2 Teste de comportamento de trfego sem influncia de agentes .................................................. 106
5.2.3 Teste de comportamento de trfego com agentes ....................................................................... 107
5.2.3.1 Teste com agentes e um ponto de falha ...................................................................................................... 107
5.2.3.2 Teste com agentes, um ponto de falha e agente com preferential attachment definido .............................. 109
5.3 RESULTADOS EXPERIMENTAIS ...................................................................................... 109
5.3.1 Resultados validao da estrutura montada .............................................................................. 109
5.3.1.1 Atraso caracterstico dos fluxos de dados tipo dados ................................................................................. 113
5.3.2 Resultados do comportamento de trfego sem influncia de agentes ........................................ 115
5.3.2.1 Anlise do trfego de dados ....................................................................................................................... 116
5.3.2.2 Anlise do fluxo de dados tipo VoIP .......................................................................................................... 120
5.3.3 Resultados do comportamento de trfego com agentes e um ponto de falha ............................. 121
5.3.3.1 Anlise do trfego de dados ....................................................................................................................... 122
5.3.3.2 Anlise do fluxo de dados tipo VoIP .......................................................................................................... 126
5.3.4 Resultados do teste com agentes, um ponto de falha e agente com preferential attachment
definido ......................................................................................................................................................129
5.3.4.1 Anlise do trfego de dados ....................................................................................................................... 130
5.3.4.2 Anlise do fluxo de dados tipo VoIP .......................................................................................................... 132
5.4 DISCUSSO DOS RESULTADOS OBTIDOS ..................................................................... 135
6 CONCLUSES ............................................................................................................................ 138
6.1 CUMPRIMENTO DOS OBJETIVOS E INEDITISMO ...................................................... 143
6.2 TRABALHOS FUTUROS ....................................................................................................... 144
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.................................................................................................. 146
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 ESTRUTURA DE VERIFICAO DE HIPTESE DA TESE ................................................................................ 10
FIGURA 2 ESTRUTURA DE QUALIDADE DE SERVIO PROPOSTA PELO 3GPP (ETSI, 2009B) ......................................... 28
FIGURA 3 ESTRUTURA DO IMS (MAGEDANZ, GOUVEIA, 2006) ............................................................................ 37
FIGURA 4 FUNO DISTRIBUIO DE PROBABILIDADE DE TAMANHO DE PACOTES NA INTERNET (SINHA, PAPADOPOULOS,
HEIDEMANN; 2007) .............................................................................................................................. 40
FIGURA 5 SERVIOS EM UMA SOCIEDADE MULTIAGENTES ..................................................................................... 47
FIGURA 6 HIERARQUIA DOS AGENTES................................................................................................................ 65
FIGURA 7 RELAO ENTRE COMPORTAMENTOS E PROCESSOS DO AGENTE UA E SA ................................................... 68
FIGURA 8 RELAO ENTRE COMPORTAMENTOS E PROCESSOS DO AGENTE EA .......................................................... 70
FIGURA 9 RELAO ENTRE ESTADOS E PROCESSOS DO AGENTE RMA ...................................................................... 73
FIGURA 10 RELAO ENTRE COMPORTAMENTOS E PROCESSOS DO AGENTE PA ........................................................ 78
FIGURA 11 RELAO ENTRE COMPORTAMENTOS E PROCESSOS DO AGENTE SCA ...................................................... 80
FIGURA 12 INFRAESTRUTURA DE REDE UTILIZADA NOS TESTES DO CONCEITO DA TESE ................................................. 92
FIGURA 13 COLETA DE DADOS PELO AGENTE RMA VIA IPFIX ............................................................................... 95
FIGURA 14 ESTRUTURA DE SELEO DE TRFEGO E ROTEAMENTO ......................................................................... 96
FIGURA 15 - TABELA DE ROTEAMENTO DE UM ROTEADOR REDE CORE (FRAGMENTO) ............................................... 97
FIGURA 16 COLETA DE DADOS VIA IPFIX ......................................................................................................... 100
FIGURA 17 ORGANIZAO DOS DADOS IPFIX EM UMA TABELA QUE REPRESENTA O LINK .......................................... 101
FIGURA 18 ORGANIZAO DOS DADOS NO AGENTE RMA .................................................................................. 102
FIGURA 19 FLUXO DE DADOS ENTRE OS ELEMENTOS DO CENRIO DE TESTES DO CONCEITO ........................................ 105
FIGURA 20 - INFRAESTRUTURA PARA PROVA DE CONCEITO E CAMINHOS DE ACORDO COM AGUIA .................................. 106
FIGURA 21 - INFRAESTRUTURA PARA PROVA DE CONCEITO E CAMINHOS DE ACORDO COM SERPENTE ............................. 107
FIGURA 22 CAMINHO DO TRFEGO INICIAL E POSSVEL CAMINHO APS ATUAO DO AGENTE EM AGUIA ..................... 108
FIGURA 23 FUNO DISTRIBUIO ACUMULADA ............................................................................................... 110
FIGURA 24 TAXA DE TRANSMISSO (BITS/SEG) DO FLUXO DE DADOS A (TESTE 1) .................................................... 112
FIGURA 25 TAXA DE TRANSMISSO (BITS/SEG) DO FLUXO DE DADOS A (TESTE 2) .................................................... 112
FIGURA 26 TAXA DE TRANSMISSO (BITS/SEG) DO FLUXO DE DADOS B .................................................................. 113
FIGURA 27 TAXA DE TRANSMISSO (BITS/SEG.) DO FLUXO DE DADOS TIPO VOIP ..................................................... 113
FIGURA 28 ATRASO APRESENTADO PELO FLUXO DE DADOS TIPO A (TESTE 1) .......................................................... 114
FIGURA 29 ATRASO APRESENTADO PELO FLUXO DE DADOS TIPO B ........................................................................ 114
FIGURA 30 ATRASO APRESENTADO PELO FLUXO DE DADOS TIPO VOIP ................................................................... 115
FIGURA 31 DISTRIBUIO DO ATRASO FLUXO DE DADOS ..................................................................................... 116
FIGURA 32 - DISTRIBUIO DE AMOSTRAS VERSUS ATRASO .................................................................................... 117
FIGURA 33 - TAXA DE TRANSMISSO DO FLUXO DE DADOS A SEM ATUAO DO AGENTE.............................................. 117
FIGURA 34 - TAXA DE TRANSMISSO DO FLUXO DE DADOS B SEM ATUAO DO AGENTE .............................................. 118
FIGURA 35 ATRASO DO FLUXO DE DADOS A SEM ATUAO DO AGENTE ................................................................. 118
FIGURA 36 ATRASO DO FLUXO DE DADOS B SEM ATUAO DO AGENTE ................................................................. 119
FIGURA 37 - PERDA DE PACOTES SEM ATUAO DO AGENTE .................................................................................. 119
FIGURA 38 - DISTRIBUIO AMOSTRAS VERSUS ATRASO ........................................................................................ 120
FIGURA 39 - TAXA DE TRANSMISSO DO FLUXO DE DADOS TIPO VOIP SEM ATUAO DO AGENTE .................................. 120
FIGURA 40 ATRASO DO FLUXO DE DADOS TIPO VOIP SEM ATUAO DO AGENTE ..................................................... 121
FIGURA 41 TAXA DE TRANSMISSO DO FLUXO DE DADOS A COM ATUAO DO AGENTE ............................................ 123
FIGURA 42 TAXA DE TRANSMISSO DO FLUXO DE DADOS B COM ATUAO DO AGENTE ............................................ 123
FIGURA 43 ATRASO DO FLUXO DE DADOS A COM ATUAO DO AGENTE (MEDIDA 1) ................................................ 124
FIGURA 44 ATRASO DO FLUXO DE DADOS B COM ATUAO DO AGENTE ................................................................... 124
FIGURA 45 TAXA DE TRANSMISSO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP COM ATUAO DO AGENTE ........................... 127
FIGURA 46 ATRASO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP COM ATUAO DO AGENTE ............................................... 128
FIGURA 47 PERDA DE PACOTES DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP COM ATUAO DO AGENTE................................. 128
FIGURA 48 TAXA DE TRANSMISSO DE UM FLUXO DE DADOS ............................................................................... 130
FIGURA 49 ATRASO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO DADOS .................................................................................. 131
FIGURA 50 VARIAO DE ATRASO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO DADOS ................................................................ 132
FIGURA 51 TRFEGO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP (COM ATRASO) .............................................................. 133
FIGURA 52 ATRASO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP (COM ATRASO) ............................................................... 134
FIGURA 53 VARIAO DE ATRASO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP .................................................................. 134
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 RELAO ENTRE CLASSES DIFFSERV E CLASSES UMTS (SAAD, EL-GHANDOUR, JEHAN; 2008) ....................... 31
TABELA 2 REQUISITOS QUALITATIVOS DE QOS (CHUAH, ZHANG, 2005 ADAPTADO) .................................................. 32
TABELA 3 PARMETROS CARACTERSTICOS EM RELAO S CLASSES DE TRFEGO UMTS (ETSI, 2009A, ADAPTADO) ...... 32
TABELA 4 REQUISITOS DE QOS PARA REDES UMTS (CHUAH, ZHANG, 2005 ADAPTADO) ........................................... 33
TABELA 5 TAXA DE TRANSMISSO PARA OS FLUXOS DE DADOS UTILIZADOS NOS EXPERIMENTOS .................................. 110
TABELA 6 VALORES DE PREFERENTIAL ATTACHMENT PARA TRFEGO DE DADOS. ...................................................... 125
TABELA 7 VALORES DE PREFERENTIAL ATTACHMENT PARA FLUXO DE DADOS TIPO VOIP ........................................... 129
TABELA 8 PREFERENTIAL ATTACHMENT DO FLUXO DE DADOS TIPO DADOS .............................................................. 131
TABELA 9 PREFERENTIAL ATTACHMENT PARA FLUXO DE DADOS TIPO VOIP ............................................................. 135
LISTA DE ACRNIMOS
3GPP 3rd Generation Partnership Project
BB - Bandwidth Broker
DiffServ Differentiated Services
EDGE Enhanced Data Rates for Global Evolution
ETSI European Telecommunications Standards Institute
FMC Fixed Mobile Convergence
GPRS General Radio Packet Service
GSC Gerenciamento de Servio do Consumidor
GSM Global System for Mobile Communication
IMS IP Multimedia Subsystem
IntServ Integrated Services
IP Internet Protocol
ITU-T - International Telecommunication Union Telecommunication
MTBF Mean Time Between Fails
MTTR Mean Time to Repair
MTU - Maximum Transfer Unit
NGN Next Generation Network
NGNM Next Generation Network Management
ODP Open Distributed Processing
PHB - Per Hop Behavior (DiffServ)
PSTN Public Switch Telephone Network
QoS Quality of Service
RSVP ReSerVation Protocol
SLA Service Level Agreement
SNMP Simple Network Management Protocol
UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems
1
1 INTRODUO
Um dos pontos muito discutidos no mbito das telecomunicaes e
sistemas de informao desde a dcada de 1990 refere-se convergncia dos
sistemas de comunicao, que so considerados quaisquer sistemas capazes
de receber um sinal eltrico (ou eletrnico) e transmiti-lo para outra localidade
(Shannon, 2001). A convergncia pode ser entendida, em parte, como a
interconexo dos diversos sistemas de comunicao de tal forma que, diversos
contedos possam ser transmitidos entre as diversas infraestruturas, desde o
provedor de servios at o usurio final. Esse movimento recebeu o nome de
Fixed-Mobile Convergence (FMC) (Ciancetta, et.al, 1999) e preconizava a
interconexo das redes de telefonia fixa e telefonia mvel. Contudo, atualmente
a discusso em torno da interconexo entre todos os sistemas de
comunicao de tal forma a se ter acesso a qualquer tipo de servio por
qualquer sistema de comunicao. Naturalmente, as infraestruturas de
telecomunicaes, compostas pelos equipamentos das redes de telefonia e
telefonia mvel, no foram concebidas para essa realidade, assim como a
tecnologia base da Internet (protocolo IP) tambm no previa a convergncia
de contedos e a heterogeneidade. Embora haja argumentos para se
considerar a Internet como de natureza universal, sob o ponto de vista de ser
capaz de manipular diversos tipos de mdias (Knightson, Morita e Towel, 2005)
e ser composta por diferentes tecnologias de redes de acesso, as
infraestruturas que compem a Internet (seus backbones e equipamentos de
acesso) esto evoluindo para oferecer recursos para tratar todos os tipos de
fluxos de dados adequadamente, como mecanismos de engenharia de trfego
e mecanismos para prover recursos com qualidade de servio fim a fim.
Analisando o cenrio histrico dos sistemas de comunicaes dos ltimos
trinta anos, considerando a infraestrutura inicial da Internet (composta por uma
rede de computadores e um backbone) e o sistema de telefonia fixa, tem-se
que ambas apresentam diversas interfaces de comunicao (em particular o
sistema de telefonia pblica) como forma de prover acesso a diversos tipos de
servios. Esta afirmao torna-se mais contundente quando se analisa a
expanso da Internet nas dcadas de 1980 e 1990, cujo aproveitamento da
2
capilaridade do sistema de telefonia fixa pblica (PSTN1) promoveu o acesso
da populao rede mundial de computadores. Porm, uma caracterstica
presente neste cenrio era a separao bastante clara dos servios que cada
um destes tipos de sistemas de comunicao provinham, uma vez que no
havia servios comuns at meados da dcada de 1990; poca em que surgem,
por exemplo, os primeiros servios de voz sobre IP (VoIP) (Colcher, et.al.
2005).
A contnua evoluo dos sistemas de comunicaes, dos servios ligados
computao e das tecnologias de gerao de contedo levam existncia de
servios globais que podero ser acessados por quaisquer redes de
comunicao, em qualquer lugar, e com contedos de qualquer tipo, ou seja,
heterogeneidade da rede e convergncia dos servios (Karlich, et.al., 2004),
(ITU-T, 2004a), (ITU-T, 2004b). A ITU (2006) promove em sua especificao
M-3060 sobre redes de nova gerao (NGN) uma arquitetura que preconiza a
integrao horizontal dos servios de rede, separando claramente aspectos de
transmisso, controle e servio para os ambientes heterogneos; e a
especificao TS-23-107 e TS 23-207, ambas da ETSI (2009a, 2009b)
propem e especificam o IP Multimedia Subsystem (IMS) como forma de
integrao e inter-operao de sistemas de comunicao e servios. O IMS
baseia-se nas propostas de NGN da ITU-T, claramente explicitado a
interconexo e inter-operao de redes heterogneas, assim como considera
elementos de controle capazes de lidar com diversos sistemas heterogneos.
As normas citadas tratam claramente da interconexo de sistemas de
comunicao e mecanismos para troca de trfegos, e tambm promovem a
convergncia de servios, ou seja, um mesmo servio ser prestado e entregue
por diversas infraestruturas, cada qual com suas caractersticas particulares.
As normas tambm indicam claramente a necessidade de serem especificados
mecanismos de qualidade de servio fim a fim. A arquitetura IMS especifica
diversos mecanismos para manter a qualidade de servio, e possui uma
abordagem distribuda, alm da especificao do IMS tambm no determinar
que todos os elementos estejam em uma mesma infraestrutura ou em um
1 PSTN Public Switch Telephone Network
3
mesmo local, (Xu, et.al, 2007); (Magedanz, Gouveida, 2006). Logo, um sistema
distribudo para controle de qualidade de servio pode ser uma abordagem
interessante, uma vez que devido s mltiplas tecnologias de redes de acesso
o gerenciamento do servio est migrando para as bordas da rede. (Calisti,
Greenwood, 2007); e os sistemas multiagentes apresentam caractersticas que
podem ser solues adequadas ao cenrio heterogneo com servios
convergentes apresentado.
Ainda sobre prestao de servio h a outra questo sobre qual tipo de
dispositivo o usurio utilizar para a recepo do servio. Atualmente, esses
dispositivos no informam ao equipamento de borda do sistema de
comunicao sobre o estado da qualidade do servio que recebem da
infraestrutura, nem tampouco as arquiteturas de qualidade de servio atuais,
notadamente as arquiteturas para redes IP, consideram a qualidade de servio
entregue ao dispositivo final. Os dispositivos finais para usurio final,
independentemente da quantidade de redes de acesso disponveis que esse
dispositivo possa utilizar, esse capaz apenas de se conectar, receber e enviar
dados ou utilizar um determinado servio apenas por uma das redes de
acesso, sem possuir a capacidade de alternar entre redes de acordo com a
qualidade de servio prestada.
Segundo Serra (2007) cada vez mais premente a necessidade de se ter
qualidade de servio, sendo essa considerada do ponto de vista do usurio
final, ou seja, o contrato de qualidade de servio deve levar em considerao a
opinio do usurio e essa transformada em valores de parmetros de rede
que devem ser controlados fim a fim. Logo, a qualidade deve ser controlada a
partir do dispositivo do usurio final at o provedor de servios. O dispositivo
final do usurio deve ter capacidade de utilizar quaisquer redes de acesso para
um mesmo servio de acordo com a qualidade contratada pelo usurio final, o
que pressupe controle distribudo como proposto nesse trabalho.
Dado a quantidade de variveis necessrias definio de um servio,
como proposto por Serra (2007), assim como a dificuldade de se identificar as
relaes entre tais variveis e entre essas variveis em diferentes
equipamentos, este trabalho se utiliza dos conceitos de sistemas complexos e
de redes de escala livre para sustentar a argumentao da arquitetura
4
proposta. Redes de escala livre so aquelas que seguem uma distribuio
denominada Power Law, cuja implicao haver redes onde a maioria dos
ns possui poucos links enquanto poucos ns possuem grande quantidade de
conexes (Goh, Kahng, Kim, 2001), e dessa forma as polticas de QoS devem
tratar as particularidades locais como forma de se atingir melhor controle da
infraestrutura.
Para a utilizao de tais conceitos na proposta de arquitetura o paradigma
de sociedades multiagentes propicio, dado as caractersticas de um agente
de autonomia e comunicao, alm dos comportamentos que podem emergir
de uma sociedade multiagentes. Para tal necessrio elaborar uma ontologia2
para os agentes, propor interfaces de comunicao entre os agentes e as
tecnologias de QoS existentes em cada tipo de sistema de comunicao, e por
fim munir os agentes de algoritmos que forneam os subsdios para um agente
atuar nos dispositivos e prover as polticas de QoS necessrias para os fluxos
de dados em uma rede convergente e heterognea. Uma sociedade
multiagentes pode multiplicar os pontos de verificao e negociao de QoS,
sem necessariamente causar necessariamente processamento em excesso do
equipamento de borda, pois uma das caractersticas dos agentes sua
mobilidade, e, portanto, um agente capaz de deslocar-se para locais com
maior capacidade de processamento (embora essa tese no trate do tema de
carga de processamento da arquitetura proposta). Ademais, problemas com a
qualidade de servio podem ocorrer em qualquer ponto da rede, e idealmente
uma situao desse tipo poderia ser corrigida no local onde o QoS no est
sendo satisfeito, sem depender dos equipamentos de borda da rede, ou
mesmo dos equipamentos origem e destino do servio.
2 Ontologia o estudo do ser, sendo atravs dela possvel descrev-lo para que seja
ento conhecido. Na medida em que a ontologia de um ser seja conhecida por outro torna-se
possvel ao primeiro entender o segundo e, portanto com ele se comunicar e trocar
conhecimento. O eventual uso de diferentes ontologias para um mesmo ser permite sua
descrio sob diversos enfoques, ou com diferentes roupagens. Neste caso consegue-se criar
interfaces do ser descrito que sejam apropriadas para reconhecimento por interlocutores de
diferentes espcies. (Maia, 2004).
5
1.1 OBJETIVO
O objetivo da tese propor uma arquitetura de controle de qualidade de
servio para um ambiente heterogneo composto de backbones IP e redes de
acesso de diversas tecnologias. Os backbones IP so utilizados para transmitir
diversos tipos de trfego para diversas redes de acesso, cada qual com sua
prpria tecnologia. Os usurios finais esto conectados a uma ou mais redes
de acesso, sendo que durante a prestao do servio pode ocorrer mudana
de caminho utilizado para a entrega dos trfegos que compem o servio
devido aos requisitos de qualidade estabelecidos entre o usurio final e o
provedor de servios.
A hiptese da tese que uma arquitetura distribuda para controle de QoS
possa responder s exigncias oriundas dos contratos de qualidade de servio
de um usurio para um servio dito convergente em um ambiente heterogneo,
controlando os trfegos agrupados em classes de fluxos de dados. O
agrupamento de fluxos de dados ocorre devido deciso tomada pelos
agentes segundo o princpio sob o qual um caminho melhor adaptado para
uma determinada classe de fluxo de dados deve receber tal fluxo com maior
probabilidade que os demais caminhos existentes. E a arquitetura sendo
distribuda poder reagir a eventos e mudanas das condies locais de um
sistema de comunicao de tal forma a manter um caminho fim a fim
controlado de acordo com os contratos de QoS.
Devido complexidade e a quantidade de variveis envolvidas na
determinao do estado de um sistema de comunicao de forma global, e por
no se ter a relao de como um requisito de controle dos fluxos de dados
afeta o comportamento dos fluxos de dados e os demais requisitos em todas as
conexes existentes em um sistema de comunicao, esse trabalho analisa
localmente os efeitos causados pela alterao de um requisito e determina os
caminhos que um determinado tipo de fluxo de dados deve percorrer de acordo
com a qualidade exigida em contrato de SLA (ou outra forma equivalente).
Todos os caminhos considerados pelo sistema distribudo devem ser obtidos
via algoritmos de roteamento tradicionais ou caminhos pr-estabelecidos
propostos por outras tecnologias, mas sem, contudo manter a restrio de se
6
ter apenas uma caminho ativo para um determinado destino; os elementos da
arquitetura consideram todos os caminhos obtidos de forma a distribuir os
fluxos de dados de maneira a atender todas as exigncias de qualidade de
servio.
Tanto nas atuais redes de comunicao sem fio quanto nas redes com fio
h certa capacidade alocada para transmisso de fluxos de dados,
independentemente da tecnologia utilizada. Contudo, em redes sem fio pode
ocorrer, dependendo da tecnologia de acesso, envio de dados de forma
intermitente, ou seja, o sistema de transmisso do equipamento (em geral do
usurio final) s ativado quando h dados a transmitir. A arquitetura proposta
nessa tese considera que a cada conexo feita por um dispositivo deve ser
tratada de forma independente, no havendo correlao entre conexes feitas
por um dispositivo para fins de controle de qualidade de servio e conexes
feitas para acesso a um servio, uma vez que no ser analisado neste
trabalho conjunto de conexes que compem um determinado servio.
O conceito de arquitetura distribuda significa que no h uma nica
entidade do domnio administrativo que o gerencie e o controle por si s, mas
sim diversas entidades autnomas cuja cooperao resulta em um efetivo
controle da qualidade de servio de todo o domnio administrativo. Este
controle exercido por uma sociedade multiagentes e classes de algoritmos
para deciso dos agentes, os quais, para essa tese, interessam os algoritmos
capazes de identificar o comportamento de tipos de fluxos de dados e como
so tratados ou encaminhados. Uma arquitetura distribuda tambm uma
forma de preservar o legado, pois cada entidade da arquitetura pode possuir
interfaces particulares apropriadas para cada sistema de QoS com o qual a
arquitetura deva interagir; e sendo entidades independentes permitem tanto se
ter diversas interfaces como permitem que as entidades possam tomar as
aes apropriadas entre diversos domnios administrativos.
Essa tese tambm possui como hiptese que a qualidade de servio
baseada em parmetros oriundos dos contratos estabelecidos com o usurio
final da aplicao na qual se deseja manter a qualidade de servio. Portanto, a
abordagem sobre qualidade de servio nesse trabalho difere do que
geralmente feito, pois por se tratar de um ambiente heterogneo os requisitos
7
de QoS podem diferir entre tecnologias, tanto em nome quanto em valores que
podem assumir. Logo necessrio um conjunto de requisitos que possa ser
traduzido para todas as tecnologias em questo (total ou parcialmente) e que
ao mesmo tempo representem a qualidade fim a fim (Serra, 2007).
A arquitetura proposta ser desenvolvida segundo o paradigma de
sistemas multiagentes e ainda contar com as seguintes hipteses:
O contedo a ser transmitido atravs do backbone IP, embora seja
destinado a diferentes redes de acesso, j possuem requisitos de
QoS (valores) bem definidas e no faz parte desta tese defini-los;
Os agentes de cada domnio possuem interfaces comuns (abertas)
pelas quais a arquitetura proposta comunica-se e suas partes inter-
operam;
Cada agente tambm deve possuir uma interface com o sistema de
comunicao que controla, sendo tal interface aderente aos
requisitos tecnolgicos do sistema de comunicao.
1.2 METODOLOGIA
Das diversas questes ainda em aberto no contexto das redes de nova
gerao, uma delas a necessidade de se ter mecanismos que possam inter-
operar entre diversas tecnologias. Uma das facetas desse problema como
considerar os diversos equipamentos de comunicao e suas caractersticas
locais que afetam a transmisso de dados, assim como estabelecer um padro
de comportamento dos mesmos, de tal forma a se ter condies de estabelecer
polticas de qualidade de servio.
H ainda uma crescente necessidade de que as redes de comunicao,
independentemente de tecnologia de transmisso ou forma de integrao,
transportem voz, dados e vdeo em velocidades cada vez maiores (Houto,
Pierre, 2005) e com maior confiabilidade, a qual pode ser interpretada com
maior qualidade de servio. Os sistemas atuais de qualidade de servio so
particulares de cada tecnologia de rede, e cada qual possui mecanismos
especficos para o ambiente em que atua; e h diversos fatores que so
8
particulares de uma determinada infraestrutura e no so aplicveis a outras.
Quando se trata de QoS fim-a-fim o problema torna-se mais complexo uma vez
que na maioria dos casos, as tecnologias de QoS no possuem interfaces
entre si, ou seja, no trocam dados. Em contrapartida, alm de ser complexo
construir uma nica arquitetura a qual trate de todos os aspectos de QoS, h
uma grande dificuldade em substituir os diversos sistemas legados por novos.
Analisando as tecnologias de qualidade de servio e engenharia de
trfego em ambientes IP identificou-se a caracterstica esttica de diversas
solues de determinao de caminhos, e em diversas solues propostas
como roteamento baseado em QoS, ou em determinao de caminhos
dinmicos via protocolo MPLS ou em solues para redes 4G no se tem em
considerao as diferenas entre os requisitos de fluxos de dados na
determinao de caminhos (Lin, Qi, 2007), (Urushidani, Matsukata; 2007). A
soluo proposta por Martini et. al. (2008), por exemplo, classifica o trfego de
um tnel VPLS (Virtual Private LAN Services) ainda no modelo convencional do
DiffServ, estratificando a rede em camadas e tratando todo o trfego do tnel
VPLS de uma nica maneira.
Embora tecnologias como MPLS e VPLS, dentre outras permitam a
segmentao de trfego em um sistema de comunicao baseado na
tecnologia IP de forma diferenciada em relao ao roteamento tradicional, as
solues analisadas no consideram a influncia de tipos de trfegos distintos
podem causar uns aos outros, mesmo quando consideram alocao dinmica
de largura de banda em redes 4G ou 5G (todas baseadas em IP). (Gani, et.al.
2008), (Li, et.al. 2008). Da mesma forma, no considerado a localizao de
determinadas entidades que possam causar efeitos particulares em um sistema
de comunicao, quer seja por demandarem grandes recursos ou por terem
seus servios utilizados por diversas outras entidades distribudas por diversas
localidades de um domnio administrativo ou de diversos domnios
administrativos.
Em trabalhos como Griffin et. al. (2007) so consideradas formas de
negociao de qualidade de servio entre domnios administrativos, contudo
no levam em considerao o tratamento das questes de qualidade de
9
servio internamente ao domnio administrativo, assim como no considera a
segmentao de trfego baseado em suas caractersticas.
J o modelo de sistemas complexos proposto por Barabsi-Albert (1999)
tem sido estudado para aplicaes em qualidade de servio como proposto por
Yannuzzi et. al. (2006) onde se pode identificar a importncia da distribuio de
dados sobre engenharia de trfego como forma melhor desempenho de uma
soluo de qualidade de servio, assim como identificam a aderncia do
modelo de sistemas complexos (embora no originalmente aplicado s
questes de qualidade de servios em sistemas de comunicao).
Diversos trabalhos (Barabsi, 2003), (Watts, 2003), (Barabsi, 2009),
(Park, Barabsi, 2007) identificam que a distribuio de entidades3 em uma
rede qualquer guardam propriedades de relao, inclusive contedos em um
sistema de comunicao. Como certamente o fluxo de dados tem relao com
a distribuio de contedos, formulou-se a hiptese da tese de que o
tratamento dos fluxos de dados podem seguir a relao de preferential
attachment (tambm denomiado rich get richer), ou seja, se houver um
provedor de servios, por exemplo, que possua um determinado tipo de
contedo, esse ir gerar certa quantidade de fluxos de dados de um
determinado tipo. Quanto maior o sucesso desse provedor estima-se que maior
ser a quantidade de acessos aos seus contedos e, portanto maior a
quantidade de fluxos de dados de um determinado tipo em uma regio do
sistema de comunicao onde tal provedor est. Tal provedor, assim como
certa quantidade de usurios finais devem influenciar o comportamento dos
fluxos de dados e essa influncia pode ser percebida em todo o caminho fim a
fim entre usurio final e provedor de servios (Dezso, et.al, 2006) (Onnela, et.
al. 2006).
Surge ento a necessidade de se investigar o conceito rich get richer
pode ser uma forma de tratamento e segmentao de fluxos de dados, ou seja,
aquele equipamento que possui melhores condies de transmitir um
3 Entidades so aqui entendidas como quaisquer elementos que possam se interligar em
uma rede, sendo essa rede de qualquer tipo, inclusive uma rede que forme um sistema de
comunicao.
10
determinado fluxo de dados ter a preferncia de seus vizinhos para aquele
determinado tipo de fluxo de dados para um determinado destino, em
detrimento a outros tipos de fluxos de dados. Ainda deve ser considerado que
em cada ponto de um sistema de comunicao h ingresso de novos fluxos de
dados, o que sugere um tratamento particular em cada ponto da rede; trazendo
o conceito de sistemas distribudos, e em particular os sistemas multiagentes
dado a caracterstica de autonomia de um agente.
A hiptese da tese de se ter um sistema distribudo composto de uma
sociedade multiagentes e tendo o mecanismo de deciso de cada agente o
modelo Barabsi-Albert (1999) analisada atravs de uma estrutura composta
por roteadores virtuais e um gerador de trfego D-ITG (Botta, Dainotti,
Pescap; 2007) conforme ilustra a Figura 1.
Figura 1 Estrutura de verificao de hiptese da tese
Os testes realizados procuram identificar o comportamento da estrutura
montada e se esta reage de forma similar um sistema de comunicao. O
segundo tipo de testes procura delimitar como a estrutura de testes reage a
anomalias via gerao em algumas partes da estrutura de atrasos e perdas de
pacotes segundo uma distribuio normal. E o terceiro tipo de teste utiliza os
agentes da arquitetura proposta (localizados apenas no backbone) e o
mecanismo de tomada de deciso para verificar as propriedades da arquitetura
proposta.
11
A tese inicia com a discusso das questes de qualidade de servio em
redes heterogneas operando com servios convergentes de tal forma a
estabelecer as bases para a proposta de uma arquitetura genrica e aberta de
Controle de Qualidade de Servio para tal cenrio. Portanto, a elaborao da
arquitetura necessita abordar os seguintes aspectos:
viso de QoS local em cada equipamento da infraestrutura,
considerando o dispositivo final do usurio e o equipamento
provedor do servio;
identificao do tipo de fluxo de dados e de possveis caminhos a
serem percorridos, independentemente das tecnologias de
transmisso de dados que compem tal caminho;
estimativa de comportamento de um equipamento e os caminhos
para encaminhamento de fluxos de dados em relao aos tipos de
fluxos de dados existentes na infraestrutura;
Determinao do comportamento de um domnio administrativo em
termos que possam ser analisados por equipamentos de
comunicao, independente de sua tecnologia. recomendado
que a determinao do comportamento no seja composta por
uma grande quantidade de estados, pois isso aumenta o tempo de
processamento para dispositivos mveis como os encontrados
atualmente;
Planejamento de alocao e utilizao dos recursos disponveis
para melhor aproveitar a infra-estrutura instalada, baseado em
dados histricos.
Entende-se por domnio administrativo uma determinada poro de um
sistema de comunicao sob o controle administrativo de uma nica entidade,
independentemente dos equipamentos que compem o domnio administrativo.
Portanto, uma rede como a Internet composta de diversos domnios
administrativos, sendo que para a completa administrao de uma infra-
estrutura global de comunicao necessrio a comunicao entre diversos
domnios administrativos.
12
A segunda discusso trata do comportamento de redes de comunicao
de dados e da possibilidade de sistemas distribudos serem adequados para o
tratamento da questo de QoS. Para tal analisa-se os estudos de sistemas
complexos propostos por Simon (1962) e por Barabsi (2003), dentre outros,
para estabelecer os fundamentos do comportamento de um sistema de
comunicao como sendo de escala livre. Quando se trata de sistemas
distribudos compostos por agentes necessita-se de algoritmos para suporte a
tomada de deciso para que um agente atinja seu objetivo4; e nesse trabalho
discutido uma classe de algoritmos capazes de lidar com o cenrio proposto na
tese e feita uma comparao entre o modelo proposto na tese e tais
algoritmos. O modelo de arquitetura de controle de qualidade de servio
proposto ser construdo e discutido em duas etapas. A primeira etapa ser
composta da anlise de um agente em relao a um equipamento de rede,
tendo como resultado a determinao das propriedades de um agente
necessrias manipulao e anlise dos parmetros e controle do sistema de
qualidade de servio do equipamento. A segunda etapa composta da anlise
dos mecanismos de interao entre os agentes e discusso da
representatividade desse mecanismo em relao ao comportamento
emergente de uma rede de comunicao. Essa discusso ser baseada em
uma discusso estatstica sobre o comportamento do trfego de uma rede de
comunicao, onde h a utilizao de uma aplicao de simulao de redes de
comunicao.
Como suporte discusso da tese pontuado no texto conceitos de
sistemas distribudos, redes de escala livre e arquiteturas propostas para as
redes de nova gerao. A reviso bibliogrfica para a concepo da descrio
funcional considera artigos cientficos, normas tcnicas da ITU-T, ETSI, 3GPP,
assim como outras publicaes consideradas relevantes.
4 O objetivo de um agente nessa tese controlar a qualidade de servio dos fluxos que
utilizem como parte do caminho o equipamento de rede gerenciado por ele.
13
1.3 JUSTIFICATIVA
Em se tratando de redes heterogneas, h diversas iniciativas de se
estabelecer arquiteturas de gerenciamento e controle de qualidade de servio.
Contudo, para se ter uma arquitetura de QoS fim a fim necessrio que todos
os ns que compem a estrutura de comunicao e que formam o caminho do
fluxo de dados estejam comprometidos com o controle dos requisitos de
qualidade demandados para determinado fluxo. Contudo, os mecanismos de
controle dos atuais sistemas de comunicao no provm tal garantia, tendo
em considerao as redes que formam o backbone. Da mesma forma as redes
de acesso no possuem mecanismos de controle de qualidade de servio,
tanto compostas por redes sem fio como redes com fio, embora possuam
outras caractersticas de alocao de recursos e formas para se manter a
qualidade de servio, como por exemplo, definir em um canal de comunicao
limite de atraso, probabilidade de queda de comunicao, dentre outros (Rao,
Bojkovic, Milovanovic, 2006).
Marques et.al. (2002) coloca que as redes sero todas baseadas em IP,
cada qual sob controle de um domnio administrativo. Sistemas recentes, como
o UMTS possuem classificadores de trfego, similares ao encontrados em
redes IP (DiffServ), pois uma forma de manipular na infra-estrutura diferentes
tipos de trfego, uma vez que essa tcnica prov diferentes tipos de
prioridades de manipulao de trfego atravs de rtulos atribudos aos
trfegos (Rao, Bojkovic, Milovanovic, 2006), (Gani et. al., 2008). Contudo,
assim como o DiffServ em redes IP, no h um mecanismo para controle dos
fluxos que reaja s intermitncias de operao a no ser queles que
executam descarte de pacotes (independente do critrio de gerenciamento de
fila adotado).
Hillebrand et.al. (2004) afirmam que as redes sem fio sero todas IP para
se tornarem compatveis com as redes de nova gerao. Logo, os esquemas
de qualidade de servio devero tambm operar sob a plataforma IP para troca
de dados de controle. As arquiteturas atuais de QoS no possuem a
abrangncia necessria para o cenrio de redes heterogneas segundo Rejeb,
et. al. (2007). As razes apontadas para as arquiteturas de qualidade de
14
servio atuais no serem adequadas para o cenrio em questo so o fato das
arquiteturas no serem dinmicas, e quando o so, que seus controles
(protocolo RSVP) demandam demasiados recursos para reserva e
gerenciamento de um caminho com qualidade de servio garantida. (Chimento,
1998)
Particularmente, em relao ao RSVP, a questo pauta-se em que tal
protocolo mantm uma grande quantidade de estados em cada equipamento
de rede para garantia de recursos de um determinado fluxo de dados,
resultando em problemas de gerenciamento dos estados que controlam um
determinado fluxo de dados. Os caminhos com qualidade de servio, mesmo
com reserva de recursos estabelecida no momento da conexo e desfeitos
quando o fluxo de dados termina, so, em geral, estticos em relao
alocao de recursos, ou seja, uma vez alocado a quantidade de recursos
imutvel durante a durao daquele trfego (Chimento, 1998).
As futuras arquiteturas de qualidade de servio tambm necessitaro de
mecanismos que facilitem o handover entre diferentes plataformas. Uma das
possveis formas de executar handover e manter a qualidade do servio
conhecida como pr-reserva de recursos em diferentes redes, potencialmente
naquelas onde um dispositivo mvel poderia se conectar. (Bless, et.al, 2007).
Hillebrand et.al. (2004) propem uma estrutura para sinalizao entre domnios
administrativos e que seja feita por equipamentos centralizados atravs de um
protocolo especfico. Esses equipamentos centralizados so similares ao
Bandwidth Broker da arquitetura DiffServ. Maia et.al. (2005) propem uma
arquitetura para QoS baseado em equipamentos centralizados em cada
domnio administrativo; contudo a arquitetura possui limitaes para
estabelecimento do comportamento da rede para tomada de deciso de QoS.
Rejeb, et. al. (2007) propem outra arquitetura centralizada de qualidade de
servio e similar ao proposto por Bless, et. al. (2004). Contudo essas
arquiteturas ainda possuem limitaes de tempo de resposta pelo fato de
estarem distantes do local de falha de QoS, sendo que o prprio trfego de
controle de QoS pode ser comprometido pelos efeitos do evento que se
pretende controlar. Outra limitao do sistema centralizado no poder
determinar com preciso o estado real da rede (estado global) e, portanto,
15
podem ocorrer falhas de negociao por no se considerar caractersticas
locais do trfego.
De forma geral, pode-se dizer que as arquiteturas de qualidade de servio
em redes IP IntServ e DiffServ preocupam-se mais com as caractersticas
estticas da qualidade de servio do que com as caractersticas dinmicas (ver
item 2.1); e se pode apontar como uma das razes da nfase nas
caractersticas estticas a no determinao das arquiteturas atuais de QoS do
comportamento de cada n de um sistema de comunicao.
Quando se trata da inter-operao de redes heterogneas fazendo com
que essas trabalhem de forma transparente, do ponto de vista do usurio se
faz necessrios mecanismos de controle e gerenciamento de recursos os
quais, independentemente do caminho a ser utilizado para a transmisso de
dados (por um ou mais domnios administrativos ou por redes de tecnologias
distintas), possam gerenciar o caminho fim a fim a ser utilizado por um fluxo de
dados. A norma da ITU-T M.3060 (2006) prope mecanismos de
gerenciamento de rede denominados (NGNM); contudo no determina se
esses mecanismos so centralizados ou distribudos. O mesmo ocorre com as
definies do IP Multimedia Subsystem (IMS) estabelecidas como uma
arquitetura para inter-operao de redes heterogneas e servios
convergentes. Segundo Ward, et. al. (2006): ... IMS permite a convergncia de
redes atravs de arquiteturas de aplicaes agnsticas independentes da
tecnologia da rede de acesso.... Koukoulidis e Sham (2006) afirmam que a
arquitetura IMS prov valor agregado s redes GPRS, EDGE e UMTS atravs
da possibilidade dessas trabalharem com servios IP. Os mesmos autores
enfatizam a necessidade de se ter qualidade de servio assegurada atravs de
diferentes tecnologias de rede, inclusive para usurios com dispositivos
mveis.
Embora a arquitetura IMS defina um plano de controle para o
gerenciamento dos recursos dos sistemas de comunicao que compem a
rede heterognea, as normas ETSI no identificam uma soluo centralizada
ou distribuda, e tambm no so discutidos mecanismos para gerenciamento
de handover e alocao de recursos. (ETSI, 2009c). A arquitetura de controle e
gerenciamento de qualidade de servios definido para o IMS determina que os
16
mecanismos devam prover garantias de qualidade fim a fim para quatro
classes de trfego, as quais abrangem desde trfego convencional (ou best
effort) at trfego multimdia com requisitos de qualidade elevados (ETSI,
2009a).
Tendo em considerao todo o caminho percorrido por um fluxo de dados,
o terminal do usurio deve ser considerado com um dos elementos da rede.
Hillebrand et. al. (2004) sugere que cada tecnologia de rede que compe uma
infraestrutura possui melhores condies de manipular um determinado tipo de
trfego, e ento, seria interessante para um terminal com mltiplos servios
trabalhar com diversas redes simultaneamente, sendo que seus mecanismos
de controle deveriam utilizar para cada servio, a rede mais apropriada. A
arquitetura IMS no apresenta nenhuma restrio a esse tipo de operao;
contudo, os mecanismos centralizados de controle e gerenciamento de
qualidade de servios apresentam uma limitao quando se considera o
dispositivo final do usurio, pois embora tanto dispositivo quanto o sistema de
comunicao possam determinar a localizao de cada terminal em qualquer
momento da comunicao (Anisetti, et.al., 2006), no factvel ter informao
sobre todos os caminhos fim a fim para um provimento do servio dados que
as condies apresentadas por um caminho podem sofrer alteraes em
qualquer momento uma vez que o caminho compartilhado em sistemas de
comunicao baseados na tecnologia IP.
O cenrio proposto em Hillebrand et. al. (2004) demanda velocidade para
alocao de recursos entre o ponto inicial e final da comunicao, e para tal,
pode-se ter algoritmos de preempo para alocao de tais recursos, cuja
finalidade reduzir o tempo de resposta para operaes de handover vertical
(Bless, et. al., 2007), (Ahmad, Kamruzzaman, 2007).
Para se ter preempo necessrio conhecer o comportamento da rede e
as suas formas de organizao. Barabsi (2003) oferece um paradigma
denominado teoria dos sistemas complexos, no qual as redes de comunicao
de dados no possuem um comportamento aleatrio, mas sim um
comportamento denominado escala livre. Watts (2003) apresenta o conceito
de rich get richer e descreve que em redes de escala livre h elementos que,
por possurem algum atributo (ou um conjunto desses), tornam-se elementos
17
com maior nmero de conexes, ou seja, algum mais utilizado, acessado ou
conhecido pelos demais integrantes de sua rede e tambm daquelas que esto
conectadas ou possuem acesso a esse elemento de alguma forma.
Esse comportamento identificado nas redes de comunicao de dados,
independentemente de sua tecnologia. Por exemplo: as rotas em redes IP
possuem alguns equipamentos em comum, geralmente pertencentes ao ncleo
da rede que concentram grande quantidade de trfego. E embora existam
outros caminhos alternativos na rede, uma vez que ela construda com
conexes e caminhos redundantes, tais caminhos so subutilizados em
detrimento de sobrecarga em alguns equipamentos. A anlise do
comportamento de redes atravs da viso de sistemas complexos permite, por
exemplo, a anlise de congestionamentos e de como o princpio rich get
richer influencia o comportamento de uma infraestrutura (Zhao, et. al., 2005).
A teoria dos sistemas complexos argumenta que cada elemento contribui
e determina parte do comportamento global. Logo, se os equipamentos que
compem um domnio administrativo forem capazes, de forma autnoma, de
gerenciar e determinar, atravs de algoritmos de preempo, a utilizao de
seus recursos e sua possvel alocao no tempo, estes podem determinar os
melhores caminhos para um determinado fluxo de trfego em certo instante de
tempo. Tal comportamento autnomo caracterstica de um agente (Nwana,
1996). Alm desse comportamento, um agente ainda pode ser mvel, o que
traz maior flexibilidade e adaptabilidade para uma arquitetura de gerenciamento
de um sistema de comunicao (Hagen, Breugst, Magedanz, 1998).
H diversos trabalhos abordando a utilizao de agentes para controle
descentralizado de recursos, como o gerenciamento de rotas em uma rede IP
(Papavassiliou, S.; et. al., 2002), ou para anlise do comportamento de um
terminal de usurio em uma rede NGN (Kim, et. al. 2006). Hadim e Mohamed
(2006) identificam o paradigma de agentes como uma abordagem interessante
para as questes de qualidade de servio em redes de sensores sem fio.
Jia et. al. (2005) propem uma arquitetura de qualidade de servio
composta por agentes, sendo que esses devem residir em diversos pontos da
camada de controle de uma arquitetura IMS para realizar controle de admisso,
configurao de um caminho com QoS fim a fim, dentre outras atribuies.
18
Contudo, o texto refere-se a uma abordagem de agentes j utilizada em redes
IP, como os agentes SNMP. O texto no confere aos agentes nem inteligncia
nem autonomia para deciso sobre tratamento de um fluxo de dados.
Esta tese, propondo uma arquitetura de controle de qualidade de servio
composta por agentes aderentes ao paradigma de agentes e sociedades
multiagentes, admite autonomia dos componentes da infra-estrutura para
negociao e controle de caminhos fim a fim que possuam a qualidade de
servio requerida, independentemente de uma entidade centralizada executar
ou determinar a configurao de tal caminho. A arquitetura proposta tambm
considera que o dispositivo do usurio pertence arquitetura de controle de
QoS, sendo esse elemento ativo na determinao de caminhos e negociao
dos parmetros de qualidade de servio.
A adaptabilidade, em parte oferecida pela autonomia, e a flexibilidade,
oferecida pela mobilidade dos agentes, tendem a promover dinamicidade
arquitetura de QoS proposta e, aliada monitorao que um agente pode
executar, possvel elaborar ou se utilizar de algoritmos de tomada de deciso
para que os agentes negociem contratos de servios entre si para diversos
pontos da infra-estrutura. Uma possibilidade a utilizao de caminhos que
tenham como origem o equipamento do agente e destino o provedor de
servios, e que os caminhos sejam determinados seguindo uma abordagem
rich get richer ou preferential attachment. Nesse contexto, se o agente
detecta que h demanda por uma determinada classe de servio, esse pode
previamente estimar se caminhos com certas caractersticas de qualidade de
servio atendem demanda e, portanto, quando receber uma determinada
requisio de um dispositivo final (usurio), o agente j ter um caminho
determinado e saber, devido sua monitorao, se poder ou no aceitar
determinada requisio.
A contribuio desta tese com o estudo de arquiteturas para controle da
qualidade de servio est em sua abordagem distribuda e com capacidade de
adaptar-se s mudanas de caractersticas e volume de fluxos de dados de
acordo com o paradigma de sistemas complexos. Por ser baseada em uma
anlise local em um determinado n do sistema de comunicao, a tomada de
deciso de um agente da arquitetura independe de dados recebidos de outros
19
agentes, uma vez que os efeitos das falhas e outros eventos refletem-se no n
analisado. E por fim a arquitetura apresenta componentes que possuem como
funo a negociao de requisitos de USLA (Serra, 2007) entre domnios
administrativos.
20
2 ASPECTOS DE QUALIDADE DE SERVIO EM SISTEMAS DE COMUNICAO
Em termos gerais h duas formas de se abordar a qualidade de servio:
uma delas o super dimensionamento de recursos e a outra prover a
quantidade de recursos adequada a um determinado trfego e monitorar o uso
para verificar a acuidade do uso dos recursos (Amidst, 1999). Embora a
abordagem atual nos sistemas de comunicao de dados seja, em diversos
casos, o super dimensionamento, dado a quantidade de recursos disponveis,
principalmente no backbone, essa no uma soluo sustentvel em longo
prazo. Uma das razes a quantidade crescente de usurios e o crescente
aumento das requisies de servios interativos e multimdia, pois tais tipos de
servios necessitam que os recursos estejam disponveis, dentro de limites
mnimos e mximos, fato que no ocorre em uma rede de dados trabalhando
no modelo best effort. Alm disso, o super dimensionamento considera, em
geral, a infraestrutura como um todo e no garante que um determinado trecho
da infraestrutura possua recursos para um determinado servio.
Embora existam diversas abordagens sobre o que significa qualidade de
servio (Fergunson, 1998), h pelo menos duas abordagens para defini-la: a
abordagem qualitativa cuja definio aborda requisitos no funcionais de
sistema e que afeta a percepo do usurio; e a abordagem quantitativa,
comumente relacionada aos mecanismos de controle de qualidade de servio.
Fergunson (1998),Gozdecki, Jajszczyk, Stankiewicz (2003) e Carneiro,
et.al. (2006) definiram que uma arquitetura de QoS deveria controlar os
seguintes parmetros de uma rede:
Atraso: tempo gasto para um pacote ser enviado da origem at ser
processado no destino, considerando: (i) atraso de processamento:
decodificao e tratamento do cabealho do pacote de dados; (ii)
atraso de fila; (iii) atraso de transmisso: tempo de processamento
para retirar os bits do meio e process-los; (iv) atraso de
propagao: tempo de propagao de sinal no meio (Odom,
Cavanaugh, 2004).
21
Variao de atraso: diferena entre o atraso experimentado por
uma poro de dado5 e pela poro de dado subseqente.
Porcentagem de perda de bits: porcentagem de dados que no
atingem o destino ou so corrompidos durante a transmisso.
Volume ou vazo da rede: quantidade de dados que atravessam
uma determinada de rede por unidade de tempo.
Chalmers (1998) e Serra (2007) ainda acrescentam parmetros
qualitativos como relevantes para se definir a qualidade de servio, como
confiabilidade, criticidade, qualidade percebida e custo. Confiabilidade implica
em considerar tempos entre falhas e reparos, dentre outros. Criticidade est
relacionado com a importncia do trfego, cuja importncia deve de alguma
forma ser representada no contrato de qualidade de servio (posteriormente
discutido neste trabalho). Qualidade percebida o julgamento qualitativo do
resultado da transmisso do contedo em termos de mdia e quaisquer outros
aspectos relacionados com o servio em questo.
Freire e Soares (2002) oferecem uma viso quantitativa de qualidade de
servio, na qual basta se alocar banda e demais recursos em diferentes infra-
estruturas para os diferentes tipos de clientes dado um ambiente heterogneo.
Essa definio de QoS destaca a atual heterogeneidade dos ambientes e traz
uma severa implicao, pois cada infraestrutura possui mecanismos prprios
de gerenciamento e controle de qualidade de servio, sendo que esses podem
operar com tecnologias distintas, ou ainda, mesmo que com tecnologias
similares, esses no so capazes de trocar dados e no consideram o efeito
que um domnio administrativo exerce em outro.
Essa tese considera como qualidade de servio os aspectos propostos
por Fergunson (1998) e Chalmers (1998) e centrados no usurio final do
servio, ou seja, considerando qualidade de servio fim a fim como proposto
5 A expresso poro de dados entendida como uma certa quantidade de bits a
serem transmitidos sob um mesmo cabealho de protocolo (para controle).
22
em Serra (2007) 6. Os parmetros a serem utilizados no modelo proposto nesta
tese devem considerar tambm que um determinado fluxo de dados ter seus
parmetros de qualidade entendidos por todas as infra-estruturas s quais ir
passar independentemente da tecnologia de transmisso da rede
(heterogeneidade), e dever considerar servios interativos.
Essas consideraes sobre a qualidade de servio devero constar do
contrato de qualidade de servio (USLA) estabelecido entre o provedor do
servio e o usurio final, tanto no que tange os aspectos estticos quanto os
aspectos dinmicos de QoS como mostrado a seguir.
2.1 ASPECTOS ESTTICOS E DINMICOS DA QUALIDADE DE
SERVIOS
Um sistema de controle de qualidade de servios possui dois aspectos: o
esttico so os requisitos que se mantm imutveis durante o servio,
enquanto o aspecto dinmico trata das mudanas que podem ocorrer no
ambiente e dos mecanismos necessrios manuteno dos requisitos do SLA
estabelecido para um determinado fluxo de dados (Chalmers, 1999), (Wang, et.
al., 2000), (Wang, 2001).
2.1.1 Aspectos Estticos de Qualidade de Servio
Os principais aspectos estticos da qualidade de servio envolvem a
especificao, a negociao, o controle de admisso e reserva de recursos (se
houver). A especificao do contrato de QoS trata da criao de um acordo
entre o provedor de servios e o usurio final e baseado na especificao de
requisitos de rede (Chalmers, 1998), (Aurrecoechea, 1998). Contudo, nesta
tese ser utilizada a abordagem proposta por Karam (2006) e Serra (2007) na
qual os valores de requisitos para a utilizao de um servio so resultado das
6 Contudo, para as provas de conceito desse trabalho no so consideradas opnies de
usurio para estabelecimento de controle, sendo esse baseado em SLAs. A arquitetura, em
sua forma geral, considera que a opinio do usurio pode ser refletida em contratos de SLA
como proposta em Serra (2007).
23
caractersticas do servio a ser prestado e a percepo do usurio que utiliza
tal servio em relao qualidade. A percepo do usurio que determina o
intervalo de valores que um determinado requisito pode ter para que na opinio
do usurio o servio tenha qualidade.
Dado um contrato de QoS, os mecanismos para interao entre provedor
do servio e usurio final devem ter como parmetros de controle a
especificao do contrato; sendo tais controles definidos como admisso e
controle de recursos alocados para esses fluxos de dados, dentre outros. O
controle de admisso composto de mecanismos que permitem ou no um
determinado fluxo de dados ser transmitido atravs de um domnio
administrativo. Segundo Marques et. al. (2002) h diversas formas de executar
um controle de admisso, sendo as formas centralizadas em equipamentos
dedicados, como um Bandwidth Broker (BB) so as mais utilizadas. Contudo,
tambm pode haver controles distribudos e baseados em agentes, como
proposto Jia et. al. (2005).
A reserva de recursos segundo Chalmers (1998) uma extenso do
controle de admisso, pois uma vez um fluxo aceito no domnio administrativo,
os recursos necessrios devero ser alocados de certa reserva de recursos
existente no domnio administrativo. Essa alocao de recursos pode ser
executada no final do processo de negociao como propem o Integrated
Services (IntServ) ou ainda pode ser pr-definida como ocorre com o
Differentiated Services (DiffServ), ambos em redes IP. (Farrel, 2005). As redes
de telefonia utilizam o processo de reserva de circuitos quando da admisso da
chamada telefnica em uma rede, sendo essa alocao vlida e pr-definida
em todos os domnios administrativos que interconectam a origem e o destino
da comunicao. de se destacar que em sistemas de telefonia um canal j
possui certos recursos reservados e que oscilaes nas quantidades de
recursos alocados em tais redes de acesso so em geral provenientes de
alteraes fsicas do ambiente de operao ou falha da rede, tendo aes do
usurio como fator no preponderante de tais oscilaes.
24
2.1.2 Aspectos Dinmicos de QoS
Os aspectos dinmicos do gerenciamento de qualidade de servios
envolvem a monitorao, manuteno, renegociao e policing dos fluxos de
dados j estabelecidos em um domnio administrativo (Penna, Wandersen,
2006).
A monitorao composta por mecanismos que medem a situao da
infra-estrutura. Os resultados de uma medio podem ser enviados para
pontos especficos de coleta de dados (estaes de gerenciamento).
Policing est relacionado a sistemas que garantam que todos os
elementos de um dado domnio administrativo respeitem o contrato a que esto
submetidos. (Cisco, 2003)
A manuteno est relacionada a mecanismos que tomam aes em um
determinado domnio administrativo para sustentar o contrato enquanto
ocorrem variaes nas condies de recursos da infraestrutura de um sistema
de comunicao. Quando o contrato no pode ser respeitado por uma
intermitncia ou falha da infraestrutura de comunicao, ento os mecanismos
de renegociao devem estabelecer uma forma de se seguir o contrato de
qualidade de servio. Nessa renegociao pode ser estabelecida uma
qualidade de servio inferior a utilizada antes da falha ou intermitncia, desde
que o contrato possua essa condio. Como proposto por Bhargava, et. al.
(20005) h diversas formas de se fazer acompanhamento e controle de
parmetros, inclusive renegociao de valores de parmetros da infraestrutura
que atendam aos requisitos do servio.
Deora et.al. (2003) destaca que um modelo de QoS deve ser
acompanhado em pelo menos trs vises (todas dinmicas):
qualidade como funcionalidade: as funcionalidades providas pelo
servio e como essas afetam o usurio;
qualidade como conformidade: o servio prestado de acordo com
as especificaes (de contrato);
qualidade como reputao: qualidade percebida pelo usurio, ou
seja, durante o tempo de prestao do servio a qualidade
25
mantida; durao essa que deve ser considerada como a somatria
de todos os intervalos de tempo em que o servio foi prestado.
Nesta tese estendido o conceito de qualidade como reputao, podendo
ser entendida adicionalmente como a percepo entre entidades quaisquer de
que o prestador de servio est cumprindo os requisitos estabelecidos ao longo
do tempo de durao do servio, e pela da quantidade de vezes que o servio
prestado. Em vez de apenas o usurio pode-se ter um equipamento
pertencente infraestrutura de um sistema de comunicao que contabiliza a
forma como um servio prestado. Essa contabilizao pode ser entendida
como a percepo do equipamento de um determinado servio prestado.
2.2 ARQUITETURAS DE QUALIDADE DE SERVIO
Os diversos sistemas de comunicao existentes possuem pelo menos
uma arquitetura de QoS, sendo que tal arquitetura reflete as caractersticas da
infraestrutura que compe o sistema de comunicao. Contudo, quando se
trata da inter-operao de arquiteturas de QoS distintos necessrio promover
uma viso comum de como tais arquiteturas de qualidade de servio em
diversos domnios administrativos podem trabalhar com diversos tipos de
parmetros. Essa viso se faz necessria para que todas as arquiteturas
possuam um entendimento comum entre os parmetros e possam executar os
mecanismos de controle de qualidade de servio de acordo com os parmetros
estabelecidos. Diversos mecanismos desse tipo so propostos em diversas
normas, como o Policy Decision Function na especificao da 3GPP ou o
Resource and Admission Control Subsystem proposto pela ETSI TISPAN
(ETSI, 2009a), (ETSI, 2009b), (ETSI, 2006), (ETSI, 2005).
Nos itens subseqentes so destacadas algumas caractersticas das
arquiteturas de QoS em sistemas de comunicao baseados na tecnologia IP,
identificando os pontos chave de tais arquiteturas e os pontos que podem ser
entendidos como comuns para todas as arquiteturas, independentemente da
tecnologia da rede. A discusso de arquiteturas de qualidade de servio so os
aplicados s infraestruturas que utilizam o protocolo IP a tendncia que todas
as redes sejam IP segundo a ETSI (2009c).
26
2.2.1 Arquiteturas de Qualidade de Servio em redes IP
Tendo em considerao duas abordagens de arquiteturas de qualidade de
servio para redes IP (DiffServ e IntServ) ambos possuem controle de
admisso para conexes. Entretanto, o tempo de resposta para criar um
caminho com QoS em ambos os mtodos pode no ser apropriado para
conexes de trnsito, ou seja, conexes as quais o caminho que utiliza torna-
se indisponvel ou insuficiente para manter os requisitos de QoS necessrios.
Segundo Kim e Sebuktekin (2002) e o tempo de resposta para o IntServ de
aproximadamente 185ms para estabelecer um caminho em uma rede IP com
demandas prximas s medidas em redes ditas em produo, e como esse
tempo gasto antes de iniciar-se a transmisso, apenas trfegos multimdia
com transmisso ao vivo sofreria com o setup inicial. Contudo, o caminho
estabelecido em geral mantm os requisitos de QoS durante todo o tempo de
transmisso. A questo envolvendo o IntServ est na complexidade de se
utilizar e manter um grande nmero de estados para cada fluxo transmitido.
Adicionalmente, o IntServ restrito a um domnio administrativo, uma vez que
so necessrios mecanismos para gerenciamento de admisso entre diversos
domnios administrativos (Gozdecki, Jajszczyk, Stankiewicz; 2003),
(Trimintzios, et.al. 2001).
J os mecanismos da arquitetura DiffServ comportam-se dividindo os
recursos de uma infraestrutura entre diversas categorias de trfego, cada qual
identificada por um cdigo (DiffServ Codepoint). importante destacar que a
identificao por fluxo em uma arquitetura DiffServ apenas mantida nas
bordas da rede (Mykoniati, et. al., 2003). O tratamento dos fluxos de dados em
cada equipamento pertencente ao domnio DiffServ determinado pelo Per
Hop Behaviour (PHB) (Gozdecki, Jajszczyk, Stankiewicz; 2003). No DiffServ
um trfego admitido se h recursos detectados pelo controle de admisso;
contudo, a deciso de um sistema de controle de admisso no considera
possibilidade de falhas em toda a infraestrutura, e, portanto, falhas internas
podem acontecer e os recursos no estarem disponvel em todos os caminhos
possveis da infraestrutura, e a arquitetura no prov formas de deteco
desses caminhos possveis em caso de falha. A arquitetura DiffServ ainda
27
conta com um sistema de controle denominado Bandwidth Broker (BB) e sua
funo gerar polticas de acesso para os roteadores de borda aceitarem ou
no um novo trfego (Nichols, Jacobson, Zhang, 1999). Mesmo havendo um
BB centralizado para cada domnio administrativo, h problemas de escala
quando se trata de redes maiores (Mykoniati, et. al., 2003).
Outra tecnologia de rede IP atualmente bastante utilizada, denominada
MPLS utiliza rtulos para trfegos pr-determinados, principalmente
considerando que tais rtulos determinam caminhos dentro de uma rede que
originalmente no esto presentes nas tabelas de roteamento dos
equipamentos (Trimintzios, et.al. 2001). Tais caminhos podem ser incorporados
ao roteamento de uma rede IP e podem ser considerados caminhos
preparados para determinados fluxos de dados (engenharia de trfego).
Embora o MPLS possa ser utilizado para organizao de trfego vinculado aos
valores presentes na classificao de trfego da arquitetura DiffServ (RFC
3302, Muezerie, 2005), e por conseqncia ser considerado como mecanismo
de QoS, o MPLS no prov em si mecanismos para garantia de qualidade de
servio, alm de no considerar o dispositivo do usurio em sua arquitetura.
Todos os mtodos descritos no consideram caractersticas dinmicas do
trfego, ou seja, no consideram o comportamento dinmico das conexes e
de suas inter-relaes, assim como no consideram as caractersticas do
servio e sua localizao, sendo que trabalhos que analisam o comportamento
de sistemas de comunicao identificam que a localizao e tipo de servio
influenciam o comportamento da rede (considerando desempenho e perfil de
trfego) (Barabsi, 2007). H trabalhos Sebuktekin, et.al. (2008) e Tommasi,
Modenlini e Trico (2006) que propem a unio de tcnicas e particularmente o
uso do protocolo RSVP (Resource Reservation Protocol) para prover
dinamicidade a estruturas de Qualidade de Servio e para arquiteturas de
qualidade de servio que possam atuar entre diferentes domnios
administrativos.
28
2.2.2 Arquiteturas de Qualidade de Servio em redes sem fio
Segundo a norma ETSI 23.107 (ETSI, 2009a) as redes sem fio 3G/UMTS
foram especificadas para oferecer servios com nveis de qualidade
apropriados, tendo como princpio as qualidade de servio fim a fim, conforme
explicitado na Figura 2. Na arquitetura UMTS um servio de transporte define
as caractersticas de qualidade de servio entre os pontos finais da
comunicao. E o servio fim a fim pode ser visto como a composio de
diversos servios oferecidos entre cada uma das redes que compem o
sistema de rede utilizado (Vasconcelos, 2002).
Figura 2 Estrutura de Qualidade de Servio proposta pelo 3GPP (ETSI, 2009b)
Embora no seja claramente separado na Figura 2, h duas camadas no
sistema de transporte do UMTS as quais possuem funes de QoS. Na
camada de controle h quatro servios sendo:
Gerente de servios: responsvel pelo estabelecimento,
modificao e manuteno dos servios dos quais responsvel,
alm de prover recursos para as funes da camada do usurio;
TE CN lu
EDGE
CN
Gateway
TEUTRAN/
GERAN
MT
Servio fim a fim
TE/MT
Servio Transporte
Servio Transporte
GPR