telecom: 2011

miércoles, 13 de abril de 2011

lunes, 28 de marzo de 2011

Control de congestión multipunto en redes IP y ATM.

R
ESUMEN
Las comunicaciones multipunto ofrecen, tanto a usuarios como a proveedores,
mayor eficiencia, permitiendo desarrollar e implantar nuevos servicios. Para poder
desplegarlos adecuadamente sobre la redes de comunicaciones, es necesario contar
con protocolos adecuados a todos los niveles.
El soporte de conexiones multipunto, que es inmediato en muchas redes de
ordenadores, por la existencia de un medio compartido, no lo es en una red ATM o
en una red IP. En este tipo de redes, ofrecer una comunicación multipunto requiere
de mecanismos complejos que coordinen y controlen la transmisión de información
entre las fuentes y los receptores. Esta tesis doctoral estudia las comunicaciones
punto a multipunto sobre las redes ATM e IP. En concreto, se diferencian dos
objetivos:
•
multipunto en la categoría de servicio
ATM.
Estudiar, analizar y proponer un control de congestión punto aAvailable Bit Rate (ABR) en redes
•
fiable con control de congestión de tasa única para redes IP.
El control de flujo de ABR fue diseñado para comunicaciones punto a punto.
Para el caso multipunto, los conmutadores deben desarrollar mecanismos que limiten
y agreguen el tráfico de realimentación. Se ha desarrollado un algoritmo de
consolidación que asegura que la agregación de la información de realimentación se
realiza de forma correcta, mejorando la convergencia de propuestas anteriores. Este
mecanismo se ha modelado matemáticamente, y se ha validado mediante simulación.
En cuanto a las comunicaciones multipunto en Internet, en este trabajo se ha
desarrollado un protocolo de transporte punto a multipunto fiable, RCCMP, diseñado
para ser escalable, fiable y con un control de congestión de tasa única que comparta
el ancho de banda equitativamente con TCP.
El control de congestión ha sido planteado como una parte esencial del
protocolo, y no como ocurre en muchas propuestas, como un componente adicional
que debe ser ajustado a un protocolo de transporte. En RCCMP se combinan los
objetivos de regular la tasa de transmisión y de conseguir una comunicación fiable,
con el fin de simplificar y limitar el número de confirmaciones negativas que se
envían desde los receptores. Para la evaluación de las prestaciones de RCCMP, se ha
implementado el protocolo en el simulador ns-2.
El caudal de este protocolo de transporte multipunto se ha modelado en función
de la tasa de pérdidas y del tiempo de ida y vuelta. La principal contribución de
nuestro modelo radica en la caracterización del caudal ante cambios de representante.
También, se ha desarrollado un método de análisis para estimar el ancho de banda
consumido por cualquier protocolo de transporte. La principal diferencia con otros
trabajos es que éstos se centran únicamente en el coste de los procesos del control de
errores.
Para mejorar el rendimiento de RCCMP, se ha definido y simulado otro
protocolo de transporte punto a multipunto fiable de tasa única, RVCMP, que incluye
un control de congestión que emula al de la implementación TCP Vegas.

C
APÍTULO 1
I
NTRODUCCIÓN
1.1
MOTIVACIÓN, OBJETIVOS Y CONTRIBUCIONES
Las comunicaciones multipunto aumentan notablemente la eficiencia en el uso
de la red al compartir recursos entre todos los agentes participantes. Es por ello que
cada día surgen más aplicaciones que requieren que uno o más emisores transmitan
hacia un conjunto de usuarios. Algunos de los ejemplos más habituales son las
aplicaciones colaborativas para trabajo en grupo, la distribución de audio/video para
conferencias y presentaciones, y la transmisión multipunto de ficheros, programas y
datos. Esta diversidad de aplicaciones da como resultado que existan multitud de
requerimientos que deben satisfacer los protocolos. Además, para que puedan
implementarse en cualquier red, todos los niveles de la torre de protocolos deben
ofrecer un cierto grado de compatibilidad con este tipo de comunicaciones.
El soporte de conexiones multipunto, que es inmediato en muchas redes de
ordenadores, por la existencia de un medio compartido, no lo es en una red ATM o
en una red IP, en la que los terminales se conectan a conmutadores que los aíslan del
resto de tráfico de la red. En general, en este tipo de redes, ofrecer una conexión
multipunto involucra mecanismos más complejos que para las técnicas punto a
punto, como son los mecanismos de enrutamiento que llevan un paquete de la fuente
hasta cada uno de los receptores, los procedimientos de señalización para formar el
grupo multipunto, y permitir que los usuarios se asocien y disocien en cualquier
momento, el direccionamiento de estas agrupaciones de receptores, la ordenación de
los paquetes que provienen de fuentes diferentes, etc. También, son más complejos
los controles de flujo y congestión que deben regular la tasa de la fuente en función
de algún criterio que sea adecuado para el grupo y la aplicación.
Los controles de flujo y congestión han sido ampliamente estudiados para
comunicaciones punto a punto. En este caso, se ajusta la tasa de la fuente en función
de la velocidad de recepción del terminal destino o de las condiciones de saturación
de la conexión entre la fuente y el receptor. Otra de las funciones implícitas de estos
mecanismos es el reparto equitativo de los recursos entre los protocolos que
compiten por ellos. En multipunto, los objetivos son los mismos, sin embargo
determinar la tasa de la fuente repartiendo de forma equitativa los recursos ante un
Capítulo 1. Introducción
2
grupo de usuarios heterogéneos disgregados por toda la red, no es una tarea sencilla.
Este va a ser una de las problemáticas que se van a estudiar y analizar en este trabajo
de tesis.
En una red ATM se distinguen varias categorías de servicio que son apropiadas
para distintos tipos de tráfico y aplicaciones. Una de ellas es
Available Bit Rate
(ABR) que garantiza una tasa mínima equitativa entre las conexiones competidoras,
minimizando la tasa de pérdida de células, a partir de un control de flujo que
periódicamente determina a qué velocidad debe transmitir la fuente. En principio,
este mecanismo se diseñó para conexiones punto a punto, siendo necesario
extenderlo para comunicaciones multipunto. En este caso, para garantizar una tasa de
pérdida de células mínima, la tasa a la que transmite la fuente, se corresponde con la
mínima que pueden soportar todos los conmutadores que se encuentran en el camino
desde la fuente hasta cada uno de los receptores. Además, es necesario el desarrollo
de ciertos algoritmos que limiten y agreguen el tráfico de realimentación, ya que esta
información tiene que reflejar el estado de las conexiones multipunto y no debe
crecer de forma proporcional al número de receptores.
En esta tesis doctoral se propone un algoritmo de consolidación que controla el
orden de llegada de las células para determinar adecuadamente la información que
llevará la célula de retroalimentación. Ésta incluye las condiciones de saturación de
las conexiones que cuelgan del conmutador y están asociadas al grupo multipunto.
De esta manera, el algoritmo propuesto intenta evitar el problema de consolidación,
es decir, errores en la agregación de la información de realimentación, mientras se
mantiene la escalabilidad del control de flujo.
Existen en la literatura diferentes trabajos que han modelado los controles de
flujo punto a punto basados en tasa, y en concreto, sobre la clase de servicio ABR.
Sin embargo, muy pocos han analizado el problema desde el punto de vista punto a
multipunto. En este trabajo se obtiene un modelo analítico para el comportamiento
del control de congestión multipunto, teniendo en cuenta que se utiliza el algoritmo
de consolidación propuesto. Este análisis se desarrolla en base a considerar un
modelo continúo, que se valida mediante simulación. Para ello, se ha modificado el
simulador NIST ATM/HFC Simulator Versión 3.0, que no soporta conexiones punto
a multipunto, incorporando un nuevo componente que es el conmutador multipunto.
En la arquitectura de protocolos TCP/IP, los controles de flujo y congestión que
se van a estudiar son los asociados al nivel de transporte. En el caso de
comunicaciones punto a punto, el protocolo dominante en Internet es TCP, que
desarrolla un control de flujo y congestión para evitar la saturación de la red. En
comunicaciones multipunto es muy importante que aparte de reducir y agregar la
información de realimentación, los recursos se compartan de forma equitativa con
TCP, para asegurar una perfecta convivencia entre todos los protocolos existentes en
Internet. En esta tesis doctoral se propone un protocolo de transporte fiable para
comunicaciones punto a multipunto que incluye un control de congestión de tasa
única: RCCMP
(Reliable Congestion Controlled Multicast Protocol).
En RCCMP se combinan los objetivos de regular la tasa de transmisión y de
conseguir una comunicación fiable, con el fin de obtener una buena escalabilidad y
simplificar el diseño del protocolo. El control de congestión de tasa única propuesto
imita el comportamiento de la implementación TCP Reno, la más usada en Internet,
para asegurar la máxima equidad. Para ello, entre todos los miembros del grupo se
selecciona a un receptor, el de menores recursos, que será el representante. Entre éste
Capítulo 1. Introducción
3
y la fuente se crea un lazo cerrado que regula una ventana de transmisión. De esta
manera, la tasa del grupo se corresponde con la velocidad mínima que pueden
soportar todos los enlaces involucrados en el grupo multipunto. Además,
seleccionando a un solo receptor se evita el problema de la multiplicidad de caminos
de pérdida (
realimentación que llega a la fuente. El control de congestión propuesto no requiere
de asistencia por parte de la red para la agregación de la información de
realimentación, estimación del tiempo de ida y vuelta (RTT) o la modificación de las
estrategias de las colas de los nodos intermedios. Es un control de congestión
extremo a extremo, y solamente es necesaria la colaboración de los receptores.
Algunos autores han demostrado que la implementación TCP Vegas, que
modifica el control de congestión de TCP Reno, consigue un mejor aprovechamiento
del canal en ciertos entornos. En base a estos estudios se ha transformado el control
de congestión de RCCMP para asemejarlo a TCP Vegas. Así, en este trabajo se
propone un nuevo protocolo de transporte multipunto fiable RVCMP
Vegas Congestion controlled Multicast Protocol).
Loss Path Multiplicity), reduciendo la cantidad de información de(Reliable
Para comprender el funcionamiento del protocolo de transporte multipunto
propuesto, se ha modelado el comportamiento del control de congestión de RCCMP
en función de los parámetros de la pérdida de paquete y del RTT. Como el control de
congestión de RCCMP emula al de la implementación TCP Reno, el estudio está
basado en el trabajo de [Padhye98]. La principal contribución de nuestro modelo
radica en la caracterización del caudal ante cambios de representante. En una sesión
multipunto, la aparición de un receptor con menos recursos que los del representante
actual, modifica el caudal de la fuente, y este efecto debe ser incluido en el modelo.
El control de congestión no es el único requerimiento que tiene que cumplir un
protocolo de transporte multipunto, sino que ha de satisfacer las necesidades de las
diversas aplicaciones punto a multipunto. Uno de estos requerimientos es la
fiabilidad, ya que algunas de ellas necesitan asegurar que la información transmitida
llegue a todos los receptores.
La mayoría de los protocolos de transporte multipunto fiable usan el mecanismo
de confirmaciones negativas para controlar la correcta recepción de los paquetes, y
así, aumentar la escalabilidad. Sin embargo, cuando muchos receptores pierden el
mismo paquete, es posible recibir un alto número de respuestas, pudiendo ver
reducida la escalabilidad. Para disminuir el número de confirmaciones negativas
existen diferentes mecanismos. El protocolo propuesto utiliza un esquema de
temporizadores exponenciales, que ofrece diferentes ventajas: no necesita la
colaboración de nodos intermedios, es una solución que no implica una estructura
jerarquizada y es muy simple de implementar.
Para evaluar el comportamiento de los protocolos propuestos, se han
implementado utilizando el simulador ns-2
Otra de las contribuciones de este trabajo de tesis es el desarrollo de un método
de análisis para estimar el ancho de banda consumido por cualquier protocolo de
transporte. Este estudio no se limita a contabilizar el número de paquetes de
realimentación que los receptores envían a la fuente, sino que tiene en cuenta los
procesos que involucran un intercambio de paquetes, como son la selección del
nuevo representante, el control de congestión y el control de errores. Aunque este
análisis pretende ser un marco de referencia válido para cualquier protocolo, para
simplificar el modelo se utiliza como caso de estudio el protocolo TCP y RCCMP.
(network simulator).
Capítulo 1. Introducción
4
La principal diferencia con otros trabajos a nivel de transporte es que éstos se centran
únicamente en el coste de los procesos del control de errores.
1.2
DESARROLLO DE LA TESIS
La memoria de esta tesis doctoral se estructura en dos partes claramente
diferenciadas y asimétricas. La primera está compuesta por el capítulo 3, y la
segunda por el resto de capítulos. A continuación se detalla brevemente el contenido.
En el capítulo 2 se describen las bases para el estudio de la distribución de datos
multipunto sobre las redes ATM e IP. Por un lado, se explica desde la arquitectura
TCP/IP como una red como Internet es capaz de soportar comunicaciones
multipunto; se analizan los requerimientos que deben cumplir los protocolos de
transporte, y los principales esquemas para lograrlos. Por otro lado, se describe una
de las categorías de servicio que ATM ofrece como es ABR (
sobre la que se va a trabajar en esta tesis doctoral, y sus principales problemas para
soportar comunicaciones multipunto.
En el capítulo 3 se estudia y analiza el control de flujo multipunto sobre la clase
de servicio ABR en redes ATM. Se propone un algoritmo de agregación que controla
el orden de llegada de las células de control para establecer la información de
realimentación adecuada. A continuación, se modela el comportamiento del control
de congestión multipunto, en concreto se obtienen las expresiones de la tasa de la
fuente y la ocupación de las colas del conmutador. Este análisis supone un modelo
continúo que se resuelve mediante ecuaciones diferenciales. Para validar el modelo
se utilizan los resultados obtenidos a través de simulaciones.
El capítulo 4 propone un nuevo protocolo de transporte multipunto fiable
RCCMP
diferentes mecanismos que permiten que el protocolo cumpla con los requerimientos
de fiabilidad, escalabilidad y equidad. Seguidamente, se describe el control de
errores basado en una estrategia de confirmaciones negativas que utiliza un esquema
de temporizadores exponenciales. Se detalla el control de congestión de tasa única
que requiere de un receptor especial, el de menores recursos del grupo, para regular
la tasa. En este capítulo también se detallan los formatos de los diferentes paquetes.
En el capítulo 5 se muestra y evalúa el comportamiento del protocolo RCCMP.
Este estudio se lleva a cabo mediante simulaciones, utilizando el simulador de redes
ns-2 (
diferentes aspectos de su funcionamiento. Primero, se analiza la respuesta del
protocolo ante diferentes valores de los parámetros de diseño. Segundo, se estudia el
comportamiento en función del tiempo de ida y vuelta. Posteriormente, se muestra la
conducta del protocolo ante cambios de representante. A continuación, se estudia la
equidad entre los protocolos RCCMP y TCP, y se evalúa el comportamiento de
RCCMP cuando comparte enlaces con otras instancias del mismo protocolo.
Finalmente, se estudia la escalabilidad.
En el capítulo 6 se modela el mecanismo de control de congestión de RCCMP.
Para ello, se analiza, en estado permanente (
inyectado por la fuente en función de la probabilidad de pérdida y del RTT.
Posteriormente, se valida el modelo mediante simulaciones.
Available Bit Rate),(Reliable Congestion Controlled Multicast Protocol). Se explican losnetwork simulator). A partir de topologías sencillas, se pretenden describircongestion avoidance), el caudal
Capítulo 1. Introducción
5
El capítulo 7 plantea un método de análisis para hallar el ancho de banda
consumido por un protocolo de transporte multipunto fiable. Se estudia la utilización
del enlace en función del número de receptores para distintas probabilidades de error.
Para simplificar el modelo analítico, se utiliza como caso de estudio el protocolo
RCCMP. Este trabajo se completa con un estudio comparativo del ancho de banda
utilizado por un protocolo de transporte punto a punto como TCP.
El objetivo del capítulo 8 es proponer un nuevo protocolo de transporte fiable,
RVCMP
control de congestión de RCCMP, que emula al de TCP Reno, para asemejarlo al del
protocolo TCP Vegas. De esta manera, se pretende mejorar la eficiencia. A
continuación, se evalúa mediante simulación, y los resultados obtenidos son
comparados con RCCMP.
En el capítulo 9 se resumen las conclusiones más relevantes de esta tesis
doctoral y se apuntan las líneas futuras de trabajo.
Finalmente se adjuntan cinco apéndices, cuyos contenidos se describen a
continuación.
En el apéndice A se caracteriza en valores medios y mediante el modelo de
fluidos el mecanismo de control de congestión multipunto, basado en umbrales, para
la categoría de servicio ABR. Se determina la probabilidad de pérdida de paquetes
del sistema, el caudal y otros parámetros que caracterizan el control de congestión.
Además, se estudia cuales son los valores de los umbrales más adecuados.
El apéndice B especifica utilizando un lenguaje estructurado de alto nivel el
protocolo RCCMP. Se diferencian muy claramente dos procesos totalmente
independientes: el emisor y el receptor.
El apéndice C analiza la complejidad del protocolo, evaluando los recursos de
espacio de almacenamiento y de tiempo de cómputo que RCCMP necesita para su
desarrollo.
En este apéndice D se estudian los temporizadores exponenciales que han sido
utilizados en el protocolo RCCMP.
En el apéndice E se analizan y evalúan el protocolo de transporte multipunto
PGM, y los controles de congestión PGMCC y ORMCC. Éstos se comparan con
RCCMP.
(Reliable Vegas Congestion controlled Multicast Protocol), que modifica el

C
APÍTULO 2
C
OMUNICACIONES MULTIPUNTO
2.1
INTRODUCCIÓN
Una de las clasificaciones más importantes en las que se puede dividir una
comunicación es aquella que hace referencia al número de participantes y al papel
desempeñado por cada uno de éstos. Así, dicha clasificación permite distinguir entre:
•
terminales, siendo posible distinguir comunicación punto a punto
unidireccional y bidireccional. Ejemplos clásicos pueden ser la
conversación telefónica o la transmisión de paquetes de datos mediante
TCP en la red Internet.
Comunicaciones punto a punto, en la que intervienen únicamente dos
•
transmite a muchos receptores, pudiendo existir información de
retroalimentación entre los receptores y el emisor. Los sistemas de
difusión de ondas, como la radio o la televisión, son ejemplos típicos de
este tipo de comunicación.
Comunicación punto a multipunto, en este caso participa un emisor que
•
en un conjunto de terminales pueden distinguirse varios emisores y
varios receptores. Las comunicaciones de radio-aficionado o los sistemas
de chateo, donde conceptualmente todos los terminales son a la vez
emisores y receptores, son quizás los ejemplos más intuitivos de
comunicación multipunto a multipunto.
Una de las principales ventajas de las comunicaciones multipunto es que

L
AS COMUNICACIONES MULTIPUNTO SOBRE INTERNET
La arquitectura de protocolos TCP/IP es el resultado de la investigación y del
desarrollo llevado a cabo en la red experimental de conmutación de paquetes
ARPANET. A partir de los protocolos estándar desarrollados, todas las funciones
involucradas en la comunicación se pueden organizar en cinco capas: aplicación,
transporte, red, enlace y física.
La transmisión punto a multipunto necesita que varios de estos niveles
proporcionen servicios específicos para este tipo de comunicación. Concretamente,
se puede dividir la comunicación punto a multipunto en comunicación intrared
terminales dentro de una misma red local, y comunicación interred
que pueden estar situados en distintas redes o subredes.
El nivel de enlace es el encargado de ofrecer servicios para la comunicación
intrared. Así, por ejemplo, Ethernet dispone de mecanismos de difusión, mediante los
cuales un terminal puede enviar un paquete de información a todos los terminales
conectados en la misma red local.
Para la comunicación interred se usan los niveles de red y de transporte. El nivel
de red, encargado de encaminar los paquetes, debe ofrecer los mecanismos
necesarios para poder transmitir un paquete a un conjunto de receptores. Para
Internet, donde a nivel de red se usa el protocolo IP (
[RFC1180], se ha desarrollado una variante de este protocolo, conocido como IP
Multicast [RFC1112]. Las principales diferencias entre estos dos protocolos se basan
en la extensión del esquema de direccionamiento, en la modificación de los
mecanismos de encaminamiento y en la incorporación de un protocolo para la
gestión del grupo.

Hay que resaltar que los protocolos de encaminamiento multipunto son, por lo
general, bastante más complejos que sus homólogos en punto a punto, y por otro
lado, su desarrollo ha sido más tardío, por lo que aún presentan mayores deficiencias,
sobre todo cuando se aplican a redes complejas y extensas. Sin embargo, su
evolución ha sido más rápida, debido en gran medida, al gran interés que ha
despertado en función de sus enormes posibilidades de aplicación, y a la presión de
usuarios finales y empresas que demandan una oferta de servicios multimedia de
forma eficaz y económica.
En cuanto al nivel de transporte, debe cubrir aquellos requisitos exigidos por las
aplicaciones que no hayan sido satisfechos en los niveles inferiores. Entre éstos cabe
destacar:
•
transmitida llega a todos los receptores.
Fiabilidad: algunas aplicaciones necesitan asegurar que la información
•
asegurar que la información llega a la aplicación destino en el mismo
orden en la que fue transmitida.
Recepción ordenada: relacionado con el punto anterior, consiste en
•
importantes, ya que sin el control de congestión existente actualmente en
protocolos de transporte como TCP, Internet no sería una red funcional.
Con el control de flujo y congestión se asegura que la velocidad de
transmisión se adapte a las características dinámicas de la red.
Control de flujo y congestión: es quizás, uno de los requisitos más
•
mayor grado de control sobre los grupos que el ofrecido por IP Multicast.
En esos casos, el protocolo de transporte debe aportar los mecanismos
necesarios para poder realizar dichas funciones.

Los protocolos de transporte en las comunicaciones multipunto
Los protocolos de transporte punto a multipunto han de satisfacer las
necesidades de las aplicaciones, pero sin olvidar cumplir los requerimientos básicos
para poder transmitir eficientemente a través de Internet, propios también de los
protocolos punto a punto.
El principal de estos requisitos es la escalabilidad. Los protocolos multipunto
pueden ser usados en circunstancias donde hay un alto número de terminales que
intervienen en la comunicación, y por lo tanto, deben contar con mecanismos que
eviten que tanto el tráfico como la información de estado a almacenar, crezca
proporcionalmente al número de receptores.
El otro gran requisito de los protocolos de transporte multipunto es el
comportamiento equitativo con respecto a TCP. En Internet ya existe un tráfico
dominante, que es el tráfico TCP. Para que un protocolo de transporte multipunto
pueda ser usado en Internet sin afectar al tráfico existente, debe comportarse de
manera equitativa con respecto a este protocolo.
2.2.1.1 Mecanismos para asegurar la fiabilidad
En las comunicaciones punto a punto, el protocolo de transporte fiable TCP
utiliza confirmaciones positivas, ACKs, transmitidas por el receptor para saber que
paquetes de información han llegado correctamente a su destino. Sin embargo, en las
comunicaciones multipunto no resulta posible aplicar un esquema de ACKs
generalizado, ya que al recibir una confirmación por cada posible receptor, el
protocolo resultante no sería escalable. Sin embargo, existen algunos primeros
trabajos que se basan en esta estrategia [Ram92], [Sabnani85], [Towley85],
[Towley87] y [Wang89].
La mayoría de los protocolos de transporte multipunto usan el mecanismo de
confirmaciones negativas, NAKs, para controlar la correcta recepción de los
paquetes. Según este esquema, cada vez que un receptor detecte la ausencia de un
Capítulo 2. Comunicaciones multipunto
12
paquete, debe enviar una confirmación negativa al emisor para solicitar la
retransmisión.
La estrategia de confirmaciones negativas, aunque aumenta la escalabilidad de
los protocolos multipunto, también presenta sus propios problemas. En concreto,
cuando muchos receptores pierden el mismo paquete, es posible recibir un alto
número de NAKs. Este fenómeno es conocido como implosión o tormenta de NAKs.
Para reducir el número de confirmaciones negativas se pueden usar uno o varios de
los siguientes mecanismos:

Repetidores locales: según esta estrategia, determinados receptores son
seleccionados como “repetidores”. Cada repetidor sirve a un conjunto de

Jerarquización de los receptores: esta solución lleva la estrategia de
repetidores locales al extremo, imponiendo una jerarquía entre todos los

Colaboración de los elementos de red: esta estrategia se basa en que los
elementos de red realicen un filtrado, de manera que de varias peticiones

Temporizadores: el uso de temporizadores disminuye el número de NAK
que el emisor recibe, logrando así, una mayor eficiencia en la
comunicación.

El control de congestión en los protocolos de transporte multipunto
Los mecanismos de control de congestión de un protocolo de transporte se
encargan de regular el tráfico, generado en el emisor, a las circunstancias cambiantes
de la red. El control de congestión de las comunicaciones TCP en Internet se basa
principalmente en el trabajo de Van Jacobson [Jacobson88], que en 1986, ante la

oblemas que se encuentran al utilizar circuitos virtuales
multipunto-multipunto, en los que existen múltiples fuentes en el mismo circuito
lógico, es la identificación de células generadas por diferentes fuentes que pertenecen
a la misma conexión.

El Servicio ABR
El mecanismo de control de flujo ABR permite que la red divida el ancho de
banda disponible de una manera equitativa y eficiente entre las diferentes fuentes
activas. Para ello, se utiliza un control de flujo basado en tasa, de lazo cerrado y
extremo a extremo.
Para regular la tasa a la que se envía tráfico a la red, la fuente genera una célula
de control llamada
destino devolverá estas células hacia la fuente. Las células RM que van desde la
fuente hacia el destino se llaman células FRM (
fluyen desde el destino a la fuente se llaman BRM (

Los campos más importantes de la células RM son: CCR (
ER (
campos llevan la información de control necesaria para que la fuente modifique su
tasa en función del estado de la red. El formato detallado puede encontrarse en
[UNI4.1].
Current Cell Rate),Explicit Rate), CI (Congestion Indication) y NI (No Increase). Estos tres últimos
Figura 2.1 Esquema del control de flujo ABR.
Los conmutadores deben implementar al menos uno de los siguientes métodos
de control de congestión en los puntos de encolamiento:
a)
Forward Congestion Indication)
está congestionado. Este mecanismo es una modificación del DECbit
[Jain98]. A estos conmutadores se les denomina conmutadores EFCI o
binarios de primera generación.
b)
de la célula RM. A estos conmutadores se les llama
Marking
c)
ER de la célula RM en función del estado de congestión. A estos
conmutadores se les llama
Los conmutadores a) y b) son mucho más sencillos que los últimos, pero sin
embargo pueden sufrir de problemas de equidad, inestabilidad y lentitud en la
respuesta a la congestión. El estándar define los comportamientos de la fuente y el
destino, pero permite que los conmutadores implementen cualquiera de los tres
métodos anteriormente descritos.
La fuente transmite células a tasa ACR
ICR
Cell Rate)
que se acepte la conexión. Junto con las células de datos se transmiten las células
RM. La fuente introduce en el campo CCR de la célula el valor de ACR y en el
campo ER, el valor de la tasa a la cual la fuente desea transmitir, generalmente PCR.
Las células RM atravesarán la red hasta llegar al destino, que las devolverá hacia la
fuente. Los conmutadores intermedios notificarán congestión hacia la fuente
marcando el bit EFCI de las células de datos, modificando los bits CI y NI, o
reduciendo el valor ER de la célula RM.EFCI marking. Cada célula de datos contiene un bit EFCI (Explicitque puede activarse si el conmutadorRelative Rate Marking. El conmutador puede modificar el campo CI y NIRelative Rateo Binary Enhanced Switches (BES).Explicit Rate Marking. El conmutador puede reducir el valor del campoExplicit Rate Switches (ERS).(Allowed Cell Rate) que es inicializada a(Inicial Cell Rate) al comienzo de la transmisión con valores entre PCR (Peaky MCR (Minimum Cell Rate). Estos tres parámetros se negocian antes deResource Management (RM) cada Nrm –1 células de datos. ElForward RM), mientras las queBackward RM). Las células RMGestión de grupo: algunas aplicaciones necesitan más información o un, entre, entre terminalesInternet Protocol) [RFC791]Comunicación multipunto a multipunto, es el caso más genérico, dondeDiseñar, analizar y simular un protocolo de transporte punto a multipunto

lunes, 28 de febrero de 2011

SEÑALES

SEÑALES PERIODICAS:
si completa un patrón dentro de un marco de tiempo medible, denominado un periodo, y repite ese patrón en periodos idénticos subsecuentes. Cuando se completa un patrón completo, se dice que se ha completado un ciclo.
en pocas palabras las señales periodicas se repiten en un peiodo
Las señales periódicas son la que existen con la constante T > 0 TAL QUE X(t) = X(t+T), EN EL INTERVALOS -∞ , ∞

donde T es la duración en segundos on respecto al tiempo.

SEÑALES NO PERIODICAS:
cambia constantemente sin exhibir ningún patrón repetitivo. Puede ser descompuesta en un número infinito de señales periódicas.
son cuando no existe ningun valor de T que satisfaga la formuala anterior.
al contrario de las señales periodicas las aperiodicas no se repiten
.

SEÑAL DETERMINISTICA:

Señales deterministas son una clase especial de señales estacionarias y tienen un contenido de frecuencia y de nivel relativamente constante por un largo periodo de tiempo.

Señales deterministas son generadas por maquinaria rotativa, instrumentos musicales, y generadores de funciones eléctricas. Se pueden dividir en señales periodicas, y casi periodicas. Señales periodicas tienen formas de ondas con un patrón que se repite a igual distancia en el tiempo. Señales casi periodicas tienen formas de onda con una repetición variable en el tiempo, pero que parece ser periodica al ojo del observador.

A veces maquinaria rotativa producirá señales casi periódicas, especialmente equipo activado por banda.

SEÑAL ALEATORIA:
Una señal aleatoria, tiene mucha fluctuación respecto a su comportamiento. Los valores futuros de una señal aleatoria no se pueden predecir con exactitud, solo se pueden basar en los promedios de conjuntos de señales con características similares

SEÑALES DE ENERGIA Y POTENCIA

Si la señal x( t ) representa el voltaje a través de una resistencia R, la corriente que circula por la misma sería:

i( t ) = x( t ) / R.

La potencia instantánea de la señal sería: R i2( t ) = x2( t ) / R.

La energía disipada durante un intervalo de tiempo dt: x2( t ) / R dt. En general, no sabemos si x( t ) es una señal de corriente o de voltaje, y con el propósito de normalizar la potencia, tomamos un valor para R de 1 ohm, con lo que la potencia asociada con la señal x( t ) es x2( t ).

De acuerdo a esto podemos definir:

La Energía de la señal sobre un intervalo de tiempo de longitud 2L:

La Energía Total de la señal en el rango t desde -infinito hasta infinito:

La Potencia Promedio:

Si una señal x( t ) tiene Energía Total ( E ) finita y mayor que cero, se clasifica como una Señal de Energía. Estas señales tienen, además, una Potencia Promedio igual a cero.

Si la señal x( t ) tiene Potencia Promedio ( P ) finita y mayor que cero, se clasifica como una Señal de Potencia.

Las señales periódicas, que existen para todos los valores de t, tienen energía infinita, pero en muchos casos tienen una Potencia Promedio finita, lo que las convierte en Señales de Potencia.

Las señales limitadas en tiempo, es decir de duración finita, son Señales de Energía.

SEÑAL ANALOGICA:

Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc. La magnitud también puede ser cualquier objeto medible como los beneficios o pérdidas de un negocio.

Desventajas de las señales analogicas en términos electrónicos

Las señales de cualquier circuito o comunicación electrónica son susceptibles de ser modificadas de forma no deseada de diversas maneras mediante el ruido, lo que ocurre siempre en mayor o menor medida.
La gran desventaja respecto a las señales digitales, es que en las señales analógicas, cualquier variación en la información es de difícil recuperación, y esta pérdida afecta en gran medida al correcto funcionamiento y rendimiento del dispositivo analógico.

SEÑAL DIGITAL:

Es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de conmutación).

Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa.

Cabe mencionar que además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de alto a bajo o de bajo a alto, denominadas flanco de subida o de bajada, respectivamente. En la siguiente figura se muestra una señal digital donde se identifican los niveles y los flancos. Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco de subida y 4) Flanco de bajada. Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco de subida y 4) Flanco de bajada.

Es conveniente aclarar que, a pesar de que en los ejemplos señalados el término digital se ha relacionado siempre con dispositivos binarios, no significa que digital y binario sean términos intercambiables. Por ejemplo, si nos fijamos en el código Morse, veremos que en él se utilizan, para el envío de mensajes por telégrafo eléctrico, cinco estados digitales que son:

punto, raya, espacio corto (entre letras), espacio medio (entre palabras) y espacio largo (entre frases)

Referido a un aparato o instrumento de medida, decimos que es digital cuando el resultado de la medida se representa en un visualizador mediante números (dígitos) en lugar de hacerlo mediante la posición de una aguja, o cualquier otro indicador.

EJEMPLOS

El análisis de Fourier nos permite redefinir las señales en terminos de senosoidales, todo lo que tenemos que hacer es determinar el efecto que cualquier sistema tiene en todos los senosoidales posibles (su función de transferencia) así tendremos un entendimiento completo del sistema. El análisis de Fourier es elemental para entender el comportamiento de las señales de sistemas.

Descripción

Si la forma de la onda es periódica, se puede representar con una precisión arbitraria, mediante la superposición de un número suficientemente grande de ondas senoidales que forman una serie armónica.

Toda función f(t) periódica de periodo P, se puede representar en forma de una suma infinita de funciones armónicas, es decir,

donde el periodo P=2p/w, y a₀ a₁ ...a_i ... y b₁ b₂ .... b_i .... son los denominados coeficientes de Fourier.

Conocida la función periódica f(t), calculamos los coeficientes a_i y b_i del siguiente modo

Las integrales tienen como límite inferior -P/2 y como límite superior P/2.

En el programa interactivo, transformamos la función periódica de periodo P, en otra función periódica de periodo 2p, mediante un simple cambio de escala en el eje t. Escribiendo x=w t, tendremos el periodo P de t convertido en el periodo 2p de x, y la función f(t) convertida en

definida en el intervalo que va de -p a +p

Si la función g(x) tiene simetría, algunos de los coeficientes resultan nulos.

· Si g(x) es una función par, g(x)=g(-x), los términos b_i son nulos
· Si g(x) es impar g(x)=-g(-x), los coeficientes a_i son nulos

Por ejemplo, para el pulso rectangular simétrico de anchura 1, y periodo 2 se obtienen los siguientes coeficientes.

orden	a	b
0	1
1	0.6366	0
2	0	0
3	-0.2122	0
4	0	0
5	0.1273	0
6	0	0
7	-0.09097	0
8	0	0
9	0.07078	0

Actividades

El applet nos permite elegir entre cuatro tipo de funciones discontinuas que representan pulsos periódicos.

Rectangular
Doble escalón
Diente de sierra simétrico
Diente de sierra antisimétrico

Una vez elegido la función, introducimos los parámetros requeridos en los controles de edición y pulsamos el botón cuyo título da nombre a la función.

Rectangular
Doble escalón
Diente de sierra 1
Diente de sierra 2

En la parte superior, la función f(t) elegida y las sucesivas aproximaciones de dicha función.

En la parte central, el armónico actual, en color azul a_i·cos(ix) y en color rojo b_i sin(ix).

En la parte inferior, mediante segmentos verticales, la magnitud relativa de los coeficientes de Fourier, a la izquierda en color azul los coeficientes a_i, y a la derecha en color rojo los coeficientes b_i.

Cuanto mayor sea la longitud de estos segmentos mayor es la contribución del armónico a la síntesis de la función periódica. Se puede observar, que la longitud de los segmentos disminuye con la frecuencia, es decir a mayor frecuencia del armónico menor es su contribución.

La separación entre estos segmentos verticales es inversamente proporcional al periodo de la función, por tanto, para una función aperiódica (periodo infinito), la envolvente de los extremos de los segmentos verticales define una curva continua denominada transformada de Fourier.

Ejemplos

Pulso rectangular

El pulso rectangular nos permite verificar que son nulos los coeficientes b_i en una función cuya simetría es par. Probar el siguiente ejemplo:

Periodo, 5.0
Anchura, 2.0
Traslación, 0.0.

Si trasladamos el pulso rectangular, la función deja de tener simetría y por tanto, aparecen coeficientes a_i y b_i. Probar el siguiente ejemplo:

Periodo, 5.0
Anchura, 2.0
Traslación, 0.5.

Pulso doble escalón

El pulso doble escalón nos permite verificar que son nulos los coeficientes a_i en una función cuya simetría es impar. Probar el siguiente ejemplo:

Periodo, 3.0
Anchura, 2.0
Profundidad, 1.0.

Si cambiamos la profundidad del escalón derecho, la función deja de tener simetría y por tanto, aparecen coeficientes a_i y b_i. Probar el siguiente ejemplo:

Periodo, 3.0
Anchura, 2.0
Profundidad, 0.5.

Pulso diente de sierra simétrico

Ejemplo:

Periodo, 4.0.

Observar que basta los primeros armónicos para aproximar bastante bien esta función simétrica.

Pulso diente de sierra antisimétrico

ANALISIS DE FOURIER

Movimiento ondulatorio armónico

Y =f(x-vt) describe la propagación de una perturbación representada por la función f(x), sin distorsión, a la largo del eje X, hacia la derecha, con velocidad v.

Estudiamos un caso particular importante, aquél en el que la función f(x) es una función armónica (seno o coseno).

Las características de esta función de dos variables, son las siguientes:

La función seno es periódica y se repite cuando el argumento se incrementa en 2p . La función Y(x, t) se repite cuando x se incrementa en 2p/k.

Se trata de una función periódica, de periodo espacial o longitud de onda l =2p/k. La magnitud k se denomina número de onda.
Cuando se propaga un movimiento ondulatorio armónico, un punto x del medio describe un Movimiento Armónico Simple de amplitud Y₀ y frecuencia angular w =kv.

Y(x,t)=Y₀·sen (kx-w t)
El periodo de la oscilación es P=2p/w , y la frecuencia f =1/P.
La igualdad w =kv, nos permite relacionar el periodo espacial o longitud de onda l y el periodo de la oscilación P de un punto del medio.

La longitud de onda λ está relacionada con la frecuencia f de la forma l =v/f . Para una velocidad de propagación v, cuanto mayor es la longitud de onda menor es la frecuencia y viceversa.

Ondas transversales en una cuerda
El applet representa la propagación de una onda transversal, y con ella trataremos de mostrar las características esenciales del movimiento ondulatorio armónico.
Se introduce

la longitud de la onda λ, en el control de edición titulado Longitud de onda

la velocidad de propagación v, en el control de edición titulado Velocidad p.

Se pulsa el botón titulado Empieza
Se observa la propagación de una onda armónica a lo largo del eje X, hacia la derecha. Podemos observar que cualquier punto del medio, en particular el origen o extremo izquierdo de la cuerda, describe un Movimiento Armónico Simple, cuyo periodo podemos medir y comprobar que es igual al cociente entre la longitud de onda y la velocidad de propagación P=l /v.Pulsando el botón Pausa, podemos congelar el movimiento ondulatorio en un instante dado, y observar la representación de una función periódica, cuyo periodo espacial o longitud de onda, es la distancia existente entre dos picos consecutivos, dos valles, o el doble de la distancia entre dos nodos (puntos de corte de la función con el eje X). Esta distancia es la misma que hemos introducido en el control de edición titulado Longitud de onda.
Para reanudar el movimiento se pulsa en el mismo botón titulado ahora Continua.
Podemos ahora, observar la propagación de la perturbación y en particular, de un pico señalado por un pequeño círculo y fijarnos en su desplazamiento a lo largo del eje X. Comprobaremos utilizando el botón titulado Paso, que se desplaza una longitud de onda en el periodo de una oscilación l=vP.Por último, sin cambiar la velocidad de propagación, se modifica la longitud de onda y se aprecia que a mayor longitud de onda, el periodo de las oscilaciones es mayor y la frecuencia menor y viceversa, l =v/f.Y(x,t)=Y₀·sen k(x-vt)

ESPECTRO DE VOZ

domingo, 27 de febrero de 2011

GLOSARIO

Ruido Blanco: El ruido blanco es una señal aleatoria (proceso estocástico) que se caracteriza por el hecho de que sus valores de señal en dos tiempos diferentes no guardan correlación estadística. Como consecuencia de ello, su densidad espectral de potencia (PSD, siglas en inglés de power spectral density) es una constante, es decir, su gráfica es plana. Esto significa que la señal contiene todas las frecuencias y todas ellas muestran la misma potencia. Igual fenómeno ocurre con la luz blanca, de allí la denominación.

Ruido Rosa: Se denomina ruido rosa a una señal o un proceso con un espectro de frecuencias tal que su densidad espectral de potencia es proporcional al recíproco de su frecuencia. Su contenido de energía por frecuencia disminuye en 3 dB por octava. Esto hace que cada banda de frecuencias de igual anchura (en octavas) contenga la misma energía total. Un ejemplo de aplicación de este tipo de ruido es la obtención de respuesta en frecuencia de amplificadores de audio clase A, de manera que se reduzca el efecto de distorsión de segundo y tercer armónico que producen.

Potencia-Es la relacion de paso de una energia por unidad de tiempo,cantidad de energía electrica o trabajo que se transporta o que se consume en una determinada unidad de tiempo.Potencia es la velocidad a la que se consume la energía

Microwatt(kw).- es igual a una millonésima (10 ^-6) de un vatio. competencias importantes que se miden en microvatios son típicamente se indica en la instrumentación medica sistemas tales como el electroencefalograma y el electrocardiograma , en una amplia variedad de instrumentos científicos y de ingeniería y también en referencia a los receptores de radio y radar. Pacto células solares para dispositivos tales como calculadoras y relojes se miden en microvatios.

Nanowatt.-es igual a una mil millonésima (10 ^-9 ) de un vatio. Una superficie de un metro cuadrado en la Tierra recibe un nanowatt de poder de una estrella de magnitud aparente 3,5. competencias importantes que se miden en nanovatios también se utiliza normalmente en referencia a los receptores de radio y radar.

Picowatt.-es igual a una billonésima (10 ^-12 ) de un vatio. Tecnológicamente importantes facultades que se miden en picovatios se utilizan normalmente en referencia a la radio y de radar receptores, y también en la ciencia de la astronomía de radio .

Escala Logaritmica.-Forma matemática para simplificar el rango de valores de una variable, expresando una variable (x) con valores exponencial en una escala aritmética (y) mucho mas reducida, mediante las expresiones siguientes