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martes, 30 de agosto de 2011

LTE, 4G y tratamiento de QoS

Muchas veces se habla sobre si tenemos o no cobertura 3G o 2G y sobre si el Iphone4 es 4G o no (la respuesta es que NO). Estos términos hacen referencia a la generación de la red móvil sobre la que nos estamos conectando. Como ya se ha dicho en este blog, el acceso móvil es uno de los mas críticos debido a que existen unas limitaciones físicas que son difíciles de combatir, además de tratarse de un medio compartido por varios usuarios. Por ello exige un trabajo de diseño e ingeniería muy complejo ofrecer mejoras en la velocidad de transferencia. En gran medida el debate de la Net Neutrality esta latente debido a la revolución que ha supuesto el creciente éxito de los dispositivos móviles y del consumo de datos que generan y generarán.

Estos factores han llevado al diseño de la red 4G que utiliza la tecnología LTE (Long Term Evolution) desarrollada por la 3GPP y que es interesante desde el punto de vista de "La Gestión de Tráfico" ya que este nuevo paradigma de red incluye mecanismos de gestión de QoS (Quality of Service) de modo intrínseco, además de por mejorar la capacidad en el acceso mediante el uso de OFDMA (Orthogonal Frecuency Divison Multiple Acces) en el uplink y técnicas MIMO (Multiple Input Multiple Output).


En las versiones anteriores de 3G (UMTS) y 2G (GPRS) ya se incluían algunas formas de gestión, aunque no de forma tan desarrollada y con una visión extremo a extremo (los datos atraviesan varias redes diferentes para alcanzar su destino) cómo lo hace LTE. En primer lugar hay que saber que en LTE todos los datos que atravesaran la red del operador serán IP, lo cual quiere decir que el servicio de voz tradicional ahora se hará sobre VoIP. Esto tiene de positivo que se converge hacia el modelo IP de Internet haciendo todo mas compatible y reduciendo costes. Todo este proceso forma parte de lo que se conoce como FMC (Fixed Mobile Convergence), que tiende a aproximar las diferentes arquitecturas de red hacia el modelo IMS (IP Multimedia Subsystem) derivado también de la 3GPP.

La voz tradicional se ha venido ofreciendo mediante conexión de circuitos y garantizando una cierta QoS. Esto quiere decir que cuando efectuamos una llamada primero de todo se reserva un enlace entre el emisor y el receptor que solo será empleado para la llamada, y si no hay enlaces disponibles no será posible llamar. Esta forma de proceder tiene de positivo que la QoS es garantizada, no obstante resulta muy poco óptima ya que dicho enlace no aprovecha su capacidad total. Con VoIP lo que se hace con nuestra llamada es enviarla en paquetes a través de una red IP (ver "Cómo funciona Internet?"), y así todos los paquetes viajan por el mismo canal, de forma que se aprovecha mejor el medio. Por contra, en este caso hay que garantizar algunos parámetros de calidad (sobre un tipo de red que no esta diseñada para ello) ya que la voz es sensible a algunos factores como la latencia (ver "Ancho de banda, latencia y jitter").

En cuanto a la Gestión de Tráfico, LTE incorpora un mecanismo conocido como PCC (Policy and Charging Control) que se ha posicionado como referente en las diferentes especificaciones en desarrollo (redes de cable y fijas) conocidas como NGN (New Generation Networks). Esta arquitectura se encarga de proporcionar de forma dinámica hasta 9 QCI (QoS Class Indentifier) con diferentes parámetros de ancho de banda, latencia, jitter y tasa de error PER (Packet Error Rate). Además de para la voz, esta asignación de QCIs aplica también para otros servicios (VoD, IPTV, streaming, P2P). El control y administración de la asignación se hace desde el núcleo de la red y se separa el plano de datos del plano de control (viajando en diferentes caminos). Para ello emplea dos elementos fundamentales:

  • PCRF (Policy and Charging Rules Function): Se trata de un elemento que se encarga de proporcionar las reglas especificas del operador. Su función se sitúa en el plano de control y aprovisiona la información necesaria a aplicar en función de unas ciertas reglas y previa identificación del tipo de tráfico o previa petición de QoS de una aplicación concreta.
  • PCEF (Policy and Charging Enforcement Function): Es la entidad situada en el plano de datos y lleva a cabo la aplicación de las políticas definidas en el PCRF. Al situarse en el plano de datos es el punto idóneo para llevar a cabo "Deep Packet Inspection (DPI)" para así identificar el tipo de tráfico en el caso de que no sea posible de otro modo (ver "Violación de recomendaciones y normas en Internet"). Para mas detalle comentar que se suele ubicar junto con el P-GW (Packet Data Network Gateway) que es el punto donde la red móvil se conecta con otras redes IP (como Internet) o no (como la RTC - Red Telefónica Conmutada- ).


Además de estos dos elementos básicos existen otros de facturación que en tiempo real pueden controlar los créditos y tarifas del suscriptor y aplicar los cargos correspondientes, todo de forma muy integrada. Toda esta arquitectura dota a los operadores de un poder de control exhaustivo sobre el consumo de los clientes, lo cual esta muy en contraposición con "La Neutralidad de Red" aunque bien aplicado puede repercutir en una gran QoE (Quality of Experience).

martes, 19 de julio de 2011

La Neutralidad de Red

En lo que va de blog se han visto algunos matices tecnológicos sobre "Qué es Internet?" y sobre "Cómo funciona Internet?", además se han introducido los algunos aspectos económicos en los posts el "Mercado bilateral en Internet" y el "El modelo económico de Internet". Con ello, a parte de lo que haya podido aportar a aquellos que no estuvieran puestos en el tema, se ha querido sentar la base sobre el tema del cual va a tratar fundamentalmente este blog: La Neutralidad de Red.

El debate se inició a mitad de década pasada, y se atribuye su definición a Tim Wu, profesor de la Columbia Law School y que aplicó este nombre retomando un concepto de las antiguas redes telegráficas, en las que no se podía controlar el contenido que se transportaba. El debate se puede considerar que se inició cuando la FCC (entidad reguladora de las comunicaciones electrónicas en EEUU) suprimió una ley que impedía a las compañías controlar el contenido que circulaba por sus redes.

Pero vayamos por partes. La gran penetración y éxito de Internet han elevado de forma abismal el consumo de datos, debido sobre todo al creciente uso de servicios multimedia que demandan un ancho de banda elevado para su correcto funcionamiento. Según un estudio de Cisco, el tráfico ha crecido 8x en los últimos cinco años, y se prevé que crezca 4x en los próximos cinco. Esto ha provocado o acabará provocando una saturación en las redes (sobre todo en los accesos) que ha iniciado una serie de debates sobre quién debe invertir en Internet o cómo se puede solucionar esta situación. El modelo surgido en los últimos años lleva a una situación en la que los operadores e ISPs se ven casi en la obligación de dar más capacidad a los usuarios o bien de gestionar los servicios de algún modo, para así brindar una buena QoE (Quality of Experience) a sus clientes.


La Neutralidad de Red (en realidad se debería decir la Neutralidad de Internet) es el principio por el cual todos los paquetes IP de Internet se deben tratar por igual, sin distinción de ningún tipo. De hecho, según el principio end-to-end sobre el diseño de Internet se afirma que la inteligencia de la red debe estar en los bordes, por lo que un análisis más allá del L3-L4 en un paquete o flujo de paquetes IP va en contra de dicho principio. Los nodos internos de Internet, según este principio, deberían direccionar los paquetes sin cuestionarse nada más que hacia donde debe enviarlos. Así, si se tratan los paquetes de forma distinta (se da más prioridad a uno que lleva tráfico HTTP frente a uno que lleva P2P, por ejemplo) es porqué se está empleando un análsisi profundo de los paquetes ya que dicha información está en la capa L7 y L7+. Este análisis es conocido como "Deep Packet Inspection (DPI)", y dará bastante que hablar en posteriores posts.

Lo contrario a la Neutralidad de Red es emplear la Gestión del Tráfico, que se suele hacer previa inspección DPI y que atenta, según su detractores, en contra de la privacidad de los usuarios. El caso es que en determinadas situaciones y condiciones (zonas geográficas, horas puntas, etc.) la gestión del tráfico puede resultar beneficiosa para la gran mayoría de usuarios finales. Entonces, si se acepta como una medida positiva, ¿dónde se deben poner los límites de que políticas de gestión son aceptables o no? De esto hablaré en mi próximo post: "La Gestión de Tráfico".

No hace falta decir quien se posiciona a cada lado del debate. Operadores e ISPs reclaman un modelo en el que los proveedores de servicios y contenidos paguen por emplear las redes en las que sustentan su negocio. Estos alegan que Internet es lo que es gracias a que todo aquel que lo desee puede utilizarlo para cualquier fin sin pagar por ello (salvo por el acceso) y que esto estimula una creatividad e innovación que está cambiado nuestros modos de vida y nuestra economía. Además de estos dos agentes, hay que añadir y tener en cuenta el papel de las entidades reguladoras, que en general se posicionan a favor de una Neutralidad de Red "a medias", tema del que se hablará en profundidad en posteriores posts.

Llegados a un extremo, podríamos imaginar un Internet en el que no hubiese ningún tipo de control del tráfico que circula por las redes, lo cual probablemente perjudicaría a la mayoría de usuarios en beneficio de unos pocos. El otro extremo sería aquel en el que tuviéramos una gama de tarifas por usos, por ejemplo:
  1. Tarifa bronce:  (20€) ->  HTTP + Streaming
  2. Tarifa plata:     (35€) ->  HTTP + Streaming+ P2P + VoIP 
  3. Tarifa oro:       (50€) ->  HTTP + Streaming+ P2P + VoIP + VoD
Si las aguas llegaran a este cauce, lo que sí que se podría exigir es una cierta QoS (Quality of Service)  en los servicios por los que se está pagando de forma extra. Estaríais de acuerdo con este formato para contratar Internet?



HTTP : Navegación Web
Streaming: Youtube, Spotify, etc.
P2P (peer-to-peer): Compartición archivos como BitTorrent, Gnutella, etc (ver "El tráfico P2P")
VoIP (Voice over IP): Skype, Viber, etc.
VoD (Video on Demand): Netflix, etc.