DESARROLLO DE UN PROTOCOLO DE TRANSPORTEORIENTADO AL MANEJO EFICIENTE DE ENERGIAPARA APLICACIONES STREAMING MULTIMEDIA

SOBRE REDES INALAMBRICAS

Juan Pablo Garnica Castano

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERIAMAESTRIA EN INGENIERIAENFASIS EN ELECTRONICA

MEDELLIN2007

DESARROLLO DE UN PROTOCOLO DE TRANSPORTEORIENTADO AL MANEJO EFICIENTE DE ENERGIAPARA APLICACIONES STREAMING MULTIMEDIA

SOBRE REDES INALAMBRICAS

Juan Pablo Garnica Castano

Trabajo de grado para optar al tıtulo de Magıster en IngenierıaEnfasis en Electronica

Director

Andres Marın L.MSc...

Co-Director

Jose Edinson Aedo CoboPhD...

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERIAMAESTRIA EN INGENIERIAENFASIS EN ELECTRONICA

MEDELLIN2007

NOTA DE ACEPTACION

————————-

————————-————————-————————-

——————————–Presidente del Jurado

————————-Jurado

————————-Jurado

Fecha

DEDICATORIA

”A mi familia, por su infinito apoyo”

AGRADECIMIENTOS

A mi familia por su respaldo incondicionalA la Universidad de Antioquia por permitirme una formacion integralAl grupo de Microelectronica y Control por su ayuda y colaboracionA mis asesores por su direccion y comprensionAl CODI de la Universidad de Antioquia por su apoyoA Colciencias por su ayudaA mis amigos por su paciencia y apoyo

RESUMEN

La sociedad actual demanda que las personas tengan acceso a la informacion en todas partes,todo el tiempo. Para ello hacen uso de los dispositivos de comunicacion que les brinda la tecnologıamoderna, tales como los telefonos celulares, los asistentes personales y los computadores portatiles.Entre las distintas posibilidades que ofrece el mercado las redes inalambricas WLAN han cobradoun gran auge a nivel mundial, gracias a los servicios que ofrecen y a la disponibilidad masivade equipos que cumplen con dicho estandar. Ası mismo, las personas buscan acceder a diferentestipos de contenido, tales como audio y video, que les permita complementar la informacion basicaalmacenada en forma de datos. Es importante ademas que el acceso a la informacion se realice ala mayor brevedad posible, de manera que las personas puedan contar con dicha informacion demanera rapida y oportuna. Gracias a estos requerimientos de acceso a distintos tipos de contenidoy de acceso rapido a la informacion se puede explicar la popularidad de las aplicaciones streamingmultimedia, las cuales permiten acceder a contenido multimedia en tiempo real.

Los dispositivos moviles que conforman las redes inmalambricas WLAN presentan varios proble-mas, entre ellos la baja conectividad, la vulnerabilidad de la comunicacion y la cobertura limitadadel servicio. Adicionalmente se encuentra el problema del consumo de energıa; ya que los dispositivosmoviles cuentan con una baterıa como fuente de alimentacion, la cual esta limitada por condicionesde tamano y construccion, limitando a su vez la autonomıa de los dispositivos.

En este proyecto se propone el desarrollo de un protocolo de comunicacion a nivel de transporteque permite aumentar la eficiencia energetica de la interfaz inalambrica, y aumentar ası el tiempode carga de la baterıa de un dispositivo movil cuando se ejecutan aplicaciones streaming multimediasobre una red inalambrica WLAN. La estrategia de ahorro propuesta busca generar periodos deinactividad en la comunicacion, en los cuales se apaga el radio de la interfaz inalambrica sin ocasionarperdida de informacion.

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ABSTRACT

The actual society demands that the people access to the information everywhere, at any time.For achieve it they use modern communication devices, such as the cellular telephones, the personalassistants and the portable computers. Between the different possibilities that the market offers, theWLAN wireless networks have acquired a great height at world-wide level, thanks to the servicesthat offer and to the massive availability of equipment that fulfills this standard. Also, the peoplelook for access to the information stored in diverse media, such as audio and video, that complementthe basic data information. The access to the information must be realized as soon as possible, sothat the people count on this one in a fast and opportune way. This explains the popularity of thestreaming multimedia applications, which allow to accede to multimedia content in real time.

The portable devices that conforms WLAN wireless networks presents several problems, amongthem the low connectivity, the communication’s vulnerability and the service’s limited cover. Theprincipal problem is the power consumption; since the portable computers are battery powered,which is limited by conditions of size and construction, limiting as well the devices autonomy.

In this project we propose the development of a transport communication protocol that increasethe energy efficiency of the wireless interface, and increase therefore the battery’s load time ofa portable computer when streaming multimedia applications are executed on a WLAN wirelessnetwork. The propose strategy generates periods of inactivity in the communication, in which thewireless interface radio is shut-down without causing information lost.

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Indice general

Indice General IX

Indice de Figuras X

Indice de Cuadros XI

1. Introduccion 11.1. Contexto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Aporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3. Divulgacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.4. Organizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2. Marco teorico 42.1. La eficiencia energetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.1.1. Evitar actividad inutil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.2. Realizar operaciones programadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.3. Reducir cantidad de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2. Arquitectura de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.1. Acceso al medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.2. Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2.3. Transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2.4. Aplicacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3. Definicion del problema 12

4. Objetivos 154.1. Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.2. Objetivos especıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5. Estado del arte 165.1. Mecanismos de ahorro energetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.1.1. Evitar actividad inutil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.1.2. Realizar operaciones programadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.1.3. Reducir la cantidad de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.2. Discusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

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6. Metodologıa de medicion 246.1. Consideraciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246.2. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256.3. Descripcion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6.3.1. Plataforma de pruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266.3.2. Instrumentacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276.3.3. Pasos para la medicion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

7. Caracterizacion de las aplicaciones streaming multimedia 297.1. Diseno experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297.2. Realizacion de experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307.3. Descripcion de los resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

7.3.1. Consumo de energıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327.3.2. Desempeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

7.4. Analisis de los resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357.5. Caracterizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

8. Implementacion de un protocolo a nivel de transporte energeticamente eficiente 388.1. Encendido-apagado del radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

8.1.1. Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388.1.2. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398.1.3. Analisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408.1.4. Discusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

8.2. Estrategia propuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418.3. Implementacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

9. Diseno experimental 47

10.Resultados obtenidos y discusion 5110.1. Resultados obtenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5110.2. Analisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5310.3. Discusion de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

11.Conclusiones y trabajo futuro 56

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Indice de figuras

2.1. Modelo TCP/IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2. Topologıa tıpica de una red ad-hoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.3. Topologıa tıpica de una red infrastructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.4. Formato de un paquete RTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.5. Sesion streaming tıpica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.6. Topologıa tıpica de un servicio streaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.7. Pila de protocolos en una sesion streaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.1. Demanda vs. densidad energetica de una baterıa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

5.1. Implementacion tıpica del protocolo I-TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185.2. Plataforma streaming con equipo proxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.3. Paquetes enviados por el proxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

6.1. Plataforma de pruebas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

7.1. Resultados de consumo de energıa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317.2. Resultados de trafico del flujo de audio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317.3. Resultados de trafico del flujo de video. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

8.1. Estrategia de ahorro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428.2. Sesion streaming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438.3. Cabecera mensaje PLAY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

9.1. Dispositivo movil tıpico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

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Indice de cuadros

1.1. Divulgacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3.1. Distribucion consumo dispositivo movil tıpico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.2. Distribucion consumo computador portatil tıpico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

6.1. Metodologıa de medicion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

7.1. Caracterizacion consumo de energıa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.2. Caracterizacion desempeno del flujo de audio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.3. Caracterizacion desempeno del flujo de video. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

8.1. Resultados encendido-apagado del radio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398.2. Tiempos de descarga de un ciclo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

9.1. Resultados consumo base computador portatil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

10.1. Resultados de consumo con el reproductor tıpico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5110.2. Tamano de archivo con el reproductor tıpico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5110.3. Resultados de consumo con la estrategia implementada. . . . . . . . . . . . . . . . . 5210.4. Tamano de archivo con la estrategia implementada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5210.5. Consumo computador portatil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5210.6. Consumo en la comunicacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

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Capıtulo 1

Introduccion

En este documento se presenta el desarrollo de un protocolo de comunicacion que permiteaumentar la eficiencia energetica de un dispositivo movil cuando se ejecutan aplicaciones streamingmultimedia sobre una red inalambrica WLAN. Se propone la modificacion del protocolo RTSP,de manera que se generen espacios de tiempo sin actividad en los cuales se emplea la tecnica deencendido/apagado del radio de la interfaz inalambrica. Con esta propuesta se aumenta el tiempode vida de la baterıa que alimenta el dispositivo movil. En la seccion 1.1 se realiza una presentacionbreve del contexto que enmarca el desarrollo del proyecto. En la seccion 1.2 se presentan los aportesdel proyecto. En la seccion 1.3 se presenta la estrategia de divulgacion. En la seccion 1.4 se describela organizacion del presente documento.

1.1. Contexto

La mayorıa de los autores concuerdan en que vivimos en una Sociedad de la informacion, queaparece alrededor de 1970, marcada por el traslado de los medios de generacion de riqueza de lossectores industriales a los sectores de servicios. Dentro de este esquema, los sectores relacionados conlas tecnologıas de la informacion y la comunicacion (TIC) desempenan un papel particularmenteimportante.

De acuerdo con la declaracion de principios [ONU04] de la Cumbre de la Sociedad de laInformacion, llevado a cabo en Ginebra (Suiza) en 2003, la Sociedad de la Informacion debe estarcentrada en la persona, integradora y orientada al desarrollo, en que todos puedan crear, consultar,utilizar y compartir la informacion y el conocimiento, para que las personas, las comunidades y lospueblos puedan emplear plenamente sus posibilidades en la promocion de su desarrollo sostenibley en la mejora de su calidad de vida, sobre la base de los propositos y principios de la Carta de lasNaciones Unidas.

Por lo tanto, el reto para los individuos que se desarrollan en todas las areas del conocimiento esvivir de acuerdo con las exigencias de este nuevo tipo de sociedad, estar informados y actualizados,innovar, pero sobre todo generar propuestas y generar conocimiento, conocimiento que surge detoda la informacion disponible.

Para cumplir con los retos que impone la sociedad actual, las personas deben tener acceso a lainformacion en todas partes, todo el tiempo. Para ello hacen uso de las distintas opciones que lesofrece la tecnologıa moderna, tales como telefonos celulares, asistentes personales y dispositivosmoviles. Entre las opciones que ofrece el mercado, las redes inalambricas WLAN representanuna alternativa interesante [AS01, AKS03, WZ02, RPW+04, KCG+02], gracias a las ventajas encomodidad y flexibilidad que ofrecen, sumadas a la gran disponibilidad de dispositivos a nivelmundial que soportan dicho estandar.

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Para el individuo de hoy es importante ademas que pueda comunicarse a traves de diversosmedios. Es necesario poder intercambiar no solo datos, sino tambien imaagenes, audio y videoque le permitan establecer un vınculo mas estrecho y efectivo con otras personas y recursos. Esimportante tambien realizar esta comunicacion a la mayor brevedad posible, ya que la eficicnciaen el uso del tiempo es fundamental dentro de su desempeno laboral y personal. Gracias a ellolas aplicaciones streaming multimedia [Per03, AG03] han alcanzado una gran popularidad, ya quepermiten acceder a contenido multimedia en tiempo real.

1.2. Aporte

Para dar solucion al problema del consumo de energıa de los dispositivos moviiles cuandose ejecutan aplicaciones streaming sobre redes inalambricas WLAN, se propuso una estrategiade ahorro que permite aumentar la eficiencia energetica de la interfaz inalambrica y aumentarası el tiempo de carga de la baterıa. La estrategia incluye la implementacion de un protocolo decomunicacion a nivel de transporte que genera espacios de tiempo sin actividad en la comunicacion,de manera que pueda emplearse la tecnica de encendido/apagado del radio para aumentar laeficiencia energetica de la interfaz inalambrica sin reducir el desempeno de las aplicaciones streaming.Aunque esta misma estrategia ha sido empleada por otros autores, la estrategia propuesta sediferencia de las demas especıficamente en el mecanismo empleado para generar los espacios detiempo sin actividad. Se propuso hacer uso de los servicios propios del protocolo RTSP, para dividirla descarga de la informacion de una sesion streaming en varios ciclos de tiempo, en los cuales sehace la descarga acelerada de la informacion. Para ello se emplea la reproduccion por tramos y ladescarga acelerada, servicios soportados por el servidor streaming. En el Capıtulo 8 se realiza unadescripcion detallada de la estrategia propuesta.

Igualmente se propuso una metodologıa de medicion que permite obtener resultados que reflejanel estado de las variables de interes de una manera adecuada. Para ello, se hizo una revisionbibliografica con base en la cual se identificaron las principales caracterısticas que debe presentaruna metodologıa para la medicion de consumo de energıa de dispositivos moviles. Finalmente sepropuso la metodologıa de medicion, incluyendo los pasos a realizar en la toma de medidas y losdetalles relacionados con su ejecucion. En la metodologıa propuesta se combinaron las ventajas decada una de las metodologıas de medicion consultadas y se evitaron aquellas falencias detectadasen el trabajo de revision bibliografica, con el fin de obtener una metodologıa adecuada para esteproyecto de investigacion. En el Capıtulo 6 se realiza una presentacion detallada de la metodologıade medicion propuesta junto con algunas consideraciones importantes para su elaboracion.

En el desarrollo del proyecto se realizo la caracterizacion de las aplicaciones streaming sobreuna red inalambrica WLAN. Se realizaron diversas pruebas que buscaron evaluar el consumode energıa de un dispositivo movil y el desempeno de la comunicacion en una sesion streaming.Aunque los resultados se obtuvieron bajo condiciones de prueba controladas, se evaluaron variosescenarios de prueba en los cuales se examinaron distintos valores de las variables determinantes enel comportamiento de este tipo de comunicacion, y por lo tanto se obtuvieron algunos resultados quepermitieron conocer en mayor detalle el comportamiento de las aplicaciones streaming. El estudiode las aplicaciones streaming permitio realizar el diseno de la estrategia de ahorro propuesta, lacual fue desarrollada teniendo como base los resultados obtenidos en el trabajo de caracterizacion.En el Capıtulo 7 se presentan los resultados obtenidos junto con su analisis.

Ası mismo se realizo la evaluacion de la tecnica de encendido/apagado del radio de la interfazinalambrica. Diversos estudios consultados sugerıan que el consumo de la interfaz inalambrica esdeterminante en el consumo de energıa de un dispositivo movil, y por lo tanto las estrategiasde aumento de eficiencia energetica que realizan el apagado del radio de la interfaz inalambricaalcanzan los mejores resultados de consumo. Por lo tanto, se realizo un estudio acerca del impactode la tecnica de encendido/apagado del radio para evaluar su verdadero impacto en el consumo

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de energıa de un dispositivo movil. Se evaluaron varios casos de prueba que buscaron evaluar elimpacto de la tecnica bajo distintas condiciones de operacion. Se encontro que efectivamente elconsumo del radio tiene un fuerte impacto sobre el consumo de energıa del computador portatil,y por lo tanto serıa apropiado proponer una estrategia de ahorro que hiciera uso de la tecnica deencendido-apagado del radio. En el capıtulo 8 se presenta el analisis realizado sobre la tecnica deencendido/apagado del radio.

1.3. Divulgacion

Se propuso una estrategia de divulgacion que consiste en la publicacion de artıculos que reportanel desarrollo de las distintas tareas realizadas en el desarrollo del proyecto. Se busco la publicacion enrevistas que indexadas por Colciencias [Col07], y se busco la participacion en eventos, de preferenciainternacionales, que se ocupan del tema de interes. En el Cuadro 1.1 se presenta la relacion de losartıculos elaborados, la revista/evento donde se han enviado y el estado del proceso.

TITULO REVISTA/EVENTO ESTADOProtocolos de transporte energeticamente Facultad de Ingenierıa [dA] Evaluacioneficientes para dispositivos moviles Universidad de Antioquiasobre redes WLANMetodologıa para la medicion del Ingenierıas Universidad Evaluacionconsumo de energıa de un computador de Medellın [dM]portatil Universidad de MedellınCaracterizacion del consumo de energıa Sistemas y telematica [Ice] Evaluaciony el desempeno de las aplicaciones Universidad Icesistreaming sobre redes inalambricas WLANDesarrollo de un protocolo de transporte CISCI 2007 [oII07] Presentadoorientado al manejo eficiente de energıa International Institute 12-15 Julio 2007para aplicacione streaming multimedia of Informatics Orlando, Florida, EE.UU.sobre redes inalambricas WLAN and Systemics (IIIS)

Cuadro 1.1: Divulgacion.

1.4. Organizacion

El presente documento esta organizado de la siguiente forma. En el Capıtulo 2 se hace unapresentacion breve sobre los conceptos teoricos basicos que enmarcan el desarrollo del proyecto. Enel Capıtulo 3 se presenta una descripcion del problema abordado en este proyecto, ası como otroselementos importantes relacionados con este. En el Capıtulo 4 se presentan los objetivos general yespecıficos. En el Capıtulo 5 se presenta una revision del estado del arte. El Capıtulo 6 presenta lametodologıa de medicion empleada en este proyecto, junto con algunas consideraciones generalesimportantes. En el Capıtulo 7 se presenta la caracterizacion de una aplicacion streaming sobre unared inalambrica WLAN. En el Capıtulo 8 se presenta en detalle la propuesta formulada en esteproyecto como solucion al problema del consumo de energıa. En el Capıtulo 9 se presenta el disenoexperimental desarrollado. En el Capıtulo 10 se presenta la evaluacion de la estrategia propuesta.Finalmente se plantean las conclusiones en el Capıtulo 11, junto con el trabajo futuro.

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Capıtulo 2

Marco teorico

En este capıtulo se realiza una presentacion breve de los conceptos teoricos que enmarcan eldesarrollo del proyecto, considerando sus aspectos generales y algunos detalles necesarios para lacomprension del documento. En la seccion 2.1 se presenta el concepto de eficiencia energetica.En la seccion 2.2 se hace una presentacion de la arquitectura de red, en la cual se exploranalgunos conceptos basicos necesarios para el desarrollo del proyecto relacionados con el sistemade comunicacion.

2.1. La eficiencia energetica

Los computadores portatiles tienen grandes restricciones de recursos en general; debidoprincipalmente a las caracterısticas de tamano y peso que deben cumplir. Entre otros, presentanlimitaciones serias en la cantidad de energıa que manejan; ya que su funcionamiento depende deuna baterıa que posee un tiempo de carga limitado, limitando a su vez su autonomıa. Para abordareste problema, se han propuesto dos enfoques principales de solucion [HS01]. Un primer enfoqueconsiste en el diseno de los componentes fısicos (hardware) del computador, buscando que estostengan un menor consumo de potencia. Un segundo enfoque consiste en realizar el mismo trabajocon menor cantidad de energıa, es decir aumentar la eficiencia energetica del computador, que seconsigue mediante el diseno del software que lo opera. Ambos enfoques presentan caracterısticasparticulares, que a su vez definen exigencias particulares. El enfoque de reduccion del consumo depotencia implica el uso de recursos tecnicos bastante costosos y tecnicamente muy exigentes. Deotro lado, la eficiencia energetica demanda el empleo de recursos de una menor exigencia tecnica,ya que se trata basicamente del desarrollo de software.

El concepto de eficiencia energetica implica dos principios basicos. El primero establece que laeficiencia energetica es una tarea que involucra todas las capas de la arquitectura de red, incluyendola capa ısica, la pila de protocolos, el sistema operativo y la red completa. El segundo principioestablece que la calidad del servicio (QoS) es un mecanismo esencial para los sistemas movilesmultimedia, no solamente para brindar un buen nivel de servicio al usuario sino tambien paraconseguir un sistema energeticamente eficiente. El soporte QoS requiere un manejo especial enambientes moviles, ya que la movilidad y la necesidad de eficiencia en el uso de los recursos limitadosdisponibles exige el empleo de modelos livianos [D.02]. Ademas, la adaptabilidad es un caracterısticaque debe exhibir toda estrategia de aumento de eficiencia energetica, debido a la naturaleza dinamicadel entorno inalambrico [MSGN+96, HS99].

Para conseguir una alta eficiencia energetica, se han empleado una gran variedad de estrategiasque se pueden agrupar en tres mecanismos principales: evitar actividad inutil, realizar operacionesprogramadas y reducir la cantidad de datos.

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2.1.1. Evitar actividad inutil

En algunas ocasiones los computadores realizan actividades que no son estrictamente necesariasen el contexto en el cual se estan empleando. Por ejemplo, en una sesion de video streaming notiene sentido tratar de transmitir una secuencia de imagenes de mucho tiempo atras, ya que setrata de un servicio en tiempo real y por ello se requiere contar unicamente con la informacion delvideo del instante actual. Este tipo de situaciones provocan el uso innecesario de recursos, trayendoconsigo un desperdicio de energıa. Con este mecanismo se busca ejecutar las acciones estrictamentenecesarias para la realizacion de la aplicacion de interes, y ası manejar eficientemente los recursosdisponibles.

2.1.2. Realizar operaciones programadas

Algunas de las acciones realizadas por los computadores pueden ordenarse y programarse paraaprovechar al maximo los recursos disponibles. Por ejemplo, en una red de computadores es posibleasignar intervalos de tiempo a cada computador en el cual se hara exclusivamente la comunicacioncon el, por lo que el resto del tiempo pueden permanecer en un estado de bajo consumo.

2.1.3. Reducir cantidad de datos

Es posible reducir la cantidad de paquetes enviados a un computador sin afectar la cantidad deinformacion que requiere el usuario de la aplicacion, o por lo menos con una perdida tolerable. Porejemplo, es posible realizar la compresion de un archivo de video para que este se envıe al clienteempleando una menor cantidad de paquetes en la transmision.

2.2. Arquitectura de red

Los sistemas de comunicacion se han organizado por medio de capas, para reducir su complejidad[PD00, Tan03, LPR06]. Cada una de ellas se encarga de ejecutar funciones especıficas, organizadasde forma jerarquica, que sumadas permiten realizar el proceso de comunicacion completo entre laspartes involucradas. Cada una de estas capas se comunica a traves de protocolos con la capa delmismo nivel del otro lado de la comunicacion, le proporciona servicios a la capa superior y demandaservicios de la inmediatamente inferior, estas dos ultimas a traves de una interfaz. El conjunto decapas y protocolos recibe el nombre de arquitectura de red. Diversas organizaciones internacionaleshan propuesto distintas arquitecturas de red, entre ellas la ISO propuso el modelo OSI [ISO82] y eldepartamento de defensa de los Estados Unidos propuso el modelo TCP/IP [Bra89]. En la actualidadse afianza el modelo TCP/IP como el mas usado. En la Figura 2.1 se ilustra su arquitectura y losservicios basicos que se prestan en cada capa.

A continuacion se describe en detalle cada capa y los servicios que se prestan en cada una.

2.2.1. Acceso al medio

La capa de acceso al medio, tambien llamada capa de enlace o capa de enlace de datos, esla interfaz con el hardware de la red. Esta interfaz puede proveer o no proveer entrega de losdatos de forma confiable, y puede ser orientada a entrega por paquetes o por flujos (stream). Dehecho, el modelo TCP/IP no especifica ningun protocolo en esta capa, pero puede emplear casicualquier interfaz de red disponible, ilustrando su flexibilidad. Sin embargo, el modelo indica queel computador debe conectarse a la red haciendo uso de algun protocolo de modo que se puedanenviar por esta paquetes de la capa superior (IP). En esta capa se prestan los servicios relacionadoscon la transmision basica de bits entre dos puntos de una red, ası como la deteccion y correccionposterior de los errores cometidos en la comunicacion sobre el canal fısico.

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Figura 2.1: Modelo TCP/IP.

El estandar IEEE 802.11 [LAN03a] define la implementacion de las redes inalambricas WLAN,definiendo especıficamente la implementacion de la capa acceso al medio . El primer estandar fueaprobado en 1997, detallando las especificaciones del control de acceso al medio (Capa MAC) yla capa fısica para soportar transmision de datos a 1Mbps y 2Mbps sobre la banda de 2.4GHz.Se han hecho revisiones constantes del estandar con el fin de cubrir las exigencias del mercado.Los estandares mas populares en el comercio son los 802.11a [LAN03b] y 802.11b [LAN03c],para los cuales se encuentra disponible una gama amplia de equipos y servicios. En la actualidadesta cobrando auge el estandar 802.11g [LAN03d], que soporta el estandar 802.11b y ademas permitealcanzar mayores velocidades de comunicacion.

Segun su arquitectura, las redes inalambricas WLAN se dividen en dos tipos [AG03]. El primertipo corresponde a las redes inalambricas ad-hoc, en las que un grupo de computadores se mantienencomunicados entre sı y constituyen ellos mismos la arquitectura de red, tal como se ilustra en laFigura 2.2.

Figura 2.2: Topologıa tıpica de una red ad-hoc

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Esta arquitectura de red se caracteriza por su topologıa dinamica, impredecible y aleatoria. Losequipos intercambian informacion acerca de la topologıa de manera periodica, la cual se empleapara actualizar la informacion de enrutamiento. Las redes ad-hoc son utiles en situaciones en lascuales se requiere conectividad temporal, como en aplicaciones militares, casos de desastres, redesde sensores, entre otros.

El segundo tipo corresponde a las redes infrastructure, las cuales se basan en un punto de accesoinalambrico, a traves del cual se comunican los computadores que hacen parte de la red. En laFigura 2.3 se ilustra una topologıa tıpica.

Figura 2.3: Topologıa tıpica de una red infrastructure

El punto de acceso coordina la transmision y recepcion de informacion de multiples dispositivosinalambricos dentro de un area especıfica. Aspectos como la cobertura y la cantidad de dispositivosdependen del estandar de conexion inalambrica que se utilice. En una red tipo infrastructure sepueden encontrar varios puntos de acceso para dar cobertura a una zona grande o un unico puntode acceso para una zona pequena, ya sea un hogar o un edificio pequeno.

2.2.2. Internet

En esencia, la capa Internet es responsable por la entrega de paquetes de extremo a extremo dela comunicacion (fuente a destino). La mision de esta capa es permitir que los computadores envıenpaquetes en cualquier red y los hagan viajar de forma independiente a su destino. Los paquetespueden llegar incluso en un orden diferente a aquel en que fueron enviados, en cuyo caso seranreacomodados por las capas superiores. Por lo tanto, las tareas mas importantes en esta capa est’anrelacionadas con el ruteo de paquetes, ademas de evitar la congestion. La capa Internet define unformato de paquete y protocolo oficial llamado IP.

2.2.3. Transporte

La capa de transporte se encarga de realizar la transferencia de datos de extremo a extremode la comunicacion (fuente a destino). Los servicios prestados en esta capa incluyen comunicacionorientada a conexion, entrega ordenada de paquetes, entrega confiable de datos, control deflujo,manejo de congestion. Los protocolos mas populares son el protocolo TCP [Bra89], que implementatodos los servicios de esta capa, y el protocolo UDP [Pos80], que no implementa practicamenteningun servicio de transporte.

Para implementar las aplicaciones streaming se ha desarrollado el conjunto de protocolos RTP-RTCP [SCFJ03] - RTSP [SRL98a]. Dicho conjunto de protocolos implementa, entre otras, funcionesde transporte como control de flujo y entrega ordenada de paquetes. La base de este conjunto deprotocolos es el protocolo de transporte en tiempo real RTP, que permite realizar funciones como

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la sincronizacion temporal de distintos flujos, el envıo de flujos distintos en una misma sesion y elsoporte de varias sesiones ejecutadas simultaneamente. Para ello hace uso de una cabecera, incluıdaen cada paquete de informacion que envıa, que contiene marcas de tiempo, sesion y flujo que lepermiten soportar las funciones mencionadas. En la figura 2.4 se ilustra el formato de un paqueteRTP.

Figura 2.4: Formato de un paquete RTP

El protocolo de control, RTCP, provee reportes periodicos acerca de la calidad de la recepcion,identificacion de los usuarios participantes en la sesion, notificacion sobre cambios en la vinculacioncon la sesion e informacion necesaria para sincronicar distintos flujos. Junto con RTP se encarga dela entrega y empaquetado de la informacion, pero no se transporta ningun contenido a traves suyo.

El protocolo de flujo de datos en tiempo real RTSP 1, desarrollado por el IETF 2 en 1998 bajola norma RFC 2326 [SRL98a], es un protocolo disenado para sistemas streaming multimedia quepermite al cliente realizar el control remoto de un servidor streaming por medio de comandos dereproduccion similares al VCR, tales como reproducir (PLAY), detener (STOP) y pausar (PAUSE).

RTSP es un protocolo no orientado a conexion. En su lugar, el servidor mantiene una sesionasociada a un identificador para mantener la correspondencia de la informacion entre las partes.En la mayorAa de los casos emplea el protocolo TCP [Bra89] para enviar los datos de control delreproductor y UDP [Pos80] para enviar el contenido multimedia, aunque tambien puede usar TCPen caso de que sea necesario.

De forma intencionada el protocolo RTSP es similar en sintaxis y operacion al protocolo HTTP[FGM+99], sin embargo difiere en algunos aspectos: RTSP introduce nuevos metodos y tiene unidentificador de protocolo diferente, un servidor RTSP necesita mantener el estado de la conexion,tanto el servidor como el cliente pueden lanzar peticiones, los datos son transportados por unprotocolo diferente.

El protocolo RTSP soporta las siguientes operaciones:1RTSP: Real Time Streaming Protocol2IETF: Internet Engineering Task Force

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Recuperar contenidos multimedia del servidor: El cliente puede solicitar la descripcionde una presentacion por HTTP o cualquier otro metodo. Si la presentacion es multicast,la descripcion contiene los puertos y las direcciones que seran usados. Si la presentacion esunicast, el cliente proporciona la direccion de destino.

Reproduccion parcial de contenido: El cliente puede solicitar la reproduccion delcontenido multimedia entre dos instantes de tiempo cualquiera, sin necesidad de reproducir odescargar la informacion de contenido anterior.

Reproduccion acelerada: Es posible realizar la reproduccion del contenido multimedia auna velocidad diferente de la original, a sea a mayor o menor velocidad, siempre que lascondiciones de ancho de banda del canal lo permitan.

Las peticiones RTSP estan basadas en peticiones HTTP y generalmente son enviadas del clienteal servidor. En la Figura 2.5 se ilustra una sesion tıpica, con los mensajes RTSP empleados.

Figura 2.5: Sesion streaming tıpica

2.2.4. Aplicacion

La capa de aplicacion implementa los servicios relacionados con el programa que realiza lacomunicacion, y por lo tanto se encarga de realizar las tareas especıficas relacionadas con dichoprograma. Los servicios mas comunes incluyen servicios de terminal virtual, transferencia de archivosy correo electronico.

Las aplicaciones streaming se emplean para aligerar la descarga y ejecucion de contenidomultimedia, como audio y video, en una red de computadores; ya que permite realizar lareproduccion del material aun cuando este no se haya descargado completamente [AG03]. Esta

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caracterıstica es especialmente util en sistemas que tienen restricciones en ancho de banda, razonpor la cual dichas aplicaciones han ganado popularidad en los sistemas inalambricos y en la Internet,escenarios que han estado asociados tradicionalmente a restricciones de este tipo.

En la Figura 2.6 se muestra la topologıa tıpica de una sesion streaming. El cliente se encarga derealizar la reproduccion del contenido multimedia que se encuentra almacenado en el servidor. Dichoservidor debe gestionar la oferta de contenido que ofrece a los clientes. Generalmente se cuenta conun computador adicional, encargado de generar el contenido que se va a ofrecer.

Figura 2.6: Topologıa tıpica de un servicio streaming

Una sesion streaming se desarrolla de la siguiente manera [Per03]. En primer lugar el clientese conecta con el servidor y este inicia el envıo del contenido de una fuente, ya sea almacenadapreviamente o codificada en tiempo real. El cliente comienza a recibir la informacion y genera unbuffer de almacenamiento. Cuando se ha llenado el buffer con cierta porcion del contenido, el clientecomienza a reproducirlo y a la vez continua con la descarga del contenido. Si en algun momentola conexion sufre descensos de velocidad, se emplea la informacion almacenada en el buffer con elfin de manetener la continuidad en la reproduccion. Si la comunicacion se interrumpe durante unlapso de tiempo apreciable, el buffer se vacıa y la ejecucion del contenido se suspende hasta que serestaure la comunicacion.

En la figura 2.7 se presenta el conjunto de protocolos que se encuentra tıpicamente en una sesionstreaming.

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Figura 2.7: Pila de protocolos en una sesion streaming

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Capıtulo 3

Definicion del problema

En este capıtulo se presenta la definicion del problema planteado en el proyecto de investigacion,se establecen algunas consideraciones generales y se detallan algunos aspectos relevantes para eldesarrollo del proyecto.

La sociedad de hoy exige que las personas tengan acceso a la informacion en todas partes, todo eltiempo [ONU04]. Esta caracterıstica se aprecia tanto en ambientes residenciales como empresariales;ya que en un mundo de alta competencia, tanto las organizaciones como los individuos buscanacceder a contenidos de su interes de forma eficienta y oportuna. Y las personas no solo requierenacceder a informacion, sino que puedan hacerlo a traves de diversos medios, tales como video, voz,datos, entre otros, que permitan establecer un vınculo muy cercano con los recursos que manejan.Ası mismo es importante realizar esta comunicacion en el menor tiempo posible, de manera quese puedan compartir los recursos sin demora. En ocasiones se requiere inclusive que el acceso acontenidos se haga inmediatamente, en tiempo real, de acuerdo con sus exigencias particulares.De otro lado, los dispositivos moviiles con los cuales se accede a la informacion deben contar conunas caracterısticas de forma y tamano que le permitan al usuario llevarlos de un lugar a otro deuna manera facil y segura. Por lo tanto, estos dispositivos tienen serias restricciones de recursosque les permita satisfacer las necesidades del usuario y al mismo tiempo resultar lo mas comodoque sea posible. Estas exigencias han demandado la aparicion de los llamados servicios streamingmultimedia. Dichos servicios estan disenados para facilitar la reproduccion de contenido multimedia(video, voz, datos) en tiempo real, operados sobre equipos con restricciones en recursos.

Para satisfacer los requerimientos de movilidad, la tecnologıa actual presenta varias alternativasde solucion. Es indiscutible el crecimiento increıble de los equipos personales, tales como celulares,dispositivos moviles, entre otros que han pasado de ser ciencia ficcion ha convertirse en elementoscotidianos. Entre otras opciones sobresale el increıble crecimiento de las redes inalambricas WLAN,debido principalmente a las ventajas en accesibilidad y portabilidad que ofrecen al publico engeneral, sumado a la disponibilidad de equipos en todo el mundo y al bajo precio al que se ofrecen.La implementacion de dichas redes se realiza a traves de medios inalambricos, ya que estos permitenconectar equipos entre sı de manera que puedan moverse unos con respecto a otros manteniendo lacomunicacion.

Las redes inalambricas WLAN estan limitadas a las mismas restricciones de los sistemasradiados, los cuales presentan problemas de seguridad, gran consumo de ancho de banda, altosniveles de latencia, factores que en general representan una reduccion considerable de la eficienciaen el manejo de los recursos involucrados. En algunos casos estas reducciones de rendimiento en lasredes inalambricas pueden ser inmanejables, sobre todo en ambientes con muchos usuarios, los cualesse encuentran procesando aplicaciones multimedia y que estan ubicados en areas cada vez mayores.Y es precisamente en ese escenario en el que se encuentran los usuarios de hoy; los cuales demandan

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servicios mas flexibles, con mayor velocidad en la comunicacion, niveles de almacenamiento cadavez mayores, facilidad en el acceso a sus recursos y al mismo tiempo alto grado de seguridad paraevitar el acceso de intrusos a informacion valiosa.

Especial atencion merece el problema del consumo de energıa [US98, DB05], el cual se esboza acontinuacion. Los dispositivos moviles cuentan con una baterıa como fuente de alimentacion, la cualpermite que el usuario haga uso de estos dispositivos sin la necesidad de permanecer conectadosa un toma corriente. Estas baterıas tienen un tiempo de carga limitado, debido a condiciones detamano y construccion, luego del cual deben recargarse empleando generalmente un suministrofijo de energıa. Por lo tanto, esta condicion limita la autonomıa de los dispositivos moviles, loscuales deben conectarse a un toma corriente fijo cada vez que se descarga la baterıa. El usuariobusca que su dispositivo movil permanezca el mayor tiempo posible sin la necesidad de realizarrecargas, lo cual implica que la baterıa debe almacenar la mayor cantidad de energıa posible. Almismo tiempo, los dispositivos se vuelven cada vez mas complejos, y consumen cada vez una mayorcantidad de energıa. Ası mismo los dispositivos tienden a reducir tanto su tamano como su peso,para aumentar la comodidad del usuario, por lo cual se busca que las baterıas sean cada vez maspequenas. Esta situacion representa un reto de diseno, ya que la capacidad de almacenamientode una baterıa esta relacionada con su tamano. La tecnologıa de las baterıas esta siendo relegadapor los avances tecnologicos en el campo de la microelectronica, por lo cual se esta evidenciandoun problema en el suministro de energıa de los dispositivos moviles modernos. Segun estudios delBoston Consulting Group [Sam05], la cantidad de energıa que puede almacenar una baterıa moderna(densidad energetica) esta creciendo a una rata mucho menor que la demanda de energıa de losdispositivos moviles, tal y como se ilustra en la Figura 3.1. Allı puede notarse como se profundizaeste fenomeno con el paso del tiempo, debido a las exigencias tecnologicas de los dispositivos movilesmodernos.

Figura 3.1: Demanda vs. densidad energetica de una baterıa.

Ahora, teniendo en cuenta que el dispositivo movil esta compuesto por distintas partes, a cadauna de ellas se le asocia un cierto consumo de energıa relativo a las funciones que desempena yque sumadas sus contribuciones corresponde al consumo total. En el Cuadro 3.1 se presenta ladistribucion tıpica de consumo de un dispositivo movil actual [DB05].

De la misma forma, en el Cuadro 3.2 se presenta la distribucion tıpica de consumo un computadorportatil [US98], dispositivo de amplio uso actualmente en todo el mundo.

Con base en estos resultados, es evidente el impacto de la interfaz inalambrica en el consumode energıa del dispositivo, y por lo tanto es llamativo enfocar los esfuerzos sobre este componente.

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PARTE CONSUMOCPU 11%LCD 6%INTERFAZ INALAMBRICA 63%OTROS 20%

Cuadro 3.1: Distribucion consumo dispositivo movil tıpico.

PARTE CONSUMOCPU 21%LCD 36%INTERFAZ INALAMBRICA 18%OTROS 25%

Cuadro 3.2: Distribucion consumo computador portatil tıpico.

La interfaz inalambrica esta encargada de las funciones de comunicacion del computador conel resto de la red. Existen distintas formas de atacar el problema del consumo de energıa de lainterfaz inalambrica [HS01]. Una primera forma busca evitar realizar actividad inutil; ya que enalgunas ocasiones se pueden realizar acciones innecesarias en el contexto actual, las cuales puedenser evitadas. Una segunda forma de enfrentar el problema consiste en programar las operacionesa realizar, de manera que se empleen los recursos disponibles de manera programada. Una terceraforma consiste en reducir la cantidad de datos a enviar, lo cual parece obvio pero que establececompromisos entre la energıa consumida producto de la computacion y la energıa consumida en lacomunicacion como tal.

En un proceso de comunicacion todas las operaciones realizadas tienen influencia en el consumode energıa. Es decir, todas las capas de la pila de protocolos estan involucradas en el problema delconsumo de energıa [JSAC01]. En las capas mas bajas, se proponen soluciones relacionadas con lascaracterısticas fısicas de operacion de la interfaz, tales como esquemas de modulacion, alimentaciondel radio, correccion de errores, entre otros, los cuales se enfocan en atacar el problema del consumoal nivel de las funciones de comunicacion basicas. Desde este nivel no se posee informacion acerca delos datos que se estan transmitiendo ni de los usuarios que estan involucrados. Conforme se asciendeen la pila de protocolos, se va acercando cada vez mas a la aplicacion que hace uso del sistema decomunicacion. En estas capas superiores se cuenta con informacion relacionada con los clientes y lasaplicaciones ejecutadas, informacion que puede emplearse para implementar estrategias de ahorroque aprovechen el comportamiento particular del sistema de comunicacion.

Es importante considerar la conveniencia de implementar una estrategia de solucion que seaefectiva para cualquier aplicacion. Resulta atractivo entonces considerar la implementacion deestrategias al nivel de la capa de transporte. En este nivel se tiene un manejo suficiente dela informacion de la aplicacion especıfica, que le permite implementar estrategias de solucionindependientemente de las aplicaciones ejecutadas.

Con base en las consideraciones anteriores, se define la siguiente hipotesis de investigacion: Esposible aumentar la eficiencia energetica de la interfaz inalambrica de un dispositivo movil en unared WLAN implementando una estrategia de ahorro en la capa de transporte.

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Capıtulo 4

Objetivos

Con base en las consideraciones realizadas en los capıtulos anteriores, se definen los siguientesobjetivos para dar solucion al problema de investigacion planteado.

4.1. Objetivo general

Desarrollar un protocolo de transporte existente para orientarlo al manejo eficiente de energıaen aplicaciones streaming multimedia sobre equipos moviles de una red WLAN.

4.2. Objetivos especıficos

Con el fin de alcanzar el objetivo principal, se plantean los siguientes objetivos especıficos.

1. Elaborar el estado del arte referente al aumento de la eficiencia energetica en dispositivosmoviles.

2. Desarrollar una metodologıa para la medicion del consumo de energıa de un equipo movil enuna red inalambrica WLAN.

3. Caracterizar el comportamiento de las aplicaciones streaming multimedia sobre redesinalambricas WLAN.

4. Implementar un protocolo de transporte que permita aumentar la eficiencia energetica de unequipo movil en una red WLAN, para el caso de aplicaciones streaming multimedia.

5. Desarrollar un diseno experimental que permita evaluar la eficiencia energetica de un equipomovil en una red WLAN para aplicaciones streaming multimedia.

6. Evaluar la eficiencia energetica del equipo movil de prueba en una red WLAN para el caso deaplicaciones streaming multimedia.

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Capıtulo 5

Estado del arte

En este capıtulo se realiza una descripcion de los antecedentes encontrados acerca del aumentode la eficiencia energetica de la interfaz inalambrica de un computador portatil. Especıficamentese presentan las estrategias encontradas a nivel de transporte, de acuerdo con las consideracionesrealizadas en el Capıtulo 3.

En la seccion 5.1 se presentan los mecanismos de aumento de eficiencia energetica encontradosen la literatura. En la seccion 5.2 se realiza el analisis de los mecanismos de ahorro encontrados enla revision de antecedentes.

5.1. Mecanismos de ahorro energetico

A nivel de transporte se han propuesto distintas estrategias de solucion al problema del consumode energıa, las cuales se pueden agrupar en tres mecanismos principales [HS01]: evitar actividadinutil, realizar operaciones programadas y reducir la cantidad de datos. A traves de estos mecanismoses posible aumentar la eficiencia energetica e incrementar ası la autonomıa de los computadoresportatiles.

5.1.1. Evitar actividad inutil

En algunas ocasiones, los computadores portatiles realizan actividad que no es necesaria,provocando un desperdicio de energıa. Por ejemplo, en una sesion de video streaming no tienesentido tratar de transmitir una secuencia de imagenes de mucho tiempo atras, ya que se trata deun servicio en tiempo real y por ello se requiere contar unicamente con la informacion del video delinstante actual. Con este mecanismo se busca aumentar el desempeno del protocolo que a su vez setraduce en un aumento de la eficiencia energetica de la interfaz inalambrica.

El consumo de energıa de un equipo portatil en una red ad-hoc esta determinado en gran medidapor el consumo de la interfaz inalambrica; debido a que esta debe permanecer encendida todo eltiempo para que la arquitectura de red permanezca operativa. Por ello, el consumo de energıa dela interfaz inalambrica depende en gran medida de la forma como se enrute la comunicacion enla red, funcion de la cual se encarga la capa de red. Se han propuesto entonces una gran cantidadde estrategias de aumento de eficiencia energetica principalmente a nivel de la capa de red [SB02,JC01, Par02, RM98]. Sin embargo, se pueden encontrar algunas estrategias a nivel de transportepara este tipo de redes [NHK05].

Laura Marie Feeney y Martin Nilsson investigaron el consumo de energıa de la interfaz de redinalambrica en una arquitectura de red ad-hoc [FN01], y estudiaron el impacto de los protocolos de”particionamiento”, los cuales definen sub-estructuras (clusters) dentro de la red que se conectan

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entre sı a traves de equipos especiales gateways. De esta manera se puede emular la operacion deuna red infrastructure dentro de una red ad-hoc y se pueden aplicar entonces ciertas variantes de lasestrategias implementadas en redes infrastructure. Sin embargo se presentan varios inconvenientes:los cambios de asociacion de un cluster a otro pueden exigir un procesamiento adicional queaumente el consumo del equipo; el overhead de mantenimiento del cluster reduce el desmepenode la comunicacion; los equipos deben mantener la interfaz inalambrica inactiva todo el tiempo,aumentando considerablemente el consumo de energ’ıa del equipo.

Las estrategias que se presentan a continuacion se aplican a redes inalambricas tipoinfrastructure. En la Universidad de California [BPSK97] se compararon distintas estrategias quebuscan aumentar el desempeno del protocolo TCP en las redes inalambricas. Dichas estrategiasajustan la operacion del protocolo de acuerdo con el comportamiento particular de los canalesinalambricos. Estas estrategias se clasifican en tres categorıas: protocolos extremo a extremo end-to-end donde el emisor es consciente del enlace inalambrico; protocolos de capa de enlace link-layer,que proveen confiabilidad local; y protocolos de conexion separada split-conection que dividen laconexion en dos partes, en el punto de acceso inalambrico.

Mark Stemm, de la Universidad de California, examino el consumo de potencia de la interfazinalambrica de un equipo portatil y comparo distintas implementaciones de protocolos de transporte[SK97]. Aunque la capa de transporte puede tener un impacto significativo sobre el numerode paquetes enviados y recibidos por el dispositivo movil, la diferencia de potencia conseguidaes mınima; ya que la energıa necesaria para mantener la interfaz de red encendida durante latransferencia es lo que mas contribuye al costo energetico final. En presencia de altas ratas de error depaquetes, las implementaciones corrientes del protocolo TCP presentan una reaccion exagerada encuanto a la perdida de paquetes, ya que asumen incorrectamente que dichas perdidas son ocasionadaspor congestion. Esto reduce la velocidad de transferencia, que incrementa la cantidad de tiempoque toma la transferencia y la cantidad de energıa consumida por la interfaz inalambrica [AKJF01].Este comportamiento caracteriza al protocolo TCP y a los protocolos semejantes, y muchas de lasestrategias de solucion al problema del consumo buscan precisamente mejorar este comportamiento.

Los parametros que configuran el protocolo TCP han sido disenados a conciencia para sacrificarla tasa de transferencia en favor de compartir equitativamente el ancho de banda de las redescongestionadas. El tamano del buffer TCP es uno de los parametros crıticos en la operacion delprotocolo. En el trabajo del Doctor Kohler [EK01] se presentan algunas tecnicas para determinarsu tamano optimo para aumentar el desempeno de la interfaz inalambrica. El buffer TCP puedeser ajustado dinamicamente de acuerdo con las caracterısticas del servidor y de la conexion [EW01,AC98] y ası conseguir un mejor desempeno en la comunicacion.

En la Universidad de Boston analizaron distintos aspectos relacionados con las funciones dedeteccion y de correccion de errores [TM01]. Se establece la conveniencia de un esquema de deteccionde errores capaz de clasificar diferentes tipos de error (por ejemplo congestion, errores inalambricostransitorios, errores inalambricos permanentes). Con base en esta clasificacion, se afirma que unesquema de correccion de errores debe implicar acciones de recuperacion adecuadas, diferentes delos mecanismos orientados a conexion empleados por TCP. Tambien establecen la convenienciade una estrategia de recuperacion de errores que adapte flexiblemente su comportamiento paraalcanzar varios compromisos tradeoffs. Resaltaron la importancia de definir nuevas metricas quecapturen tales compromisos (tradeoffs) y que puedan ser usadas para evaluar aspectos de estabilidady ecuanimidad en las redes heterogeneas cableadas/inalambricas.

Lewie Donckers de la Universidad de Twente propuso la modificacion del protocolo TCP,con el fin de mejorar el desempeno del protocolo de transporte en ambientes moviles sobre loscuales se ejecutan aplicaciones streaming multimedia. En su trabajo de Maestrıa [Don01], propusola implementacion del protocolo ENERGY EFFICIENT TCP (E2TCP), basado en el protocoloTCP al cual se le realizaron modificaciones a los siguientes elementos: las cabeceras headers, lasconfirmaciones acknowledgmentes el manejo de ventanas y los requerimientos de confiabilidad. En un

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trabajo posterior [LDS02], propuso una modificacion al protocolo E2TCP, que consiste en permitira las aplicaciones manejar una cantidad controlada de errores en la comunicacion con el fin deaumentar la velocidad de transmision, reducir los retardos, y reducir el consumo de energıa.

Algunas investigaciones buscan mejorar el mecanismo de control de congestion TCP, tales comoTFRC y MULTFRC [CZ04b, FHPW00], los cuales manejan convenientemente el control de la tasade transferencia para el caso de algunas aplicaciones en particular, como por ejemplo las aplicacionesstreaming multimedia en ambientes moviles . Estos protocolos reducen de una manera mas suavela caıda de la tasa de transmision debida a la perdida de paquetes que el protocolo TCP, teniendoen cuenta que muchos de ellos no se deben a congestion y teniendo en cuenta ademas que eneste tipo de aplicaciones es tolerable la perdida de algunos paquetes. De esta forma se reducen lasretransmisiones, se reduce el tiempo de transmision y a su vez el consumo del radio.

Se han propuesto protocolos como Indirect-TCP [BB97, GA01] para manejar el control decongestion en la comunicacion. Este divide la conexion entre el emisor y el receptor inalambrico endos partes, aisladas por el punto de acceso inalambrico, de forma que quedan separados un enlacecableado y un enlace inalambrico. Ambos enlaces se manejan indpendientemente, de manera quese pueden implementar distintos mecanismos de control de congestion y de tasa de transferencia,dependiendo de la naturaleza del enlace. Este protocolo presenta un desempeno significativamentesuperior al protocolo TCP en un amplio rango de condiciones relacionadas con las perdidasinalambricas y la movilidad de los equipos. En la figura 5.1 se presenta la implementacion tıpicadel protocolo I-TCP.

Figura 5.1: Implementacion tıpica del protocolo I-TCP

En esta seccion se han presentado algunas estrategias de solucion al problema del consumo deenergıa de un computador portatil, mediante el mecanismo de evitar actividad inutil. Por lo tanto,estas estrategias buscan aumentar el desempeno alcanzado en la comunicacion a traves de diversastecnicas, como por ejemplo ajustar de una mejor manera los protocolos de transporte [EK01, EW01,AC98, Don01, LDS02], manejar canales asimetricos [HA97, LMS00], emplear esquemas especiales decontrol de error [ZR01, MZ99, TM01, HS97, HSB00, LS02], modificar los mecanismos de control decongestion [CZ04b, FHPW00, CZ04a, GK04, CSY+06, Yan05, YSG+06, BB97, GA01, HHHK02],modificar los mecanismos de control de flujo [HW03, YLC03, HAK04, MZ03, CS03, ?], proponernuevos protocolos [YGS04, JSZ04, SZ06, SF03, NIAS06, CFCV04, CCFM06, EK03, LCP06, Liu98,EMH97, SRL98b, BHP05, OBA04, KZSH05, PWW+03, EB03, SESB05, XC06], entre otras. Estasmodificaciones se realizan ajustando el sistema de comunicacion a las condiciones de un ciertoentorno particular, para aprovechar su comportamiento. Aunque dichos ajustes pueden mejorar deforma apreciable la operacion del sistema de comunicacion completo, el impacto sobre el consumode energıa del equipo no es muy significativo. Esto se debe a que el radio de la interfaz inalambricapermanece encendido todo el tiempo, y ya que dicho componente representa el mayor consumodentro de la interfaz inalambrica, el ahorro de energıa en la comunicacion es poco representativo.

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5.1.2. Realizar operaciones programadas

Algunas de las acciones realizadas por los computadores portatiles para efectuar la comunicacionpueden ordenarse y programarse para aprovechar al maximo la operacion de la interfaz inalambrica.Por ejemplo, se puede programar el envıo de informacion de forma periodica al computador portatil,y apagar el radio de la interfaz inalambrica en aquellos lapsos de tiempo en que se sabe que nohabra comunicacion.

A continuacion se presentan algunas de las estrategias que implementan este mecanismo. Lainterfaz inalambrica es uno de los componentes determinantes en el consumo de energıa de losequipos portatiles en ambientes streaming multimedia. Una estrategia comun para ahorrar energıaconsiste en mantenerla en el modo de operacion activo solamente cuando se espere actividad dered, llevandola a un modo de bajo consumo cuando no se espere actividad alguna. Este mecanismopresenta varios problemas en ambientes streaming multimedia, ya que tıpicamente los datos sonrecibidos de forma contınua. Una solucion consiste en transmitir cadenas de paquetes de datos,las cuales permitan a la interfaz inalambrica permanecer mas tiempo en el modo de bajo consumoentre cadenas de datos. Esto obliga a que la transmision se haga a mayores tasas de transferencia,aumentando la probabilidad de congestion. Jari Korhonen y Ye WangEn estudiaron de forma teoricay de forma experimental el impacto del intervalo de transmision de paquetes y la longitud del bloque(burst) sobre las caracterısticas de desempeno de la red, tales como el retardo de transporte, jitter, yla tasa de perdida de paquetes. Los bloques (bursts) largos presentan la mejor eficiencia energetica,pero tambien incrementa el riesgo de problemas de desempeno de la red en un enlace compartido.Como solucion a este problema, propusieron un mecanismo de ahorro de energıa que ajusta lalongitud del bloque (burst) de datos de acuerdo con las condiciones de congestion del momento. Losresultados experimentales con una aplicacion de prueba muestran que este mecanismo presenta unbuen balance entre eficiencia energetica (longitud de bloque (burst) promedio y baja dispersion debloque (burst)) y prevencion de congestion (perdida de paquetes y problemas en la red observadospor otros usuarios).

Mark Stemm examino el tema del tiempo de vida de la baterıa de un equipo portatil desde elpunto de vista de las posibles polıticas empleadas por el computador portatil en el control de losestados sleep/active de su interfaz inalambrica, con el fin de utilizar mas eficientemente sus recursosde energıa sin comprometer indebidamente la habilidad de los usuarios para acceder a informacion[PG96]. Se hicieron mediciones del consumo de energıa de varios computadores portatiles. Conbase en estas mediciones se realizaron simulaciones que indicaron que aun empleando polıticaspoco agresivas es posible conseguir ahorros considerables de energıa. Ası mismo se encuentra queaunque el balance especıfico de los compromisos tradeoffs dependen en gran medida de la aplicacionparticular, el factor crucial parece ser la cantidad de tiempo que la interfaz de red este en estadoactivo o en estado inactivo.

En la Universidad de California [MCD+03] propusieron un esquema de manejo de potenciaintegrado que unifica las optimizaciones arquitecturales a bajo nivel (CPU, memoria, registros),mecanismos de ahorro a nivel de sistema operativo (escalamiento dinamico de voltaje) y tecnicasadaptativas a nivel middleware (control de admision, transcodificacion optima, regulacion de traficode red). En cuanto a la regulacion del trafico de red, desarrollaron un mecanismo de regulacion detrafico basado en un equipo proxy para reducir el consumo de energıa de la interfaz inalambrica.Este mecanismo se adapta dinamicamente a las condiciones cambiantes de la red y del computador,tiene en cuenta atributos tanto del punto de acceso inalambrico (por ejemplo, capacidad dealmacenamiento) como del protocolo de red subyacente (por ejemplo, tamano del paquete), y usael equipo proxy para almacenar y transmitir bloques bursts optimizados de video siguiendo lainformacion de control hasta el cliente.

El Doctor Chandra ha explorado distintas formas para transmitir paquetes de datos de manerapredecible, permitiendo que el equipo cliente lleve la interfaz inalambrica a un estado sleep debajo consumo [CV02] durante periodos de inactividad. Esta estrategia se implementa sobre una

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plataforma ilustrada en la Figura 5.2.

Figura 5.2: Plataforma streaming con equipo proxy

El costado proxy del servidor streaming permite manejar de forma flexible el trafico en la fuente,sin modificar el servidor. El proxy local le informa al costado proxy del computador cliente acerca delos periodos en los cuales habra comunicacion. Es responsabilidad del cliente realizar las transicionesdel radio necesarias para llevar la interfaz inalambrica al modo sleep durante periodos de inactividad,y ası evitar la perdida de informacion.

El Doctor Tamai en el instituto de ciencia y tecnologıa en Nara, Japon, empleo un enfoquede soluci’on distinto para el problema del consumo [MTI03]. Allı se hicieron pruebas queconfirmaron que la tarjeta tiene un alto consumo de energıa cuando esta encendida, la cual novarıa apreciablemente al variar la velocidad de transmision. Cuando un equipo portatil reproducecontenido de un servidor, usualmente se transmite el stream a la misma velocidad que la rata de bitsde codificacion original del video. En este caso, se debe suministrar energıa a la tarjeta inalambricadurante todo el tiempo de reproduccion. Cuando el ancho de banda disponible es mayor que larata de bit del video, se puede descargar una parte del video a la maxima velocidad de transmisionen un tiempo mas corto que la duracion de la porcion de video. Ası, usando tal transferencia porbloque y guardando la porcion descargada en un buffer local del dispositivo portatil, puede dejarde alimentarse la tarjeta inalambrica durante la diferencia de tiempo para ahorrar energıa.

Davide Bertozzi implemento una estrategia similar [DB02]. En su trabajo se hicieron suposicionespesimistas acerca del tiempo y el consumo extra de energıa asociados con la recuperacion de latarjeta del modo off, y aun ası se obtienen ahorros en el consumo de potencia de alrededor del 25 %comparado con el mecanismo del estandar IEEE 802.11. Tambien se presentan curvas de disenomostrando el tamano mınimo del buffer que permite a la tecnica ser efectiva, como funcion delancho de banda de la red y de las caracterısticas de la interfaz inalambrica.

De manera similar, el doctor Bertozzi propuso una estrategia que hace uso del comportamientoparticular de dos tipos de aplicacion, una relacionada con la transferencia de archivos y otrarelacionada con navegacion en Internet, para identificar periodos de inactividad en los cuales seapague completamente la interfaz inalambrica [BRBR03, DB05]. Se hace uso del sistema de controlde flujo TCP para evitar la transmision de informacion durante estos lapsos de tiempo y ası evitarlas perdidas. Se examinan dos casos: el primer caso de buffer lleno, en el cual se apaga la interfazuna vez que esta lleno este buffer, y se vuelve a encender cuando se vacıa casi completamente. En elsegundo caso de buffer vacıo, se mantiene pagada la interfaz todo el tiempo y solo se activa cuandose detecte actividad en la comunicacion, haciendo uso de una funcion TCP que permite detectaractividad en los puertos del computador cliente.

En el instituto DISI, Nicolas Lorenzon efectuo varias pruebas de desempeno de una plataformapara la reproduccion de video streaming [Lor03]. En este trabajo se evaluo el desempeno de unequipo mezclador (mixer) en una red streaming. Un mezclador (mixer) es una herramienta desoftware que se ejecuta en un equipo proxy entre un servidor streaming y sus clientes, el cual realizauna serie de tareas utiles como adaptar el ancho de banda y el QoS a los requerimientos actuales delcliente. Cuando el cliente solicita la reproduccion de un video al equipo proxy, este solicita el envıo

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del contenido ante el servidor streaming . El proxy actua como un buffer que almacena los paquetesenviados por el servidor streaming y los envıa luego al computador cliente cada cierto intervalo detiempo n. El objetivo de este proceso es el de obtener intervalos vacıos (sin transmision) predeciblesy largos, como puede verse en la figura 5.3, durante los cuales pueda llevarse la interfaz inalambricaa un modo de operacion de bajo consumo.

Figura 5.3: Paquetes enviados por el proxy

En esta seccion se han presentado algunas estrategias de solucion al problema del consumo deenergıa de un computador portatil, mediante el mecanismo de realizar operaciones programadas[AAR02, PYMZ04, LS97, Kra01, TZM06]. Estas estrategias buscan aprovechar el conocimiento quese tiene sobre el entorno particular y ası programar las actividades a realizar en la comunicacionde manera ordenada. En su mayorıa buscan hallar espacios de inactividad en la comunicacion, enlos cuales pueda apagarse el radio de la interfaz inalambrica del computador portatil sin ocasionarcon ello problemas de perdida de informacion. Estas estrategias alcanzan ahorros bastante altos,ya que el consumo de energıa de la interfaz inalambrica esta dominado por el tiempo que el radioesta encendido. Sin embargo, su empleo introduce algunos problemas que es necesario considerar.De acuerdo con la implementacion, es posible que se aumente el riesgo de congestion de paquetes,como tambien puede limitarse la ejecucion de otras aplicaciones que hacen uso de la misma interfazinalambrica.

5.1.3. Reducir la cantidad de datos

Es posible reducir la cantidad de paquetes enviados a un computador portatil sin afectar lacantidad de informacion que requiere el usuario de la aplicacion, o por lo menos con una perdidatolerable. Por ejemplo, es posible realizar la compresion de un archivo de video para que este seenvıe al cliente empleando una menor cantidad de paquetes en la transmision.

A continuacion se presentan algunas de las estrategias que implementan este mecanismo. Enla Universidad del estado de Kent, se propuso una estrategia que incluye un mecanismo derespuesta a la congestion de paquetes, disenado especıficamente para condiciones de trafico sensibleal tiempo [JIK02]. Se propuso entonces un esquema de transcodificacion adaptativo MPEG-2, elcual interactua directamente con el protocolo de transporte y ajusta su produccion con los eventosen la capa de transporte.

Es interesante tambien la propuesta del protocolo WWP (Wave and Wait Protocol), el cual fuedisenado con el objetivo especıfico de conservar la energıa de la baterıa usada para la transmision,aun a expensas de reducir la tasa de transferencia de datos [TBV99]. Este protocolo intenta reducirel consumo de energıa ajustando la cantidad de datos transmitidos, tratando de conservarlo pordebajo de la congestion de red percibida. Cuanto mayor sea el nivel de riesgo de congestion detectadointentara transmitir menor cantidad de datos, reduciendo ası la necesidad de realizar retransmisionesde paquetes duplicados debido a la perdida de paquetes por congestion.

Este tipo de estrategias buscan reducir la cantidad de paquetes a enviar, y ası reducir la energıanecesaria para su comunicacion. Las propuestas buscan aprovechar el comportamiento particular

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de las aplicaciones de interes para llevar a cabo la reduccion. Con el empleo de estas estrategias sereduce efectivamente la cantidad de paquetes a enviar, con muy poca o sin ninguna perdida. Sinembargo se establecen compromisos con los recursos involucrados en el computo que pueden llegarincluso a compararse con los recursos empleados en la comunicacion. Ademas, los ahorros alcanzadosson poco apreciables, ya que el radio de la interfaz inalambrica permanece activo todo el tiempo,que corresponde a la contribucion principal de consumo de energıa de la interfaz inalambrica.

5.2. Discusion

A continuacion se presenta un analisis de los distintos mecanismos de solucion encontrados enla revision bibliografica reportada, resaltando las ventajas y desventajas de cada uno.

Los mecanismos que buscan evitar actividad inutil se concentran en el aumento del desempenoalcanzado por un protocolo particular. Se encontraron una gran cantidad y diversidad demecanismos de este tipo, cada uno de ellos enfocado en mejorar un aspecto especıfico paracierta aplicacion particular. Algunos de ellos buscan mejorar el desempeno de un protocolo yaexistente, otros buscan mejorar la respuesta ante un problema de congestion, otros adaptanla tasa de transferencia de acuerdo con las condiciones actuales del canal, otros modifican elcomportamiento del protocolo ante un esquema particular de error en el canal y otros mecanismosse implementan en protocolos completamente nuevos. En general se pueden lograr ciertas ventajasempleando este mecanismo: Se logra usar la capacidad completa del canal, manejando de maneramas eficiente los recursos con que se cuenta; se evita la modificacion de las implementacionestradicionales, ya que muchos de estos mecanismos se implementan en el equipo cliente sinexigir la modificacion del sistema convencional para conseguir su operacion; se adaptan confacilidad a las condiciones cambiantes de la red; ya que se emplean mecanismos de evaluaciondel canal para ajustar el comportamiento del mecanismo; se pueden implementar simultaneamenteacciones que se contraponen , logrando reacciones muy distintas con el mismo mecanismo; sonde facil implementacion, ya que consiste en adicionar rutinas a los algoritmos convencionales yaimplementados. Sin embargo no hacen uso de los modos de menor consumo, ya que deben mantenerel equipo asociado a la red constantemente; algunas de estas tecnicas confunden el diagnosticode operacion del canal de comunicacion, degradando el funcionamiento del equipo bajo algunascondiciones particulares; ademas que la ejecucion de los algoritmos involucrados en el mecanismopueden acarrear consumo excesivo de energıa, debido a que el ahorro conseguido en la comunicaciones sobrepasado inclusive por el consumo de los calculos involucrados.

Los mecanismos que realizan actividad programada buscan hacer uso del comportamientoparticular de cierta aplicacion, y sobre ella programar las actividades a realizar de forma ordenada.Generalmente se busca generar periodos de tiempo en los cuales no se tenga actividad decomunicacion y ası aprovechar los modos de menor consumo de la interfaz inalambrica. Es elmecanismo con el cual se alcanzan los mayores niveles de ahorro en el consumo de energıa, debidoprincipalmente a que el factor determinante en el consumo de la interfaz corresponde al modo deoperacion. En general este mecanismo aprovecha al maximo la capacidad del canal, ya que envıalos paquetes a la mayor tasa de transferencia disponible; no se afecta la calidad de la transmision,debido a que no se omite ningun paquete de informacion y ademas no se adiciona informacion a lospaquetes que se transmiten. Por otro lado, este mecanismo es propenso a la congestion, ya que lainformacion se envıa a altas tasas de transferencia que complican la aparicion de la congestion; serequiere un ancho de banda considerable, con el fin de transmitir gran volumen de informacion enpoco tiempo; se aumenta el retardo en la reproduccion del contenido multimedia, debido a que debeesperarse a que se transmita cierta cantidad de informacion antes de reproducirla; se debe activar ydesactivar la interfaz inalambrica, lo cual conlleva un tiempo adicional para completar la asociaciondel equipo a la red inalambrica, conlleva la ejecucion de una rutina adicional de activacion delmecanismo y conlleva un consumo adicional de energıa producto del proceso de activacion de la

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interfaz; y en algunas propuestas se emplea un equipo adicional para implementar el mecanismo, locual conlleva sobrecostos y la modificacion de la plataforma convencional original.

Los mecanismos que buscan reducir la cantidad de datos a enviar realizan el mismo trabajo decomunicacion con una menor cantidad de paquetes a transmitir, valiendose de una reduccion en lacalidad del contenido que sea tolerable para el usuario y que a su vez le reporte grandes ahorrosen el consumo de energıa. Estos mecanismos en general persiguen adaptarse a las condicionesactuales del canal de comunicacion, modificando su comportamiento de acuerdo con estos cambios;ademas que pueden tolerar la degradacion en las condiciones de comunicacion, ya que se adaptana ella y persigue la mejor calidad de transmision posible. Sin embargo, disminuye necesariamentela calidad de la informacion, ya que se degrada intencionalmente; en algunos casos puede exigir unincremento considerable en los recursos exigidos, e incluso equipo adicional para implementar losmecanismos; algunos de los mecanismos exigen la modificacion de los servidores, lo cual modificala implementacion convencional de la aplicacion en particular, reduciendo su flexibilidad.

Cada uno de los mecanismos de ahorro presenta ventajas y desventajas, de acuerdo con sunaturaleza. Sin embargo, definiendo como objetivo principal el aumento de la eficiencia energeticade la interfaz inalambrica, sobresalen aquellas estrategias que atacan el componente principal deconsumo. Segun estudios adelantados [MTI03], se encontro que la tarjeta inalambrica tiene un altoconsumo de energıa cuando esta encendido el radio, consumo que no varıa apreciablemente al variarla velocidad de transmision. Por lo tanto, las estrategias de ahorro que involucran el apagado delradio de la interfaz inalambrica obtienen los mejores resultados de aumento de eficiencia energetica.Para lograr el apagado del radio sin degradar el contenido de la informacion, es necesario identificarperiodos de inactividad en la comunicacion.

El mecanismo realizar operaciones programadas alcanza los mejores resultados, ya que algunasde las estrategias que lo implementan identifican los periodos de inactividad en la comunicacion (yasean propios del entorno o generados), en los cuales se apaga el radio de la interfaz inalambrica sinocasionar perdida de informacion. Los otros mecanismos de ahorro, si bien aumentan el desempenodel sistema de comunicacion, no alcanzan resultados significativos ya que mantienen el radio de lainterfaz inalambrica encendido todo el tiempo, lo cual representa dejar activo el principal aporte deconsumo de energıa de la interfaz inalambrica.

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Capıtulo 6

Metodologıa de medicion

En este capıtulo se presenta en detalle la metodologıa de medicion empleada en el desarrollo delproyecto. Se exponen algunas consideraciones generales importantes y se analizan distintas opcionesempleadas por otros investigadores alrededor del mundo.

6.1. Consideraciones generales

Para abordar el problema del consumo de energıa de los dispositivos moviles se han consideradodistintas estrategias que buscan aumentar su eficiencia energetica, atacando las distintas fuentes deconsumo involucradas. Un enfoque de solucion considera que el sistema esta compuesto por distintaspartes que se encargan de implementar las distintas funciones que ofrecen los dispositivos moviles[HS01]. Puede abordarse el problema disenando dichas partes para que presenten un menor consumode energıa o se puede implementar software que haga un uso mas eficiente de los recursos, paraque se pueda realizar el mismo trabajo con un menor consumo de energıa. Cuando se trabaja en ladepuracion de cierta parte, se busca que represente un menor consumo de energıa. Sin embargo nopuede validarse la propuesta desarrollada considerando solamente su consumo particular; ya que sumodificacion implica necesariamente un cambio en el comportamiento del dispositivo movil completoque finalmente condiciona el tiempo de carga de la baterıa [Com03]. Por otro lado, la medicion delconsumo debe realizarse empleando una plataforma de pruebas que represente de la manera masfiel el estado normal de funcionamiento de los dispositivos moviles, que incluye la alimentacion pormedio de la baterıa sin usar ninguna otra conexion fija externa; ya que tanto el dispositivo movilcomo la baterıa se comportan distinto de acuerdo con el nivel de carga que presenta [VW03]. Esdecir, se evidencia una serie de condiciones que deben tenerse en cuenta cuando se pretende evaluarel impacto de las estrategias de aumento de eficiencia en el consumo de energıa de los dispositivosmoviles, de manera que los resultados obtenidos reflejen realmente el impacto sobre el tiempo decarga de la baterıa.

En el presente trabajo de investigacion se realiza le medicion de consumo deenergıa y desempeno sobre un computador portatil. Aunque los dispositivos movilesdeben cumplir con ciertas especificaciones de peso, forma y tamano, los resultadosobtenidos sobre un computador portatil pueden generalizarse debido a que tantoel entorno de prueba como la comunicacion realizada son muy similares. Esto sedebe a que ambos son basicamente computadores, que ejecutan aplicaciones muysimilares y realizan el mismo tipo de comunicacion. Inclusive el impacto de la interfazinalambrica, componente de interes, tiene una contribucion mucho menor en el caso delos computadores portatiles, por lo cual se espera obtener mejores resultados cuandose evalue la estrategia sobre un dispositivo movil.

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6.2. Antecedentes

A partir de los primeros trabajos que consideran el problema del consumo de energıa endispositivos moviles, se han empleado distintas metodologıas de medicion para determinar la variablede interes, ası como algunos otros parametros relacionados.

En algunos trabajos se desarrollan modelos teoricos que buscan representar de la mejor maneralas condiciones reales de funcionamiento de los dispositivos moviles, a partir de los cuales se haceun estimativo de su consumo de energıa [KW05]. De forma similar, en otros trabajos se empleanmodelos de simulacion para estimar el consumo de energıa del dispositivo y evaluar su desempenocon base en las condiciones particulares del problema que abordan [JV01, YGS04, EM04]. Estasopciones tienen la ventaja de facilitar el proceso de experimentacion; ya que permiten realizarcambios de forma simple y permiten modificar y evaluar una gran cantidad de parametros propiosdel funcionamiento del dispositivo movil, sin preocuparse por las limitaciones fısicas que se presentanen la practica. Sin embargo los resultados obtenidos dependen directamente de la calidad del modeloempleado; ya que de esto depende que los resultados obtenidos tengan validez, en la medida en quese asemejen a la realidad en la que finalmente deben implementarse las estrategias desarrolladas.

Ası mismo se han considerado metodologıas que incluyen el empleo de una plataforma depruebas, en la cual se hace uso de distintos instrumentos de medicion que basicamente determinanvalores de voltaje y corriente con base en los cuales se determina el consumo de energıa deldispositivo movil [MCD+03, PAGW06]. Con esta metodologıa se obtienen resultados reales queevaluan en la practica el consumo de energıa real del dispositivo movil, con lo cual se valida eltrabajo de investigacion que se este desarrollando. Es importante ademas considerar que los cambiosimplementados sobre cada parte afectaran tambien el funcionamiento del resto del dispositivo movil,por lo cual serıa mas apropiado medir el consumo de energıa sobre todo el dispositivo. Ası mismo,es importante recalcar que este tipo de mediciones impone algunas exigencias, complejas en ciertoscasos; ya que los dispositivos moviles bajo evaluacion dificultan en ocasiones la realizacion fısicade la toma de medidas, por razones como la construccion de las baterıas (que en la actualidadvienen con varios terminales y conectores propietarios de difıcil fabricacion), sistemas y modulosintegrados que hacen complicada la estimacion del consumo de componentes individuales, cuandoası se requiera. Ademas, la realizacion de pruebas demanda gran cantidad de tiempo, durante el cualdeben asegurarse unas condiciones de experimentacion que, para el caso de las redes inalambricas,es difıcil mantener debido a la proliferacion de redes cerca de las instalaciones donde se realizan laspruebas.

Se debe tener tambien especial cuidado con el acondicionamiento de la senal capturada por elsistema de adquisicion de datos, ya que este afecta inevitablemente las variables que estan siendomedidas, por lo que debe asegurarse la menor intervencion del sistema de medicion en el proceso.Es importante anotar tambien que, aunque estos sistemas operan a altas velocidades, la estimaciondel consumo tiene una exigencia de resolucion temporal mucho menor, debido a que se trata deestimar el impacto sobre el tiempo de carga de la baterıa de las distintas estrategias de aumento deeficiencia que se esten desarrollando, variable que tiene una exigencia de resolucion temporal muchomenor que las aplicaciones que se ejecutan en el dispositivos moviles.

De otro lado, se han desarrollado estrategias que determinan el consumo de energıa a partir de lainformacion que proporciona el mismo sistema operativo del dispositivo movil [Lor03]. Para ello sehan desarrollado distintas herramientas que permiten obtener la informacion requerida sin necesidadde usar instrumentos de medicion. De la misma forma, se han propuesto metodologıas que estimanel consumo de energıa midiendo el tiempo que se demora en descargarse completamente la baterıa,ejecutando las aplicaciones de interes de manera repetida. Estas tecnicas se valen de la informacionsuministrada por el mismo dispositivo movil, que cuenta con un sub sistema de manejo de energıa.Desde ese punto de vista, se puede obtener informacion acerca del consumo del computador desdesu interior, por lo que se obtendra la medida del consumo sin importar el manejo interno que haga

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de su fuente de alimentacion; teniendo en cuenta que es el mismo dispositivo movil el que hace usode la baterıa y es quien reporta el consumo registrado. Sin embargo, no se tiene ningun tipo decontrol sobre la informacion obtenida y no se conocen las condiciones de la medicion.

Tambien se han encontrado plataformas de prueba hıbrida, que hacen uso de dispositivos movilesreales que interactuan con otros que simulan el comportamiento de ciertas partes del sistema, con elfin de facilitar el estudio de las aplicaciones sobre algunas condiciones particulares [YSG+06]. Conesta aproximacion es posible estudiar con mayor facilidad distintos escenarios de prueba, se puedenrecrear una gran cantidad de situaciones de forma agil y se puede controlar con mucho mas detallela operacion del dispositivo movil. Sin embargo, las situaciones examinadas dependen de un modeloque trata de simular las condiciones reales pero que no lo son; por lo que los resultados obtenidosdependeran de la calidad del modelo empleado. Sin embargo, se puede analizar un amplio rangode condiciones en las cuales podrıa cubrir el caso real y por lo tanto se convierte en una buenaherramienta de estudio.

6.3. Descripcion

Teniendo en cuenta el analisis anterior, se propone una metodologıa de medicion que hace usode la informacion de consumo suministrada por un computador portatil, con base en la cual se haceel estimativo de consumo.

6.3.1. Plataforma de pruebas

Para realizar los experimentos, se propone la plataforma de pruebas presentada en la Figura6.1.

Figura 6.1: Plataforma de pruebas.

En ella se distinguen los siguientes equipos: Un PC actuando como servidor streaming ,encargado de mantener disponible el contenido multimedia para los clientes. Un dispositivo puntode acceso, el cual permite realizar la conexion inalambrica entre el servidor y los clientes. Un PC

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actuando como cliente, sobre el cual se ejecuta el reproductor streaming y un script que permiteobtener los datos de consumo de energıa. Ademas se hace uso de un PC actuando como sniffer,encargado de medir el desempeno del sistema de comunicacion, sin afectar el funcionamiento delcliente.

6.3.2. Instrumentacion

La metodologıa de medicion propuesta permite obtener la informacion de consumo de energıade un computador portatil y la informacion de desempeno del sistema de comunicacion. Para ello sehace uso de varias aplicaciones de toma de medidas, las cuales se ejecutan sobre los dispositivosque hacen parte de la plataforma de pruebas, con las cuales se obtienen los resultados de la medicion.

Con el fin de realizar la medida del consumo de energıa se hace uso de una aplicacion de toma demedidas que permita obtener el reporte de las variables de interes invocando los servicios del moduloACPI 1 [HPC06] del sistema operativo del cliente. Los resultados obtenidos son almacenados porla aplicacion de forma periodica en un archivo para su posterior analisis.

Para realizar las medidas de desempeno del sistema de comunicacion, se hace uso de unaaplicacion de toma de medidas que permita capturar los paquetes enviados entre los distintosdispositivos de la plataforma de pruebas, y luego almacenar los resultados en un archivo para suposterior analisis. Dicha aplicacion se ejecuta sobre el sniffer con el fin de evitar la realizacion dedichas medidas usando el cliente, ya que esto afectarıa las mediciones de consumo de energıa.

6.3.3. Pasos para la medicion

Una vez implementada la plataforma propuesta, se lleva a cabo un procedimiento de tres pasospara realizar la toma de medidas. El primer paso busca realizar la preparacion de los dispositivosinvolucrados en la prueba, con el fin de asegurar las condiciones adecuadas para comenzar conlas mediciones. En este paso se encienden todos los dispositivos y se configura la red inalambricapara que se puedan comunicar. Los dispositivos se ubican muy cercanos entre sı. Se asegura queel cliente cuente con baterıa y se conecta su alimentacion externa hasta lograr su carga plena. Sefinalizan todos los procesos ajenos a la reproduccion streaming, toma de medidas o funcionamientoesencial del cliente. De la misma manera, se desconectan los perifericos que no son indispensablespara el desarrollo de la prueba (como dispositivos USB) y se desactivan las aplicaciones que puedanejecutarse automaticamente (por ejemplo un salva pantallas). Se deshabilita el sonido; ya que lareproduccion del contenido de audio afecta la medicion del consumo de energıa del cliente. Elresto de los dispositivos permanecen en situacion normal de operacion y no se ejecutan aplicacionesadicionales sobre estos.

El segundo paso busca iniciar la toma de medidas y asegurar su correcto desarrollo. Para ellose desconecta la alimentacion externa del cliente, se ejecutan inmediatamente las aplicaciones detoma de medidas en el cliente y en el sniffer y finalmente se inicia la reproduccion del contenidostreaming. Cabe resaltar que estos pasos deben realizarse a la mayor brevedad posible, con el fin deaprovechar la carga plena de la baterıa. En este paso se debe estar atento para asegurar el normaldesarrollo de la reproduccion del contenido streaming, de manera que ante cualquier problemapresentado se interrumpa la medicion, se lleve los equipos a las condiciones del primer paso dela metodologıa y finalmente se repita la medicion defectuosa. Una vez finalizada la reproduccionse finaliza la ejecucion de las aplicaciones de toma de medidas, los cuales deben almacenar lainformacion capturada en archivos con ubicacion conocida, para luego procesar la informacion.

En el tercer paso se pretende asegurar la realizacion correcta de varias mediciones, ya sea larepeticion de algunas previas o la realizacion de mediciones en distintos escenarios de prueba,de manera que los experimentos sean independientes entre sı. Para realizar nuevas mediciones se

1ACPI: Advanced Configuration and Power Interface Specification

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debe conectar nuevamente el cargador de la baterıa del cliente y esperar hasta que la baterıallegue nuevamente al estado de plena carga. Debe asegurarse que los dispositivos mantienen lacomunicacion sobre la red inalambrica WLAN y que se finalizan todos los procesos ajenos ala reproduccion streaming, toma de medidas o funcionamiento esencial del cliente. Luego deberealizarse el segundo paso de la metodologıa para realizar una nueva prueba o finalizar dar porterminado el experimento en caso que se hayan concluıdo las pruebas consideradas en el disenoexperimental.

En el Cuadro 6.1 se resume la realizacion de los pasos.

METODOLOGIA DE MEDICION1. Preparacion de los dispositivos: paso en que se encienden todoslos dispositivos, se carga completamente la baterıa y se configurala red inalambrica WLAN2. Toma de medidas: se desconecta la alimentacion externa delcliente, se ejecutan las aplicaciones de diagnostico y seinicia la reproduccion del contenido streaming multimedia.3. Repeticion de medidas: una vez concluida la captura de losdatos, se carga completamente la baterıa del cliente y serepite el segundo paso para realizar una nueva prueba.

Cuadro 6.1: Metodologıa de medicion.

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Capıtulo 7

Caracterizacion de las aplicacionesstreaming multimedia

En este capıtulo se presenta la caracterizacion del consumo de energıa de un computador portatilque ejecuta una aplicacion streaming. Ası mismo se presenta la caracterizacion del desempeno delsistema de comunicacion durante la sesion streaming, que se realiza sobre una red inalambricaWLAN. Es importante la realizacion de este trabajo de caracterizacion, ya que en la medida en quese conozca en mayor detalle el funcionamiento de estas aplicaciones se podran proponer estrategiasde solucion mas eficientes.

7.1. Diseno experimental

En esta seccion se presenta el diseno experimental empleado en la caracterizacion, en el cual se hatenido en cuenta la naturaleza de las redes inalambricas WLAN y la naturaleza de las aplicacionesstreaming.

Con el fin de abarcar los distintos tipos de fuente posibles, en el caso de los flujos de video, seescoge la fuente A como un video con un alto nivel de movimiento y la fuente B como un video con unbajo nivel de movimiento. Las pruebas se realizan sobre una red inalambrica WLAN IEEE 802.11gtipo infrastructure. Es necesario implementar distintos escenarios de prueba que permitan establecerel impacto de los parametros del sistema de comunicacion en la operacion de las aplicaciones.

Para cumplir con las exigencias planteadas, se define la siguiente secuencia de experimentos:

1. Prueba con fuente A: Se realiza una prueba de reproduccion de una fuente A (contiene audioy video) en formato mp4, codificado a un nivel de 256Kbps.

2. Prueba con fuente A, variando nivel de codificacion: Se realizan pruebas con la fuente A,codificada a 112Kbps y 512Kbps.

3. Prueba con fuente A, en condiciones de canal degradado: Se realiza una prueba dereproduccion de una fuente A con un nivel de senal baja, producto de un canal inalambricodegradado.

4. Prueba con fuente A, en red cableada: Se reemplaza el punto de acceso inalambrico por unconcentrador, para evaluar la comunicacion en una red cableada, y se reproduce la fuente A.

5. Prueba con fuente B: Se realiza una prueba de reproduccion de una fuente B (contiene audioy video) en formato mp4, codificado a un nivel de 256Kbps.

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6. Prueba con fuente B, variando nivel de codificacion: Se realizan pruebas con la fuente B,codificada a 112Kbps y 512Kbps.

7. Prueba con fuente B, en condiciones de canal degradado: Se realiza una prueba de reproduccionde una fuente B con un nivel de senal baja, producto de un canal inalambrico degradado.

8. Prueba con fuente A, en red cableada: Se reemplaza el punto de acceso inalambrico por unconcentrador, para evaluar la comunicacion en una red cableada, y se reproduce la fuente B.

9. Prueba de consumo base: Prueba de consumo del computador portatil sin realizar ningunaoperacion y manteniendo apagado el radio de la interfaz inalambrica.

7.2. Realizacion de experimentos

Se realizan los distintos experimentos propuestos en el diseno experimental, teniendo en cuentalas indicaciones realizadas en la metodologıa de medicion en el Capıtulo 6.

Una vez que se lleva a cabo la toma de medidas se realiza el analisis de los resultados. Para ellose hace uso de un script con el cual se obtienen tanto las graficas requeridas como las estadısticasimportantes en la caracterizacion de las aplicaciones streaming.

Para el analisis del consumo de energıa, se obtienen las graficas de nivel de baterıa, corriente enla baterıa y voltaje en la baterıa. Ası mismo se presentan los valores de senal inalambrica y potenciade ruido reportados por la interfaz inalambrica del computador cliente, por medio del modulo ACPIdel sistema operativo. Igualmente se obtiene la grafica de potencia en la baterıa, obtenida como elproducto punto entre la corriente en la baterıa y el voltaje en la baterıa, tal y como se muestra enla ecuacion 7.1

Potencia en la baterıa = Corriente en la baterıa×Voltaje en la baterıa (7.1)

Para el analisis del desmpeno, se presentan las graficas de transferencia de bytes, diferencia de tiempo(delta), paquetes perdidos, paquetes repetidos y jitter. Ası mismo se incluyen algunas estadısticasrelacionadas con el trafico de informacion, tales como valores maximo, mınimo y promedio deltamano de los paquetes, cantidad de paquetes enviados, paquetes repetidos y paquetes perdidos,ası como la velocidad de transferencia de informacion. Cabe anotar que el valor de delta correspondea la diferencia entre los tiempos de envıo entre los paquetes consecutivos, segun la ecuacion 7.2, yel valor de jitter se calcula como la diferencia entre los valores de delta obtenidos, segun la ecuacion7.3.

deltai+1 = tiempo paquetei+1 − tiempo paquetei (7.2)

jitteri+1 = deltai+1 − deltai (7.3)

En la Figura 7.1, en la Figura 7.2 y en la Figura 7.3 se presentan algunos de los resultados obtenidospara la fuente A, codificada a 112 Kbps, en una red inalambrica WLAN con condiciones de canaldegradado.

7.3. Descripcion de los resultados

A continuacion se realiza la descripcion de los resultados obtenidos en los experimentos. Enprimer lugar se presentan los aspectos relacionados con el consumo de energıa del computadorportatil, y en segundo lugar se estudian los aspectos relacionados con el desempeno del sistema decomunicacion.

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Figura 7.1: Resultados de consumo de energıa.

Figura 7.2: Resultados de trafico del flujo de audio.

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Figura 7.3: Resultados de trafico del flujo de video.

7.3.1. Consumo de energıa

Se espera que la caracterıstica de carga de la baterıa exhiba un comportamiento logarıtmico,sin embargo se obtuvo una caracterıstica similar a una lınea recta que va desde el valor inicial decarga hasta el valor final de carga. Esto se debe a que la descarga presentada por la baterıa espoco significativa y no se alcanza a apreciar el comportamiento esperado inicialmente. Los nivelesentre los cuales varıa la carga de la baterıa dependen del estado de carga actual, por lo cual serealizaron todas las pruebas con la baterıa en estado de plena carga (siguiendo las indicaciones dela metodologıa de medicion).

La corriente en la baterıa inicia en un cierto valor, al comenzar con el experimento. Luegoaumenta su valor promedio, coincidiendo con el inicio de la reproduccion de la fuente de prueba. Estocomprueba que una vez iniciada la reproduccion se inician procesos que aumentan apreciablemente elconsumo del cliente. Sin embargo, al terminar el video no se aprecia de forma evidente el retorno delequipo al estado inicial de consumo. En otros casos, no se aprecia claramente el cambio de estadode consumo del cliente en ningun momento. La grafica de corriente en la baterıa esta formadapor variaciones constantes (escalones), lo cual denota la actividad de procesos en el cliente. Estosprocesos estan relacionados con el manejo de la memoria, segun pruebas anteriores.

La caracterıstica de voltaje en la baterıa exhibe una forma similar a una grafica exponencial,decreciente y concava hacia arriba. Esto indica que la baterıa empleada en los experimentos sedescarga mas rapidamente cuando tiene mayor nivel de carga, y disminuye la velocidad de descargaconforme baja su nivel de carga. La grafica de voltaje presenta ademas unas pequenas variacionescon respecto a la forma promedio, indicando picos de consumo en los que cambia instantaneamenteel voltaje disponible. En todos los casos de red inalambrica ideal, se nota que el voltaje reportadoal final de las pruebas es menor que el reportado en el caso de red cableada. Esto se debe a que labaterıa presenta un mayor nivel de descarga con la interfaz inalambrica.

La grafica de potencia en la baterıa es muy similar a la de corriente en la baterıa, y presentanpracticamente la misma silueta. Las graficas de potencia son muy similares entre los experimentosrealizados con red cableada. Sin importar la fuente empleada, los niveles promedio y la forma de

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las graficas de potencia son muy similares. Ası mismo son muy similares las graficas de potenciaen los experimentos con redes inalambricas. Sin embargo, existe una diferencia apreciable entre losexperimentos realizados con red cableada y con red inalambrica.

En los experimentos con red inalambrica en condiciones ideales, el nivel de senal recibida en elradio oscila alrededor de los -30 dBm, en todos los casos. No parece haber relacion alguna entre laforma de la grafica y algun evento en particular. Se presume que este nivel depende exclusivamente delas condiciones instantaneas del canal, las cuales cambian constantemente de manera impredecible.Solo en ciertos casos se presentan algunos patrones, que no se corresponden con otros eventos enparticular. Para el caso de los experimentos en red inalambrica en condiciones de canal degradado,el nivel de senal recibida oscila alrededor de los -90 dBm. Este hecho deja el radio en el umbral de ladesconexion de la red inalambrica, y pequenas reducciones en su valor causan incluso la desconexiondel cliente. Estas desconexiones se aprecian en aquellos puntos en los que el nivel de senal alcanzael valor de cero (0), lo cual indica que el equipo cliente ha perdido la asociacion del punto de accesoinalambrico.

7.3.2. Desempeno

El servidor streaming envıa la informacion de audio en un flujo (stream) independiente del flujode video. Ambos flujos pertenecen a una misma sesion streaming, la cual se identifica por unamarca de identificacion que acompana a cada paquete enviado desde el servidor. Por esta razon, seanalizaran por separado los resultados de cada uno de los flujos pertenecientes a una misma sesionstreaming.

Flujo de audio

Para el caso de la red cableada, la grafica de transferencia de bytes muestra que el tamanode los paquetes es muy similar al valor promedio, indicando una baja desviacion. En efecto, estehecho es confirmado por las estadısticas obtenidas. Conforme aumenta el nivel de codificacion de lafuente de prueba, aumenta el tamano promedio de paquete, la desviacion tıpica y el total de bytestransmitidos. Esta caracterıstica es muy similar para ambas fuentes de prueba. Sin embargo, cadauna exhibe una forma particular que se repite sin importar el canal de comunicacion. El total debytes recibidos depende de la fuente. Este valor decrece cuando aumenta la cantidad de paquetesperdidos y aumenta cuando crece la cantidad de paquetes repetidos.

La cantidad de paquetes depende de la fuente. En la red cableada se tiene una menor cantidadde paquetes en la prueba con la fuente codificada a 512 Kbps, le sigue la fuente codificada a 112Kbps y finalmente se tiene mayor cantidad de paquetes en las pruebas con la fuente codificada a 256Kbps. Sin embargo, en las redes inalambricas se tiene la menor cantidad de paquetes para la fuentea 112 Kbps, aumenta en el caso a 256 Kbps y se tiene un maximo en la fuente codificada a 512Kbps. En todos los casos aparece una menor cantidad de paquetes cuando se presentan perdidas yaparece una mayor cantidad de paquetes cuando se presentan repeticiones. El tamano promedio delos paquetes es muy similar entre fuentes con el mismo nivel de codificacion. La desviacion estandarpermanece casi constante para el mismo nivel de codificacion, y aumenta de la misma forma queel nivel de codificacion de la fuente. El tamano mınimo de paquete es casi constante, y aumentaconforme crece el nivel de codificacion. Ası mismo ocurre con el tamano maximo de paquete.

Tanto en el caso de la red cableada como en el caso de la red inalambrica en condiciones ideales,se presenta una mayor cantidad de paquetes perdidos que paquetes repetidos. En el caso de lared inalambrica en condiciones de canal degradado se presenta una mayor cantidad de paquetesrepetidos que paquetes perdidos. El tiempo de reproduccion depende de la fuente de prueba, y esposible que se prolongue cuando se presentan desconexiones. La velocidad de paquetes recibidoscambia aleatoriamente en todos los casos. La velocidad de bytes recibidos depende de la fuente,

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y aumenta su valor conforme aumenta el nivel de codificacion. Ası mismo aumenta cuando sepresentan repeticiones y disminuye cuando se presentan perdidas.

La caracterıstica de delta es muy variable, indicando diferencias en las condiciones instantaneasdel canal. El valor promedio permanece en el mismo rango para todos los escenarios de prueba.Sin embargo cambia aleatoriamente. Ası mismo ocurre con los valores de desviacion tıpica, maximoy mınimo, pero aparecen los valores pico cuando ocurren desconexiones. Los valores de delta sehacen muy grandes solo en el caso de la red inalambrica. Incluso en el caso de la red inalambricaen condiciones ideales de conexion, algunos valores de delta pueden presentar niveles altos. Estosaparecen aleatoriamente, y en algunos casos de manera repetida. Se presentan valores pico cuandoocurren las desconexiones.

No se presentaron paquetes repetidos en los experimentos por red cableada. Los paquetesrepetidos aparecen unicamente en los experimentos con redes inalambricas. En condiciones idealesaparecen aleatoriamente. En condiciones de canal degradado, siempre aparecen paquetes repetidos.Los paquetes repetidos dependen de las condiciones actuales del canal, ya que son similares laspruebas realizadas bajo las mismas condiciones del entorno.

No se presentaron paquetes perdidos en los experimentos por red cableada. Aparecen paquetesperdidos siempre en el caso de la red inalambrica, en mayor cantidad en condiciones pobres decanal. Se presentan los valores pico cuando ocurren las desconexiones.

El jitter es muy variable en todos los escenarios de prueba. El valor promedio es muy similar entodos los casos, cercano a cero. Esto indica un balance en la variacion de los retardos. La desviaciontıpica obtenida cambia de valor aleatoriamente. El rango de los valores promedio de jitter es similaren cada canal, se tiene un valor mınimo en la red cableada, aumenta en el caso de la red inalambricaideal y es maximo para la red cableada en condiciones pobres de canal. Se alcanzan los valores picocuando se presentan desconexiones. Aparecen valores apreciables de jitter en el caso de la redinalambrica, de forma aleatoria. Se presentan los valores pico cuando aparecen las desconexiones.

Flujo de video

El tamano de los paquetes es muy variable, con un tope de 1508 Bytes y 1526 Bytes. En todoslos casos se recibe una mayor cantidad de paquetes que en el flujo de audio. La forma de la graficade transferencia de bytes depende de la fuente de prueba. En el video con mayor cantidad demovimiento se ve una grafica mas densa, que indica mayor cantidad de informacion transmitida.Es mas densa conforme aumenta el nivel de codificacion. La desviacion en bytes es siempre alta. Eltamano promedio de paquete depende de la fuente y del nivel de codificacion. Se conservan siemprelos tamanos mınimo y maximo de paquete, en todos los casos. El total de informacion recibidadepende de la fuente, y es mayor para la fuente con un mayor nivel de movimiento. Sin embargo,la diferencia se va reduciendo apreciablemente conforme aumenta el nivel de codificacion. El totalde paquetes depende del video, y aumenta conforme aumenta el nivel de codificacion. Disminuye sise presentan perdidas y aumenta si se presentan repeticiones. La velocidad de paquetes recibidos(paq/seg) depende de la fuente y de su nivel de codificacion, y aumenta conforme aumenta estenivel de codificacion. Se presentan los valores pico cuando aparecen las desconexiones. La velocidadde transferencia de informacion Byte/seg depende del video y del nivel de codificacion, y aumentaconforme aumentan estos. Se encuentran los valores pico cuando se presentan desconexiones. Entodos los casos se obtiene una mayor velocidad de paquetes y bytes que en el caso del flujo de audio.

En cuanto al valor de delta, su valor promedio es muy variable y en general es menor que en elcaso del flujo de audio. Su valor mınimo es similar en todos los casos, alrededor de 1 ms. El valormaximo depende del canal: se tienen los menores valores en el caso de la red cableada, aumenta enel caso de la red inalambrica ideal y se presentan los valores maximos para el canal degradado. Sealcanzan los valores pico cuando se presentan desconexiones. En general, presenta una caracterısticamuy similar al caso del flujo de audio.

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Los valores de delta, paquetes repetidos y paquetes perdidos son muy similares a los valorescorrespondientes al flujo de audio, al igual que los valores relacionados con el jitter. La velocidadmas alta obtenida en las pruebas es de 0.57 Mbps. No existe correlacion evidente entre los flujos(streams) de audio y de video, en ningun parametro de prueba. Son dos comunicaciones totalmenteindependientes. Sin embargo, los valores de delta y jitter son del mismo orden.

7.4. Analisis de los resultados

En esta seccion se presenta el analisis de los resultados obtenidos.En lo referente al consumo de energıa del computador portatil, es importante senalar que no

existen diferencias apreciables entre las pruebas que emplean distintas fuentes o distintos niveles decodificacion. Tampoco se aprecia una dependencia considerable del consumo de energıa con respectoa las retransmisiones, la cantidad de paquetes repetidos ni tampoco el nivel de senal de la interfazinalambrica. El consumo de energıa del computador portatil depende principalmente de la interfazde red empleada, ya que se notaron cambios considerables entre los experimentos con el equipo sinrealizar ninguna comunicacion, empleando la interfaz de red cableada y empleando la interfaz dered inalambrica.

Es importante resaltar varios resultados en relacion con el desempeno del sistema decomunicacion: las aplicaciones streaming envıan la informacion de audio y video a traves de flujosindependientes, que presentan parametros de desempeno muy diferentes. En condiciones idealesde comunicacion, se presenta una mayor cantidad de paquetes perdidos en comparacion con lacantidad de paquetes repetidos. En condiciones pobres de canal (inalambrico) se presenta unamayor cantidad de paquetes repetidos que paquetes perdidos, debido a que el mecanismo de controlen la comunicacion intenta reponer los paquetes que se van perdiendo y para ello realiza unagran cantidad de retransmisiones de cada uno de los paquetes que reporta como perdidos. Estaretransmision de paquetes se coordina a nivel de la capa de acceso al medio, como parte del estandarWLAN 802.11, que reporta como perdido un paquete enviado cuando no se recibe acuse de recibo(ACK) del cliente. Parametros como el tamano del buffer de reproduccion y el tamano maximo depaquete influyen sobre el desempeno de la comunicacion; ya que estos determinan la forma comose hace la division de la informacion en paquetes los cuales a su vez determinan si la comunicacionsera por ejemplo mas propensa a problemas de congestion, implicara el envıo de mayor cantidad deinformacion, entre otros. La fuente empleada determina la forma como se realiza la comunicacion;ya que de esta depende la cantidad de informacion a transmitir, la paquetizacion, el uso del canal,entre otros. La variabilidad aleatoria de las condiciones del canal inalambrico, propio de los mediosradiados, determinan una aleatoriedad en los parametros de comportamiento del canal que implicanun cambio contınuo en la forma como se realiza la comunicacion.

7.5. Caracterizacion

En esta seccion se realiza la caracterizacion del consumo de energıa y el desempeno de lasaplicaciones streaming sobre redes inalambricas WLAN.

En el Cuadro 7.1 se presentan algunos valores de consumo obtenidos en las distintas pruebas,agrupadas en tres grupos: CABLE que corresponde a las pruebas realizadas sobre la red cableada,WLAN que corresponde a las pruebas realizadas sobre la red inalambrica y WLAN D quecorresponde a las pruebas realizadas sobre la red inalambrica con canal degradado. En la columnaDESCARGA se presenta el promedio de los valores de descarga de la baterıa. En la columnaCORRIENTE se presenta el promedio de la corriente promedio obtenida en cada prueba. En lacolumna POTENCIA se presenta el promedio de los valores promedio de la potencia instantanea,definida como el producto entre la corriente instantanea y el voltaje instantaneo. Finalmente, en

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la columna ENERGIA se presenta el promedio del consumo de energıa promedio obtenido en cadacaso, definido el consumo como el producto entre la potencia promedio y el tiempo de prueba.

PRUEBA DESCARGA CORRIENTE POTENCIA ENERGIACABLE 198 mAh 1,198 A 14,157 W 8494 JWLAN 238 mAh 1,436 A 16.779 W 10067 J

WLAN D 236 mAh 1,425 A 16.497 W 9898 J

Cuadro 7.1: Caracterizacion consumo de energıa.

En el Cuadro 7.2 se presentan algunos valores que permiten evaluar el desempeno del sistemade comunicacion, relacionado especıficamente con el flujo de audio de la fuente bajo prueba. Seagrupan los resultados en varios grupos, que corresponden a cada fila del Cuadro, y que reune losresultados obtenidos en pruebas con cierto canal de comunicacion (CABLE, WLAN, WLAN D) ycierto nivel de codificacion de la fuente (112Kbps, 512Kbps, 1Mbps). En la columna PAQUETE sepresenta el promedio de los valores promedio de tamano de paquete durante cada prueba. En lacolumna BW se presenta el valor promedio de los valores promedio de ancho de banda obtenidos. Enla columna DELTA se presenta el promedio de los valores promedio obtenidos en los experimentos.En la columna JITTER se presenta el promedio de los valores promedio de jitter.

PRUEBA PAQUETE BW DELTA JITTERCABLE - 112K 246 Byte 0,021 Mbit/seg 92,854 mseg 0,016 msegCABLE - 256K 314 Byte 0,039 Mbit/seg 63,988 mseg 0,009 msegCABLE - 512K 830 Byte 0,069 Mbit/seg 95,975 mseg 0,019 msegWLAN - 112K 251 Byte 0,020 Mbit/seg 103,261 mseg 0,022 msegWLAN - 256K 328 Byte 0,032 Mbit/seg 79,879 mseg 0,010 msegWLAN - 512K 839 Byte 0,076 Mbit/seg 94,960 mseg 0,013 mseg

WLAN D - 112K 259 Byte 0,050 Mbit/seg 63,783 mseg 0,006 msegWLAN D - 256K 331 Byte 0,087 Mbit/seg 30,685 mseg 0,002 msegWLAN D - 512K 847 Byte 0,082 Mbit/seg 83,311 mseg 0,007 mseg

Cuadro 7.2: Caracterizacion desempeno del flujo de audio.

En el Cuadro 7.3 se presentan algunos valores que permiten evaluar el desempeno del sistema decomunicacion, relacionado especıficamente con el flujo de video de la fuente bajo prueba. El Cuadro7.3 presenta la misma distribucion del Cuadro 7.2.

PRUEBA PAQUETE BW DELTA JITTERCABLE - 112K 774 Byte 0,081 Mbit/seg 76,633 mseg 0,029 msegCABLE - 256K 992 Byte 0,191 Mbit/seg 41,604 mseg 0,000 msegCABLE - 512K 1295 Byte 0,389 Mbit/seg 26,636 mseg 0,000 msegWLAN - 112K 774 Byte 0,074 Mbit/seg 85,006 mseg 0,026 msegWLAN - 256K 1029 Byte 0,158 Mbit/seg 53,167 mseg 0,016 msegWLAN - 512K 1287 Byte 0,422 Mbit/seg 25,802 mseg 0,000 mseg

WLAN D - 112K 804 Byte 0,209 Mbit/seg 49,631 mseg 1,763 msegWLAN D - 256K 1063 Byte 0,362 Mbit/seg 23,524 mseg 0,000 msegWLAN D - 512K 1310 Byte 0,513 Mbit/seg 20,626 mseg 0,000 mseg

Cuadro 7.3: Caracterizacion desempeno del flujo de video.

Es importante resaltar que los valores presentados en los cuadros anteriores corresponden a

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los experimentos realizados segun el diseno experimental propuesto en la Seccion 7.1. Por lo tantono constituyen un resultado general, valido para cualquier escenario de prueba y bajo cualquiercondicion. Sin embargo, representan valores que se encuentran tıpicamente en los escenariosparticulares definidos en este documento, los cuales permiten abstraer conclusiones importantesacerca del comportamiento de las aplicaciones streaming sobre redes inalambricas WLAN, y de esaforma establecer los rasgos particulares que diferencian estas tecnologıas.

Como resultado de este trabajo de caracterizacion de las aplicaciones streaming sobre redesinalambricas WLAN es importante resaltar la importancia de la interfaz de red empleada en lacomunicacion en el consumo de energıa del computador portatil. Es claro que el consumo delcomputador en una sesion streaming esta determinada por la interfaz de red empleada, mientras queotros elementos como la cantidad de paquetes a transmitir, la velocidad de transmision y el nivel desenal del radio apenas tienen un impacto sobre el consumo del computador. Es importante resaltarademas que el desempeno del sistema de comunicacion esta determinado por la fuente streamingbajo prueba, las condiciones del canal y de la implementacion de los protocolos de comunicacion.Cada vez que varıe uno de estos aspectos, cambiara notablemente el comportamiento del sistemade comunicacion. Se destaca por ejemplo la diferencia observada entre los flujos de audio y de videobajo prueba, debido al contenido bastante particular de cada uno y al nivel de codificacion diferentepara cada caso. Ası mismo se observo un cambio importante al variar el nivel de codificacion dela fuente de prueba, ya que de esta forma se varıa la cantidad de informacion a ser enviada por elcanal de comunicacion, la cual debe llegar a ciertos intervalos de tiempo para sincronizar el tiempode reproduccion del contenido con el tiempo de llegada de los paquetes. De la misma forma, losprotocolos de comunicacion tienen un impacto importante en el desempeno del canal, debido a queestos emplean mecanismos que influyen directamente en la forma como se transmiten los datos,razon por la cual determinan como se envıa la informacion a traves del canal.

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Capıtulo 8

Implementacion de un protocolo anivel de transporteenergeticamente eficiente

En este capıtulo se presenta el desarrollo de la estrategia de ahorro propuesta como solucional problema de investigacion planteado en el proyecto. En la seccion 8.1 se analiza la tecnica deencendido-apagado del radio. En la seccion 8.2 se realiza la descripcion detallada de la estrategiapropuesta. En la seccion 8.3 se presentan los detalles de la implementacion en un caso particular.

8.1. Encendido-apagado del radio

Con base en la revision de antecedentes realizada en el Capıtulo 5 se evidencia la eficacia de latecnica de encendido-apagado del radio de la interfaz inalambrica del dispositivo movil. Diversosestudios han encontrado que el principal aporte al consumo de energıa de la interfaz inalambricase debe al consumo del radio cuando este se encuentra encendido; por lo que se obtienen grandesahorros en su operacion siempre que pueda apagarse. En esta secci’on se analiza la tecnica deencendido-apagado con base en algunos experimentos disenados con tal proposito. En la subseccion8.1.1 se describen los experimentos a realizar. En la subseccion 8.1.2 se presentan los resultadosobtenidos en los experimentos realizados. En la subseccion 8.1.3 se analizan los resultados obtenidos.En la subseccion 8.1.4 se realiza la discusion de los resultados.

8.1.1. Experimentos

El escenario de trabajo para el experimento corresponde a una red inalambrica WLAN,que incluye el uso de dispositivos moviles. El comportamiento de los dispositivos involucradosesta afectado por distintas variables tanto ambientales como por ellos mismos y su operacion.Aunque se espera obtener variaciones en las medidas de interes aun en aquellos casos en que serealicen pruebas bajo condiciones identicas, se espera tener controladas las variables influyentes detal manera que los resultados obtenidos al repetir las pruebas sean lo suficientemente cercanos comopara aceptar estos valores como las medidas ciertas de la variable estudiada.

Por lo tanto se define que se cuenta con un ambiente de pruebas controlado, sobre el cualse controla la influencia de las variables ambientales de tal manera que las medidas tomadasrepresentan efectivamente el valor de la variable de interes. Ası mismo se define que las distintas

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mediciones realizadas son independientes unas de otras, siguiendo con las indicaciones de lametodologıa de medicion desarrollada y descrita en el Capıtulo 6.

Para realizar los experimentos se emplea un computador portatil, con el cual se cuenta en ellaboratorio de pruebas, tal como se ilustra en la Figura 6.1. Se espera que los resultados obtenidosen relacion con el consumo de energıa permitan evaluar la tecnica de encendido-apagado del radioy estimar su impacto en un escenario streaming tıpico. Aunque los dispositivos moviles abarcanequipos como los asistentes personales cuyas caracterısticas fısicas y de operacion son diferentes alos computadores portatiles, se espera que los resultados obtenidos permitan abstrater conclusioneslo suficientemente generales como para generalizar el comportamiento de los dispositivos moviles.

Con base en las consideraciones anteriores, se realizaron algunos experimentos en los que seprobaron distintos intervalos de encendido y apagado del radio de la interfaz inalambrica. Se hizouso de una muestra codificada a 512Kbps en formato mp4, que contiene informacion de audio yvideo, con una duracion de ocho minutos. Haciendo uso de la metodologıa de medicion descrita enel Capıtulo 6, se realizan pruebas apagando y encendiendo el radio durante distintos intervalos detiempo.

8.1.2. Resultados

Teniendo en cuenta los experimentos descritos en la subseccion 8.1.1, se realizaron las pruebasindicadas. En el cuadro 8.1 se presentan los resultados obtenidos en los distintos casos de prueba.

PRUEBA* DESCARGA CAMBIOS PERDIDAS BENEFICIOEncendido 179 mAh —– 132 paq —–

off 0,5 on 0,5 184 mAh 480 23035 paq 23,594off 0,5 on 1 184 mAh 320 18764 paq 28,964off 0,5 on 2 182 mAh 192 17899 paq 30,697off 1 on 0,5 181 mAh 320 22061 paq 25,044off 1 on 1 179 mAh 240 20508 paq 27,241off 1 on 2 176 mAh 160 14102 paq 40,291off 1 on 3 176 mAh 120 10007 paq 56,778

off 2 on 0,5 175 mAh 192 22484 paq 25,415off 2 on 1 178 mAh 160 19800 paq 28,374off 2 on 2 179 mAh 120 14323 paq 39,004off 3 on 3 175 mAh 80 13759 paq 41,531

* Periodos de tiempo en segundos

Cuadro 8.1: Resultados encendido-apagado del radio.

La columna PRUEBA corresponde al nombre de la prueba, la cual brinda informacion acercade los tiempos de apagado y encendido del radio. Por ejemplo, la prueba 0ff 0,5 on 0,5 correspondeal caso en que se apaga el radio durante 0,5 segundos y luego se enciende durante 0,5 segundos. Lacolumna DESCARGA presenta la descarga de la baterıa en cada caso. En la columna CAMBIOSse presenta la cantidad de veces que se enciende el radio en cada prueba. En la columnaPERDIDAS se presenta la cantidad de paquetes que se han perdido durante la transmision. Enla columna BENEFICIO se presenta el valor del parametro definido para evaluar los distintos casosconsiderados. Esta relacion ha sido propuesta con el fin de determinar la ventaja conseguida en cadacaso de prueba, teniendo en cuenta que se trata de obtener la menor descarga posible y ası mismola menor cantidad de paquetes perdidos. De esta forma, entre mayor sea el valor del parametroBENEFICIO mas conveniente sera el caso correspondiente.

BENEFICIO =108

DESCARGA× PERDIDAS(8.1)

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El valor 108 se agrega para obtener valores de BENEFICIO con dos cifras enteras.

8.1.3. Analisis

A partir de las pruebas realizadas se pueden obtener algunos analisis interesantes. El caso 0ff0,5 on 0,5 presenta el mayor consumo. Si se parte del hecho que el consumo de la interfaz dependeexclusivamente del tiempo que permanece encendido el radio durante la prueba, el resto de casosen los cuales se apaga el radio el mismo tiempo que se enciende deberıan presentar un consumosimilar, situacion que no ocurre. Este primer caso se diferencia de los demas en que presenta elmayor numero de cambios apagado-encendido del radio. Este hecho hace suponer que el encendidodel radio involucra un consumo adicional de energıa. Dicho comportamiento puede obedecer a doscausas: la primera involucra la realizacion de actividades de inicializacion del radio mismo, en loscuales se pueden presentar picos de consumo debido a su funcionamiento interno. Una segunda causacorresponde a la realizacion de actividades encaminadas a la asociacion del radio con el punto deacceso inalambrico, en el cual se presenta una negociacion de las condiciones de comunicacion quepueden implicar aumentos en el consumo de la interfaz.

Ası mismo se ve como los dos casos con el segundo mayor valor de transiciones del radio (320)tienen consumos de energıa altos, cuya explicacion es similar a la del caso anterior. El caso con eltercer mayor valor de transiciones (240) tiene un consumo alto, pero menor que otros, menor porejemplo que uno de los casos con 192 transiciones. Este hecho no tendrıa sentido si se supone que elconsumo de la interfaz depende exclusivamente de la cantidad de transiciones apagado-encendidodel radio. Es importante notar que en este ultimo caso, el radio permanece encendido durante dossegundos, mientras que en el caso con 240 transiciones se tienen intervalos de encendido de unsegundo. Por lo tanto, se evidencia que el tiempo que permanece encendido el radio influencia elconsumo de energıa de la interfaz inalambrica.

De otro lado, se obtienen los valores de consumo mas bajos en aquellos casos con menor cantidadde transiciones del radio y aquellos en los cuales permanece encendido el radio el menor tiempo.Sin embargo, en el caso con menor tiempo de encendido del radio (off 2 on 0,5), se tiene la segundamayor cantidad de paquetes perdidos, resultado indeseable ya que implica una reduccion en lacalidad del contenido multimedia transmitido.

Se estima que el mejor caso de prueba ocurre cuando se apaga el radio durante 1 segundo y seenciende durante 3 segundos. De esta forma, se tiene un numero bajo de transiciones de apagado-encendido del radio (120), al mismo tiempo se mantiene moderado el tiempo que el radio permaneceencendido que a su vez es tal que mantiene moderado el numero de paquetes perdidos. De formasimilar se tienen otros dos casos, off 1 on 2 y off 3 on 3, que exhiben un consumo de energıa bajo y asu vez se mantiene moderada la cantidad de paquetes perdidos. Se evidencia un compromiso entrela cantidad de veces que se enciende el radio y el tiempo que este permanece encendido; ya queentre mas tiempo permanezca el radio apagado tendra un menor consumo, pero al mismo tiempodegradara la calidad de la transmision.

Notese ademas la relacion entre el valor del parametro BENEFICIO y el analisis anterior. Segunla definicion del parametro, sera mejor el caso cuanto mayor sea su BENEFICIO correspondiente.El caso con el mayor valor de BENEFICIO corresponde a la prueba off 1 on 3, la cual presentala mejor relacion entre bajo consumo de energıa y baja cantidad de perdidas. De la misma forma,aquellos casos con valores de BENEFICIO intermedios presentan desempeno de consumo y perdidamoderados. El caso con el menor valor de BENEFICIO corresponde a la prueba off 0,5 on 0,5. Eneste caso se presenta el mayor valor de consumo junto con la mayor cantidad de paquetes perdidos,que obviamente representa el peor caso.

Es importante mencionar que el consumo de energıa, representado por la descarga de la baterıa,representa el consumo del computador portatil completo. Por lo tanto, el impacto de la tecnicaevaluada sobre el consumo de la interfaz inalambrica es mayor que la estimada en las pruebas. Y su

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impacto debe ser aun mayor en un dispositivo movil; ya que el consumo de la interfaz inalambricatiene un mayor peso en el consumo total.

8.1.4. Discusion

Con base en los experimentos presentados en esta seccion es posible afirmar que la tecnica deapagado-encendido del radio permite aumentar le eficiencia energetica de la interfaz inalambrica yaumentar el tiempo que permanece cargada la baterıa de un computador portatil. Los resultadosmuestran un ahorro de hasta el 2,23 %, aclarando que se trata de un ahorro del tiempo de cargaproducto de una reduccion del consumo total del dispositivo, por lo que el ahorro conseguido en lainterfaz inalambrica es mayor. A la hora de implementar una propuesta de aumento de eficienciabasada en esta tecnica, debe limitarse la cantidad de cambios apagado-encendido del radio, debidoa la relacion encontrada entre la cantidad de transiciones de encendido a apagado del radio y elaumento de la descarga de la baterıa del dispositivo movil. Ası mismo se debe asegurar una bajacantidad de paquetes perdidos al emplear esta tecnica, ya que es indispensable mantener la calidadde servicio que el usuario recibe.

8.2. Estrategia propuesta

La estrategia de ahorro propuesta para dar solucion al problema de investigacion planteadoen el desarrollo del proyecto se basa en la generacion de espacios de tiempo de inactividad en lacomunicacion, en los cuales pueda emplearse la tecnica de encendido-apagado del radio de la interfazinalambrica sin ocasionar perdida de datos.

Para hacer uso de la tecnica de encendido-apagado del radio, es necesario asegurar que durantelos intervalos de tiempo en los cuales se mantendra apagado el radio no habra comunicacionpendiente por realizarse, para evitar la perdida de informacion. Por lo tanto, sera necesario controlarel flujo de la comunicacion de manera que se generen espacios de inactividad y ası pueda apagarseel radio sin ocasionar problemas.

Para ello se propone dividir la reproduccion de la muestra en varios ciclos de tiempo. Durantecada ciclo, se realiza el envıo intensivo (a mayor velocidad de la normal) de la informacion del ciclocompleto. Al culminar la descarga de la informacion correspondiente, se apaga el radio y se dejainactivo hasta que se complete el tiempo de duracion del ciclo. De esta forma se garantiza quela informacion del ciclo llegara completa al cliente y aun ası habra periodos de inactividad en loscuales pueda apagarse el radio. En la Figura 8.1 se ilustra la estrategia propuesta.

En la Figura 8.1 puede notarse que cada ciclo de tiempo esta dividido en tres fases. La primerafase, llamada Radio on, busca realizar la descarga del contenido del ciclo completo. En esta fasese mantiene encendido el radio de la interfaz inalambrica y se realiza la descarga acelarada delcontenido streaming del ciclo completo. La cantidad de paquetes enviados dependera basicamentede la muestra bajo prueba y de su nivel de codificacion. Ası mismo, el tiempo necesario para realizarla descarga de la informacion de todo el ciclo depende unicamente de la duracion del ciclo de tiempo yde la velocidad a la cual se descargue el contenido. Luego de culminar la descarga de la informacionde un ciclo no hace falta esperar el envıo de informacion adicional, ya que se ha descargado elcontenido del ciclo completo. Por lo tanto, al finalizar esta fase, es posible apagar el radio de lainterfaz inalambrica por el resto del ciclo sin ocasionar perdida de informacion. La segunda fase,llamada Radio off, busca lograr un ahorro energetico en el funcionamiento de la interfaz inalambrica.En esta fase se apaga el radio de la interfaz inalambrica y se espera hasta la finalizacion del ciclo detiempo completo. En esta fase no ocurren perdidas, ya que no se espera flujo de informacion desdele servidor streaming. La tercera fase, llamada Radio asoc, busca renovar el flujo de informacioncon el servidor streaming. Para ello debe encender el radio de la interfaz inalambrica, esperar aque el radio realice el proceso de encendido completo, para luego comunicarse con el punto de

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Figura 8.1: Estrategia de ahorro.

acceso, negociar la conexion a la red inalambrica WLAN y finalmente estar listo para renovar ladescarga de informacion desde el servidor. Cabe anotar que los tiempos involucrados en cada unade las fases deberan sumar una cantidad de tiempo equivalente al ciclo de tiempo. Por lo tanto, eltiempo de apagado del radio y por ende el ahorro energetico estara definido por el ciclo de tiempocompleto, el tiempo de descarga de la informacion (definido por la velocidad de descarga) y eltiempo que demora el radio en encender y asociarse a la red inalambrica. Por lo tanto, estos sonlos factores determinantes en el aumento de eficiencia energetica que finalmente se consigue en laimplementacion de la estrategia de ahorro propuesta.

De otro lado, para implementar la estrategia de ahorro es necesario modificar el control de flujo enla reproduccion de la sesion streaming. En una sesion streaming, el control del flujo de reproduccionesta a cargo del protocolo RTSP. Este protocolo hace parte del conjunto de protocolos RTP queproporciona funciones de reproduccion como iniciar (PLAY), pausar (PAUSE), detener (STOP),entre otras. Ası mismo permite realizar la reproduccion de contenido desde cualquier tiempo t1hasta t2, sin necesidad de transmitir la informacion de instantes previos de tiempo. Ası mismo, esposible realizar el envıo de la informacion desde el servidor a una velocidad diferente de la normal,ya sea a mayor o a menor velocidad.

Teniendo en cuenta estas operaciones soportadas por el protocolo RTSP, se hace uso de lasfunciones de envıo intensivo de informacion desde el servidor y de reproduccion por tramos detiempo. Es necesario entonces modificar la implementacion del protocolo con el fin de generarlos espacios de inactividad requeridos. En una sesion streaming se envıan mensajes RTSP quepermiten establecer la sesion streaming entre el cliente y el servidor, definiendo parametros de lacomunicacion como direcciones de red, protocolos a emplear, entre otros. Una vez completada estaetapa, es necesario iniciar la descarga del contenido. En una sesion tıpica, se envıa una orden dedescarga de la informacion desde el inicio hasta el final de la muestra, lo cual se implementa a travesde un mensaje PLAY. Sin embargo, para este caso se modifica la cabecera del mensaje PLAY paraincluir la reproduccion de un tramo de tiempo, correspondiente al ciclo definido. En la Figura 8.2se compara una sesion streaming tıpica y la propuesta, incluyendo el orden de los mensajes RTSPque se envıan durante la sesion.

La sesion streaming modificada transcurre entonces de la siguiente forma. Una vez realizada lanegociacion de la sesion streaming, se inicia la reproduccion de un tramo de la muestra contenidaentre el instante 0 y el primer ciclo de reproduccion. Luego de enviar el primer mensaje dereproduccion (PLAY), se apaga el radio de la interfaz inalambrica durante el resto del ciclo.

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Figura 8.2: Sesion streaming.

Una vez completado el ciclo, se enciende nuevamente el radio y se da inicio a un ciclo completo.Una vez finalizada la descarga de todo el contenido streaming, el cliente envıa el mensaje RTSPTEARDOWN para dar por finalizada la sesion. El resto de operaciones RTSP no se ven afectadaspor la implementacion de la estrategia, ya que las funciones empleadas ya hacen parte del estandary no se traslapan con el resto de funciones de reproduccion soportadas por RTSP.

Es importante resaltar que la implementacion de la estrategia se realiza modificando unicamenteel cliente, de manera que puede hacerse uso de la estrategia de ahorro sin modificar ningun otrodispositivo de la plataforma de trabajo. De esta forma puede emplerase en cualquier otro escenariostreaming tıpico, ya que se asegura la compatibilidad de la estrategia con los estandares, asegurandoa su vez la aplicabilidad en cualquier escenario. Ademas, la estrategia implementada hace uso de lasfunciones estandar definidas por el protocolo RTSP, ası como algunos servicios que ofrece el servidorDARWIN por defecto. De esta manera se consigue una estrategia de ahorro que puede interactuarcon otros dispositivos que pueden o no implementar esta estrategia de ahorro, o incluso puedenimplementar otras sin ocasionar problemas de compatibilidad con el cliente modificado. Ası mismose pueden implementar otras estrategias de ahorro en el cliente, a distintos niveles en el sistema decomunicacion sin ocasionar interferencia con la estrategia de ahorro propuesta, teniendo en cuentaque la implementaci’on de esta estrategia de ahorro se realiza siguiendo los estandares, asegurandola compatibilidad con el resto de las funciones a distintos niveles del sistema de comunicacion.

8.3. Implementacion

Para realizar la implementacion de la estrategia descrita en la seccion 8.2 se hace uso delreproductor streaming openRTSP, el cual hace parte del proyecto LIVE555 [Fin06]. Este clienteRTSP permite realizar la conexion con un servidor streaming, descargar la informacion seleccionadapor el usuario y almacenar el contenido recibido en un archivo en disco. Si la muestra a reproducircontiene informacion de audio y de video entonces los almacena por separado en su formatocorrespondiente. Ası mismo se emplea el servidor DARWIN version 4.1.3.c como servidor streaming,el cual soporta las funciones de envıo intensivo de informacion y de reproduccion por tramos de

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tiempo, requeridas para este caso.Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en la seccion 8.1 se define un ciclo de diez (10)

segundos, que fue escogido para soportar la reproduccion de muestras streaming de una duracionmoderada (duracion en el rango de minutos). Es importante que los ciclos no sean demasiadolargos, debido a que los periodos extensos de comunicacion aumentan la probabilidad de ocurrenciade errores y de congestion de paquetes, lo cual se ve agravado en la implementacion de la estrategiade ahorro, ya que se realiza la descarga de informacion a una velocidad mayor a la normal. De otrolado, se busca igualmente que el ciclo no sea demasiado corto, debido a que segun la evaluacionde la tecnica de encendido-apagado del radio realizada en la seccion 8.1 se asocia un consumo deenergıa adicional a cada transicion de apagado a encendido del radio, razon por la cual se debemantener baja la cantidad de transiciones de encendido del radio evitando ciclos demasiado cortos.En resumen, se busca un ciclo de tiempo que no sea demasiado largo como para ocasionar problemasde congestion ni demasiado cortos para evitar problemas de consumo excesivo por el uso de la tecnicaencendido-apagado del radio.

Ahora, para implementar la reproduccion por tramos es necesario modificar la cabecera delmensaje RTSP PLAY, indicando los tiempos entre los cuales se realiza la reroduccion. En la figura8.3 se presenta la comparacion entre un mensaje PLAY tıpico y el implementado en la estrategiade ahorro, en el cual se incluye la reproduccion del ciclo.

Figura 8.3: Cabecera mensaje PLAY.

En la figura 8.3 se presenta entonces la cabecera del primer mensaje RTSP PLAY correspondientea la estrategia propuesta. Allı puede notarse que en el campo range, en el cual se define el tramode contenido que se va a descargar, se define un ciclo desde 0 seg hasta 9,5 seg. Por lo tanto, enla implementacion se esta definiendo un ciclo de 9,5 seg, y no de 10 seg. La implementacion serealizo con un tiempo final de ciclo de 9,5 seg, debido a que el mecanismo de paquetizacion delservidor DARWIN divide la informacion correspondiente a un tramo de tiempo de acuerdo conun algoritmo propio, desconocido para nosotros. Segun algunas pruebas preliminares realizadas, sepudo constatar que cuando se solicita la descarga del contenido entre 0 seg y 10 seg (ciclo completo),se realiza la descarga de los paquetes asociados a ese ciclo de tiempo, incluyendo el tiempo 10 seg.Cuando se solicita luego la descarga de paquetes desde el instante 10 seg hasta el instante 20 seg, sehace nuevamente la entrega de los paquetes asociados al instante 10 seg, por lo cual se tiene comoresultado la descarga de informacion redundante en el cliente. Por lo tanto se opto por realizarla descarga de paquetes asociados a un instante de tiempo anterior a la culminacion del ciclo detiempo, pero lo suficientemente cercano como para conseguir una perdida mınima de informacion.De hecho, esta situacion constituye la fuente principal de perdidas en la comunicacion, que semantiene lo suficientemente pequena para mantener un buen nivel de calidad de servicio al usuario.Por lo tanto la estrategia de ahorro no introduce en sı la aparicion de errores. Para eliminar estafuente de error hace falta modificar el algoritmo de reproduccion por tramos del servidor streamingpara que entregue los paquetes asociados al ciclo completo sin repetir los paquetes del final de ciclo,con lo cual se consigue una transmision libre de errores por este concepto. En el Capıtulo 11 sepresenta la propuesta de esta y otras modificaciones como trabajo futuro, las cuales buscan mejorarel desempeno de la estrategia de ahorro.

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Ahora, con el fin de realizar la descarga acelerada de contenido, se emplea el modulo streamcaching del servidor DARWIN. Para hacer uso de este, es necesario incluir en la cabecera del mensajePLAY la opcion speed con el valor de aumento de velocidad deseado. En la version utilizada, elservidor DARWIN permite enviar la informacion a una velocidad maxima en teorıa de cuatro (4x)veces la velocidad normal de repoduccion. Sin embargo, con base en algunas pruebas preliminares,pudo constatarse que la velocidad a la cual se hace la descarga de la informacion llega alrededorde ocho (8) veces la velocidad normal de reproduccion. Se desconoce hasta el momento la razon dela diferencia entre la velocidad de descarga nominal y la efectiva, ya que esta relacionado con elalgoritmo de paquetizacion del servidor DARWIN, encargado de realizar la division del contenidostreaming en paquetes y el envıo de estos sobre el canal de comunicacion. Por lo tanto, y conel fin de probar el alcance de la estrategia propuesta, se hara uso de este valor de velocidad detransmision. De esta manera se logra realizar la descarga del contenido asociado a un ciclo de tiempocompleto en el menor tiempo posible, y de esta manera conseguir el mayor tiempo de apagado delradio posible y evaluar ası el mayor nivel de ahorro que se puede conseguir con la plataformade pruebas implementada. Cabe anotar que en la medida en que se incremente la velocidad dedescarga de contenido desde el servidor streaming se obtendran tiempos de descarga menores y porlo tanto mayores tiempos de apagado del radio, incrementando el ahorro de energıa conseguido conla estrategia. Sin embargo, las condiciones del canal limitan el ancho de banda y en consecuencialimitan esta velocidad de descarga. En la figura 8.3 se presenta la cabecera del mensaje PLAYenviado, incluyendo el parametro speed para el caso del protocolo modificado.

Cabe anotar que, para hacer uso del modulo stream caching en el servidor streaming DARWIN,es necesario realizar la comunicacion sobre TCP en lugar que UDP, el protocolo mas usado en laimplementacion de las aplicaciones streaming. Sin embargo, dadas las condiciones ideales de enlaceinalambrico, se asume que el protocolo TCP no representa un consumo adicional importante comoresultado de la ejecucion de los distintos controles que implementa y que no lo hace UDP, ya queprincipalmente operan cuando ocurren problemas de congestion y perdida de paquetes, los cualesfueron controlados en los experimentos. De la misma forma se asume que el consumo de energıaproducto de la informacion adicional enviada en cada paquete no representa un consumo importante,ya que el radio esta encendido practicamente el mismo tiempo que si se implementara sobre UDP,tiempo que no depende de la implementacion de este protocolo.

Una vez definidos el valor del ciclo de descarga y la velocidad de descarga, queda definido eltiempo que llevara realizar la descarga de informacion correspondiente a cada ciclo. Para determinarese tiempo, se realizaron algunas pruebas que permitieron establecer experimentalmente la cantidadde tiempo necesaria para realizar la descarga de la informacion de cada ciclo. Se hicieron pruebascon una muestra A codificada a 112Kbps, codificada a 512Kbps y una muestra B codificada a112Kbps. La muestra A contiene video de alto nivel de movimiento y la muestra B contiene videocon bajo nivel de movimiento, para cubrir un espectro amplio de diferentes condiciones de contenidomultimedia. Es importante resaltar que en la medida en que se logren menores tiempos de encendidoy asociacion del radio se conseguira aumentar el tiempo que puede permanecer apagado el radioy por ende aumentar la eficiencia energetica de la interfaz inalambrica. Esto puede conseguirserealizando modificaciones fısicas en el hardware de la interfaz inalambrica, ası como modificando elprotocolo de acceso al medio para conseguir un proceso de negociacion mas rapido. En el Cuadro8.2 se presentan los valores obtenidos.

PRUEBA TIEMPO DE DESCARGAMuestra A - 112Kbps 1,221 segMuestra A - 512Kbps 1,207 segMuestra B - 112Kbps 1,250 seg

Cuadro 8.2: Tiempos de descarga de un ciclo.

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Con el fin de asegurar que se entrega la totalidad de la informacion enviada por el servidorstreaming, se determina como tiempo de encendido mınimo el valor maximo hallado en los casosde prueba, adicionando un factor de seguridad. De acuerdo con los valores obtenidos, se obtiene untiempo de encendido de 0.125 seg, con una desviacion estandar de 20 mseg, por lo cual se elige unvalor de encendido de 1,3 seg que representa un factor de seguridad del 4 % para asegurar que elradio estara encendido el tiempo necesario.

Ası mismo debe estimarse el tiempo que exige el radio para pasar de un estado de apagado aun estado de asociacion con el punto de acceso inalambrico, luego del cual estara listo para seguirrecibiendo informacion. Con base en las pruebas descritas en la actividad anterior, se obtienen losvalores de asociacion promedio. El valor promedio obtenido corresponde a un tiempo de asociacionde 500 mseg, que corresponden al tiempo requerido por la interfaz inalambrica para pasar de unestado de radio apagado hasta un estado de asociacion al punto de acceso.

Una vez establecidos estos valores, queda definido entonces el valor restante del ciclo en el cualhabra inactividad y en consecuencia podra apagarse el radio sin temor a posibles perdidas. Paraeste caso particular, se obtuvo un tiempo de apagado de 8,2 seg en un ciclo de 10 seg, lo cualrepresenta que el 82% del tiempo se encontrara apagado el radio. El apagado y encendido del radiose realiza desde la aplicacion, la cual invoca un comando del sistema que permite hacer uso dela herramienta iwtools para encender y apagar el radio de la interfaz inalambrica. Por lo tanto,en los periodos en los cuales permanece apagado el radio, no se puede realizar ningun proceso decomunicacion a traves de la interfaz inalambrica. Sin embargo esto no representa ningun problemapara cualquier otra aplicacion que requiera acceder a la red inalambrica en estos lapsos de tiempode apagado del radio, ya que dicha aplicacion puede enecnder nuevamente la interfaz inalambrica encualquier momento sin afectar la ejecucion del cliente streaming. Ademas, es posible implementar elencendido y apagado del radio a traves del sistema operativo del computador, de manera que desdeallı se puedan coordinar estas acciones de manera que no haya conflicto en el uso de la interfazinalambrica por parte de las aplicaciones que hacen uso de ella.

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Capıtulo 9

Diseno experimental

El escenario en el cual se enmarca el desarrollo del proyecto corresponde a una red inalambricaWLAN, que incluye el uso de dispositivos moviles. El comportamiento de los dispositivosinvolucrados esta afectado por distintas variables tanto ambientales como por ellos mismos y suoperacion. Aunque se espera obtener variaciones en las medidas de interes aun en aquellos casosen que se realicen pruebas bajo condiciones identicas, se espera tener controladas las variablesinfluyentes de tal manera que los resultados obtenidos al repetir las pruebas sean lo suficientementecercanos como para aceptar estos valores como las medidas ciertas de la variable estudiada.

Por lo tanto, se define que se cuenta con un ambiente de pruebas controlado, sobre el cualse controla la influencia de las variables ambientales de tal manera que las medidas tomadasrepresentan efectivamente el valor de la variable de interes. Ası mismo se define que las distintasmediciones realizadas son independientes unas de otras, siguiendo con las indicaciones de lametodologıa de medicion desarrollada y descrita en el Capıtulo 6. Se establece ademas que loserrores son independientes, con identica distribucion normal con media (µ) = 0 y varianza σ2, yse asume un modelo matematico lineal y aditivo. Estas ultimas representan condiciones basicas deexperimentacion, con base en las cuales se establecen los procedimientos a seguir en la toma demedidas y analisis de los resultados obtenidos.

Para realizar los experimentos se emplea un computador portatil, con el cual se cuenta en ellaboratorio de pruebas, segun se ilustra en la Figura 6.1. Se espera que los resultados obtenidos enrelacion con el consumo de energıa permitan evaluar la estrategia de ahorro y estimar su impacto enun escenario streaming tıpico. Aunque los dispositivos moviles abarcan equipos como los asistentespersonales cuyas caracterısticas fısicas y de operacion son diferentes a los computadores portatiles,se espera que los resultados obtenidos permitan abstrater conclusiones lo suficientemente generalescomo para generalizar el comportamiento de los dispositivos moviles. Ademas, debe tenerse encuenta que el impacto de la interfaz inalambrica sobre el consumo de energıa de un computadorportatil es mucho menor que su impacto sobre un dispositivo movil tal como un asistente personal(como el presentado en la Figura 9.1), por lo cual se obtiene un menor impacto de la estrategia deahorro propuesta. Por lo tanto, se espera que se alcancen mayores aumentos de eficiencia energeticacuando se emplee la estrategia en un dispositivo movil de esta clase, por lo que los resultadosobtenidos con el computador portatil seran bastante pertinentes.

Teniendo en cuenta las consideraciones basicas, se hace uso ademas de la norma ISO 5725 en lacual se define la precision de los metodos de medicion en un experimento. En esta norma se defineque para un experimento en las condiciones descritas en el desarrollo de este proyecto, se puededefinir la precision del instrumento de medida, con base en algunas mediciones preliminares, luegode lo cual se establece un parametro de precision, llamado radio de aceptacion, por debajo delcual deben estar contenidas todas las distintas medidas tomadas y que no podran estar separadas

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Figura 9.1: Dispositivo movil tıpico.

por un valor mayor que el radio de aceptacion.Segun la norma, se establece el radio de aceptacion r segun la ecuacion 9.1.

r = 2,8√

varianza (9.1)

Con el fin de estimar el valor de este parametro, se realizan varias pruebas que buscan establecerla precision del instrumento de medida que se va a emplear. Para ello se realiza la medicion delconsumo de energıa del computador portatil cuando no se ejecuta sobre este ninguna actividad.Se tiene cuidado de mantener el computador en el modo de operacion 1 del sistema operativo, sininterfaz grafica, de manera que se suspendan todos lo procesos que no son indispensables para elfuncionamiento basico del aparato.

Para estimar el consumo de energıa del computador portatil se emplean los datos calculadospara el consumo de potencia, definido en la ecuacion 7.1. Se define el consumo de energıa como elproducto entre el valor promedio de la potencia en la baterıa y el tiempo de ejecucion de la prueba,segun se define en la ecuacion 9.2.

Consumo de energıa = Potencia en la baterıa× Tiempo de ejecucion de la prueba (9.2)

Empleando la metodologıa descrita en el capıtulo 6, se realizaron entonces cuatro (4) repeticionesde la medida de consumo de energıa del computador portatil. Los resultados obtenidos se presentanen el Cuadro 9.1.

PRUEBA DESCARGA CORRIENTE POTENCIA ENERGIAConsumo basico 1 152 mAh 1,138 A 12,818 W 7691 JConsumo basico 2 152 mAh 1,149 A 12,951 W 7770 JConsumo basico 3 151 mAh 1,134 A 12,770 W 7662 JConsumo basico 4 152 mAh 1,151 A 12,984 W 7790 J

Cuadro 9.1: Resultados consumo base computador portatil.

En la columna DESCARGA se presenta el total de la descarga sufrida por la baterıa desde elincio hasta el final de cada prueba. En la columna CORRIENTE se presenta el valor promedio dela corriente consumida. En la columna POTENCIA se presenta el valor de la potencia promedio

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consumida por el computador y de la misma forma en la columna ENERGIA se presenta el valorde la energıa promedio consumida por el computador portatil.

Con base en estos resultados y empleando la ecuacion 9.1, se estima el valor del radio deaceptacion presentado en la ecuacion 9.3.

r = 173 J (9.3)

De esta forma, siempre que se tengan resultados producto de repeticiones con una separacionmenor que el valor de este parametro, estos seran validos y se tomaran en cuenta dentro del analisisposterior.

De otro lado es importante verificar la generalidad de la estrategia propuesta. Para ello, esnecesario considerar los casos de prueba que permitan abarcar una gama amplia de muestrasstreaming. Para ello se definen cuatro fuentes de prueba.

1. Fuente A, codificado a 112Kbps.

2. Fuente A, codificado a 512Kbps.

3. Fuente B, codificado a 112Kbps.

4. Fuente B, codificado a 512Kbps.

Cada una de estas fuentes contiene informacion de audio y video, codificado en formato mp4.El video A representa una muestra con alto nivel de movimiento y el video B con bajo nivel demovimiento. De esta forma se pretende estudiar el efecto de los distintos tipos de video; ya quecada video presenta un comportamiento particular que puede estar contenido entre estos dos casos.Ası mismo se prueban dos niveles de codificacion distintos, con el fin de estudiar el efecto del nivelde codificacion en el desempeno de la comunicacion.

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, se define realizar dos mediciones de cada casode prueba, con base en las cuales se determina la media aritmetica, cuidando que nunca se supereel radio de aceptacion r. Una vez calculadas estas medias, se procede a calcular la media general,la cual permitira obtener el resultado general del diseno experimental.

Es importante ademas considerar que la estrategia propuesta debe realizar la comunicacion demanera correcta; es decir, mantener nulo o muy bajo el error implicado en la transmision de lainformacion. Con el fin de estimar el error involucrado se hace uso de los archivos almacenados porel reproductor streaming en el disco. Se calcula entonces el error cometido en la transmision como ladiferencia porcentual entre el tamano del archivo obtenido en cada prueba con respecto al tamanodel archivo obtenido en una sesion tıpica streaming. Cabe anotar que el valor total se estima comola media aritmetica entre los errores cometidos en el flujo de audio y los errores en el flujo de video.

Ası mismo se define la eficiencia energetica como parametro de evaluacion de la estrategia deahorro propuesta. Teniendo en cuenta las consideraciones realizadas en el Capıtulo 2, la eficienciaenergetica debe indicar que tan eficiente es la interfaz inalambrica para llevar a cabo la comunicacion.Para ello debe establecerse que porcion de la energıa consumida por el computador portatil esempleada en el proceso de la comunicacion, de manera que aquella sesion cuyo consumo involucradoen este proceso tenga un menor aporte al consumo total sera la sesion que emplee los recursos de unaforma mas eficiente. Por lo tanto, debe estimarse el consumo involucrado unicamente en el procesode la comunicacion y compararlo con el consumo total del computador. La eficiencia energeticadebe aumentar conforme disminuye el consumo involucrado en la comunicacion, lo cual delata unarelacion inversa entre ambos.

Con base en las consideraciones anteriores, se define la eficiencia energetica segun la ecuacion9.4.

Eficiencia energetica =Consumo total

Consumo en la comunicacion(9.4)

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Con la ecuacion 9.4 obtenemos un parametro que indica que tan eficiente es el computador enterminos del consumo de energıa . El objetivo de las estrategias de ahorro sera entonces el deaumentar el valor de este parametro, de manera que se pueda realizar el mismo proceso decomunicacion con una menor cantidad de energıa consumida, y aumentar ası el tiempo de carga dela baterıa del computador portatil.

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Capıtulo 10

Resultados obtenidos y discusion

En este capıtulo se presenta la evaluacion de la estrategia de ahorro, con base en el disenoexperimental propuesto. En la seccion 10.1 se presentan los resultados de consumo obtenidos en eldesarrollo de las pruebas. En la seccion 10.2 se realiza un analisis de los resultados obtenidos. Enla seccion 10.3 se realiza la discusion de los resultados encontrados en las pruebas.

10.1. Resultados obtenidos

En esta seccion se presentan los resultados obtenidos como resultado del desarrollo del disenoexperimental propuesto en el Capıtulo 9.

Inicialmente se realizan las mediciones de consumo en condiciones tıpicas de operacion delreproductor streaming (cuando no se implementa la estrategia propuesta). Los resultados obtenidosse presentan en el Cuadro 10.1.

PRUEBA DESCARGA CORRIENTE POTENCIA ENERGIAMuestra A - 112Kbps 168 mAh 1,275 A 14,432 W 8659 JMuestra A - 512Kbps 167 mAh 1,294 A 14,638 W 8783 JMuestra B - 112Kbps 166 mAh 1,251 A 14,169 W 8501 JMuestra B - 512Kbps 170 mAh 1,274 A 14,433 W 8660 J

Cuadro 10.1: Resultados de consumo con el reproductor tıpico.

En cada una de las pruebas realizadas se almaceno la informacion de audio y de video en dosarchivos, ubicados en el disco duro del computador. En el Cuadro 10.2 se presenta el tamano de losarchivos obtenidos en cada prueba.

PRUEBA VIDEO AUDIOMuestra A - 112Kbps 5.162.489 Byte 961.626 ByteMuestra A - 512Kbps 22.715.004 Byte 3.845.239 ByteMuestra B - 112Kbps 3.945.709 Byte 962.761 ByteMuestra B - 512Kbps 22.421.312 Byte 3.850.497 Byte

Cuadro 10.2: Tamano de archivo con el reproductor tıpico.

Los resultados de consumo del Cuadro 10.1 y de desempeno del Cuadro 10.2 corresponden a losvalores de referencia sobre los cuales se hara la posterior comparacion con el caso de la estrategiade ahorro.

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A continuacion se realizan las mediciones previstas en el diseno experimental, empleando elreproductor con la estrategia de ahorro implementada. Los resultados obtenidos se presentan en elCuadro 10.3.

PRUEBA DESCARGA CORRIENTE POTENCIA ENERGIA DIFF r

Muestra A - 112Kbps 156 mAh 1,170 A 13,186 W 7911 J 98 J 176 J OK

Muestra A - 112Kbps - rep 156 mAh 1,176 A 13,348 W 8009 J 98 J 176 J OK

Muestra A - 512Kbps 155 mAh 1,193 A 13,457 W 8074 J 111 J 176 J OK

Muestra A - 512Kbps - rep 153 mAh 1,178 A 13,271 W 7963 J 111 J 176 J OK

Muestra B - 112Kbps 156 mAh 1,170 A 13,275 W 7965 J 82 J 176 J OK

Muestra B - 112Kbps - rep 152 mAh 1,165 A 13,138 W 7883 J 82 J 176 J OK

Muestra B - 512Kbps 157 mAh 1,172 A 13,283 W 7970 J 48 J 176 J OK

Muestra B - 512Kbps - rep 157 mAh 1,189 A 13,363 W 8018 J 48 J 176 J OK

Cuadro 10.3: Resultados de consumo con la estrategia implementada.

En el Cuadro 10.4 se presentan los tamanos de archivo de video y de audio obtenidos en eldesarrollo de cada prueba.

PRUEBA VIDEO AUDIOMuestra A - 112Kbps 5.203.885 Byte 978.675 ByteMuestra A - 112Kbps - rep 5.203.885 Byte 978.675 ByteMuestra A - 512Kbps 22.993.297 Byte 3.902.605 ByteMuestra A - 512Kbps - rep 22.993.297 Byte 3.902.605 ByteMuestra B - 112Kbps 3.929.223 Byte 951.410 ByteMuestra B - 112Kbps - rep 3.929.223 Byte 951.410 ByteMuestra B - 512Kbps 21.773.980 Byte 3.734.295 ByteMuestra B - 512Kbps - rep 21.773.980 Byte 3.734.295 Byte

Cuadro 10.4: Tamano de archivo con la estrategia implementada.

Cabe anotar que en todas las mediciones se ha comprobado que la diferencia entre dosrepeticiones no se supera el valor de energıa r, estimado en el diseno experimental. Con base en losresultados obtenidos, se estiman los valores de consumo de energıa y error consignados en el Cuadro10.5.

PRUEBA DESCARGA CORRIENTE POTENCIA ENERGIA ERRORBASE 152 mAh 1,143 A 12,881 W 7728 J N/A

TIPICO 168 mAh 1,273 A 14,418 W 8658 J 0%ESTRATEGIA 155 mAh 1,177 A 13,290 W 7974 J 1,616 %

Cuadro 10.5: Consumo computador portatil.

Para estimar el aumento de la eficiencia energetica en la interfaz inalambrica, sera necesarioentonces considerar unicamente el consumo relacionado con la comunicacion. Para ello, empleandolos datos consignados en el Cuadro 10.5, se calcula el consumo relacionado exclusivamente con lacomunicacion como la diferencia entre el consumo obtenido en cada caso de prueba y el consumodel computador sin realizar operacion alguna. Los resultados obtenidos se presentan en el Cuadro10.6.

Con base en los resultados obtenidos y el diseno experimental planteado, se obtiene la eficiencia

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PRUEBA DESCARGA CORRIENTE POTENCIA ENERGIATIPICO 16 mAh 0,130 A 1,537 W 930 J

ESTRATEGIA 3 mAh 0,034 A 0,409 W 246 J

Cuadro 10.6: Consumo en la comunicacion.

energetica del reproductor tıpico presentado en la ecuacion 10.1.

Eficiencia energetica tıpico = 9,310 (10.1)

De manera similar, la eficiencia energetica obtenida para el caso del reproductor con la estrategiasde ahorro implementada se presenta en la ecuacion 10.2.

Eficiencia energetica estrategia = 32,415 (10.2)

El impacto de la estrategia sobre el consumo del computador portatil completo se presenta en laecuacion 10.3.

Reduccion consumo computador portatil = 7, 826 % (10.3)

El impacto de la estrategia sobre el consumo de la interfaz inalambrica se presenta en la ecuacion10.4.

Reduccion consumo computador portatil = 73, 319 % (10.4)

10.2. Analisis de resultados

En esta seccion se realiza el analisis de los resultados presentados en la seccion 10.1.Los resultados obtenidos en las distintas pruebas cumplen con el criterio de validacion de

resultados propuesto en el diseno experimental descrito en el Capıtulo 9, segun la norma ISO 5725.Por lo tanto, se asume que los resultados obtenidos reflejan correctamente el consumo de energıadel computador portatil. A pesar que se encuentran algunas pruebas que presentan diferenciasapreciables con la repeticion de las mismas, estas diferencias son siempre menores que el radio deaceptacion calculado, por lo cual se asegura la validez de dichos resultados.

Notese ademas que las mediciones de consumo de energıa son coherentes, de acuerdo con losvalores esperados. Los menores valores de consumo se obtienen cuando el computador no ejecutaninguna operacion, lo que se ha llamado consumo base. A continuacion se tienen los valores deconsumo cuando se emplea el reproductor streaming con la estrategia implementada, y los valoresde mayor consumo se consiguen cuando se emplea el reproductor streaming tıpico. Esto compruebaque la metodologıa de medicion empleada permite conseguir resultados de medicion de consumo deenergıa que reflejan el valor real de las variables estimadas.

El error en la comunicacion introducido por la implementacion de la estrategia de ahorropermanece bajo, con un valor promedio de 1,616%. Este resultado respalda la implementacion dela estrategia de ahorro, ya que comprueba que la comunicacion mantiene un nivel alto de calidad deservicio al usuario. Se debe tener en cuenta que, como se explico en la seccion 8.3, el error encontradoen la comunicacion se debe a la forma como el servidor streaming implementa la paquetizacion,consistente en la division del contenido en paquetes y su envıo a traves del canal de comunicacion.Sin embargo, los valores de error son pequenos, por lo que se consigue mantener una alta calidad deservicio al usuario, teniendo en cuenta que las aplicaciones streaming estan disenadas para tolerarerrores en la comunicacion.

Es importante notar que la eficiencia energetica conseguida con la implementacion de laestrategia propuesta es mayor que la eficiencia energetica del reproductor tıpico. Esto implica quela estrategia de ahorro efectivamente aumenta la eficiencia energetica de la interfaz inalambrica,

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realizando la reduccion del consumo de energıa producto del proceso de comunicacion. El impactode la estrategia sobre el consumo del computador portatil es importante, teniendo en cuenta que lainterfaz inalambrica tiene una contribucion reducida en el consumo de energıa del computadorportatil completo [US98], tal como se presenta en el Capıtulo 3. Es decir, que el impacto dela estrategia sobre la interfaz inalambrica es mucho mayor que el impacto calculado sobre elcomputador portatil completo, ya que para lograr un ahorro importante en el consumo total deldispositivo debe lograrse un ahorro mucho mayor en el consumo de la interfaz inalambrica, quetiene una contribucion reducida.

El ahorro logrado en el consumo relacionado con la comunicacion, presentado en la ecuacion10.4, refleja la eficacia de la estrategia propuesta, y ya que el radio se apaga un 82 % del tiempo,se esperaban valores de ahorro similares. Sin embargo es logico que se obtengan valores de ahorromenores al porcentaje de tiempo que el radio se apaga, debido a que la implementacion de laestrategia involucra el desarrollo de otras actividades, como las transiciones apagado-encendido delradio, que introducen fuentes adiocionales de consumo que reducen el impacto de la estrategia deahorro. Se resalta ademas que este resultado de aumento de eficiencia de la interfaz inalambricatendra un impacto bastante significativo en los dispositivos moviles modernos, debido a que lacontribucion de la interfaz al consumo del dispositivo es mucho mayor que en el caso evaluado delcomputador portatil.

Cabe anotar que el impacto sobre la interfaz inalambrica como tal es un poco mayor a lapresentada hasta aquı; ya que la energıa estimada como consumo en la comunicacion involucraotros procesos ajenos al proceso como tal y que son propios de la implementacion particular llevadaa cabo en este proyecto, como por ejemplo el almacenamiento de los archivos de audio y de videoen disco duro. Sin embargo, la eficiencia de la interfaz inalambrica sera aun mayor que la estimada,con lo cual se alcanzan igualmente valores de ahorro importantes.

10.3. Discusion de resultados

En esta seccion se realiza la discusion de los resultados presentados en la seccion 10.1.La estrategia de ahorro propuesta permite aumentar la eficiencia energetica de la interfaz

inalambrica de un computador portatil. El ahorro se evidencia en los resultados obtenidos en losexperimentos reportados en la seccion 10.1, los cuales muestran un aumento de eficiencia energeticade 9,310 del reproductor tıpico a 32,415 del reproductor con la estrategia de ahorro implementada,producto de un ahorro de 73,319 % en el consumo de la interfaz inalambrica. Este ahorro importantese ha logrado gracias a que se ha implementado la estrategia de encendido-apagado del radio de lainterfaz inalambrica, que tal y como se analizo en la revision bibliografica del Capıtulo 5, es unatecnica que prometıa lograr resultados de ahorro importantes. Estos resultados fueron comprobadosen la seccion 8.1, en la cual se obtuvieron los resultados practicos que respaldan el uso de la tecnicade encendido-apagado del radio y que ademas proporcionan algunos resultados interesantes que setuvieron en cuenta al implementar la estrategia de ahorro.

El ahorro de energıa estimado en la seccion 10.1 corresponde a un computador portatil, segun seilustra en la figura 6.1. Este resultado se puede generalizar a los dispositivos moviles, considerandoque esta clase de dispositivos corresponden basicamente a computadores, que ejecutan aplicacionesstreaming muy similares a las ejecutadas en el computador portatil y que cuentan igualmentecon una interfaz inalambrica que representa un consumo importante dentro del consumo total deldispositivo. Mas aun, el impacto de la interfaz inalambrica en un dispositivo movil es mayor queen un computador portatil (ver Capıtulo 3), por lo cual se esperan mejores resultados de ahorro enel consumo total del dispositivo movil que los resultados obtenidos sobre computadores portatiles.Por esta razon, el tiempo de carga de la baterıa de un dispositivo movil presentara un incrementomayor con el uso de esta estrategia que la conseguida en este proyecto.

Es muy importante anotar que el ahorro en el consumo de energıa se logro sin comprometer

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la calidad de la transmision del contenido multimedia, debido a que el error involucrado en lacomunicacion tiene un valor promedio de 1,616 %. Teniendo en cuenta que las aplicaciones streamingestan disenadas para operar en ambientes ruidosos, se puede decir que se alcanza un error tolerabledentro de una sesion streaming tıpica y que por lo tanto se puede implementar esta estrategiade ahorro sin comprometer la calidad del contenido multimedia que recibe el usuario. Igualmenteimportante resulta que el error en la comunicacion producto de la estrategia implementada noaparece como causa de la estrategia en sı, sino como producto de la implementacion particularrealizada en este proyecto. Por lo tanto, es posible realizar una implementacion de la mismaestrategia de ahorro que permita conseguir comunicaciones libres de error, aumentando la calidaddel servicio entregado al usuario y de esa manera incrementar la utilidad de la estrategia de ahorropropuesta.

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Capıtulo 11

Conclusiones y trabajo futuro

Con base en el desarrollo del proyecto de investigacion se plantean las siguientes conclusiones.

Es posible aumentar la eficiencia energetica de un computador portatil empleando unaestraregia de ahorro en la capa de transporte para aplicaciones streaming. Se encontraronniveles importantes de aumento en la eficiencia energetica de la interfaz inalambrica quefinalmente permiten aumentar el tiempo de carga de la baterıa del computador portatil yası aumentar su atonomıa. Es importante tener en cuenta que dichas estrategias alcanzanaltos niveles de ahorro debido a que atacan el componente principal de consumo de la interfazinalambrica, correspondiente a la alimentacion del radio de la interfaz, que las hace bastanteefectivas a la hora de reducir consumo de energıa. En el desarrollo de este proyecto se obtuvoun aumento en la eficiencia energetica respecto del consumo tıpico de un 9,310 a un 32,415,producto de la reduccion de un 73,319% en el consumo de energıa de la interfaz inalambrica yque comprueban la efectividad de la estrategia de ahorro. Aunque la evaluacion de la estrategiapropuesta se realizo sobre un computador portatil se espera que se obtengan resultadosigualmente importantes sobre dispositivos moviles, considerando que dichos dispositivoscorresponden basicamente a computadores que ejecutan aplicaciones similares a las ejecutadasen el computador portatil y en el que el radio representa el componente principal de consumode la interfaz inalambrica. Inclusive se espera que los resultados de ahorro conseguidos enun dispositivo movil sean mayores a los reportados en este proyecto, debido a que la interfazinalambrica representa un consumo mayor que en el caso de un computador portatil.

El uso de la estrategia de ahorro propuesta no implica necesariamente una perdida deinformacion o rendimiento en la comunicacion, ya que conociendo en detalle el funcionamientode las aplicaciones involucradas es posible realizar un control de flujo de la informacion quepermita generar espacios de inactividad (en los cuales se apaga el radio) sin comprometerla informacion que se transmite. Los errores presentes en los experimentos se deben a laimplementacion particular realizada en el desarrollo de este proyecto, y se relacionan con losalgoritmos de paquetizacion ejecutados por el servidor streaming empleado en las pruebas. Esdecir, ajustando adecuadamente los algoritmos de paquetizacion de acuerdo con la estrategiade ahorro es posible conseguir comunicaciones libres de error por este concepto y asegurar laalta calidad del servicio streaming que finalmente recibe el usuario.

Las aplicaciones streaming presentan un comportamiento particular que las diferencia de otrasen algunos aspectos fundamentales, comportamiento que ha sido analizado a partir de losexperimentos realizados en el desarrollo del proyecto y que se corresponden con la teorıa. Porsu naturaleza de ejecucion en tiempo real, estas aplicaciones mantienen una estrecha relacioncon el tiempo en que se van ejecutando, de manera que siempre debe haber una coordinacion

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entre el servidor, el cliente y las aplicaciones involucradas. Por lo tanto, funciones como elcontrol de flujo de la informacion tienen un manejo muy diferente a cualquier otro tipo deaplicacion. Empleando los protocolos RTP-RTCP-RTSP, se implementan todas las funcionesrelacionadas con la comunicacion streaming, brindando una amplia gama de posibilidades quele proporcionan una gran flexibilidad. Incluso, el estandar es lo suficientemente flexible comopara adicionar funciones nuevas en la comunicacion sin comprometer el resto de funcionespreviamente implementadas. Es importante ademas tener en cuenta la tolerancia a erroresen la comunicacion, ya que las aplicaciones streaming han sido disenadas para ejecutarseen ambientes con baja confiabilidad. Las aplicaciones streaming envıan los paquetes deinformacion incluyendo distintos campos para la identificacion de los mismos. Se incluyenmarcas de sesion, que permiten enviar distintos flujos por el mismo canal de comunicacionası como diferenciar distintas sesiones establecidas entre el cliente y el servidor, se incluyenmarcas de tiempo, que permite sincronizar los distintos medios transmitidos y se incluyenmarcas de secuencia, las cuales permiten ordenar los paquetes que se van enviando. Estainformacion es procesada luego por el reproductor streaming, que se encarga de interpretarlay entregar el contenido multimedia al usuario final.

Con base en las pruebas realizadas en el trabajo de caracterizacion de las aplicacionesstreaming y su posterior analisis, se encuentra que el consumo de energıa del computadorportatil depende principalmente de la interfaz de red empleada, ya que se obtuvieronresultados de consumo que se diferencian apreciablemente cuando se emplea la interfazinalambrica, cuando se emplea la interfaz cableada y cuando se evalua el consumo basicodel computador (sin realizar comunicacion alguna). El comportamiento del sistema decomunicacion depende principalmente de la fuente reproducida, de las condiciones delcanal y de los parametros de operacion de los protocolos de comunicacion, lo cualse evidencia en los resultados presentados en el capıtulo 7. Dependiendo de la fuentereproducida se tendra informacion organizada de manera bastante particular, lo cual a suvez generara paquetes organizados de manera distintiva, estableciendo una dinamica propiaen la transmision de paquetes y distinta a cualquier otra fuente de prueba. De acuerdo conel tipo de canal y sus condiciones instantaneas se tendra un comportamiento distinto en lacomunicacion, ya que la naturaleza del canal determina la dinamica de los paquetes enviados.Los protocolos de comunicacion implementan diversos algoritmos disenados para lograr uncomportamiento particular en el desarrollo de la comunicacion, razon por la cual influencianla dinamica del envıo de paquetes sobre el canal de acuerdo con la implementacion particularque se haga de ellos. Es importante ademas notar que en una red inalambrica WLAN lacomunicacion es muy similar a una red cableada convencional, y se diferencia de ella en que lacomunicacion inalambrica es mas propensa a la aparicion de errores y problemas de congestion,debido a la perdida de paquetes.

Con base en los experimentos realizados en el Capıtulo 8 es posible afirmar que la tecnicade encendido-apagado del radio permite aumentar le eficiencia energetica de la interfazinalambrica y aumentar el tiempo que permanece cargada la baterıa de un computadorportatil. Los resultados muestran un ahorro de hasta el 2,23 %, aclarando que se trata deuna reduccion del consumo de todo el computador, por lo que el ahorro conseguido en lainterfaz inalambrica es mayor. Es importante tener en cuenta que a la hora de implementaruna propuesta de aumento de eficiencia basada en esta tecnica debe limitarse la cantidad decambios apagado-encendido del radio, ya que de acuerdo con los resultados obtenidos existeun consumo de energıa adicional relacionado con estas transiciones de consumo del radio. Esnecesario ademas asegurar una baja cantidad de paquetes perdidos, debido a que la calidaddel servicio no debe disminuir por la implementacion de la estrategia de ahorro.

Con base en el analisis de las distintas metodologıas de medicion consideradas como referencia

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se evidencia la necesidad de realizar las estimaciones del consumo de energıa sobre elcomputador portatil completo, con el fin de analizar el impacto de las estrategias de reduccionimplementadas sobre el tiempo de carga de la baterıa. Es importante que la medicion delconsumo no se restrinja a la estimacion del componente de interes (en este caso la interfazinalambrica), debido a que cualquier cambio en su operacion influye en el comportamientodel resto del computador, alterando el consumo de energıa de todo el equipo. Ademas, lasherramientas de software que permiten estimar la energıa consumida por un computadorportatil representan una alternativa importante para el desarrollo de tecnicas de reduccion deconsumo de energıa; ya que brindan medios portables y sencillos para efectuar los trabajosde medicion, evitando el uso de equipos de prueba adicionales y reduciendo tiempo y trabajoasociados con esta tarea.

Para estimar el impacto de la estrategia de ahorro propuesta, es necesario relacionar elconsumo de energıa del computador portatil con el desempeno del sistema de comunicacion.De esta manera se asegura no solo la eficiencia energetica sino tambien la calidad del servicio,que debe mantenerse alta con el fin de satisfacer la exigencia del usuario. Ademas, esposible identificar comportamientos particulares en la comunicacion que permitan identificarproblemas asociados con la implementacion de la estrategia, proponer mejoras o inclusoproponer nuevas estrategias que permitan alcanzar mejores resultados de ahorro. Por lo tanto,es importante realizar consideraciones de desempeno a la par de la medicion de consumo ala hora de validar las investigaciones adelantadas sobre el tema del aumento de eficienciaenergetica.

El desarrollo de este proyecto de investigacion tuvo una gran influencia en mi desempenoprofesional como Ingeniero Electronico. Me permitio adquirir una formacion de investigador,que busca identificar y resolver problemas tecnicos de una forma ordenada y metodica, demanera que se empleen mas eficientemente los recursos disponibles en el desarrollo de cadatarea. Por lo tanto he adquirido la formacion necesaria para abordar proyectos de investigaciontecnologica, desde su planteamiento hasta su ejecucion y finalizacion, incluyendo todas lastareas y los procesos involucrados. Destaco la utilizacion de estandares y referencias adecuadasen la justificacion de cada actividad desarrollada dentro del proyecto, ya que de esta manera selogra realizar actividades con validez universal, que puede ademas ser empleada por cualquierotra persona interesada en el tema. De la misma forma destaco el aprendizaje en el manejode herramientas de codigo abierto, ya que me han permitido no solo llevar a cabo todos loscompromisos adquiridos en la Maestrıa, sino que me han abierto las puertas al mundo delopen source que proclama el empleo de herramientas libres, basadas incluso en criteros delibertad del ser humano y del conocimiento generado por la sociedad, en contraste con lavision mercaderista y de propiedad intelectual que dominan las actividades comerciales delmundo de hoy.

Se propone la realizacion de las siguientes actividades como trabajo futuro, que permitacomplementar el trabajo de investigacion desarrollado.

Teniendo en cuenta que se ha comprobado la eficacia de la estrategia de ahorro propuesta paraaumentar la eficiencia energetica de la interfaz inalambrica y por consiguiente del dispositivomovil, es necesario realizar algunos ajustes que permitan emplearla en un escenario real.En primer lugar es necesario implementar un algoritmo de paquetizacion (division de lainformacion en paquetes) en el servidor streaming que permita realizar la descarga de lainformacion de cada ciclo de manera consistente e identica, y que luego permita enlazarla paralograr la reproduccion continuada del contenido multimedia. Esta caracterıstica es vital en laimplementacion de la estrategia, ya que con ella se asegura la integridad de la informacion. Ensegundo lugar, es vital que la estrategia se adapte dinamicamente a las condiciones cambiantes

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del medio. De esta manera, se puede obtener una ventaja importante en cada escenario detrabajo. Para ello se propone realizar la estimacion del ancho de banda disponible en cadamomento, luego de lo cual se podra escoger la velocidad de envıo adecuada en cada caso yası aumentar el tiempo de apagado del radio. De la misma forma se debe ajustar el tiempodel ciclo, de acuerdo con las condiciones favorables o no del sistema de comunicacion. Sepropone ademas implementar mensajes de aviso desde el servidor streaming que le permitanal cliente detectar el momento justo en el que se finalice la descarga de informacion de unciclo y ası apagar el radio justo en el momento en el que se finalice la descarga de un ciclo sincorrer el riesgo de perder informacion.

Los estandares que definen los protocolos de comunicacion RTP-RTCP-RTSP son bastanteabiertos, de manera que el comportamiento que finalmente exhiben las aplicaciones streamingdependen de la implementacion particular que se haga de dichos protocolos. Por lo tanto,se propone que una vez realizados los ajustes propuestos a la implementacion de laestrategia de ahorro propuesta, es necesario generalizar las funciones de descarga aceleradade informacion junto con la reproduccion por tramos, de manera que se hagan parte delestandar RTSP y ası puedan ser empleadas por cualquier dispositivo en cualquier escenariode prueba considerado. Es decir, deben definirse estas funciones como obligatorias en cualquierimplementacion del conjunto cliente - servidor streaming.

Se propone realizar la evaluacion del impacto de los protocolos a nivel de transporte en elconsumo de energıa de un dispositivo movil y el desempeno del sistema de comunicacion en unasesion streaming tıpica sobre una red inalambrica WLAN. Es importante conocer el impactode este tipo de protocolos, para determinar cuales son los factores dominantes en el consumode energıa del dispositivo movil y proponer desarrollos que permitan aumentar la eficienciaenergetica de la interfaz inalambrica. Al comparar el desempeno de distintos protocolos anivel de transporte y estimar su impacto en el consumo de energıa de la interfaz inalambricase pueden identificar relaciones entre los algoritmos ejecutados por los protocolos con loscomportamientos particulares del consumo de energıa y ası es posible proponer estrategiasde ahorro mas eficientes que tomen en cuenta el comportamiento encontrado e implementenmodificaciones basadas en las observaciones realizadas.

Otra frente de trabajo interesante lo constituye el analisis del alto consumo de energıa productode las transiciones del radio de la interfaz inalambrica, encontrado en la evaluacion de la tecnicade enecendido-apagado. Es importante analizar detalladamente cuales son las causas que lojustifican y ası proponer soluciones que permitan reducir su impacto en el consumo de energıade la interfaz inalambrica. Atacando las causas del sobre costo energetico involucrado en eluso de la tecnica, se pueden alcanzar ahorros de energıa aun mayores a los estimados en esteproyecto. Es importante ademas estimar el impacto de la tecnica de encendido-apagado delradio sobre un dispositivo movil, ya que la contribucion de la interfaz inalambrica sobre elconsumo total del dispositivo es mayor que en un computador portatil y es necesario estimardicho impacto con base en resultados experimentales.

Es importante analizar el impacto de la estrategia de ahorro propuesta bajo condiciones deprueba similares a las encontradas en la practica, ya que los experimentos adelantados eneste proyecto fueron realizados sobre una plataforma de pruebas bajo condiciones ideales deenlace inalambrico, y ası evaluar el impacto de la estrategia en un entorno de trabajo masparecido a una situacion real. Para ello debe desarrollarse un diseno experimental que incluyala evaluacion del consumo de energıa sobre escenarios de prueba con distintos niveles depotencia del radio, diferentes distancias entre el cliente y el punto de acceso, operacioncon varios clientes trabajando simultaneamente y uso de varios puntos de acceso que cubranareas extensas.

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Es necesario analizar la eficiencia energetica de la estrategia de ahorro propuestaen dispositivos moviles. Teniendo en cuenta las diferencias de funcionamiento con loscomputadores portatiles, es necesario estimar el impacto de la estrategia en el tiempo decarga de la baterıa de alimentacion. Para ello es necesario desarrollar una metodologıa demedicion diferente a la presentada en este proyecto, teniendo en cuenta el comportamientoparticular de estos dispositivos y las consideraciones analizadas en el Capıtulo 6. De la mismaforma debe desarrollarse un nuevo diseno experimental, que en lo posible considere distintosescenarios de prueba que permitan validar la eficacia de la estrategia de ahorro en situacionesreales de trabajo.

La estrategia de ahorro propuesta fue implementada empleando funciones estandar delprotocolo de comunicacion RTSP. Por lo tanto puede operar en un dispositivo que interactuecon otros que pueden tener o no implementada la estrategia de ahorro, y puede operarsobre implementaciones estandar de red inalambrica WLAN, siempre que tengan incluıdas lasfunciones de descarga acelerada de informacion y reproduccion por tramos, que representanla base de la estrategia y cuya implementacion es opcional. Debe tenerse en cuenta ademasque la estrategia se implementa a nivel de transporte, por lo cual se respetan las funcionesrealizadas en el resto de niveles del sistema de comunicacion. Por lo tanto serıa interesanteanalizar el impacto de la estrategia de ahorro propuesta junto con otras estrategias de ahorroimplementadas en otros niveles de comunicacion y de esta manera conseguir niveles de ahorromayores y aumentar ası la autonomıa de los dispositivos moviles cuando ejecutan aplicacionesstreaming.

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