qualidade de serviço (qos) qualidade de experiência...
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O que é “qualidade”?• Segundo o dicionário:
• propriedade que determina a essência ou a natureza de um ser ou coisa
• grau negativo ou positivo de excelência
• O que é negativo ou positivo para a qualidade?
• Embora qualidade determine um “grau”, ao que devemos atribuir qualidade?
• (1) À coisa / ao produto
• (2) Ao processo
• (3) Ao todo
• Onde está a qualidade? No item 1, 2 ou 3?
Dr. Daniel G. Costa
Qualidade nas redes
Dr. Daniel G. Costa
• Como medir qualidade?
• Indicadores numéricos:
• Quantidade de dados transmitidos com sucesso
• Atraso na transmissão
• Tempo de indisponibilidade na rede
• Tempo médio entre falhas
• Indicadores subjetivos:
• A rede está boa para o usuário/aplicação?
• A rede é segura?
• Qual é a melhor métrica?
Por que é importante medir qualidade?• Precisamos responder as perguntas:
• O projeto da rede é adequado para o serviço esperado?
• A rede atualmente oferece o serviço esperado?
• Em que partes da rede (ativos, enlaces, dispositivos, programas) a rede não está operando como esperado?
• Algumas aplicações serão mais sensíveis à uma “baixa” qualidade
• Aplicações em tempo real
• VoIP, video conferência, jogos
• Aplicações críticas
• Controle, automação
• Aplicações de alta demanda
• StreamingDr. Daniel G. Costa
Quality of Service (QoS)
Qualidade de Serviço (QoS)Objetivos
• Mensurar a qualidade da rede e dos serviços prestados
• Essa mensuração é feita através daquilo que pode ser numericamente medido
• É uma das medidas de desempenho que podem ser empregadas
• Melhorar os serviços atualmente disponíveis
• Oferecer formas de melhorar o desempenho atual da rede
• Garantir melhor desempenho para aplicações críticas
Dr. Daniel G. Costa
Qualidade de Serviço (QoS)Métricas
• As métricas são numéricas:
• Vazão (bits/s)
• Latência (segundos)
• Jitter (segundos)
• Confiabilidade (sucesso / total)
Dr. Daniel G. Costa
Qualidade de Serviço (QoS)Demandas por QoS
• Ex: Aplicações Web precisam, idealmente, de pelo menos vazão média, atraso médio, jitter médio e confiabilidade alta
Dr. Daniel G. Costa
Aplicação Vazão Atraso Jitter Confiabilidade
Web Média Média Médio Alta
E-mail / Arquivos Média Indiferente Indiferente Alta
Audio streaming Média Indiferente Baixo Média
Video streaming Alta Indiferente Baixo Média
Real-time audio Média Baixo Baixo Baixa
Real-time video Alta Baixo Baixo Baixa
Vazão: Alta
Atraso: Baixo
Jitter: Baixo
Confiabilidade: Alta
Melhores valores
Indiferente: não impacta
Qualidade de Serviço (QoS)Como garantir?
• Ideia: priorizar aquilo que é mais crítico!
• Pode ser aplicado em diferentes elementos da comunicação
(inclusive no Sistema Operacional)
• Na perspectiva das redes de comunicação, QoS vem sendo
garantido de acordo com requisitos das redes consideradas:
Internet, IoT, Redes Mesh, Redes Veiculares, etc.
• Na Internet, há duas abordagens principais:
• Intserv
• Diffserv
Dr. Daniel G. Costa
Arquitetura IntServServiços Integrados
• A ideia é realizar a reserva explícita de recursos
• Onde reservar? Qual a melhor camada?
• O procedimento de reserva é direcionado à um fluxo de dados
• Quais são os desafios da reserva de recursos?
• Como reservar recursos na Internet, que é best effort e não orientada à conexão?
Dr. Daniel G. CostaPacotes
Arquitetura IntservServiços Integrados
• Dois serviços diferentes
• 1) Carga garantida
• Existem limites de atraso máximo definido para cada roteador
• 2) Carga controlada
• Prioriza um fluxo em detrimento do outro
Dr. Daniel G. Costa
Arquitetura IntservServiços Integrados
• A reserva é baseada no protocolo RSVP (Resource reSerVation Protocol)
• Protocolo de “sinalização” definido na RFC 2205
• Reserva recursos para determinado fluxo solicitado
• A reserva só é feita se houver recursos disponíveis
• Roteadores no caminho DEVEM suportar o RSVP
• O objetivo principal é reduzir a latência e o jitter do fluxo de transmissão reservado
• A reserva é fim-a-fim
• Na prática, o objetivo é reduzir a latência dos pacotes pertencentes ao fluxo
Dr. Daniel G. Costa
Arquitetura IntservProtocolo RSVP
• Antes de iniciar a transmissão, o RSVP deve ser utilizado
• Mensagens são processadas salto a salto
• O protocolo opera diretamente sobre o IP (assim como o ICMP)
• Dois tipos de mensagens principais
• PATH
• Enviada da ORIGEM para o DESTINO
• Armazena informações do caminho “virtual” sendo criado
• RESV:
• Enviada do DESTINO para a ORIGEM
• Efectivamente faz a reserva dos recursos, no mesmo caminho estabelecido
Dr. Daniel G. Costa
Arquitetura IntservServiços Integrados
Dr. Daniel G. Costa
PATH
RESV
Origem Destino
De fato, quem está reservando QoS é o receptor (destino) do fluxo
Arquitetura IntservProtocolo RSVP
• Mensagem PATH
• Informa o “previous host”
• Mensagem RESV
• Define o flow descriptor (RFC 2210)
• Rspec: o que eu quero
• Tspec: define o fluxo
Dr. Daniel G. Costa
Arquitetura IntservProtocolo RSVP
• Como reservas são feitas previamente, a tendência é que se obtenha um “bom” nível de QoS
• As reservas são soft-state: devem ser “refrescadas” continuamente
• Cada nó do caminho realiza um controle de admissão, para verificar se tem recursos disponíveis
Dr. Daniel G. Costa
Arquitetura IntServDesafios
• Qual é o impacto de reservar fluxos indiscriminadamente?
• Como implementar IntServ em larga escala?
• No geral, IntServ não é escalável na Internet
Dr. Daniel G. Costa
Quando todo mundo for especial, ninguém mais será
Arquitetura DiffServServiços Diferenciados
• A garantia de QoS é oferecida sem reserva de recursos
• Baseia-se na ideia de agregação de fluxos em classes de serviço
• Potencialmente “pior” que o modelo IntServ
• Porém, muito mais escalável
• Roteadores não precisam armazenar estados sobre fluxos de
transmissão, como ocorre quando o protocolo RSVP é utilizado
• DiffServ não utiliza um protocolo de controle
• Pacotes são marcados na entrada da rede (tira complexidade do
núcleo)
• Princípio de operação do DiffServ: Priorização de pacotesDr. Daniel G. Costa
Priorização em Redes• Priorização em redes é um serviço amplo e que pode ser utilizado
em diversos elementos das comunicações (em redes Internet ou não)
• Algumas perguntas importantes:
• O que priorizar?
• Dispositivos: computadores, roteadores, sensores, controladores, etc
• Informações: pacotes de dados
• Usuários: funcionários, gerentes, pais, filhos, etc
• Como priorizar?
• O que é prioridade?
• O grande desafio é determinar níveis diferentes de prioridade
Dr. Daniel G. Costa
Priorização em Redes
Dr. Daniel G. Costa
Exemplos
TwitterSensing: An Event-Based Approach for Wireless Sensor Networks Optimization Exploiting Social Media in Smart City Applications. Costa, Daniel G., Duran-Fundez, C., Rocha-Junior, Joao B., Andrade,
Daniel C., Peixoto, J. P. J. Sensors, 18, 180, 2018.
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Priorização em Redes
Dr. Daniel G. Costa
Exemplos
Availability Issues for Relevant Area Coverage in Wireless Visual Sensor Networks. Costa, Daniel G., Duran-Faundez, C., Bittencourt, O. C. N. IEEE Chilecon, Puccon/Chile, 2017
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Priorização em Redes
Dr. Daniel G. Costa
Exemplos
Assessing Availability in Wireless Visual Sensor Networks Based on Targets's Perimeters Coverage. Costa, Daniel G., Duran-Faundez, C. Journal of Electrical and Computer Engineering, Article ID
9312439, 14 pages, 2016.
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Arquitetura DiffServPriorização
• Ocorre em relação aos pacotes de dados
• O objetivo é dar maior importância a determinados pacotes enquanto
estão sendo trafegados por roteadores
• Priorização na Camada de Redes da arquitetura TCP/IP
• Pacotes de origens diferentes podem pertencer ao mesmo “fluxo”
• Como é feita a priorização?
• Ajuste de filas de processamento nos roteadores
• Como os pacotes são classificados?
• Pacotes são marcados de acordo com sua importância
• Marcação é feita sem adicionar elementos/protocolos novos
Dr. Daniel G. Costa
Arquitetura DiffServMarcação de Pacotes
• Pacotes podem ser diferenciados por:
• Endereços
• Conteúdo
• Marcação
• A marcação pode ser
• Na origem
• Na rede
• Quais pacotes serão marcados?
• Depende. Aplicações podem determinar isso
• Uma boa prática é priorizar pacotes mais sensíveis (tempo real)
Arquitetura DiffServMarcação de Pacotes
Dr. Daniel G. CostaDr. Daniel G. Costa
Dr. Daniel G. Costa
IP de Origem
TTL
Identificação Flags
Versão Tamanho
Protocolo IP
Tamanho totalType of Service (ToS)
Offset de fragmento
Protocolo Checksum
IP de Origem
Arquitetura DiffServMarcação de Pacotes
Dr. Daniel G. CostaDr. Daniel G. Costa
Dr. Daniel G. Costa
IP de Origem
TTL
Identificação Flags
Versão Tamanho
Campo ToS (8 bits) é reaproveitado - RFC 2474 e RFC 3168
Tamanho totalType of Service (ToS)
Offset de fragmento
Protocolo Checksum
IP de Origem
Arquitetura DiffServMarcação de Pacotes
Versão Tamanho
IpV6 é diferente
Tamanho totalType of Service (ToS)
ECNDS
6 bits
2 bits
DS (Differentiated Services): define diferentes códigos de marcação (64 opções)
ECN (Explicit Congestion Notification): não utilizado
Arquitetura DiffServClasses de prioração
• Existem diferentes classes de priorização definidas para o DiffServ
• Assured Forwarding (melhor que best effort, porém flexível)
• Expedited Forwarding (premium service)
• Objetivo é mudar o comportamento das filas de processamento (nos
ativos de rede)
Dr. Daniel G. Costa
Chegada de pacotes Saída de pacotes
Fila padrão (FIFO)
Diferentes tipos de fila podem priorizar pacotes
Arquitetura DiffServAssured Forwarding
• Três diferentes classes
• Ouro: 50% da banda
• Prata: 30% da banda
• Bronze: 20% da banda
• Níveis de precedência de descarte em filas são definidos dessa
forma
Dr. Daniel G. Costa
Arquitetura DiffServExpedited Forwarding
• Simula uma linha de comunicação virtual
• Largura de banda fixa
• Pacotes dessa classe são sempre os mais importantes
• Indicado para comunicações multimídia em tempo real
• O desafio continua sendo a definição apropriada (classificação) de
quais pacotes serão marcados
Dr. Daniel G. Costa
IntServ e DiffServDesafios
• Classificação
• Como realizar de forma eficiente a classificação daquilo que é importante?
• Garantias de QoS vs Perfil de usuário
• Admissão
• Como garantir que os fluxos/pacotes são “corretos”?
• QoS será um serviço gratuito? Senão, como cobrar?
• Isolamento
• Evitar que fluxos diferentes sejam processados como sendo iguais
• Uso de recursos
• O uso de QoS não pode exaurir os ativos nem “bloquear” tráfego não priorizado
Dr. Daniel G. Costa
IntServ e DiffServ• IntServ
• Reserva de recursos
• Fluxos individuais
• Mais complexo, porém maiores garantias
• Baixa escalabilidade
• Protocolo específico
Dr. Daniel G. Costa
• DiffServ
• Classificação de pacotes
• Agregação de fluxos
• Menos complexo, porém com menores garantias
• Maior escalabilidade
• Não necessita de protocolo específico
Resumo
Quality of Experience (QoE)
Quality of ExperienceO que é?
• Qualidade nem sempre deve ser medida com parâmetros numéricos
• Deve-se avaliar se o que é esperado está sendo atendido
• Qualidade da “experiência” do usuário com o serviço
• Como medir QoE?
• É um parâmetro subjetivo
• Opniões dos usuários dependem de fatores sociais e culturais
• Pode ser medido de forma qualitativa ou quantitativa
• Com conceitos como Muito Ruim, Ruim, Regular, Bom e Muito Bom
• Com notas numéricas em uma escala
Dr. Daniel G. Costa
Quality of Experience• Para multimídia em tempo, QoE tem um efeito importante
• Serve para avaliar, por exemplo, a qualidade de um codec
• Por exemplo, uma comunicação com baixa latência e jitter pode ser avaliada como ruim por um usuário, caso a compressão de vídeo tenha prejudicado sobremaneira o resultado final
• Uma métrica comum é MOS (Mean Opinion Score)
• Usado para transmissões de áudio
• Notas dentro de uma escala de 1 a 5.
Dr. Daniel G. Costa
MOS Qualidade5 Excelente4 Boa3 Razoável2 Ruim
1 Péssima
MOS
Dr. Daniel G. Costa
Alguns valores
Codec MOS Taxa de transmissão
G.711 4.1 64 Kbps
G.726 3.85 16/24/32 Kbps
G.728 3.61 16 Kbps
G.729 3.92 8 Kbps
iLBC 4.1ß 13.33/15.2 Kbps
Quality of ExperienceDados visuais
• Para imagens, valores de PSNR podem ser utilizados para auxiliar o cálculo do QoE
Dr. Daniel G. Costa
• O PSNR é uma medida da diferença entre o dado produzido e o dado original
Quality of ExperienceDados visuais
• Outras medidas podem ser também aplicadas
• QoV (Quality of Viewing): qualidade é função da relevância da câmera/sensor que está capturando os dados
• QoV: Assessing the Monitoring Quality in Visual Sensor Networks. Costa, Daniel G., Guedes, L. A., Vasques, F., Portugal, P. IEEE International Conference on Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (IEEE WiMob), Barcelona/Spain, 2012.
• Métricas numéricas não ligadas ao QoS também podem impactar o QoE
• Número de interrupções
• Duração das interrupções
Dr. Daniel G. Costa
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