RODRIGO FILEV MAIA

UMA ARQUITETURA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE SERVIO

APLICADA A REDES HETEROGNEAS E SERVIOS

CONVERGENTES

So Paulo

2010

RODRIGO FILEV MAIA

UMA ARQUITETURA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE

SERVIO APLICADA A REDES HETEROGNEAS E SERVIOS

CONVERGENTES

Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo como requisito para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia Eltrica.

So Paulo

2010

RODRIGO FILEV MAIA

UMA ARQUITETURA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE

SERVIO APLICADA A REDES HETEROGNEAS E SERVIOS

CONVERGENTES

Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo como requisito para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia Eltrica.

rea de Concentrao:

Engenharia da Computao e Sistemas Digitais

Orientador: Professor Titular Moacyr Martucci Junior

So Paulo

2010

FICHA CATALOGRFICA

Maia, Rodrigo Filev

Uma arquitetura de controle de qualidade de servio aplicada

a redes heterogneas e servios convergentes / R.F. Maia. -- So Paulo, 2010.

157 p.

Tese (Doutorado) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Departamento de Engenharia de Computao e Sis-temas Digitais.

1. Servios (Qualidade) 2. Agentes inteligentes 3. Arquitetura de software 4. Multimdia interativa I. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia de Computa - co e Sistemas Digitais II. t.

A minha fabulosa Esposa Denise, aos maravilhosos Filhos Ana Lusa e Eduardo

e aos meus Pais Marco e Cida

AGRADECIMENTOS

Agradeo a Escola Politcnica por acolher este trabalho e ao Professor Titular

Moacyr Martucci Jr. pelo tempo de orientao e pelas oportunidades de discusso

que aprimoraram o trabalho apresentado e a pessoa que o fez.

Agradeo ao Departamento de Computao e Sistemas Digitais chefiado pelos

Professores Titulares Antonio Marcos de Aguirra Massola e Selma Shin Shimizu

Melnikoff pelo apoio tanto acadmico quanto material que muito auxiliaram e

contribuiram para esta tese.

Agradeo ao Information Society Technologies (IST) pelo apoio financeiro

parcial a este trabalho atravs dos projetos de pesquisa IST-INSTINCT (IST-2004-

507014) e IST-SAMBA (IST-2007-045403).

Aos doutores Clia e Rodrigo por me auxiliarem a manter-me "na linha" certa

para atingir a concluso deste trabalho e pelo apoio e conversas produtivas nos

momentos que precisei. Agradeo a todos os professores do departamento PCS e

aos professores do Centro Universitrio da FEI pelas discusses a apoio durante os

anos de ps-graduao.

Agradeo muito ao Eduardo Pydd por me auxiliar no desenvolvimento da

aplicao desta tese e por solucionar as infinitas dvidas sobre a linguagem de

programao e desempenho de software.

Agradeo muitssimo a minha famlia, Ana Lusa, Denise e ao "Nenm" pelo

apoio e amor incondicional e s vovs e ao vov e titios pelos momentos que

cuidaram de minha famlia com todo o amor para que eu pudesse finalizar esta

empreitada.

RESUMO

Um dos objetivos das prximas geraes dos sistemas de comunicao

permitir que os usurios acessem e distribuam um ou mais servios a qualquer hora,

em qualquer lugar, independentemente do tipo de terminal (telefone convencional,

telefone celular, assistentes pessoais digitais, notebooks, dentre outros) ou da

tecnologia da rede de acesso utilizados. Esse cenrio denominado convergncia

de servios utilizando-se redes heterogneas, e em tal realidade, as arquiteturas de

qualidade de servio existentes em cada uma das tecnologias dos sistemas de

comunicao no oferecem mecanismos de interoperabilidade e em diversos casos

no h controle sob os fluxos de dados uma vez admitido na infraestrutura do

sistema de comunicao, assim como questes de handover heterogneo no so

tratadas. A tese prope uma arquitetura para controle de Qualidade de Servio para

um ambiente heterogneo composto de backbones IP e redes de acesso de

diversas tecnologias, sendo tal arquitetura composta de agentes autnomos e

distribudos nos equipamentos de um sistema de comunicao; assim

como.controles baseados no comportamento de uma regio de um sistema de

comunicao e apoiados na teoria e princpios de sistemas complexos. Os agentes

da arquitetura proposta utilizando o princpio de preferential attachment mostraram-

se eficientes na determinao do caminho de melhor condio de qualidade de

servios. Os componentes da arquitetura proposta esto localizados em cada

equipamento de comunicao, desde o dispositivo do usurio at o provedor de

servios. As medies realizadas pelos agentes e utilizando um algoritmo baseado

no conceito de preferential attachment permitiram ao agente alterar o caminho de um

fluxo de dados durante sua transmisso para outros caminhos que apresentaram

condies mais adequadas de acordo com os parmetros de QoS. A deciso

baseada no contrato de qualidade de servio especificado entre usurio e provedor

de servio e, considerando sob controle todos os elementos envolvidos na

comunicao; tem-se controle distribudo de qualidade de servio fim a fim.

Palavras-chave: Qualidade de Servio. Agentes. Sistemas Multiagentes.

Preferential Attachment. Sistemas Complexos.

ABSTRACT

One of the targets of the next generation communication systems is to provide

access to any service, to any user, anytime, anywhere, regardless the access

network technology or type of user device (mobile phone, PDA, personal computer,

and so on). This scenario is called convergence of services by heterogeneous

networks, and in such scenario quality of service mechanisms presented in legacy

communication systems do not provide mechanisms for interoperability between

communication systems nor control data flows after control admission in the border of

the communication systems. The heterogeneous handover is also not handled by

such QoS architectures. This thesis proposes a QoS control architecture for an

heterogeneous communication systems composed by IP backbones and several

access networks for several kind of technologies. This architecture is composed by a

multiagent system and has controls based on the local behavior of the

communication system and supported by complex systems theory. The agent

decision algorithm is based on preferential attachment concept and the

experimentation results indicate that agents could identify a better path to handle a

data flow according to QoS parameters. The agents decided to change the path used

to transmit the flow data autonomously and according to quality of service contract

between user and service provider. The measurements in the test based on

preferential attachment algorithm was useful in order agent change flow data path

during data flow transmission to other paths with better conditions according to QoS

requisites. The agent decision is based on the parameter values defined between

end user and service provider. Considering the control elements from proposed

architecture it was achieved end-to-end distributed control.

Keywords: Quality of Service. Agents. Multiagent system. Preferential Attachment.

Complex Systems.

SUMRIO

1 INTRODUO ............................................................................................................................... 1

1.1 OBJETIVO ................................................................................................................................... 5

1.2 METODOLOGIA ........................................................................................................................ 7

1.3 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................................... 13

2 ASPECTOS DE QUALIDADE DE SERVIO EM SISTEMAS DE COMUNICAO ....... 20

2.1 ASPECTOS ESTTICOS E DINMICOS DA QUALIDADE DE SERVIOS ................. 22

2.1.1 Aspectos Estticos de Qualidade de Servio ................................................................................ 22

2.1.2 Aspectos Dinmicos de QoS ......................................................................................................... 24

2.2 ARQUITETURAS DE QUALIDADE DE SERVIO ............................................................ 25

2.2.1 Arquiteturas de Qualidade de Servio em redes IP ...................................................................... 26

2.2.2 Arquiteturas de Qualidade de Servio em redes sem fio .............................................................. 28

2.2.2.1 Classes de trfego e parmetros de QoS em redes 3G/UMTS ....................................................................... 31

2.3 ASPECTOS DO CONTRATO DE QUALIDADE DE SERVIO CENTRADO NO USURIO

(USLA)................ ....................................................................................................................................... 33

2.4 QUALIDADE DE SERVIO EM NGN ......................................................................................... 34

2.4.1 Requisitos e Arquitetura de QoS em Redes de Nova Gerao ..................................................... 35

2.4.2 Qualidade de servios entre domnios administrativos ................................................................ 38

2.5 COMPORTAMENTO DE TRFEGO EM SISTEMAS DE COMUNICAO BASEADOS NO

PROTOCOLO IP ..................................................................................................................................... 39

2.5.1 Caracterizao de trfego e de rotas na Internet ......................................................................... 40

3 ARQUITETURAS DISTRIBUDAS E SISTEMAS MULTIAGENTES ................................. 42

3.1 COMPARAO ENTRE AGENTES E MIDDLEWARE ...................................................... 45

3.1.1 Facilidades de Comunicao ....................................................................................................... 45

3.1.2 Identificao e Localizao .......................................................................................................... 47

3.1.3 Persistncia .................................................................................................................................. 49

3.1.4 Transaes Distribudas e gerenciamento de recursos ................................................................ 49

3.2 QUALIDADE DE SERVIO SOB A PERSPECTIVA DE AGENTES ................................ 52

4 UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA MULTIAGENTES PARA CONTROLE DE QUALIDADE DE SERVIO EM REDES HETEROGNEAS .......................................................... 55

4.1 REQUISITOS DA ARQUITETURA DE CONTROLE DE QOS ......................................... 57

4.2 COMPONENTES DA ARQUITETURA PROPOSTA........................................................... 61

4.2.1 Agentes da Arquitetura de Controle de QoS proposta ................................................................. 64

4.2.2 Modelagem dos Agentes de QoS .................................................................................................. 65

4.2.2.1 Agente UA e Agente SA ............................................................................................................................... 65

4.2.2.2 Agente EA. ........................................................................................................................................ 68

4.2.2.3 Agente RMA ......................................................................................................................................... 71

4.2.3 Hierarquia de agentes e coordenao.......................................................................................... 74

4.2.3.1 Coordenao de agentes ................................................................................................................................ 74

4.2.4 Modelos dos agentes de coordenao .......................................................................................... 76

4.3 MECANISMOS DA ARQUITETURA PROPOSTA .............................................................. 80

4.3.1 Mecanismo de deciso dos agentes de controle de QoS .............................................................. 82

4.3.2 Comunicao entre os agentes da arquitetura ............................................................................. 86

4.4 COMPARAO ENTRE A ARQUITETURA PROPOSTA E A ARQUITETURA IMS .. 87

5 DESENVOLVIMENTO E RESULTADOS EXPERIMENTAIS DA ARQUITETURA DE CONTROLE DE QOS PROPOSTA ....................................................................................................... 90

5.1 TECNOLOGIAS E SISTEMAS UTILIZADOS ...................................................................... 91

5.1.1 Infraestrutura utilizada ................................................................................................................ 91

5.1.1.1 IP Flow Information Export (IPFIX) ......................................................................................................... 93

5.1.1.2 Estrutura de Roteamento dos Elementos de Rede ........................................................................................ 96

5.1.1.3 Gerao de Fluxos de Dados com D-ITG..................................................................................................... 98

5.1.1.4 Gerao de Falhas com NETEM .................................................................................................................. 99

5.1.2 Software Desenvolvido ................................................................................................................. 99

5.1.2.1 Estrutura de coleta e organizao de dados IPFIX ..................................................................................... 100

5.1.2.2 Fluxo de dados..... ...................................................................................................................................... 102

5.1.2.3 Clculo do Preferential Attachment ........................................................................................................... 102

5.2 CENRIO DE TESTES .......................................................................................................... 104

5.2.1 Teste de validao da estrutura montada ................................................................................... 105

5.2.2 Teste de comportamento de trfego sem influncia de agentes .................................................. 106

5.2.3 Teste de comportamento de trfego com agentes ....................................................................... 107

5.2.3.1 Teste com agentes e um ponto de falha ...................................................................................................... 107

5.2.3.2 Teste com agentes, um ponto de falha e agente com preferential attachment definido .............................. 109

5.3 RESULTADOS EXPERIMENTAIS ...................................................................................... 109

5.3.1 Resultados validao da estrutura montada .............................................................................. 109

5.3.1.1 Atraso caracterstico dos fluxos de dados tipo dados ................................................................................. 113

5.3.2 Resultados do comportamento de trfego sem influncia de agentes ........................................ 115

5.3.2.1 Anlise do trfego de dados ....................................................................................................................... 116

5.3.2.2 Anlise do fluxo de dados tipo VoIP .......................................................................................................... 120

5.3.3 Resultados do comportamento de trfego com agentes e um ponto de falha ............................. 121

5.3.3.1 Anlise do trfego de dados ....................................................................................................................... 122

5.3.3.2 Anlise do fluxo de dados tipo VoIP .......................................................................................................... 126

5.3.4 Resultados do teste com agentes, um ponto de falha e agente com preferential attachment

definido ......................................................................................................................................................129

5.3.4.1 Anlise do trfego de dados ....................................................................................................................... 130

5.3.4.2 Anlise do fluxo de dados tipo VoIP .......................................................................................................... 132

5.4 DISCUSSO DOS RESULTADOS OBTIDOS ..................................................................... 135

6 CONCLUSES ............................................................................................................................ 138

6.1 CUMPRIMENTO DOS OBJETIVOS E INEDITISMO ...................................................... 143

6.2 TRABALHOS FUTUROS ....................................................................................................... 144

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.................................................................................................. 146

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 ESTRUTURA DE VERIFICAO DE HIPTESE DA TESE ................................................................................ 10

FIGURA 2 ESTRUTURA DE QUALIDADE DE SERVIO PROPOSTA PELO 3GPP (ETSI, 2009B) ......................................... 28

FIGURA 3 ESTRUTURA DO IMS (MAGEDANZ, GOUVEIA, 2006) ............................................................................ 37

FIGURA 4 FUNO DISTRIBUIO DE PROBABILIDADE DE TAMANHO DE PACOTES NA INTERNET (SINHA, PAPADOPOULOS,

HEIDEMANN; 2007) .............................................................................................................................. 40

FIGURA 5 SERVIOS EM UMA SOCIEDADE MULTIAGENTES ..................................................................................... 47

FIGURA 6 HIERARQUIA DOS AGENTES................................................................................................................ 65

FIGURA 7 RELAO ENTRE COMPORTAMENTOS E PROCESSOS DO AGENTE UA E SA ................................................... 68

FIGURA 8 RELAO ENTRE COMPORTAMENTOS E PROCESSOS DO AGENTE EA .......................................................... 70

FIGURA 9 RELAO ENTRE ESTADOS E PROCESSOS DO AGENTE RMA ...................................................................... 73

FIGURA 10 RELAO ENTRE COMPORTAMENTOS E PROCESSOS DO AGENTE PA ........................................................ 78

FIGURA 11 RELAO ENTRE COMPORTAMENTOS E PROCESSOS DO AGENTE SCA ...................................................... 80

FIGURA 12 INFRAESTRUTURA DE REDE UTILIZADA NOS TESTES DO CONCEITO DA TESE ................................................. 92

FIGURA 13 COLETA DE DADOS PELO AGENTE RMA VIA IPFIX ............................................................................... 95

FIGURA 14 ESTRUTURA DE SELEO DE TRFEGO E ROTEAMENTO ......................................................................... 96

FIGURA 15 - TABELA DE ROTEAMENTO DE UM ROTEADOR REDE CORE (FRAGMENTO) ............................................... 97

FIGURA 16 COLETA DE DADOS VIA IPFIX ......................................................................................................... 100

FIGURA 17 ORGANIZAO DOS DADOS IPFIX EM UMA TABELA QUE REPRESENTA O LINK .......................................... 101

FIGURA 18 ORGANIZAO DOS DADOS NO AGENTE RMA .................................................................................. 102

FIGURA 19 FLUXO DE DADOS ENTRE OS ELEMENTOS DO CENRIO DE TESTES DO CONCEITO ........................................ 105

FIGURA 20 - INFRAESTRUTURA PARA PROVA DE CONCEITO E CAMINHOS DE ACORDO COM AGUIA .................................. 106

FIGURA 21 - INFRAESTRUTURA PARA PROVA DE CONCEITO E CAMINHOS DE ACORDO COM SERPENTE ............................. 107

FIGURA 22 CAMINHO DO TRFEGO INICIAL E POSSVEL CAMINHO APS ATUAO DO AGENTE EM AGUIA ..................... 108

FIGURA 23 FUNO DISTRIBUIO ACUMULADA ............................................................................................... 110

FIGURA 24 TAXA DE TRANSMISSO (BITS/SEG) DO FLUXO DE DADOS A (TESTE 1) .................................................... 112

FIGURA 25 TAXA DE TRANSMISSO (BITS/SEG) DO FLUXO DE DADOS A (TESTE 2) .................................................... 112

FIGURA 26 TAXA DE TRANSMISSO (BITS/SEG) DO FLUXO DE DADOS B .................................................................. 113

FIGURA 27 TAXA DE TRANSMISSO (BITS/SEG.) DO FLUXO DE DADOS TIPO VOIP ..................................................... 113

FIGURA 28 ATRASO APRESENTADO PELO FLUXO DE DADOS TIPO A (TESTE 1) .......................................................... 114

FIGURA 29 ATRASO APRESENTADO PELO FLUXO DE DADOS TIPO B ........................................................................ 114

FIGURA 30 ATRASO APRESENTADO PELO FLUXO DE DADOS TIPO VOIP ................................................................... 115

FIGURA 31 DISTRIBUIO DO ATRASO FLUXO DE DADOS ..................................................................................... 116

FIGURA 32 - DISTRIBUIO DE AMOSTRAS VERSUS ATRASO .................................................................................... 117

FIGURA 33 - TAXA DE TRANSMISSO DO FLUXO DE DADOS A SEM ATUAO DO AGENTE.............................................. 117

FIGURA 34 - TAXA DE TRANSMISSO DO FLUXO DE DADOS B SEM ATUAO DO AGENTE .............................................. 118

FIGURA 35 ATRASO DO FLUXO DE DADOS A SEM ATUAO DO AGENTE ................................................................. 118

FIGURA 36 ATRASO DO FLUXO DE DADOS B SEM ATUAO DO AGENTE ................................................................. 119

FIGURA 37 - PERDA DE PACOTES SEM ATUAO DO AGENTE .................................................................................. 119

FIGURA 38 - DISTRIBUIO AMOSTRAS VERSUS ATRASO ........................................................................................ 120

FIGURA 39 - TAXA DE TRANSMISSO DO FLUXO DE DADOS TIPO VOIP SEM ATUAO DO AGENTE .................................. 120

FIGURA 40 ATRASO DO FLUXO DE DADOS TIPO VOIP SEM ATUAO DO AGENTE ..................................................... 121

FIGURA 41 TAXA DE TRANSMISSO DO FLUXO DE DADOS A COM ATUAO DO AGENTE ............................................ 123

FIGURA 42 TAXA DE TRANSMISSO DO FLUXO DE DADOS B COM ATUAO DO AGENTE ............................................ 123

FIGURA 43 ATRASO DO FLUXO DE DADOS A COM ATUAO DO AGENTE (MEDIDA 1) ................................................ 124

FIGURA 44 ATRASO DO FLUXO DE DADOS B COM ATUAO DO AGENTE ................................................................... 124

FIGURA 45 TAXA DE TRANSMISSO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP COM ATUAO DO AGENTE ........................... 127

FIGURA 46 ATRASO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP COM ATUAO DO AGENTE ............................................... 128

FIGURA 47 PERDA DE PACOTES DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP COM ATUAO DO AGENTE................................. 128

FIGURA 48 TAXA DE TRANSMISSO DE UM FLUXO DE DADOS ............................................................................... 130

FIGURA 49 ATRASO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO DADOS .................................................................................. 131

FIGURA 50 VARIAO DE ATRASO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO DADOS ................................................................ 132

FIGURA 51 TRFEGO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP (COM ATRASO) .............................................................. 133

FIGURA 52 ATRASO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP (COM ATRASO) ............................................................... 134

FIGURA 53 VARIAO DE ATRASO DE UM FLUXO DE DADOS TIPO VOIP .................................................................. 134

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 RELAO ENTRE CLASSES DIFFSERV E CLASSES UMTS (SAAD, EL-GHANDOUR, JEHAN; 2008) ....................... 31

TABELA 2 REQUISITOS QUALITATIVOS DE QOS (CHUAH, ZHANG, 2005 ADAPTADO) .................................................. 32

TABELA 3 PARMETROS CARACTERSTICOS EM RELAO S CLASSES DE TRFEGO UMTS (ETSI, 2009A, ADAPTADO) ...... 32

TABELA 4 REQUISITOS DE QOS PARA REDES UMTS (CHUAH, ZHANG, 2005 ADAPTADO) ........................................... 33

TABELA 5 TAXA DE TRANSMISSO PARA OS FLUXOS DE DADOS UTILIZADOS NOS EXPERIMENTOS .................................. 110

TABELA 6 VALORES DE PREFERENTIAL ATTACHMENT PARA TRFEGO DE DADOS. ...................................................... 125

TABELA 7 VALORES DE PREFERENTIAL ATTACHMENT PARA FLUXO DE DADOS TIPO VOIP ........................................... 129

TABELA 8 PREFERENTIAL ATTACHMENT DO FLUXO DE DADOS TIPO DADOS .............................................................. 131

TABELA 9 PREFERENTIAL ATTACHMENT PARA FLUXO DE DADOS TIPO VOIP ............................................................. 135

LISTA DE ACRNIMOS

3GPP 3rd Generation Partnership Project

BB - Bandwidth Broker

DiffServ Differentiated Services

EDGE Enhanced Data Rates for Global Evolution

ETSI European Telecommunications Standards Institute

FMC Fixed Mobile Convergence

GPRS General Radio Packet Service

GSC Gerenciamento de Servio do Consumidor

GSM Global System for Mobile Communication

IMS IP Multimedia Subsystem

IntServ Integrated Services

IP Internet Protocol

ITU-T - International Telecommunication Union Telecommunication

MTBF Mean Time Between Fails

MTTR Mean Time to Repair

MTU - Maximum Transfer Unit

NGN Next Generation Network

NGNM Next Generation Network Management

ODP Open Distributed Processing

PHB - Per Hop Behavior (DiffServ)

PSTN Public Switch Telephone Network

QoS Quality of Service

RSVP ReSerVation Protocol

SLA Service Level Agreement

SNMP Simple Network Management Protocol

UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems

1

1 INTRODUO

Um dos pontos muito discutidos no mbito das telecomunicaes e

sistemas de informao desde a dcada de 1990 refere-se convergncia dos

sistemas de comunicao, que so considerados quaisquer sistemas capazes

de receber um sinal eltrico (ou eletrnico) e transmiti-lo para outra localidade

(Shannon, 2001). A convergncia pode ser entendida, em parte, como a

interconexo dos diversos sistemas de comunicao de tal forma que, diversos

contedos possam ser transmitidos entre as diversas infraestruturas, desde o

provedor de servios at o usurio final. Esse movimento recebeu o nome de

Fixed-Mobile Convergence (FMC) (Ciancetta, et.al, 1999) e preconizava a

interconexo das redes de telefonia fixa e telefonia mvel. Contudo, atualmente

a discusso em torno da interconexo entre todos os sistemas de

comunicao de tal forma a se ter acesso a qualquer tipo de servio por

qualquer sistema de comunicao. Naturalmente, as infraestruturas de

telecomunicaes, compostas pelos equipamentos das redes de telefonia e

telefonia mvel, no foram concebidas para essa realidade, assim como a

tecnologia base da Internet (protocolo IP) tambm no previa a convergncia

de contedos e a heterogeneidade. Embora haja argumentos para se

considerar a Internet como de natureza universal, sob o ponto de vista de ser

capaz de manipular diversos tipos de mdias (Knightson, Morita e Towel, 2005)

e ser composta por diferentes tecnologias de redes de acesso, as

infraestruturas que compem a Internet (seus backbones e equipamentos de

acesso) esto evoluindo para oferecer recursos para tratar todos os tipos de

fluxos de dados adequadamente, como mecanismos de engenharia de trfego

e mecanismos para prover recursos com qualidade de servio fim a fim.

Analisando o cenrio histrico dos sistemas de comunicaes dos ltimos

trinta anos, considerando a infraestrutura inicial da Internet (composta por uma

rede de computadores e um backbone) e o sistema de telefonia fixa, tem-se

que ambas apresentam diversas interfaces de comunicao (em particular o

sistema de telefonia pblica) como forma de prover acesso a diversos tipos de

servios. Esta afirmao torna-se mais contundente quando se analisa a

expanso da Internet nas dcadas de 1980 e 1990, cujo aproveitamento da

2

capilaridade do sistema de telefonia fixa pblica (PSTN1) promoveu o acesso

da populao rede mundial de computadores. Porm, uma caracterstica

presente neste cenrio era a separao bastante clara dos servios que cada

um destes tipos de sistemas de comunicao provinham, uma vez que no

havia servios comuns at meados da dcada de 1990; poca em que surgem,

por exemplo, os primeiros servios de voz sobre IP (VoIP) (Colcher, et.al.

2005).

A contnua evoluo dos sistemas de comunicaes, dos servios ligados

computao e das tecnologias de gerao de contedo levam existncia de

servios globais que podero ser acessados por quaisquer redes de

comunicao, em qualquer lugar, e com contedos de qualquer tipo, ou seja,

heterogeneidade da rede e convergncia dos servios (Karlich, et.al., 2004),

(ITU-T, 2004a), (ITU-T, 2004b). A ITU (2006) promove em sua especificao

M-3060 sobre redes de nova gerao (NGN) uma arquitetura que preconiza a

integrao horizontal dos servios de rede, separando claramente aspectos de

transmisso, controle e servio para os ambientes heterogneos; e a

especificao TS-23-107 e TS 23-207, ambas da ETSI (2009a, 2009b)

propem e especificam o IP Multimedia Subsystem (IMS) como forma de

integrao e inter-operao de sistemas de comunicao e servios. O IMS

baseia-se nas propostas de NGN da ITU-T, claramente explicitado a

interconexo e inter-operao de redes heterogneas, assim como considera

elementos de controle capazes de lidar com diversos sistemas heterogneos.

As normas citadas tratam claramente da interconexo de sistemas de

comunicao e mecanismos para troca de trfegos, e tambm promovem a

convergncia de servios, ou seja, um mesmo servio ser prestado e entregue

por diversas infraestruturas, cada qual com suas caractersticas particulares.

As normas tambm indicam claramente a necessidade de serem especificados

mecanismos de qualidade de servio fim a fim. A arquitetura IMS especifica

diversos mecanismos para manter a qualidade de servio, e possui uma

abordagem distribuda, alm da especificao do IMS tambm no determinar

que todos os elementos estejam em uma mesma infraestrutura ou em um

1 PSTN Public Switch Telephone Network

3

mesmo local, (Xu, et.al, 2007); (Magedanz, Gouveida, 2006). Logo, um sistema

distribudo para controle de qualidade de servio pode ser uma abordagem

interessante, uma vez que devido s mltiplas tecnologias de redes de acesso

o gerenciamento do servio est migrando para as bordas da rede. (Calisti,

Greenwood, 2007); e os sistemas multiagentes apresentam caractersticas que

podem ser solues adequadas ao cenrio heterogneo com servios

convergentes apresentado.

Ainda sobre prestao de servio h a outra questo sobre qual tipo de

dispositivo o usurio utilizar para a recepo do servio. Atualmente, esses

dispositivos no informam ao equipamento de borda do sistema de

comunicao sobre o estado da qualidade do servio que recebem da

infraestrutura, nem tampouco as arquiteturas de qualidade de servio atuais,

notadamente as arquiteturas para redes IP, consideram a qualidade de servio

entregue ao dispositivo final. Os dispositivos finais para usurio final,

independentemente da quantidade de redes de acesso disponveis que esse

dispositivo possa utilizar, esse capaz apenas de se conectar, receber e enviar

dados ou utilizar um determinado servio apenas por uma das redes de

acesso, sem possuir a capacidade de alternar entre redes de acordo com a

qualidade de servio prestada.

Segundo Serra (2007) cada vez mais premente a necessidade de se ter

qualidade de servio, sendo essa considerada do ponto de vista do usurio

final, ou seja, o contrato de qualidade de servio deve levar em considerao a

opinio do usurio e essa transformada em valores de parmetros de rede

que devem ser controlados fim a fim. Logo, a qualidade deve ser controlada a

partir do dispositivo do usurio final at o provedor de servios. O dispositivo

final do usurio deve ter capacidade de utilizar quaisquer redes de acesso para

um mesmo servio de acordo com a qualidade contratada pelo usurio final, o

que pressupe controle distribudo como proposto nesse trabalho.

Dado a quantidade de variveis necessrias definio de um servio,

como proposto por Serra (2007), assim como a dificuldade de se identificar as

relaes entre tais variveis e entre essas variveis em diferentes

equipamentos, este trabalho se utiliza dos conceitos de sistemas complexos e

de redes de escala livre para sustentar a argumentao da arquitetura

4

proposta. Redes de escala livre so aquelas que seguem uma distribuio

denominada Power Law, cuja implicao haver redes onde a maioria dos

ns possui poucos links enquanto poucos ns possuem grande quantidade de

conexes (Goh, Kahng, Kim, 2001), e dessa forma as polticas de QoS devem

tratar as particularidades locais como forma de se atingir melhor controle da

infraestrutura.

Para a utilizao de tais conceitos na proposta de arquitetura o paradigma

de sociedades multiagentes propicio, dado as caractersticas de um agente

de autonomia e comunicao, alm dos comportamentos que podem emergir

de uma sociedade multiagentes. Para tal necessrio elaborar uma ontologia2

para os agentes, propor interfaces de comunicao entre os agentes e as

tecnologias de QoS existentes em cada tipo de sistema de comunicao, e por

fim munir os agentes de algoritmos que forneam os subsdios para um agente

atuar nos dispositivos e prover as polticas de QoS necessrias para os fluxos

de dados em uma rede convergente e heterognea. Uma sociedade

multiagentes pode multiplicar os pontos de verificao e negociao de QoS,

sem necessariamente causar necessariamente processamento em excesso do

equipamento de borda, pois uma das caractersticas dos agentes sua

mobilidade, e, portanto, um agente capaz de deslocar-se para locais com

maior capacidade de processamento (embora essa tese no trate do tema de

carga de processamento da arquitetura proposta). Ademais, problemas com a

qualidade de servio podem ocorrer em qualquer ponto da rede, e idealmente

uma situao desse tipo poderia ser corrigida no local onde o QoS no est

sendo satisfeito, sem depender dos equipamentos de borda da rede, ou

mesmo dos equipamentos origem e destino do servio.

2 Ontologia o estudo do ser, sendo atravs dela possvel descrev-lo para que seja

ento conhecido. Na medida em que a ontologia de um ser seja conhecida por outro torna-se

possvel ao primeiro entender o segundo e, portanto com ele se comunicar e trocar

conhecimento. O eventual uso de diferentes ontologias para um mesmo ser permite sua

descrio sob diversos enfoques, ou com diferentes roupagens. Neste caso consegue-se criar

interfaces do ser descrito que sejam apropriadas para reconhecimento por interlocutores de

diferentes espcies. (Maia, 2004).

5

1.1 OBJETIVO

O objetivo da tese propor uma arquitetura de controle de qualidade de

servio para um ambiente heterogneo composto de backbones IP e redes de

acesso de diversas tecnologias. Os backbones IP so utilizados para transmitir

diversos tipos de trfego para diversas redes de acesso, cada qual com sua

prpria tecnologia. Os usurios finais esto conectados a uma ou mais redes

de acesso, sendo que durante a prestao do servio pode ocorrer mudana

de caminho utilizado para a entrega dos trfegos que compem o servio

devido aos requisitos de qualidade estabelecidos entre o usurio final e o

provedor de servios.

A hiptese da tese que uma arquitetura distribuda para controle de QoS

possa responder s exigncias oriundas dos contratos de qualidade de servio

de um usurio para um servio dito convergente em um ambiente heterogneo,

controlando os trfegos agrupados em classes de fluxos de dados. O

agrupamento de fluxos de dados ocorre devido deciso tomada pelos

agentes segundo o princpio sob o qual um caminho melhor adaptado para

uma determinada classe de fluxo de dados deve receber tal fluxo com maior

probabilidade que os demais caminhos existentes. E a arquitetura sendo

distribuda poder reagir a eventos e mudanas das condies locais de um

sistema de comunicao de tal forma a manter um caminho fim a fim

controlado de acordo com os contratos de QoS.

Devido complexidade e a quantidade de variveis envolvidas na

determinao do estado de um sistema de comunicao de forma global, e por

no se ter a relao de como um requisito de controle dos fluxos de dados

afeta o comportamento dos fluxos de dados e os demais requisitos em todas as

conexes existentes em um sistema de comunicao, esse trabalho analisa

localmente os efeitos causados pela alterao de um requisito e determina os

caminhos que um determinado tipo de fluxo de dados deve percorrer de acordo

com a qualidade exigida em contrato de SLA (ou outra forma equivalente).

Todos os caminhos considerados pelo sistema distribudo devem ser obtidos

via algoritmos de roteamento tradicionais ou caminhos pr-estabelecidos

propostos por outras tecnologias, mas sem, contudo manter a restrio de se

6

ter apenas uma caminho ativo para um determinado destino; os elementos da

arquitetura consideram todos os caminhos obtidos de forma a distribuir os

fluxos de dados de maneira a atender todas as exigncias de qualidade de

servio.

Tanto nas atuais redes de comunicao sem fio quanto nas redes com fio

h certa capacidade alocada para transmisso de fluxos de dados,

independentemente da tecnologia utilizada. Contudo, em redes sem fio pode

ocorrer, dependendo da tecnologia de acesso, envio de dados de forma

intermitente, ou seja, o sistema de transmisso do equipamento (em geral do

usurio final) s ativado quando h dados a transmitir. A arquitetura proposta

nessa tese considera que a cada conexo feita por um dispositivo deve ser

tratada de forma independente, no havendo correlao entre conexes feitas

por um dispositivo para fins de controle de qualidade de servio e conexes

feitas para acesso a um servio, uma vez que no ser analisado neste

trabalho conjunto de conexes que compem um determinado servio.

O conceito de arquitetura distribuda significa que no h uma nica

entidade do domnio administrativo que o gerencie e o controle por si s, mas

sim diversas entidades autnomas cuja cooperao resulta em um efetivo

controle da qualidade de servio de todo o domnio administrativo. Este

controle exercido por uma sociedade multiagentes e classes de algoritmos

para deciso dos agentes, os quais, para essa tese, interessam os algoritmos

capazes de identificar o comportamento de tipos de fluxos de dados e como

so tratados ou encaminhados. Uma arquitetura distribuda tambm uma

forma de preservar o legado, pois cada entidade da arquitetura pode possuir

interfaces particulares apropriadas para cada sistema de QoS com o qual a

arquitetura deva interagir; e sendo entidades independentes permitem tanto se

ter diversas interfaces como permitem que as entidades possam tomar as

aes apropriadas entre diversos domnios administrativos.

Essa tese tambm possui como hiptese que a qualidade de servio

baseada em parmetros oriundos dos contratos estabelecidos com o usurio

final da aplicao na qual se deseja manter a qualidade de servio. Portanto, a

abordagem sobre qualidade de servio nesse trabalho difere do que

geralmente feito, pois por se tratar de um ambiente heterogneo os requisitos

7

de QoS podem diferir entre tecnologias, tanto em nome quanto em valores que

podem assumir. Logo necessrio um conjunto de requisitos que possa ser

traduzido para todas as tecnologias em questo (total ou parcialmente) e que

ao mesmo tempo representem a qualidade fim a fim (Serra, 2007).

A arquitetura proposta ser desenvolvida segundo o paradigma de

sistemas multiagentes e ainda contar com as seguintes hipteses:

O contedo a ser transmitido atravs do backbone IP, embora seja

destinado a diferentes redes de acesso, j possuem requisitos de

QoS (valores) bem definidas e no faz parte desta tese defini-los;

Os agentes de cada domnio possuem interfaces comuns (abertas)

pelas quais a arquitetura proposta comunica-se e suas partes inter-

operam;

Cada agente tambm deve possuir uma interface com o sistema de

comunicao que controla, sendo tal interface aderente aos

requisitos tecnolgicos do sistema de comunicao.

1.2 METODOLOGIA

Das diversas questes ainda em aberto no contexto das redes de nova

gerao, uma delas a necessidade de se ter mecanismos que possam inter-

operar entre diversas tecnologias. Uma das facetas desse problema como

considerar os diversos equipamentos de comunicao e suas caractersticas

locais que afetam a transmisso de dados, assim como estabelecer um padro

de comportamento dos mesmos, de tal forma a se ter condies de estabelecer

polticas de qualidade de servio.

H ainda uma crescente necessidade de que as redes de comunicao,

independentemente de tecnologia de transmisso ou forma de integrao,

transportem voz, dados e vdeo em velocidades cada vez maiores (Houto,

Pierre, 2005) e com maior confiabilidade, a qual pode ser interpretada com

maior qualidade de servio. Os sistemas atuais de qualidade de servio so

particulares de cada tecnologia de rede, e cada qual possui mecanismos

especficos para o ambiente em que atua; e h diversos fatores que so

8

particulares de uma determinada infraestrutura e no so aplicveis a outras.

Quando se trata de QoS fim-a-fim o problema torna-se mais complexo uma vez

que na maioria dos casos, as tecnologias de QoS no possuem interfaces

entre si, ou seja, no trocam dados. Em contrapartida, alm de ser complexo

construir uma nica arquitetura a qual trate de todos os aspectos de QoS, h

uma grande dificuldade em substituir os diversos sistemas legados por novos.

Analisando as tecnologias de qualidade de servio e engenharia de

trfego em ambientes IP identificou-se a caracterstica esttica de diversas

solues de determinao de caminhos, e em diversas solues propostas

como roteamento baseado em QoS, ou em determinao de caminhos

dinmicos via protocolo MPLS ou em solues para redes 4G no se tem em

considerao as diferenas entre os requisitos de fluxos de dados na

determinao de caminhos (Lin, Qi, 2007), (Urushidani, Matsukata; 2007). A

soluo proposta por Martini et. al. (2008), por exemplo, classifica o trfego de

um tnel VPLS (Virtual Private LAN Services) ainda no modelo convencional do

DiffServ, estratificando a rede em camadas e tratando todo o trfego do tnel

VPLS de uma nica maneira.

Embora tecnologias como MPLS e VPLS, dentre outras permitam a

segmentao de trfego em um sistema de comunicao baseado na

tecnologia IP de forma diferenciada em relao ao roteamento tradicional, as

solues analisadas no consideram a influncia de tipos de trfegos distintos

podem causar uns aos outros, mesmo quando consideram alocao dinmica

de largura de banda em redes 4G ou 5G (todas baseadas em IP). (Gani, et.al.

2008), (Li, et.al. 2008). Da mesma forma, no considerado a localizao de

determinadas entidades que possam causar efeitos particulares em um sistema

de comunicao, quer seja por demandarem grandes recursos ou por terem

seus servios utilizados por diversas outras entidades distribudas por diversas

localidades de um domnio administrativo ou de diversos domnios

administrativos.

Em trabalhos como Griffin et. al. (2007) so consideradas formas de

negociao de qualidade de servio entre domnios administrativos, contudo

no levam em considerao o tratamento das questes de qualidade de

9

servio internamente ao domnio administrativo, assim como no considera a

segmentao de trfego baseado em suas caractersticas.

J o modelo de sistemas complexos proposto por Barabsi-Albert (1999)

tem sido estudado para aplicaes em qualidade de servio como proposto por

Yannuzzi et. al. (2006) onde se pode identificar a importncia da distribuio de

dados sobre engenharia de trfego como forma melhor desempenho de uma

soluo de qualidade de servio, assim como identificam a aderncia do

modelo de sistemas complexos (embora no originalmente aplicado s

questes de qualidade de servios em sistemas de comunicao).

Diversos trabalhos (Barabsi, 2003), (Watts, 2003), (Barabsi, 2009),

(Park, Barabsi, 2007) identificam que a distribuio de entidades3 em uma

rede qualquer guardam propriedades de relao, inclusive contedos em um

sistema de comunicao. Como certamente o fluxo de dados tem relao com

a distribuio de contedos, formulou-se a hiptese da tese de que o

tratamento dos fluxos de dados podem seguir a relao de preferential

attachment (tambm denomiado rich get richer), ou seja, se houver um

provedor de servios, por exemplo, que possua um determinado tipo de

contedo, esse ir gerar certa quantidade de fluxos de dados de um

determinado tipo. Quanto maior o sucesso desse provedor estima-se que maior

ser a quantidade de acessos aos seus contedos e, portanto maior a

quantidade de fluxos de dados de um determinado tipo em uma regio do

sistema de comunicao onde tal provedor est. Tal provedor, assim como

certa quantidade de usurios finais devem influenciar o comportamento dos

fluxos de dados e essa influncia pode ser percebida em todo o caminho fim a

fim entre usurio final e provedor de servios (Dezso, et.al, 2006) (Onnela, et.

al. 2006).

Surge ento a necessidade de se investigar o conceito rich get richer

pode ser uma forma de tratamento e segmentao de fluxos de dados, ou seja,

aquele equipamento que possui melhores condies de transmitir um

3 Entidades so aqui entendidas como quaisquer elementos que possam se interligar em

uma rede, sendo essa rede de qualquer tipo, inclusive uma rede que forme um sistema de

comunicao.

10

determinado fluxo de dados ter a preferncia de seus vizinhos para aquele

determinado tipo de fluxo de dados para um determinado destino, em

detrimento a outros tipos de fluxos de dados. Ainda deve ser considerado que

em cada ponto de um sistema de comunicao h ingresso de novos fluxos de

dados, o que sugere um tratamento particular em cada ponto da rede; trazendo

o conceito de sistemas distribudos, e em particular os sistemas multiagentes

dado a caracterstica de autonomia de um agente.

A hiptese da tese de se ter um sistema distribudo composto de uma

sociedade multiagentes e tendo o mecanismo de deciso de cada agente o

modelo Barabsi-Albert (1999) analisada atravs de uma estrutura composta

por roteadores virtuais e um gerador de trfego D-ITG (Botta, Dainotti,

Pescap; 2007) conforme ilustra a Figura 1.

Figura 1 Estrutura de verificao de hiptese da tese

Os testes realizados procuram identificar o comportamento da estrutura

montada e se esta reage de forma similar um sistema de comunicao. O

segundo tipo de testes procura delimitar como a estrutura de testes reage a

anomalias via gerao em algumas partes da estrutura de atrasos e perdas de

pacotes segundo uma distribuio normal. E o terceiro tipo de teste utiliza os

agentes da arquitetura proposta (localizados apenas no backbone) e o

mecanismo de tomada de deciso para verificar as propriedades da arquitetura

proposta.

11

A tese inicia com a discusso das questes de qualidade de servio em

redes heterogneas operando com servios convergentes de tal forma a

estabelecer as bases para a proposta de uma arquitetura genrica e aberta de

Controle de Qualidade de Servio para tal cenrio. Portanto, a elaborao da

arquitetura necessita abordar os seguintes aspectos:

viso de QoS local em cada equipamento da infraestrutura,

considerando o dispositivo final do usurio e o equipamento

provedor do servio;

identificao do tipo de fluxo de dados e de possveis caminhos a

serem percorridos, independentemente das tecnologias de

transmisso de dados que compem tal caminho;

estimativa de comportamento de um equipamento e os caminhos

para encaminhamento de fluxos de dados em relao aos tipos de

fluxos de dados existentes na infraestrutura;

Determinao do comportamento de um domnio administrativo em

termos que possam ser analisados por equipamentos de

comunicao, independente de sua tecnologia. recomendado

que a determinao do comportamento no seja composta por

uma grande quantidade de estados, pois isso aumenta o tempo de

processamento para dispositivos mveis como os encontrados

atualmente;

Planejamento de alocao e utilizao dos recursos disponveis

para melhor aproveitar a infra-estrutura instalada, baseado em

dados histricos.

Entende-se por domnio administrativo uma determinada poro de um

sistema de comunicao sob o controle administrativo de uma nica entidade,

independentemente dos equipamentos que compem o domnio administrativo.

Portanto, uma rede como a Internet composta de diversos domnios

administrativos, sendo que para a completa administrao de uma infra-

estrutura global de comunicao necessrio a comunicao entre diversos

domnios administrativos.

12

A segunda discusso trata do comportamento de redes de comunicao

de dados e da possibilidade de sistemas distribudos serem adequados para o

tratamento da questo de QoS. Para tal analisa-se os estudos de sistemas

complexos propostos por Simon (1962) e por Barabsi (2003), dentre outros,

para estabelecer os fundamentos do comportamento de um sistema de

comunicao como sendo de escala livre. Quando se trata de sistemas

distribudos compostos por agentes necessita-se de algoritmos para suporte a

tomada de deciso para que um agente atinja seu objetivo4; e nesse trabalho

discutido uma classe de algoritmos capazes de lidar com o cenrio proposto na

tese e feita uma comparao entre o modelo proposto na tese e tais

algoritmos. O modelo de arquitetura de controle de qualidade de servio

proposto ser construdo e discutido em duas etapas. A primeira etapa ser

composta da anlise de um agente em relao a um equipamento de rede,

tendo como resultado a determinao das propriedades de um agente

necessrias manipulao e anlise dos parmetros e controle do sistema de

qualidade de servio do equipamento. A segunda etapa composta da anlise

dos mecanismos de interao entre os agentes e discusso da

representatividade desse mecanismo em relao ao comportamento

emergente de uma rede de comunicao. Essa discusso ser baseada em

uma discusso estatstica sobre o comportamento do trfego de uma rede de

comunicao, onde h a utilizao de uma aplicao de simulao de redes de

comunicao.

Como suporte discusso da tese pontuado no texto conceitos de

sistemas distribudos, redes de escala livre e arquiteturas propostas para as

redes de nova gerao. A reviso bibliogrfica para a concepo da descrio

funcional considera artigos cientficos, normas tcnicas da ITU-T, ETSI, 3GPP,

assim como outras publicaes consideradas relevantes.

4 O objetivo de um agente nessa tese controlar a qualidade de servio dos fluxos que

utilizem como parte do caminho o equipamento de rede gerenciado por ele.

13

1.3 JUSTIFICATIVA

Em se tratando de redes heterogneas, h diversas iniciativas de se

estabelecer arquiteturas de gerenciamento e controle de qualidade de servio.

Contudo, para se ter uma arquitetura de QoS fim a fim necessrio que todos

os ns que compem a estrutura de comunicao e que formam o caminho do

fluxo de dados estejam comprometidos com o controle dos requisitos de

qualidade demandados para determinado fluxo. Contudo, os mecanismos de

controle dos atuais sistemas de comunicao no provm tal garantia, tendo

em considerao as redes que formam o backbone. Da mesma forma as redes

de acesso no possuem mecanismos de controle de qualidade de servio,

tanto compostas por redes sem fio como redes com fio, embora possuam

outras caractersticas de alocao de recursos e formas para se manter a

qualidade de servio, como por exemplo, definir em um canal de comunicao

limite de atraso, probabilidade de queda de comunicao, dentre outros (Rao,

Bojkovic, Milovanovic, 2006).

Marques et.al. (2002) coloca que as redes sero todas baseadas em IP,

cada qual sob controle de um domnio administrativo. Sistemas recentes, como

o UMTS possuem classificadores de trfego, similares ao encontrados em

redes IP (DiffServ), pois uma forma de manipular na infra-estrutura diferentes

tipos de trfego, uma vez que essa tcnica prov diferentes tipos de

prioridades de manipulao de trfego atravs de rtulos atribudos aos

trfegos (Rao, Bojkovic, Milovanovic, 2006), (Gani et. al., 2008). Contudo,

assim como o DiffServ em redes IP, no h um mecanismo para controle dos

fluxos que reaja s intermitncias de operao a no ser queles que

executam descarte de pacotes (independente do critrio de gerenciamento de

fila adotado).

Hillebrand et.al. (2004) afirmam que as redes sem fio sero todas IP para

se tornarem compatveis com as redes de nova gerao. Logo, os esquemas

de qualidade de servio devero tambm operar sob a plataforma IP para troca

de dados de controle. As arquiteturas atuais de QoS no possuem a

abrangncia necessria para o cenrio de redes heterogneas segundo Rejeb,

et. al. (2007). As razes apontadas para as arquiteturas de qualidade de

14

servio atuais no serem adequadas para o cenrio em questo so o fato das

arquiteturas no serem dinmicas, e quando o so, que seus controles

(protocolo RSVP) demandam demasiados recursos para reserva e

gerenciamento de um caminho com qualidade de servio garantida. (Chimento,

1998)

Particularmente, em relao ao RSVP, a questo pauta-se em que tal

protocolo mantm uma grande quantidade de estados em cada equipamento

de rede para garantia de recursos de um determinado fluxo de dados,

resultando em problemas de gerenciamento dos estados que controlam um

determinado fluxo de dados. Os caminhos com qualidade de servio, mesmo

com reserva de recursos estabelecida no momento da conexo e desfeitos

quando o fluxo de dados termina, so, em geral, estticos em relao

alocao de recursos, ou seja, uma vez alocado a quantidade de recursos

imutvel durante a durao daquele trfego (Chimento, 1998).

As futuras arquiteturas de qualidade de servio tambm necessitaro de

mecanismos que facilitem o handover entre diferentes plataformas. Uma das

possveis formas de executar handover e manter a qualidade do servio

conhecida como pr-reserva de recursos em diferentes redes, potencialmente

naquelas onde um dispositivo mvel poderia se conectar. (Bless, et.al, 2007).

Hillebrand et.al. (2004) propem uma estrutura para sinalizao entre domnios

administrativos e que seja feita por equipamentos centralizados atravs de um

protocolo especfico. Esses equipamentos centralizados so similares ao

Bandwidth Broker da arquitetura DiffServ. Maia et.al. (2005) propem uma

arquitetura para QoS baseado em equipamentos centralizados em cada

domnio administrativo; contudo a arquitetura possui limitaes para

estabelecimento do comportamento da rede para tomada de deciso de QoS.

Rejeb, et. al. (2007) propem outra arquitetura centralizada de qualidade de

servio e similar ao proposto por Bless, et. al. (2004). Contudo essas

arquiteturas ainda possuem limitaes de tempo de resposta pelo fato de

estarem distantes do local de falha de QoS, sendo que o prprio trfego de

controle de QoS pode ser comprometido pelos efeitos do evento que se

pretende controlar. Outra limitao do sistema centralizado no poder

determinar com preciso o estado real da rede (estado global) e, portanto,

15

podem ocorrer falhas de negociao por no se considerar caractersticas

locais do trfego.

De forma geral, pode-se dizer que as arquiteturas de qualidade de servio

em redes IP IntServ e DiffServ preocupam-se mais com as caractersticas

estticas da qualidade de servio do que com as caractersticas dinmicas (ver

item 2.1); e se pode apontar como uma das razes da nfase nas

caractersticas estticas a no determinao das arquiteturas atuais de QoS do

comportamento de cada n de um sistema de comunicao.

Quando se trata da inter-operao de redes heterogneas fazendo com

que essas trabalhem de forma transparente, do ponto de vista do usurio se

faz necessrios mecanismos de controle e gerenciamento de recursos os

quais, independentemente do caminho a ser utilizado para a transmisso de

dados (por um ou mais domnios administrativos ou por redes de tecnologias

distintas), possam gerenciar o caminho fim a fim a ser utilizado por um fluxo de

dados. A norma da ITU-T M.3060 (2006) prope mecanismos de

gerenciamento de rede denominados (NGNM); contudo no determina se

esses mecanismos so centralizados ou distribudos. O mesmo ocorre com as

definies do IP Multimedia Subsystem (IMS) estabelecidas como uma

arquitetura para inter-operao de redes heterogneas e servios

convergentes. Segundo Ward, et. al. (2006): ... IMS permite a convergncia de

redes atravs de arquiteturas de aplicaes agnsticas independentes da

tecnologia da rede de acesso.... Koukoulidis e Sham (2006) afirmam que a

arquitetura IMS prov valor agregado s redes GPRS, EDGE e UMTS atravs

da possibilidade dessas trabalharem com servios IP. Os mesmos autores

enfatizam a necessidade de se ter qualidade de servio assegurada atravs de

diferentes tecnologias de rede, inclusive para usurios com dispositivos

mveis.

Embora a arquitetura IMS defina um plano de controle para o

gerenciamento dos recursos dos sistemas de comunicao que compem a

rede heterognea, as normas ETSI no identificam uma soluo centralizada

ou distribuda, e tambm no so discutidos mecanismos para gerenciamento

de handover e alocao de recursos. (ETSI, 2009c). A arquitetura de controle e

gerenciamento de qualidade de servios definido para o IMS determina que os

16

mecanismos devam prover garantias de qualidade fim a fim para quatro

classes de trfego, as quais abrangem desde trfego convencional (ou best

effort) at trfego multimdia com requisitos de qualidade elevados (ETSI,

2009a).

Tendo em considerao todo o caminho percorrido por um fluxo de dados,

o terminal do usurio deve ser considerado com um dos elementos da rede.

Hillebrand et. al. (2004) sugere que cada tecnologia de rede que compe uma

infraestrutura possui melhores condies de manipular um determinado tipo de

trfego, e ento, seria interessante para um terminal com mltiplos servios

trabalhar com diversas redes simultaneamente, sendo que seus mecanismos

de controle deveriam utilizar para cada servio, a rede mais apropriada. A

arquitetura IMS no apresenta nenhuma restrio a esse tipo de operao;

contudo, os mecanismos centralizados de controle e gerenciamento de

qualidade de servios apresentam uma limitao quando se considera o

dispositivo final do usurio, pois embora tanto dispositivo quanto o sistema de

comunicao possam determinar a localizao de cada terminal em qualquer

momento da comunicao (Anisetti, et.al., 2006), no factvel ter informao

sobre todos os caminhos fim a fim para um provimento do servio dados que

as condies apresentadas por um caminho podem sofrer alteraes em

qualquer momento uma vez que o caminho compartilhado em sistemas de

comunicao baseados na tecnologia IP.

O cenrio proposto em Hillebrand et. al. (2004) demanda velocidade para

alocao de recursos entre o ponto inicial e final da comunicao, e para tal,

pode-se ter algoritmos de preempo para alocao de tais recursos, cuja

finalidade reduzir o tempo de resposta para operaes de handover vertical

(Bless, et. al., 2007), (Ahmad, Kamruzzaman, 2007).

Para se ter preempo necessrio conhecer o comportamento da rede e

as suas formas de organizao. Barabsi (2003) oferece um paradigma

denominado teoria dos sistemas complexos, no qual as redes de comunicao

de dados no possuem um comportamento aleatrio, mas sim um

comportamento denominado escala livre. Watts (2003) apresenta o conceito

de rich get richer e descreve que em redes de escala livre h elementos que,

por possurem algum atributo (ou um conjunto desses), tornam-se elementos

17

com maior nmero de conexes, ou seja, algum mais utilizado, acessado ou

conhecido pelos demais integrantes de sua rede e tambm daquelas que esto

conectadas ou possuem acesso a esse elemento de alguma forma.

Esse comportamento identificado nas redes de comunicao de dados,

independentemente de sua tecnologia. Por exemplo: as rotas em redes IP

possuem alguns equipamentos em comum, geralmente pertencentes ao ncleo

da rede que concentram grande quantidade de trfego. E embora existam

outros caminhos alternativos na rede, uma vez que ela construda com

conexes e caminhos redundantes, tais caminhos so subutilizados em

detrimento de sobrecarga em alguns equipamentos. A anlise do

comportamento de redes atravs da viso de sistemas complexos permite, por

exemplo, a anlise de congestionamentos e de como o princpio rich get

richer influencia o comportamento de uma infraestrutura (Zhao, et. al., 2005).

A teoria dos sistemas complexos argumenta que cada elemento contribui

e determina parte do comportamento global. Logo, se os equipamentos que

compem um domnio administrativo forem capazes, de forma autnoma, de

gerenciar e determinar, atravs de algoritmos de preempo, a utilizao de

seus recursos e sua possvel alocao no tempo, estes podem determinar os

melhores caminhos para um determinado fluxo de trfego em certo instante de

tempo. Tal comportamento autnomo caracterstica de um agente (Nwana,

1996). Alm desse comportamento, um agente ainda pode ser mvel, o que

traz maior flexibilidade e adaptabilidade para uma arquitetura de gerenciamento

de um sistema de comunicao (Hagen, Breugst, Magedanz, 1998).

H diversos trabalhos abordando a utilizao de agentes para controle

descentralizado de recursos, como o gerenciamento de rotas em uma rede IP

(Papavassiliou, S.; et. al., 2002), ou para anlise do comportamento de um

terminal de usurio em uma rede NGN (Kim, et. al. 2006). Hadim e Mohamed

(2006) identificam o paradigma de agentes como uma abordagem interessante

para as questes de qualidade de servio em redes de sensores sem fio.

Jia et. al. (2005) propem uma arquitetura de qualidade de servio

composta por agentes, sendo que esses devem residir em diversos pontos da

camada de controle de uma arquitetura IMS para realizar controle de admisso,

configurao de um caminho com QoS fim a fim, dentre outras atribuies.

18

Contudo, o texto refere-se a uma abordagem de agentes j utilizada em redes

IP, como os agentes SNMP. O texto no confere aos agentes nem inteligncia

nem autonomia para deciso sobre tratamento de um fluxo de dados.

Esta tese, propondo uma arquitetura de controle de qualidade de servio

composta por agentes aderentes ao paradigma de agentes e sociedades

multiagentes, admite autonomia dos componentes da infra-estrutura para

negociao e controle de caminhos fim a fim que possuam a qualidade de

servio requerida, independentemente de uma entidade centralizada executar

ou determinar a configurao de tal caminho. A arquitetura proposta tambm

considera que o dispositivo do usurio pertence arquitetura de controle de

QoS, sendo esse elemento ativo na determinao de caminhos e negociao

dos parmetros de qualidade de servio.

A adaptabilidade, em parte oferecida pela autonomia, e a flexibilidade,

oferecida pela mobilidade dos agentes, tendem a promover dinamicidade

arquitetura de QoS proposta e, aliada monitorao que um agente pode

executar, possvel elaborar ou se utilizar de algoritmos de tomada de deciso

para que os agentes negociem contratos de servios entre si para diversos

pontos da infra-estrutura. Uma possibilidade a utilizao de caminhos que

tenham como origem o equipamento do agente e destino o provedor de

servios, e que os caminhos sejam determinados seguindo uma abordagem

rich get richer ou preferential attachment. Nesse contexto, se o agente

detecta que h demanda por uma determinada classe de servio, esse pode

previamente estimar se caminhos com certas caractersticas de qualidade de

servio atendem demanda e, portanto, quando receber uma determinada

requisio de um dispositivo final (usurio), o agente j ter um caminho

determinado e saber, devido sua monitorao, se poder ou no aceitar

determinada requisio.

A contribuio desta tese com o estudo de arquiteturas para controle da

qualidade de servio est em sua abordagem distribuda e com capacidade de

adaptar-se s mudanas de caractersticas e volume de fluxos de dados de

acordo com o paradigma de sistemas complexos. Por ser baseada em uma

anlise local em um determinado n do sistema de comunicao, a tomada de

deciso de um agente da arquitetura independe de dados recebidos de outros

19

agentes, uma vez que os efeitos das falhas e outros eventos refletem-se no n

analisado. E por fim a arquitetura apresenta componentes que possuem como

funo a negociao de requisitos de USLA (Serra, 2007) entre domnios

administrativos.

20

2 ASPECTOS DE QUALIDADE DE SERVIO EM SISTEMAS DE COMUNICAO

Em termos gerais h duas formas de se abordar a qualidade de servio:

uma delas o super dimensionamento de recursos e a outra prover a

quantidade de recursos adequada a um determinado trfego e monitorar o uso

para verificar a acuidade do uso dos recursos (Amidst, 1999). Embora a

abordagem atual nos sistemas de comunicao de dados seja, em diversos

casos, o super dimensionamento, dado a quantidade de recursos disponveis,

principalmente no backbone, essa no uma soluo sustentvel em longo

prazo. Uma das razes a quantidade crescente de usurios e o crescente

aumento das requisies de servios interativos e multimdia, pois tais tipos de

servios necessitam que os recursos estejam disponveis, dentro de limites

mnimos e mximos, fato que no ocorre em uma rede de dados trabalhando

no modelo best effort. Alm disso, o super dimensionamento considera, em

geral, a infraestrutura como um todo e no garante que um determinado trecho

da infraestrutura possua recursos para um determinado servio.

Embora existam diversas abordagens sobre o que significa qualidade de

servio (Fergunson, 1998), h pelo menos duas abordagens para defini-la: a

abordagem qualitativa cuja definio aborda requisitos no funcionais de

sistema e que afeta a percepo do usurio; e a abordagem quantitativa,

comumente relacionada aos mecanismos de controle de qualidade de servio.

Fergunson (1998),Gozdecki, Jajszczyk, Stankiewicz (2003) e Carneiro,

et.al. (2006) definiram que uma arquitetura de QoS deveria controlar os

seguintes parmetros de uma rede:

Atraso: tempo gasto para um pacote ser enviado da origem at ser

processado no destino, considerando: (i) atraso de processamento:

decodificao e tratamento do cabealho do pacote de dados; (ii)

atraso de fila; (iii) atraso de transmisso: tempo de processamento

para retirar os bits do meio e process-los; (iv) atraso de

propagao: tempo de propagao de sinal no meio (Odom,

Cavanaugh, 2004).

21

Variao de atraso: diferena entre o atraso experimentado por

uma poro de dado5 e pela poro de dado subseqente.

Porcentagem de perda de bits: porcentagem de dados que no

atingem o destino ou so corrompidos durante a transmisso.

Volume ou vazo da rede: quantidade de dados que atravessam

uma determinada de rede por unidade de tempo.

Chalmers (1998) e Serra (2007) ainda acrescentam parmetros

qualitativos como relevantes para se definir a qualidade de servio, como

confiabilidade, criticidade, qualidade percebida e custo. Confiabilidade implica

em considerar tempos entre falhas e reparos, dentre outros. Criticidade est

relacionado com a importncia do trfego, cuja importncia deve de alguma

forma ser representada no contrato de qualidade de servio (posteriormente

discutido neste trabalho). Qualidade percebida o julgamento qualitativo do

resultado da transmisso do contedo em termos de mdia e quaisquer outros

aspectos relacionados com o servio em questo.

Freire e Soares (2002) oferecem uma viso quantitativa de qualidade de

servio, na qual basta se alocar banda e demais recursos em diferentes infra-

estruturas para os diferentes tipos de clientes dado um ambiente heterogneo.

Essa definio de QoS destaca a atual heterogeneidade dos ambientes e traz

uma severa implicao, pois cada infraestrutura possui mecanismos prprios

de gerenciamento e controle de qualidade de servio, sendo que esses podem

operar com tecnologias distintas, ou ainda, mesmo que com tecnologias

similares, esses no so capazes de trocar dados e no consideram o efeito

que um domnio administrativo exerce em outro.

Essa tese considera como qualidade de servio os aspectos propostos

por Fergunson (1998) e Chalmers (1998) e centrados no usurio final do

servio, ou seja, considerando qualidade de servio fim a fim como proposto

5 A expresso poro de dados entendida como uma certa quantidade de bits a

serem transmitidos sob um mesmo cabealho de protocolo (para controle).

22

em Serra (2007) 6. Os parmetros a serem utilizados no modelo proposto nesta

tese devem considerar tambm que um determinado fluxo de dados ter seus

parmetros de qualidade entendidos por todas as infra-estruturas s quais ir

passar independentemente da tecnologia de transmisso da rede

(heterogeneidade), e dever considerar servios interativos.

Essas consideraes sobre a qualidade de servio devero constar do

contrato de qualidade de servio (USLA) estabelecido entre o provedor do

servio e o usurio final, tanto no que tange os aspectos estticos quanto os

aspectos dinmicos de QoS como mostrado a seguir.

2.1 ASPECTOS ESTTICOS E DINMICOS DA QUALIDADE DE

SERVIOS

Um sistema de controle de qualidade de servios possui dois aspectos: o

esttico so os requisitos que se mantm imutveis durante o servio,

enquanto o aspecto dinmico trata das mudanas que podem ocorrer no

ambiente e dos mecanismos necessrios manuteno dos requisitos do SLA

estabelecido para um determinado fluxo de dados (Chalmers, 1999), (Wang, et.

al., 2000), (Wang, 2001).

2.1.1 Aspectos Estticos de Qualidade de Servio

Os principais aspectos estticos da qualidade de servio envolvem a

especificao, a negociao, o controle de admisso e reserva de recursos (se

houver). A especificao do contrato de QoS trata da criao de um acordo

entre o provedor de servios e o usurio final e baseado na especificao de

requisitos de rede (Chalmers, 1998), (Aurrecoechea, 1998). Contudo, nesta

tese ser utilizada a abordagem proposta por Karam (2006) e Serra (2007) na

qual os valores de requisitos para a utilizao de um servio so resultado das

6 Contudo, para as provas de conceito desse trabalho no so consideradas opnies de

usurio para estabelecimento de controle, sendo esse baseado em SLAs. A arquitetura, em

sua forma geral, considera que a opinio do usurio pode ser refletida em contratos de SLA

como proposta em Serra (2007).

23

caractersticas do servio a ser prestado e a percepo do usurio que utiliza

tal servio em relao qualidade. A percepo do usurio que determina o

intervalo de valores que um determinado requisito pode ter para que na opinio

do usurio o servio tenha qualidade.

Dado um contrato de QoS, os mecanismos para interao entre provedor

do servio e usurio final devem ter como parmetros de controle a

especificao do contrato; sendo tais controles definidos como admisso e

controle de recursos alocados para esses fluxos de dados, dentre outros. O

controle de admisso composto de mecanismos que permitem ou no um

determinado fluxo de dados ser transmitido atravs de um domnio

administrativo. Segundo Marques et. al. (2002) h diversas formas de executar

um controle de admisso, sendo as formas centralizadas em equipamentos

dedicados, como um Bandwidth Broker (BB) so as mais utilizadas. Contudo,

tambm pode haver controles distribudos e baseados em agentes, como

proposto Jia et. al. (2005).

A reserva de recursos segundo Chalmers (1998) uma extenso do

controle de admisso, pois uma vez um fluxo aceito no domnio administrativo,

os recursos necessrios devero ser alocados de certa reserva de recursos

existente no domnio administrativo. Essa alocao de recursos pode ser

executada no final do processo de negociao como propem o Integrated

Services (IntServ) ou ainda pode ser pr-definida como ocorre com o

Differentiated Services (DiffServ), ambos em redes IP. (Farrel, 2005). As redes

de telefonia utilizam o processo de reserva de circuitos quando da admisso da

chamada telefnica em uma rede, sendo essa alocao vlida e pr-definida

em todos os domnios administrativos que interconectam a origem e o destino

da comunicao. de se destacar que em sistemas de telefonia um canal j

possui certos recursos reservados e que oscilaes nas quantidades de

recursos alocados em tais redes de acesso so em geral provenientes de

alteraes fsicas do ambiente de operao ou falha da rede, tendo aes do

usurio como fator no preponderante de tais oscilaes.

24

2.1.2 Aspectos Dinmicos de QoS

Os aspectos dinmicos do gerenciamento de qualidade de servios

envolvem a monitorao, manuteno, renegociao e policing dos fluxos de

dados j estabelecidos em um domnio administrativo (Penna, Wandersen,

2006).

A monitorao composta por mecanismos que medem a situao da

infra-estrutura. Os resultados de uma medio podem ser enviados para

pontos especficos de coleta de dados (estaes de gerenciamento).

Policing est relacionado a sistemas que garantam que todos os

elementos de um dado domnio administrativo respeitem o contrato a que esto

submetidos. (Cisco, 2003)

A manuteno est relacionada a mecanismos que tomam aes em um

determinado domnio administrativo para sustentar o contrato enquanto

ocorrem variaes nas condies de recursos da infraestrutura de um sistema

de comunicao. Quando o contrato no pode ser respeitado por uma

intermitncia ou falha da infraestrutura de comunicao, ento os mecanismos

de renegociao devem estabelecer uma forma de se seguir o contrato de

qualidade de servio. Nessa renegociao pode ser estabelecida uma

qualidade de servio inferior a utilizada antes da falha ou intermitncia, desde

que o contrato possua essa condio. Como proposto por Bhargava, et. al.

(20005) h diversas formas de se fazer acompanhamento e controle de

parmetros, inclusive renegociao de valores de parmetros da infraestrutura

que atendam aos requisitos do servio.

Deora et.al. (2003) destaca que um modelo de QoS deve ser

acompanhado em pelo menos trs vises (todas dinmicas):

qualidade como funcionalidade: as funcionalidades providas pelo

servio e como essas afetam o usurio;

qualidade como conformidade: o servio prestado de acordo com

as especificaes (de contrato);

qualidade como reputao: qualidade percebida pelo usurio, ou

seja, durante o tempo de prestao do servio a qualidade

25

mantida; durao essa que deve ser considerada como a somatria

de todos os intervalos de tempo em que o servio foi prestado.

Nesta tese estendido o conceito de qualidade como reputao, podendo

ser entendida adicionalmente como a percepo entre entidades quaisquer de

que o prestador de servio est cumprindo os requisitos estabelecidos ao longo

do tempo de durao do servio, e pela da quantidade de vezes que o servio

prestado. Em vez de apenas o usurio pode-se ter um equipamento

pertencente infraestrutura de um sistema de comunicao que contabiliza a

forma como um servio prestado. Essa contabilizao pode ser entendida

como a percepo do equipamento de um determinado servio prestado.

2.2 ARQUITETURAS DE QUALIDADE DE SERVIO

Os diversos sistemas de comunicao existentes possuem pelo menos

uma arquitetura de QoS, sendo que tal arquitetura reflete as caractersticas da

infraestrutura que compe o sistema de comunicao. Contudo, quando se

trata da inter-operao de arquiteturas de QoS distintos necessrio promover

uma viso comum de como tais arquiteturas de qualidade de servio em

diversos domnios administrativos podem trabalhar com diversos tipos de

parmetros. Essa viso se faz necessria para que todas as arquiteturas

possuam um entendimento comum entre os parmetros e possam executar os

mecanismos de controle de qualidade de servio de acordo com os parmetros

estabelecidos. Diversos mecanismos desse tipo so propostos em diversas

normas, como o Policy Decision Function na especificao da 3GPP ou o

Resource and Admission Control Subsystem proposto pela ETSI TISPAN

(ETSI, 2009a), (ETSI, 2009b), (ETSI, 2006), (ETSI, 2005).

Nos itens subseqentes so destacadas algumas caractersticas das

arquiteturas de QoS em sistemas de comunicao baseados na tecnologia IP,

identificando os pontos chave de tais arquiteturas e os pontos que podem ser

entendidos como comuns para todas as arquiteturas, independentemente da

tecnologia da rede. A discusso de arquiteturas de qualidade de servio so os

aplicados s infraestruturas que utilizam o protocolo IP a tendncia que todas

as redes sejam IP segundo a ETSI (2009c).

26

2.2.1 Arquiteturas de Qualidade de Servio em redes IP

Tendo em considerao duas abordagens de arquiteturas de qualidade de

servio para redes IP (DiffServ e IntServ) ambos possuem controle de

admisso para conexes. Entretanto, o tempo de resposta para criar um

caminho com QoS em ambos os mtodos pode no ser apropriado para

conexes de trnsito, ou seja, conexes as quais o caminho que utiliza torna-

se indisponvel ou insuficiente para manter os requisitos de QoS necessrios.

Segundo Kim e Sebuktekin (2002) e o tempo de resposta para o IntServ de

aproximadamente 185ms para estabelecer um caminho em uma rede IP com

demandas prximas s medidas em redes ditas em produo, e como esse

tempo gasto antes de iniciar-se a transmisso, apenas trfegos multimdia

com transmisso ao vivo sofreria com o setup inicial. Contudo, o caminho

estabelecido em geral mantm os requisitos de QoS durante todo o tempo de

transmisso. A questo envolvendo o IntServ est na complexidade de se

utilizar e manter um grande nmero de estados para cada fluxo transmitido.

Adicionalmente, o IntServ restrito a um domnio administrativo, uma vez que

so necessrios mecanismos para gerenciamento de admisso entre diversos

domnios administrativos (Gozdecki, Jajszczyk, Stankiewicz; 2003),

(Trimintzios, et.al. 2001).

J os mecanismos da arquitetura DiffServ comportam-se dividindo os

recursos de uma infraestrutura entre diversas categorias de trfego, cada qual

identificada por um cdigo (DiffServ Codepoint). importante destacar que a

identificao por fluxo em uma arquitetura DiffServ apenas mantida nas

bordas da rede (Mykoniati, et. al., 2003). O tratamento dos fluxos de dados em

cada equipamento pertencente ao domnio DiffServ determinado pelo Per

Hop Behaviour (PHB) (Gozdecki, Jajszczyk, Stankiewicz; 2003). No DiffServ

um trfego admitido se h recursos detectados pelo controle de admisso;

contudo, a deciso de um sistema de controle de admisso no considera

possibilidade de falhas em toda a infraestrutura, e, portanto, falhas internas

podem acontecer e os recursos no estarem disponvel em todos os caminhos

possveis da infraestrutura, e a arquitetura no prov formas de deteco

desses caminhos possveis em caso de falha. A arquitetura DiffServ ainda

27

conta com um sistema de controle denominado Bandwidth Broker (BB) e sua

funo gerar polticas de acesso para os roteadores de borda aceitarem ou

no um novo trfego (Nichols, Jacobson, Zhang, 1999). Mesmo havendo um

BB centralizado para cada domnio administrativo, h problemas de escala

quando se trata de redes maiores (Mykoniati, et. al., 2003).

Outra tecnologia de rede IP atualmente bastante utilizada, denominada

MPLS utiliza rtulos para trfegos pr-determinados, principalmente

considerando que tais rtulos determinam caminhos dentro de uma rede que

originalmente no esto presentes nas tabelas de roteamento dos

equipamentos (Trimintzios, et.al. 2001). Tais caminhos podem ser incorporados

ao roteamento de uma rede IP e podem ser considerados caminhos

preparados para determinados fluxos de dados (engenharia de trfego).

Embora o MPLS possa ser utilizado para organizao de trfego vinculado aos

valores presentes na classificao de trfego da arquitetura DiffServ (RFC

3302, Muezerie, 2005), e por conseqncia ser considerado como mecanismo

de QoS, o MPLS no prov em si mecanismos para garantia de qualidade de

servio, alm de no considerar o dispositivo do usurio em sua arquitetura.

Todos os mtodos descritos no consideram caractersticas dinmicas do

trfego, ou seja, no consideram o comportamento dinmico das conexes e

de suas inter-relaes, assim como no consideram as caractersticas do

servio e sua localizao, sendo que trabalhos que analisam o comportamento

de sistemas de comunicao identificam que a localizao e tipo de servio

influenciam o comportamento da rede (considerando desempenho e perfil de

trfego) (Barabsi, 2007). H trabalhos Sebuktekin, et.al. (2008) e Tommasi,

Modenlini e Trico (2006) que propem a unio de tcnicas e particularmente o

uso do protocolo RSVP (Resource Reservation Protocol) para prover

dinamicidade a estruturas de Qualidade de Servio e para arquiteturas de

qualidade de servio que possam atuar entre diferentes domnios

administrativos.

28

2.2.2 Arquiteturas de Qualidade de Servio em redes sem fio

Segundo a norma ETSI 23.107 (ETSI, 2009a) as redes sem fio 3G/UMTS

foram especificadas para oferecer servios com nveis de qualidade

apropriados, tendo como princpio as qualidade de servio fim a fim, conforme

explicitado na Figura 2. Na arquitetura UMTS um servio de transporte define

as caractersticas de qualidade de servio entre os pontos finais da

comunicao. E o servio fim a fim pode ser visto como a composio de

diversos servios oferecidos entre cada uma das redes que compem o

sistema de rede utilizado (Vasconcelos, 2002).

Figura 2 Estrutura de Qualidade de Servio proposta pelo 3GPP (ETSI, 2009b)

Embora no seja claramente separado na Figura 2, h duas camadas no

sistema de transporte do UMTS as quais possuem funes de QoS. Na

camada de controle h quatro servios sendo:

Gerente de servios: responsvel pelo estabelecimento,

modificao e manuteno dos servios dos quais responsvel,

alm de prover recursos para as funes da camada do usurio;

TE CN lu

EDGE

CN

Gateway

TEUTRAN/

GERAN

MT

Servio fim a fim

TE/MT

Servio Transporte

Servio Transporte

GPR