Contribución al desarrollo de herramientas estratégicas para el diseño, dimensionado y evaluación de redes de telecomunicación de banda ancha

Abstract

Internet ha supuesto el despegue de las redes de conmutación de paquetes, las ha convertido en un medio al que todo el mundo quiere acceder, y ha obligado a replantear todas las previsiones que manejaban los operadores sobre el tráfico que iban a soportar sus redes en cada una de sus partes: el acceso, la agregación y la dorsal. Precisamente, la evaluación de estas y otras situaciones deben estar incluidas en el proceso de diseño y planificación de cualquier red, en lo que se ha denominado planificación estratégica. <br/><br/>La estimación de la demanda de tráfico resulta especialmente importante porque permite al operador anticiparse a situaciones de congestión y bloqueo de la red. Utiliza herramientas de modelado del tráfico, bien para su cálculo analítico o para su estudio mediante simulación, y al ser una herramienta fundamental, existe un extenso catálogo de modelos de tráfico: genéricos y particularizados, de fuentes individuales y de redes completas, de elementos de interconexión y de enlaces. <br/><br/>En esta Tesis, se han analizado los diferentes modelos existentes y se ha desarrollado un nuevo modelo que tiene en cuenta el comportamiento del tráfico desde su preparación por parte de la capa de aplicación, hasta su inserción en la capa física. El modelo propuesto parte de la solución ON-OFF tradicional, aunque aplicado a tres niveles diferentes (conexión, sesión y ráfaga), de forma que cada estado ON se encuentra modulado por el modelo correspondiente a la capa inferior. Como alternativa más simple, surgen los modelos multifuente, que intentan introducir el efecto de la interacción entre las diferentes fuentes, también conocido como agregación. Para considerar este caso, se ha realizado un estudio de modelos específicos para su aplicación a puntos de agregación, especialmente los situados en la red de acceso, al ser ésta la parte de la red que más alto coste presenta en su implementación. Partiendo del modelo ON-OFF para una sola fuente, se ha propuesto una variante multifuente, que aprovecha las propiedades de la función de distribución binomial para realizar el cálculo del tráfico agregado por un número determinado de fuentes. El resultado ha sido comparado mediante la observación de flujos reales, tal como propone la teoría del Network Calculus, y que ha sido evaluada y aplicada en este trabajo con ejemplos prácticos que se han incluido en el documento. <br/>El estudio realizado en esta Tesis concluye que el tráfico de fuente está condicionado a tres premisas fundamentales: el usuario, el servicio y la tecnología de acceso, de donde surge un nuevo concepto que especifica de forma sistemática y ordenada todas las variaciones, denominada CASUAL (Cubo de Acceso/Servicios/Usuarios de Asignación Libre) y ha sido aplicada en una herramienta realizada a su efecto, junto con los modelos de tráfico de fuente propuestos.

Internet has been the catalyst of the development of packet switched networks, which have become the resource which everyone wants to access. As a consequence, the operators need to recalculate all their forecasts about the traffic to be transported by their networks. In fact, the evaluation of these and other situations should be included within the design and planning phases of any network, in the so called strategic planning overall process.<br/><br/>Traffic demand estimation is particularly interesting, since it allows the operator to anticipate bottlenecks and blocking situations of the network. It uses traffic modelling tools, either for their analytical or simulation-based study. Since they have become an essential tool, there is a wide range of traffic models: generic and particularized, for individual sources and complete networks, for interconnection elements and links.<br/><br/>In this thesis, we have analyzed the different models and have developed a new model that takes into account traffic patterns from preparation by the application layer to its insertion into the physical layer. The proposed model is based on the traditional on-off solution, but applied to three different levels (connection, session and burst), so that each ON state is modulated by the model corresponding to the bottom layer. As a simpler alternative, multisource models emerge, seeking to introduce the effect of the interaction between different sources, also known as aggregation. To consider this case, it has made a study of specific models for application to aggregation points, especially those located in the access network, as this is the part of the network that has higher cost in implementation. Based on the ON-OFF model for a single source, is a proposed multi-source variant, which exploits the properties of the binomial distribution function for the calculation of the aggregate traffic for a specified number of sources. The result has been compared by observation of actual flows, as proposed by the theory of Network Calculus, and has been evaluated and implemented in this work with practical examples that are included in the document.<br/><br/>The study in this thesis concludes that the traffic source is conditioned on three fundamental premises: the user, service and technology access, where there was a new concept that specifies a systematic and orderly all the variations, called CASUAL (Cube of Access / Services / Users with Free Allocation) and has been implemented in a tool made of its effect, along with the traffic source models proposed.