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  • RevistaAvancesenSistemaseInformtica,Vol.6No.3,Diciembrede2009ISSN16577663

    AnlisisdelprotocoloDOCSISparaladistribucindeaplicacionesycontenidosdeTDienunaHFC

    AnalysisoftheDOCSISprotocolfordistributionofTDiapplicationsandcontentsinaHFCnetwork

    Recibidopararevisin15deAbrilde2009,aceptado23deOctubrede2009,versinfinal03deDiciembrede2009

    ResumenEste ar tculo p r esenta el anlisis del pr otocolo deaccesoDOCSIS(DataOver CableServiceInterfaceSpecification)en elcanal de r etorno de la r edHibr ida FibraCoaxial (HFC,Hybr idFiber Coaxial) par a la distr ibucin de aplicaciones ycon tenidos educa tivos en el con texto de la televisin digita linter activa (TDi).Eneste anlisis, se tuvoen cuenta var ios escenar iosde pruebaque permitieron evaluar los par metros de configur acin delprotocoloDOCSISbajo difer entes condiciones. Par a ello, fuenecesar iocapturar ycaracter izar el trficorealgeneradopor lasaplicaciones inter activas par a luego construir losmodelos desimu lacin que la s r ep r esen tan . Como r esu lt ado de la ssimulaciones sepudo determinar los par metrosms adecuadosparasoportar aplicacionesconlacalidaddeserviciorequeridaenel contexto delTlear ningy elmejor aprovechamiento de losr ecur sos. Siendo estos la contr ibucinms r elevante de estear tculo.

    PalabrasClaveProtocoloDOCSIS, redHFC,TelevisinDigitalinter activa (TDi),Canalde retorno.

    AbstractThis ar ticlepr esents the analysis of theDataOver CableService Inter faceSpecification (DOCSIS)access protocolinthereturnchanneloftheHybridFiber Coaxial(HFC)networkfor distr ibution ofeducational applications and contents in thecontext of interactiveDigitalTelevision (iTV).Inthispaper,severaltestscenarioswastakenintoaccountallowingto evaluate configuration parameter fromDOCSISprotocol ond iffer en t condit ions. For th is, the r eal gener ated tr affic byinteractiveapplicationswerecaughtandcharacter ized,after that,some simu la t ion models wer e d eveloped . As r esu lt of t hesimulations, themost adequate par ameter sweredeterminate inorder tosuppor t applicationwith requiredquality ofservice intheTlearningcontextandthebest resourceuse.Beingthem,themost relevantcontr ibution of this paper.

    KeywordsDOCSIS Protocol,HFC network, interactiveDigitalTelevision (iTV), return channel.

    WilmarY.CampoM.,MSc.,DiegoRuedaP.,Ing.,IvnTaimalN.,Ing.,JoseArciniegasH.,PhD.FacultaddeIngenieraElectrnicayTelecomunicaciones,DepartamentodeTelemtica,

    UniversidaddelCauca,Colombia{wilicampo,dfrueda,itaimal,jlarci}@unicauca.edu.co

    I . INTRODUCCIN

    LaUniversidaddelCauca(PopaynColombia)enasociacinconlaUniversidadAutnomadeOccidente(CaliColombia)ylaUniversidaddeOviedo(GijnEspaa)handefinidounescenariopropicioparalaconstruccindecontenidosparalaTDi.ConestepropsitoserealizelproyectodeinvestigacinEDiTVEducacinvirtualbasadoentelevisininteractivaparaapoyarprocesos educativos a distancia [23], el cual permiti laimplantacindellaboratoriodeEDiTVenlaUniversidaddelCauca[1]parapropsitoseducativos,esdecirenelcampodeTlearning(aprendizajeatravsdelatelevisin),quepermiteelaprovechamientodelainteractividadquebrindalatelevisindigital.

    ComocasodeestudiosedesarrollaronaplicacionesparaTLearning, donde el contenido educativo y el proceso deaprendizaje han sido desarrollados especialmente para unambiente interactivo basado en los estndares DVBMHP(DigitalVideoBroadcastingMultimediaHomePlatform)[8]paraunareddetelevisinporcableHFC.UncursoparaTlearningesunacombinacindediferentestiposdematerialesdeaprendizajetalescomovideos,animacionesypginasDVBHTMLquecorrespondenaaplicacionesquesebasanenelusodeXML(ExtensibleMarkupLanguage), HTML (HyperTextMarkupLanguage)yJavaScriptcombinandotextoeimgenesloscualesson presentados en la pantalla de televisormediante unnavegadorqueseejecutaenelSTB[15].

    La interactividadde los sistemasde televisin digitalestestandarizada por diferentes organismos de regulacin detelecomunicacionestantoparaladifusindetelevisindigitalcomoparaelsistemamediadordelosdecodificadores(SetTopBoxSTB).ParaestainvestigacinsetomacomoreferencialaespecificacinDVBMHP.Lainteractividadenlossistemasde

  • RevistaAvancesenSistemaseInformtica,Vol.6No.3,Diciembrede2009ISSN16577663120

    TDirequierendoscanalesdecomunicacin,unodebroadcastodedifusinyotrointeractivooderetorno[20][7].

    LareddeaccesoHFC[6]comounaevolucindelasredesdecabletradicionales,seconvierteenunaalternativaatractivapara la TDi, dado que reserva una porcin del espectro defrecuenciaproporcionadoporelcablecoaxialparacadaunodeloscanales.ParaenviardatososolicitarinformacinatravsdelcanalderetornoenlaredesHFC,seusaaniveldecapadeaccesoalmedioelprotocoloDOCSISparalatransmisindedatosdealtavelocidad[16].

    EltrficoagregadoporloscontenidosdeTlearning,generaun consumo considerable de recursos razn por la cual esnecesariaunaadecuadaconfiguracindelprotocoloaniveldecapa deControl deAcceso alMedio (MAC,MediaAccessControl). Esta configuracin, debe asegurar que elfuncionamientodelasaplicacionesdelaTDiseaeladecuado,cuando estas entren a competir por los recursos con otrosservicios que son accedidos por elmismo canal, como porejemplovozsobreIP(VoIP),FTPoHTTP.

    As, est investigacin se concentra en el estudio delprotocoloDOCSISparalatransmisindeltrfico,generadosobre el canal de retorno, por los contenidos deTlearningdesarrolladosenelproyectoEDiTVtalquepermitanconocerlasmejoresopcionesdeconfiguracin,paraladistribucindeestetipodecontenidosconcalidaddeservicio.Seevalanlosparmetrosdedesempeocomolautilizacindelosenlaces(throughput),elretardoyprdidadepaquetesenlaredHFCendiferentescondicionesdeescenariosdondesevaraelnmerode usuarios que acceden a la red y los parmetros deconfiguracindelprotocolo.

    ParaelanlisisdelprotocoloDOCSISsesiguielsiguienteproceso:InicialmentesecaracterizeltrficodelasaplicacionesdeTlearningdesarrolladasenellaboratoriodepruebasdelaUniversidaddelCauca.Posteriormente,seconstruyunmodelomatemticoquelodescribe.Tantoelestudiodecaracterizacincomoelmodelomatemticosonampliamentedetalladosen[22].Paraelanlisisylaevaluacindelprotocolofuenecesariohacersimulacionescondiferentescondicionesenprimerlugarseconstruyoelmodelodesimulacindelareddellaboratorioconlosserviciosmontados,talquesepuedahacerlasvariacionesdelcaso.ParaelsoportedelmodelomatemticodeltrficoyeldedesimulacinseutilizlaherramientaOPNETmodeler[17],la cual es capaz de soportar funciones estadsticas, loselementos,yprotocolosquepermitenunarepresentacindelafuncionalidaddelareddelaboratorio.Finalmenteserealizaronvariassimulacionesconsiderandodiferentesconfiguracionesy condiciones tal que nos permiti deducir cuales son losparmetrosrecomendadosparaelprotocoloDOCSISdeunamaneraeficientesobreunaredHFC.

    Elprocesoylosresultadosobtenidossondescritosenesteartculoelcualestorganizadoen7seccionesas:seccin2,semuestranlostrabajosrelacionadosconlainvestigacinseccin

    3marcoterico,brindalosconceptosnecesariossobreDOCSISseccin4casodeestudio,describelosescenariosobjetodelainvestigacin seccin 5 modelos de simulacin, donde seresumenlosmodeloselaboradosparaestetrabajo,seccin6anlisisderesultados,muestraparacadaunodelosescenarioslosresultadosobtenidosconsurespectivoanlisisyfinalmentelaseccin7presentalasconclusionesmsrelevantesdeltrabajo.

    I I . TRABAJOS RELACIONADOS

    ComoantecedentesaesttrabajosemencionanbrevementelosdesarrolladosporelgrupodeinvestigacinGIT[24]delaUniversidaddelCauca,loscualessonpartedelosresultadosobtenidosdentrodelproyectoEDiTV[23]ysonlabaseparaestainvestigacin.

    En[22]sepresentaunmodelodetrficoquecaracterizadosaplicacionesdetelevisininteractivadesoporteparaTlearning.Estemodelosedeterminapartirdeunestudioestadsticodelascapturasdetrficogeneradoporlasaplicacionesenelcanalde retorno de un sistemade televisin interactiva, cuyosresultadospermitendesarrollarunmodelodesimulacin.

    En[4]seharealizadounanlisisdeunserviciodestreaming,sedescribeelescenariodepruebasrealenelcualserealizanlasmedidasdetrficoysecaracterizaestadsticamenteeltrficogeneradoparaconstruirunmodelodesimulacin.

    Existenadems,variosestudiosrelacionadossobrelasredesHFCoelprotocoloDOCSIS.AcontinuacinsepresentanlostrabajosmscercanosconrespectoalanlisisderedesHFCconaplicacionestpicascomovideobajodemanda,HTTP,FTP,entreotras.

    En[12]serealizaunmodelodeunserviciodevideobajodemandasobre redesdecablepara la transmisindevozydatos,realizandoademsunexhaustivoanlisisdelprotocoloDOCSIS.ElautorpresentaunartculotituladoAggregatedtrafficgeneration in FTTXnetworks [13], donde semuestra larealizacindelmodelo,bajoellenguajedesimulacinOPNET.Adems,losresultadosfueronexportadosaMATLAB,pararealizarelanlisisestadstico,conelfindeverificarlosresultadosyvalidarelmodelo.

    En[9]sedesarrollaunmodelodesimulacindereddecablebasadaentecnologaHFC,particularizandoelestudioparaelusodeestareddecableenlatransmisindedatosquepermitepredecirsusprestaciones.Elautorpresentadosartculos:TrafficAnalysisofDataTransmissiononHybridFiberCoaxNetwork[11]yAnalysisandModelingofTrafficonaHybridFiberCoaxNetwork[10].Enelprimerodeellossedescribeelanlisisdetrficodelareddetelecomunicacionesdeunoperadordecableofreciendoserviciosdedatos,verificndosequelapropiedadestadsticadeautosimilitudestpresenteenelflujodedatosdescendente y ascendente. El segundo artculo presenta el

  • AnlisisdelprotocoloDOCSISpara ladistribucindeaplicacionesycontenidosdeTDienunaHFCCampo,etal.

    121

    estudiorealizadosobreeltrficodedatosrecogidosenlareddeun operadorde cablebasada en la tecnologaHFC, yelposteriormodelodesimulacindesarrolladoparapredecirlosrequisitosdeanchodebandadeloscanales.

    En[2]sepresentaunacaracterizacindetalladadelretardoenlatransmisinenunareddeaccesoporcable.Seanalizaronlos datos obtenidos de las mediciones en redes de accesooperacionales,examinandotantounacargamoderadacomounagrancargaenlareddecable.Seencontrqueelalgoritmodecontroldeaccesoalmedioutilizadoenredesdecablesetraduceen un retraso de distribucinmultimodal, conmedidas deretardos agrupados en torno a un

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