QoS o Calidad de Servicio (Quality of Service, en inglés) son las tecnologías que garantizan la transmisión de cierta cantidad de información en un tiempo dado (throughput). Calidad de servicio es la capacidad de dar un buen servicio. Es especialmente importante para ciertas aplicaciones tales como la transmisión de vídeo o voz.
Problemas en redes de datos conmutados
Muchas cosas le ocurren a los paquetes desde su origen al destino, resultando los siguientes problemas vistos desde el punto de vista del transmisor y receptor:
Paquetes sueltos
los ruteadores pueden fallar en liberar algunos paquetes si ellos llegan cuando los buffers ya están llenos. Algunos, ninguno o todos los paquetes pueden quedar sueltos dependiendo del estado de la red, y es imposible determinar que pasará de antemano. La aplicación del receptor puede preguntar por la información que será retransmitida posiblemente causando largos retardos a lo largo de la transmisión.
Retardos
puede ocurrir que los paquetes tomen un largo período en alcanzar su destino, debido a que pueden permanecer en largas colas o tomen una ruta menos directa para prevenir la congestión de la red. En algunos casos, los retardos excesivos pueden inutilizar aplicaciones tales como VoIP o juegos en línea.
Jitter
los paquetes del transmisor pueden llegar a su destino con diferentes retardos. Un retardo de un paquete varía impredeciblemente con su posición en las colas de los ruteadores a lo largo del camino entre el transmisor y el destino. Esta variación en retardo se conoce como jitter y puede afectar seriamente la calidad del flujo de audio y/o vídeo.
Entrega de paquetes fuera de orden
cuando un conjunto de paquetes relacionados entre sí son encaminados a Internet, los paquetes pueden tomar diferentes rutas, resultando en diferentes retardos. Esto ocasiona que los paquetes lleguen en diferente orden de como fueron enviados. Este problema requiere un protocolo que pueda arreglar los paquetes fuera de orden a un estado isócrono una vez que ellos lleguen a su destino. Esto es especialmente importante para flujos de datos de vídeo y VoIP donde la calidad es dramáticamente afectada tanto por latencia y pérdida de sincronía.
Errores
A veces, los paquetes son mal dirigidos, combinados entre sí o corrompidos cuando se encaminan. El receptor tiene que detectarlos y justo cuando el paquete es liberado, pregunta al transmisor para repetirlo así mismo.
QoS en ATM
Una de las grandes ventajas de ATM (Asynchronous Transfer Mode – Modo de Transferencia Asíncrona) respecto de técnicas como el Frame Relay y Fast Ethernet es que admite niveles de QoS. Esto permite que los proveedores de servicios ATM garanticen a sus clientes que el retardo de extremo a extremo no excederá un nivel específico de tiempo o que garantizarán un ancho de banda específico para un servicio. Esto es posible marcando los paquetes que provengan de una dirección IP determinada de los nodos conectados a un gateway (como por ejemplo la IP de un teléfono IP, según la puerta del router, etc.). Además, en los servicios satelitales da una nueva perspectiva en la utilización del ancho de banda, dando prioridades a las aplicaciones de extremo a extremo con una serie de reglas.
Una red IP está basada en el envío de paquetes de datos. Estos paquetes de datos tienen una cabecera que contiene información sobre el resto del paquete. Existe una parte del paquete que se llama ToS (Type of Service), en realidad pensada para llevar banderas o marcas. Lo que se puede hacer para darle prioridad a un paquete sobre el resto es marcar una de esas banderas (flags, en inglés).
Para ello, el equipo que genera el paquete, por ejemplo una puerta de enlace (gateway, en inglés) de voz sobre IP, coloca una de esas banderas en un estado determinado. Los dispositivos por donde pasa ese paquete después de ser transmitido deben tener la capacidad para poder discriminar los paquetes para darle prioridad sobre los que no fueron marcados o los que se marcaron con una prioridad menor a los anteriores. De esta manera podemos generar prioridades altas a paquetes que requieren una cierta calidad de envío, como por ejemplo la voz o el vídeo en tiempo real, y menores al resto.
QoS en escenarios inalámbricos
El entorno inalámbrico es muy hostil para medidas de Calidad de Servicio debido a su variabilidad con el tiempo, ya que puede mostrar una calidad nula en un cierto instante de tiempo. Esto implica que satisfacer
Los sistemas de comunicaciones ya estandarizados con restricciones QoS de retardo y jitter en entornos inalámbricos (por ejemplo en GSM y UMTS) sólo pueden garantizar los requisitos para un porcentaje (<100%) de los casos. Esto implica una caída del servicio (Outage o downtime en inglés), generando los cortes de llamadas y/o los mensajes de “red ocupada”. Por otro lado, algunas aplicaciones de datos (por ejemplo, WiFi) no requieren de restricciones de máximo retardo y jitter, por lo que su transmisión sólo necesita de la calidad media del canal, evitando la existencia de caídas del servicio.
Soluciones para la calidad de servicio
El concepto de QoS ha sido definido dentro del proyecto europeo Medea+PlaNetS,[1] proporcionando un término común para la evaluación de las prestaciones de las comunicaciones en red, donde coexisten aplicaciones sin requisitos de retardo con otras aplicaciones con estrictas restricciones de máximo retardo y jitter. Dentro de PlaNetS, cuatro diferentes clases de aplicaciones han sido definidas, donde cada clase se distingue por sus propios valores de máximo retardo y jitter. La figura (1) muestra estas clases:
- Conversación: caracterizada por la más alta prioridad y los requerimientos de menor retardo y jitter.
- Streaming: flujo de vídeo o voz.
- Servicios interactivos.
- Aplicaciones secundarias: la más baja prioridad y mayor permisividad de retardo y jitter.
Los beneficios de la solución PlaNetS se resumen en:
- La posibilidad de pre-calcular el máximo retardo y jitter de la comunicación; y para cada una de las clases de aplicaciones.
- La solución propuesta es implementada con un simple scheduler que conoce la longitud de las colas de paquetes.
- La conformidad de los nodos de la comunicación es fácilmente comprobable.
- Una mayor QoS, tanto para el sistema como para el usuario final.
- La posibilidad de obtener esquemas prácticos de control de acceso (Connection Admission Control,(CAC), en inglés).