Esquema de asignación de recursos en una red inalámbrica definida por software (SDWN) para garantizar QoS en la transmisión de vídeo

Abstract

RESUMEN: Las redes inalámbricas institucionales (o de campus) ofrecen servicions de comunicación, que concentran la mayor parte del tráfico generado por los usuarios y sus aplicaciones. Dichas redes, se ocupan de la movilidad de un gran número de usuarios y problemas de infraestructura como la implementación de enrutadores no planificados. En este contexto, administrar la red se vuelve difícil, generando inconvenientes como la distribución del tráfico de manera desigual entre los diferentes puntos de acceso (AP) disponibles. Este no es un problema menor, ya que balancear la carga de tráfico entre los AP, puede incrementar la calidad de servicio (QoS) percibida por los usuarios y mejorar el rendimiento de la red durante los períodos de congestión. Sin embargo, las soluciones disponibles no son un estándar y presentan una falta de interoperabilidad. Estos problemas, sumados a otros que presentan las redes actuales, motivaron la implementación de esquemas flexibles de equilibrio de carga, en una arquitectura de red escalable y centralizada como SDN (redes definidas por software). Investigaciones recientes han mostrado que el balanceo de carga permite una mejor administración de los recursos, sin embargo, estos resultados en su gran mayoría se han quedado en entornos virtuales o emulados. Gracias a la tecnología ofrecida por OpenWrt y Open vSwitch, es posible realizar implementaciones de una red SDN sobre medios inalámbricos, usando dispositivos físicos. En este proyecto, se plantean cuatro esquemas para balanceo de carga. Inicialmente se explora una de las técnicas más usadas, Round-Robin, ya que ofrece una lógica sencilla de distribución, en la cual toma el último cliente para liberar un AP saturado, y genera nuevas listas en los APs. La segunda técnica propuesta se basa en una lógica derivada del modelo de optimización, que transfiere el cliente con la carga más alta (Transfer Client with High Load), el cual puede causar una saturación en el sistema, y asignarlo a otro AP. La tercera implementación, se basa en el mejor ajuste (Best-Fit), donde se distribuye a todos los clientes entre los AP, dado el caso de que al menos uno supere el umbral de saturación. La última desarrolla la distribución de lógica completa del modelo de optimización (Optimization Model) basada en el problema de empaquetado (The Bin Packing Problem), donde se busca distribuir una cantidad de clientes en un número de APs disponibles. A partir de este diseño conceptual, se realizaron experimentos para evaluar el rendimiento de cada uno de ellos en entornos con múltiples AP utilizando el controlador 5G-EmPOWER e incluyendo un proceso de traspaso transparente. Las implementaciones propuestas muestran mejoras en el rendimiento y relación de señal/ruido pico (PSNR) durante la transmisión de un vídeo, comparadas con los escenarios tradicionales.