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SIMULACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTOPARA REDES MÓVILES AD-HOC MEDIANTE
HERRRAMIENTA DE SIMULACIÓN NS-3
MODELADO DE SERVICIOS
Contenidos
1. Introducción
2. Servicio telefónico
3. Servicios móviles
4. Servicios de distribución de audio y video
5. Servicios de datos
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5. Servicios de datos
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Definición de Servicio de Telecomunicación
• Conjunto de facilidades y medios (físicos y lógicos) gestionados por un proveedor de servicio que éste pone a disposición de los usuarios, con unas normas de acceso y utilización, para satisfacer las necesidades de telecomunicaciones de los clientes
• Elementos necesarios:
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• Elementos físicos (equipos, medios de transmisión, etc.) y lógicos (protocolos, señalización)
• Proveedor de servicios
• Clientes o usuarios del servicio
• Información que se intercambia
Clasificación de los servicios (ITU)
� Servicios PortadoresProporcionan la capacidad necesaria para la transmisión de señales entre puntos de terminación de red (PTR) normalizados (pueden usar redes conmutadas o no conmutadas). Ej: ADSL
� Servicios Finales o TeleserviciosProporcionan la capacidad completa para la comunicación entre usuarios, incluidas las funciones del equipo terminal, según procedimientos específicos de cada servicio. Ej: Videoconferencia
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procedimientos específicos de cada servicio. Ej: Videoconferencia
TerminalTerminal
Red
Servicio portador
Teleservicio
PTRPTR
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Tráfico
� Información originada por un servicio de telecomunicación y entregada hacia la red que lo transporta
�
Aplicación Aplicación
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� Las características del tráfico dependen del servicio y del modo en que los datos son transportados• Conmutación de circuitos vs. paquetes• Servicios de voz, video, datos, etc.
Terminal 1 Nodo 1 Nodo n Terminal 2
Definición del modelo de tráfico
� Abstracción matemática, más o menos compleja, que trata de representar alguna o varias características estadísticas de un tipo de tráfico real
� Utilidad: análisis, diseño y/o optimización de redes y servicios mediante
• resultados de simulación con modelos de tráfico
• análisis matemático (ej. Tª de colas para tráfico de Poisson)
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• análisis matemático (ej. Tª de colas para tráfico de Poisson)
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Servicio telefónico
� Telefonía básica: comunicación de voz entre terminales telefónicos conectados a PTR de la RTB
� Rango de frecuencias audibles: 20Hz-20kHz• El canal vocal telefónico se limita a 300-3400Hz
� Transmisión analógica en el bucle de abonado y digital en el resto
� El servicio telefónico básico incluye:• Número telefónico perteneciente a la red pública
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• Número telefónico perteneciente a la red pública• Instalación de un PTR (la alimentación del teléfono proviene
de la central local)• Buzón de voz• Facturación detallada
� Posibilidad de contratar servicios suplementarios
Red inteligente
� En los sistemas de comunicación previos a la Red Inteligente (RI), todos los elementos residen en los sistemas de conmutación
� Servicios resultantes:• Poca flexibilidad• No existe acceso a datos centralizados
� RED INTELIGENTE: Plataforma basada en la interconexión
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� RED INTELIGENTE: Plataforma basada en la interconexión de nodos, donde residen aplicaciones informáticas, centrales de conmutación y sistemas de bases de datos en tiempo real, para proveer la generación de servicios• Arquitectura de red orientada a servicios• Facilita el desarrollo, control y gestión de dichos servicios
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Otros servicios asociados a la Red Telefónica
� Transmisión de datos (servicios portadores)• Módem en banda vocal � hasta 56kbps
• Módem ADSL � hasta 6.1Mbps
• Red Digital de Servicios Integrados (RDSI)o Acceso básico (BRI): 144kbps (o hasta 2 canales de voz)
o Acceso primario (PRI): 2Mbps (o hasta 30 canales de voz)
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� Transmisión de imágenes• Fax: transmisión de imagen digital a ≈9600 bps (Grupo III)
Voz sobre IP (VoIP)
� Objetivo: transmisión de voz usando IP como portadora de la voz• La voz es codificada y transmitida sobre redes de
conmutación de paquetes y no sobre redes de conmutación de circuitos
� Además de digitalizar la voz es necesario ofrecer todas las funciones propias de una red telefónica:
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• Señalización (llamada)
• Servicios suplementarios: reenvío de llamadas, mensajería, etc.
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Características del tráfico de voz
Voz sobre conmutación de circuitos
� La intensidad de tráfico de voz se suele medir en Erlangs
1 Erlang = 1 circuito en uso durante 1 hora( )
º3600
NumLlamadas DuraciónMediaLlamada sN Erlangs
s
⋅=
� Duración de la llamada� Tendencia exponencial negativa
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� Tendencia exponencial negativa� Valor medio típico: 2 o 3 minutos
� Se suele aplicar la fórmula de Erlang-B para determinar la probabilidad de bloqueo:
0
!( , )
!
c
B kc
k
I
cE c II
k=
=∑
c: nº de circuitos
I: Intensidad de tráfico en Erlangs
Características del tráfico de voz
Voz sobre conmutación de paquetes
� El tráfico de voz (sobre paquetes) se caracteriza por tener períodos de conversación (ON) y silencio (OFF)
� Normalmente se modela mediante 2 estados (ON y OFF)
tiempoOFFON OFFON
Throughput
Conversación Silencio Conversación Silencio
Tasa constante (CBR)
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� Normalmente se modela mediante 2 estados (ON y OFF)� Tiempo de permanencia en cada estado sigue una distribución
estadística exponencial f(t) de media t0
ON� OFF ( )
−=
00
exp1
t
t
ttf
0( ) 227t ON OFF ms→ =
0( ) 596t OFF ON ms→ =
≈70%≈30%
EJEMPLO
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Características del tráfico de voz
Voz sobre conmutación de paquetes� Durante el período ON, se suele modelar asumiendo constantes
los dos parámetros básicos que controlan la fuente:� Tamaño medio de paquete � Tiempo medio entre paquetes
OFF OFFOFF ONON
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Tiempo entre paquetes Tamaño de paquete
Codificador Tamaño de paquete (bytes)
Tiempo entre paquetes (ms)
Throughput (kbps)
Calidad subjetiva (MOS: 1-5)
G. 711 (PCM) 160 20 64 4.1G. 726 80 20 32 3.85
RPE-LTP (GSM) 32.5 (260 bits) 20 13 3.5G. 729 20 20 8 3.92
G. 723.1 20 30 5.3 3.65
Requisitos de calidad del servicio de voz
� Velocidad garantizada• Depende de la tasa binaria generada por el codificador
� Calidad de la voz• Bit Error Rate (BER) < 10-6 (ITU G.113)
� Retardo bajo• Para telefonía de calidad: <200 ms extremo a extremo
(ITU G.114)
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(ITU G.114)
� Mínimo jitter (variación del retardo)
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Reducción del jitter en redes de paquetes
� Forma de minimizar el efecto del jitter• Pequeño buffer a nivel de aplicación (0-75ms)• Amortigua las variaciones del retardo• Proporciona una tasa constante a su salida• Paquetes con retardo demasiado alto son descartados
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Buffer
data datadatadatadatadata
(0-75ms)
jitterVelocidad constante
datadata data
Requisitos de retardo entre extremos (ITU G.114)
Excelente
Bueno
Tolerable
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0 100 200 300 400 500 Retardo (ms)
Tolerable
Mala
Muy mala
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Servicios móviles
• Radiobúsqueda (paging)• Radio Móvil Privada y sistemas troncales (trunking)• Servicios móviles vía satélite• Telefonía Móvil• SMS• MMS
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• MMS
Radiobúsqueda (paging)
� El sistema envía un aviso a un usuario en particular o grupo de usuarios• El aviso puede consistir en un bip, cadena de caracteres
� Servicio unidireccional� Los primeros sistemas datan de los años 60� Existen sistemas de cobertura reducida, local o amplia� Se basa en una red de estaciones emisoras
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� Se basa en una red de estaciones emisoras� Receptores sencillos, baratos y de bajo consumo
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Radio Móvil Privada y Sistemas Troncales
� Servicio de radiotelefonía de grupo cerrado de usuarios� Bidireccional (semidúplex o full-dúplex)� Conexión directa entre terminales móviles� Requiere disciplina de uso� Alcances reducidos� Sistema troncal (trunking)
• Varios grupos cerrados de usuarios comparten
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• Varios grupos cerrados de usuarios comparten infraestructuras y recursos radio
Servicios móviles vía satélite
� Servicios móviles marítimo y aeronáutico• Primeros servicios vía redes terrestres a baja frecuencia• Actualmente: redes de satélites en órbita de gran cobertura
(INMARSAT, IRIDIUM, GLOBALSTAR, ODYSSEY)
� Servicios de control de flotas• Gestión de vehículos• Comunicación de voz y datos
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• Comunicación de voz y datos• Llamadas de emergencia• Ejemplo: EUTELTRACS
� Posicionamiento• Cálculo de la posición mediante retardos de propagación• Ejemplo: GPS, GALILEO, GLONASS, BEIDOU
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Telefonía móvil
� Sistema de comunicaciones inalámbricas y móviles que proporciona los mismos servicios que la red de telefonía fija clásica
� Bidireccional (full-dúplex), no requiere disciplina de uso por parte del usuario
� No hay conexión directa entre terminales, siempre a través de estaciones base (posibilitando tarificación)
� Conexión con otras redes de telefonía y de datos
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� Conexión con otras redes de telefonía y de datos
Telefonía móvil: Servicios GSM (2G)
� Teleservicios• Voz digital sobre conmutación de circuitos a 13 kbps (Full
Rate, FR) ó 6.5 kbps (Half Rate, HR)• Mensajes cortos (SMS)• Fax (grupo III)• Mensajes Multimedia (MMS) � Requiere soporte GPRS
� Servicios portadores• Transmisión de datos hasta 9600 bps (o mayores con GPRS)
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• Transmisión de datos hasta 9600 bps (o mayores con GPRS)
� Servicios suplementarios• Buzón de voz• Desvío / retención de llamadas• Restricción de llamadas• Indicación de llamada en espera• Ocultación de identidad• Multiconferencia
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Servicio de Mensajes Cortos (SMS)
� Intercambio de mensajes de texto entre terminales móviles
� Garantiza la recepción de los mensajes aunque los destinatarios no se encuentren disponibles en el momento de la transmisión� Los mensajes de texto son procesados por un centro de
mensajes cortos (SMSC, Short Message Service Center) que se encarga de almacenarlos hasta que son enviados
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se encarga de almacenarlos hasta que son enviados
� Se transmite por canales de señalización
Servicio de Mensajería Multimedia (MMS)
� Permite enviar y recibir en un mismo mensaje: texto con formato, sonido, imágenes, animaciones y/o vídeo a otro teléfono móvil o a una dirección de correo
� Un MMS consiste en un paquete de datos dividido en objetos que pueden contener imágenes, sonidos o texto
� El paquete incluye una cabecera que muestra el origen y destino del paquete
� El lenguaje de presentación de los mensajes es el SMIL
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� El lenguaje de presentación de los mensajes es el SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language)• SMIL consiste en un conjunto de etiquetas XML que describen
el contenido, sincronización, temporización, posición, etc.
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Clases de contenidos MMS
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Servicios de distribución de audio y vídeo
• Radiodifusión sonorao Analógicao Digital (DAB)
• Televisión Digitalo TV Digital Terrestre (TDT)o TV Digital vía Satéliteo TV por Cable (CATV)
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o TV por Cable (CATV)o Televisión por ADSL
• Streaming• Características del tráfico de audio y video
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Radiodifusión sonora
� Servicio de radiodifusión unidireccional de audio mediante ondas electromagnéticas desde un centro de difusión y destinada a la recepción del público en general
� Pueden emplear redes terrenales o de satélite
• Red Terrenal:
o Red primaria (emisores)
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o Red secundaria (re-emisores)
� Tecnología:• Analógica• Digital (DAB)
Televisión digital
� Difusión de las señales de TV que utiliza la tecnologíadigital para transmitir video/audio, y opcionalmente,otros servicios interactivos
� Ventajas de la TV digital frente a la analógica� Mejor calidad tanto de imagen como de sonido� Facilita la incorporación de nuevos servicios� Mayor número de canales
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� Mayor número de canales
� Tecnologías de acceso a la Televisión Digital:� Ondas Terrestres (TDT)� Satélite� Cable (CATV)� ADSL
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Tecnología streaming
� Surgió en 1995 como nueva forma de difusión de contenidos multimedia
� El contenido de vídeo y/o audio es transmitido en “flujo” (stream), el cual es consumido por la aplicación receptora a medida que van llegando los datos que lo componen
� Unidireccional (video/audio), Bidireccional (señalización)
� Arquitectura cliente-servidor
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� Arquitectura cliente-servidor
Red
Buffering
Funcionamiento de streaming
BytesServidor Cliente
� Re-buffering: necesidad de llenar de nuevo el buffer por no haber más datos disponibles • Interrupción en el servicio
Retardo de red no
constante
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retardo buffer
384 kbps
Tiempo (s)
Re-buffering
buffer
constante
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Características del tráfico de audio
� Los requisitos de throughput vienen determinados por:• Frecuencia de muestreo• Bits/muestra• Mono/estéreo• Algoritmo de compresión
Audio: Calidad CD
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Frecuencia muestreo 44.1 kHz
Bits /muestra 16
Mono/estéreo Estéreo
Throughput (sin comprimir) 1.4Mbps
Throughput (comprimido) ≈≈≈≈ 128kbps
Características del tráfico de audio
� Dependiendo del algoritmo de compresión, el throughputresultante puede ser CBR o VBR (preferente)• Mayor compresión implica menor calidad y mayor consumo
de CPU
� La compresión MPEG es la más eficiente y da mayor tiempo
Throughput CBRVBR
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� La compresión MPEG es la más eficiente y da mayor calidad (proporciona tráfico VBR), pero consume mucha CPU e introduce mucho retardo • Se utiliza para audio de alta calidad• No puede emplearse en aplicaciones interactivas como la
videoconferencia o voz sobre IP
� La familia de compresores G.72x son menos eficientes pero más rápidos � usados para servicios interactivos
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Codificadores de audio
Formato Frec. Muestreo (kHz)
Canales Throughput por canal (kbps)
Uso
PCM (G.711) 8 1 64 Telefonía
ADPCM (G.721) 8 1 32 Telefonía
SB-ADPCM (G.722) 16 1 48/56/64 Vídeoconferenc.
MP-MLQ (G.723.1) 8 1 6,3/5,3 variable Telefonía Internet
ADPCM (G.726) 8 1 16/24/32/40 Telefonía
E-ADPCM (G.727) 8 1 16/24/32/40 Telefonía
LD-CELP (G.728) 8 1 16 Telefonía/Videoc.Bajo
Retardo
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LD-CELP (G.728) 8 1 16 Telefonía/Videoc.
CS-ACELP (G.729) 8 1 8 Telefonía Internet
RPE-LTP (GSM 06.10) 8 1 13 Telefonía GSM
CELP (FS 1016) 8 1 4,8
LPC-10E (FS 1015) 8 1 2,4
CD-DA / DAT 44,1 / 48 2 705,6/768 Audio Hi-Fi
MPEG-1 Layer I 32 / 44,1 / 48 2 192-256 variable
MPEG-1 Layer II 32 / 44,1 / 48 2 96-128 variable
MPEG-1 Layer III (MP3) 32 / 44,1 /48 2 64 variable Hi-Fi Internet
MPEG-2 AAC 32 / 44,1 / 48 5.1 32-44 variable Hi-Fi Internet
Elevadoretardo
Retardo
Modelo de tráfico de audio
� Sin períodos de silencio� Se suele modelar:
� Tiempo entre paquetes: o Fijo o variable (10–50 ms)
• Tamaño de los paqueteso Paquetes de pequeño tamaño, fijo o variable (20-160 bytes)
o Eficiencia baja en Internet debido a las cabeceras
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RTP
RTP
RTP
UDP
UDPIP
DATOS
DATOS
DATOS
DATOS
Aplicación
Transporte
Red
Enlace RTPUDPIP DATOSEthernet
12 bytes
8 bytes
20 bytes
18 bytes
EJEMPLO 20 bytes, 20 ms/paq
8.0 kbps
12.8 kbps
16.0 kbps
24.0 kbps
31.2 kbps
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Modelo de tráfico de audio
� Cuando el tráfico es VBR, alguno de los 2 parámetros (tiempo entre paquetes, tamaño de paquete) es variable• En ese caso, se suele utilizar una PDF Lognormal o Pareto
Truncada para esas variables
( )2
22
ln1exp si 0
( ) 22
0 resto
xx
f x x
µσπσ
− − >
=
( ) 1si /
1( )
0 resto
bb x b c
c xf x
α
α α
α+
≤ ≤ −=
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0 resto0 resto
donde α, b ≥ 0 y b ≤ x ≤ b/c
Lognormal ParetoTruncada
Tráfico de vídeo
� Los compresores de video pueden proporcionar una tasa:• CBR (más sencilla la codificación y decodificación)• VBR (mejor calidad y eficiencia de compresión)
� Los estándares de compresión de video más extendidos (MPEG-2 = H.262, H.263, MPEG-4 = H.264) utilizan VBR debido a que utilizan compresión espacial y temporal
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Audio+Video:
QCIF
Audio+Video: Resolución SD
Audio+Video: Resolución HD720p
Tamaño 176x144 720x576 1280x720
Fotogramas/s 8-15 fps 25 fps 50 fps
Audio Mono Estéreo Estéreo
Bitrate (comprimido)
≈≈≈≈ 32-64kbps ≈≈≈≈ 1.5 Mbps ≈≈≈≈ 8 Mbps
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Ejemplo de modelo de tráfico de vídeo
� PDF Pareto Truncada (ó Log-normal) para el tamaño de los paquetes y tiempo entre paquetes
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VelocidadMedia
Tamaño de paquete Tiempo entre paquetes
64 kbps Distribución: Pareto truncadaMedia = 50 bytesMax = 250 bytes
α = 1.2
Distribución: Pareto truncadaMean = 6 ms
Max = 12.5 msα = 1.2
Características del tráfico de datos
� Muy dependiente de la aplicación en particular� Los modelos de tráfico más extendidos están asociados a:
• Tráfico web• Transferencia de ficheros
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Modelo de tráfico web
� Suele utilizarse un modelo estructural de varios niveles:• NIVEL DE SESIÓN: Desde que abre el navegador hasta que
termina de navegar. Está formado por la lectura de 1 ó más páginas web.
• NIVEL DE PÁGINA: Consulta por parte del usuario de una página Web, formada por un conjunto de ficheros (HTML, sonido, imágenes estáticas, vídeo), que serán transferidos a través de una o varias conexiones TCP.
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• NIVEL DE PAQUETE: definido por el tamaño de los paquetes y el tiempo entre llegadas de los mismos.
Sesión1º paquete de la sesión
Último paquete de la sesión
PáginaTiempo de lectura Paquete
Modelo de tráfico web
embeddedobjects
embeddedobjects
� A nivel de página:• Objeto principal• Objetos secundarios
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objects
main object
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Modelo de tráfico webVariable Distribución Parámetros PDF
Tamaño del objeto principal
LognormalTruncada
Media = 10710 bytesStd dev = 25032 bytes
Min = 100 bytesMax = 2 Mbytes
Tamaño del objeto
secundario
LognormalTruncada
Media = 7758 bytesStd dev = 126168 bytes
Min = 50 bytesMax = 2 Mbytes
Número de objetos
secundarios por
ParetoTruncada
Media = 5.64Max = 53
( )
35.8,37.1
0,22
ln 2exp
2
1
=µ=σ
≥
σ
µ−−
σπ= x
x
xxf
( )21 lnexp , 0
22 2
2.36, 6.17
xf xx
x
µπσ σ
σ µ
− −= ≥
= =
,1k k x mf x
αα
α= ≤ <+,
kx mf x
α
= =
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secundarios por página
Nota: Restar k al número aleatorio para obtener N
Tiempo de lectura
Exponencial Media = 30 s
Tiempo de procesamiento
Exponencial Media = 0.13 s
Tamaño de paquete
Determinista Media = (MTU - Cabeceras TCP/IP)
,1 k x mf xxα= ≤ <+
033.0
0,
=λ
≥λ−
λ= xex
f x
69.7
0,
=λ
≥λ−
λ= xex
f x
1.1, 2, 55
f xm
k mα = = =
Modelo de tráfico FTP
� Suele utilizarse un modelo de 2 parámetros:• Tamaño medio de fichero• Tiempo entre ficheros
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( )
45.14,35.0
0,22
ln 2exp
2
1
=µ=σ
≥
σ
µ−−
σπ= x
x
xxf
006.0
0,
=λ
≥λ−
λ= xex
f x
Variable Distribución Parámetros PDF
Tamaño de fichero LognormalTruncada
Media = 2 MbytesStd Dev = 0.722 Mbytes
Max = 5 Mbytes
Tiempo entre ficheros
Exponencial Media = 180 s