Cuatro características para una experiencia de usuario (QoE) óptima: la pila de gestión del ancho de banda que un proveedor de servicios de Internet realmente necesita

Resumen. La calidad de la experiencia (QoE) del abonado no depende de un único mecanismo. Depende de la velocidad a la que puede fluir el tráfico, de cómo se distribuye un límite compartido, de si se ha identificado el verdadero cuello de botella y de qué aplicaciones merecen protección cuando la capacidad es escasa. Se trata de cuatro problemas distintos, y BQN los aborda con cuatro funciones: optimización de TCP (TCPO), gestión activa de colas (AQM), gestión automática de la congestión (ACM) e inspección profunda de paquetes (DPI). Cada una de estas funciones es valiosa por sí sola. Al implementarlas conjuntamente, forman un circuito cerrado en el que la medición, la aplicación, la detección y la intención se refuerzan mutuamente; y es esa combinación, y no ninguna característica individual, lo que distingue a una plataforma de gestión de ancho de banda de última generación de un simple regulador de tráfico.

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Cuatro preguntas diferentes

A menudo se comparan estas cuatro funciones como si fueran alternativas. Pero no lo son: cada una aborda un aspecto de la optimización que las demás no pueden abordar.

• El TCPO determina la velocidad máxima que puede alcanzar una conexión determinada y envía los datos a esa velocidad máxima óptima.
• El AQM decide cómo se debe repartir una cola compartida ( límite de velocidad ) entre los flujos que compiten entre sí y mantiene cortas las colas dedicadas informando a los remitentes sobre el tiempo de espera de la cola ( limitación de velocidad).
• ACM comprueba si el límite configurado es la verdadera restricción y ajusta el punto de funcionamiento al verdadero cuello de botella —un sector de radio saturado, una conexión Wi-Fi débil, un nodo de acceso con exceso de suscriptores—, que a menudo será inferior a la velocidad máxima configurada para cada usuario.
• El DPI detecta a qué aplicación pertenece cada flujo, de modo que son las propias prioridades del operador las que determinan cuáles deben tener prioridad y cuáles deben ceder el paso.

Una plataforma que solo aborda algunos de estos aspectos deja el resto al azar.

La siguiente tabla resume las cuatro funciones, su papel y el nivel de tráfico en el que actúan.

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Por qué tres de cada cuatro no es suficiente

La forma más clara de apreciar la interdependencia es eliminar una función cada vez:

• Sin TCPO, los abonados nunca alcanzan la velocidad que su ruta podría soportar —las rutas de alta latencia, los enlaces de radio y el comportamiento de «arranque lento» hacen que la capacidad quede sin aprovechar— y, al mismo tiempo, la plataforma pierde su fuente más precisa de métricas de tráfico en tiempo real.
• Sin AQM, cuando se alcanza un límite impuesto se produce una saturación del búfer: una sola transferencia de gran volumen aumenta el retraso de todos los flujos interactivos que le siguen.
• Sin ACM, todo el control se basa en un plan de capacidad ( plan de velocidad ) configurado que, con frecuencia, sobreestima lo que la ruta puede ofrecer, por lo que la congestión por debajo de lo previsto pasa desapercibida y no se mitiga.
• Sin DPI, todos los flujos se tratan por igual, por lo que una videoconferencia en tiempo real podría perder ancho de banda innecesariamente debido a una actualización de software en segundo plano, o bien una prueba de velocidad no recibiría prioridad, lo que haría que, debido a un flujo que compite por el ancho de banda, pareciera que no se alcanza el valor configurado de « plan de velocidad ».

Cada una de esas carencias supone un fallo en la calidad de la experiencia (QoE) que las tres funciones restantes no pueden subsanar, ya que ninguna de ellas está diseñada para dar respuesta a esa cuestión.

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Cómo se refuerzan mutuamente estas cuatro características

El argumento más sólido no es que los cuatro cubran lagunas distintas, sino que se complementan entre sí.

• TCPO optimiza el protocolo de transporte dominante y proporciona a ACM señales fiables de velocidad, latencia, acuse de recibo y retransmisión.
• La eficacia de la detección de ACM depende de la calidad de esas mediciones. A su vez, ACM determina la velocidad a la que AQM debe aplicar las restricciones, de modo que la gestión de colas actúa sobre el cuello de botella real en lugar de sobre un límite máximo nominal.
• AQM mantiene los flujos aislados en ese límite, y TCPO permite mantenerlo ajustando la progresión de TCP en lugar de descartar paquetes, de modo que la tasa impuesta se alcanza con menos pérdidas y menos retransmisiones.
• El DPI se sitúa por encima de los tres, y es el encargado de decidir qué aplicaciones deben tener prioridad o verse moderadas dentro del entorno controlado que mantienen los otros tres.

Si se elimina un elemento, el bucle se ve afectado en todas partes, no solo en la función que se ha eliminado.

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Qué aporta esta combinación

El efecto es cuantificable en las redes de producción. En Cajun Broadband, un proveedor de servicios de Internet (ISP) de Luisiana (EE. UU.), la gestión de la congestión redujo la latencia en un 83 % y disminuyó las retransmisiones TCP desde un máximo del 6,6 % hasta una media del 0,32 %. En otra implementación, la optimización de TCP aumentó la velocidad media de los abonados en un 35,4 %, elevando las velocidades medias de conexión TCP de 3,1 Mbit/s a 4,2 Mbit/s. Estos son los resultados de la misma arquitectura observados desde dos perspectivas —una que mide la eliminación del retraso en las colas y las pérdidas, y otra que mide la mejora del rendimiento— y ambos se aprecian en las propias estadísticas de la plataforma, más que en pruebas sintéticas.

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El estado actual de la técnica

Las cuatro funciones son capacidades en línea, por suscriptor y por flujo, que deben funcionar a velocidad de línea y adaptarse continuamente. La mayoría de los productos de gestión del ancho de banda implementan un subconjunto: el control de la velocidad de transmisión ( shaping ) y la gestión de colas son relativamente sencillas, mientras que una implementación TCP en línea completa y la detección de congestión mediante aprendizaje automático no lo son, razón por la cual pocos proveedores las ofrecen. Por lo tanto, un proveedor de servicios de Internet (ISP) que evalúe este ámbito no está eligiendo entre características, sino entre arquitecturas: una que gestiona el ancho de banda en función de una cifra configurada y otra que mide la red de forma continua y aplica la tecnología más avanzada para obtener el mejor rendimiento que la red puede ofrecer. Las cuatro funciones son los componentes de esta segunda arquitectura, y su eficacia es máxima cuando se activan las cuatro a la vez.