Modelagem da Estrutura Geral de uma Central de Atendimento de Serviços de Dados para Provedores de Internet (ISP[1]) e Centrais de Televisão de Alta Definição (HDTV[2])

HERAI, Roberto H.i; GUDWIN, Ricardo R.ii

i Aluno de Mestrado (DCA-FEEC-UUNICAMP) – rherai@dca.fee.unicamp.br

ii Professor (DCA-FEEC-UUNICAMP), gudwin@dca.fee.unicamp.br

Departamento de Engenharia da Computação e Automação Industrial - DCA

Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação - FEEC

Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP

 

 

1          Introdução

O presente trabalho descreve de forma prática e suscinta o desenvolvimento de uma rede de agentes, utilizando a ferramenta de projeto e simulação de agentes SNTool.

O SNTool é um framework computacional para a construção de sistemas de eventos discretos (DES). Através dele, pode-se realizar a criação e modelagem de sistemas inteligentes. Desta forma, é possível projetar e simular praticamente qualquer processo organizacional do mundo real utilizando a ferramenta que oferece poderosos recursos para a simulação de modelos complexos e diferenciados, não apresentados por outra ferramenta desta categoria.

Além disso, unido a linguagem Java, a ferramenta oferece portabilidade total em seus modelos desenvolvidos. Isto permite, de acordo com a filosofia da linguagem Java, transportar para qualquer plataforma  o modelo projetado em uma máquina para que possa ser executado por outra arquitetura completamente distinta, que possua suporte a linguagem Java.

O objetivo deste documento é apresentar apenas um exemplo, dos vários possíveis, de projeto e simulação de um modelo organizacional do mundo real. Observações a respeito da ferramenta SNTool podem ser obtidas em Gudwin (2000). A plataforma pode ser copiada gratuitamente no site http://sntool.sourceforge.net.

A próxima sessão apresenta características de funcionamento de um provedor de acesso a Internet e da tecnologia digital de televisão de alta definição (HDTV). O mecanismo de atendimento de pacotes dessas tecnologias será apresentado nos capítulos 3 e 4 para demonstrar a simulação de um modelo  dentro desse contexto. Por último, serão apresentadas algumas considerações finais a respeito do modelo desenvolvido, e claro, considerações a respeito da ferramenta SNTOOL, que ofereceu e apresentou de forma objetiva e com inúmeras funcionalidades, processos para se projetar, configurar e simular uma rede de agentes.

 

 

2          Provedores de Acesso a Internet (ISP) e Centrais de Televisão de Alta Definição (HDTV)

O processo organizacional utilizado neste trabalho foi a simulação de um sistema de transmissão de pacotes de um provedor de acesso a internet e uma central de televisão de alta definição.

Ambos os mecanismos realizam a transmissão de dados por meio de comunicação de dados digital, em redes de pacotes. Tanto os dados transmitidos pelo ISP e pela central de HDTV, são enviados a um servidor central que trata e encaminha as solicitações dos pacotes que devem ou não ser atendidos.

No entanto, sistemas de transmissão de dados para imagens, como é o caso do HDTV, necessitam de alta prioridade, isto, é, a transmissão de dados deve ser feita em tempo real, para não degradar a qualidade final de apresentação a um determinado usuário que contratou os serviços da central de HDTV. Para demonstrar o que isso poderia realmente causar, imaginar que um filme esteja sendo transmitido, mas a imagem apresentada por ela sofre deformações e conseqüente perda da sua nitidez. Isso é algo inaceitável para o novo sistema de televisão de alta definição denominado HDTV. Esse mecanismo de transmissão digital utiliza uma banda de dados de aproximadamente 50 MBps, ao passo que um computador convencional com acesso a internet utiliza atualmente apenas uma placa de modem com capacidade máxima de transmissão de 56 Kbps.

Dentro deste contexto, podemos verificar que, se tivermos uma grande quantidade de dados sendo transmitidos por um provedor de acesso internet e por uma central HDTV, os pacotes da central de HDTV deverão possuir uma alta prioridade em relação aos pacotes do ISP. O descarte de pacotes para a central de HDTV é considerado nulo, já no provedor de acesso a internet, em alguma parte da rede pode ocorrer algum tipo de descarte, como em controle de acesso a conteúdos web. A tecnologia HDTV, ainda pouco conhecida, será apresentada de forma breve logo a seguir.

 

2.1         Características da televisão de alta definição - HDTV

Desde a sua invenção, a televisão tem exercido sobre a sociedade um fascínio tão grande que são hoje poucos os lares que não dispõem de um aparelho televisivo. A crescente procura deste meio de comunicação incentivou a produção e investigação tecnológica, ao mesmo tempo foi reduzindo os custos de  produção e aquisição dos aparelhos. A concorrência que se gerou neste setor conduziu a uma progressiva melhoria na qualidade da imagem e do som. Um dos expoentes máximos em qualidade de imagem é a televisão de alta definição (HDTV – High Definition Television). Com este sistema pretende-se aumentar a definição da imagem e do sinal de áudio, face aos atuais sistemas, de modo a obter-se uma qualidade semelhante à do cinema.  

O sistema HDTV começou por ser um sistema em que se pretendia a melhoria da qualidade de imagem, no âmbito da difusão. Contudo, atualmente, já se verificou que esta tecnologia poderá ser facilmente alargada a outras áreas, nomeadamente á área comercial, educacional, medica e muitas outras trazendo consigo consideráveis benefícios, que ultrapassarão em muito os inicialmente previstos. 

Os sistemas de televisão atuais apresentam uma  imagem com uma relação largura:altura de 4:3. Isto significa que estamos a observar imagens quase  quadradas,quando o nosso campo de visão se assemelha muito mais a um retângulo sobre a horizontal. Assim, visto que o olho humano tem maior sensibilidade para movimentos realizados sobre o plano   horizontal, as imagens em HDTV deverão apresentar um fator de forma de 16:9 (ou 1,77:1) que, para  além de satisfazer os requisitos atrás enunciados, constitui um compromisso entre os formatos do cinema  europeu (1,66:1) e dos filmes americanos em CinemaScope (2,35:1). Assim pode-se ver os filmes de cinema em televisores, sem as barras negras no topo e em baixo (Figura 1).

Em termos de reprodução   sonora, os sistemas HDTV apresentarão áudio digital, multicanal cuja qualidade será semelhante à de um  CD. Os efeitos combinados da maior proximidade, com o novo formato de imagem, permitem um maior ângulo de visão, o qual acompanhado da maior qualidade sonora, dá ao utilizador uma maior sensação de  tele-presença – objetivo principal dos sistemas televisivos.

Figura 1 - Vantagens do HDTV face aos sistemas convencionais: maior nitidez da imagem e melhor cobertura do campo de visão.

 

 

3          O Modelo Organizacional Projetado pela ferramenta SNTool – Encaminhamento de Pacotes de ISP e Centrais de HDTV

A partir de agora será apresentado o modelo do processo organizacional desenvolvido, juntamente com alguns detalhes do seu projeto.

 

3.1         Especificação do Modelo Projetado

O modelo de encaminhamento de pacotes desenvolvido consiste basicamente em realizar o encaminhamento de pacotes de provedores de acesso a internet e de centrais de televisão de alta definição.

Uma visão geral deste modelo, como uma rede real, pode ser vista abaixo.

Figura 2 - Visão geral do processo organizacional tratado.

            O modelo apresentado acima representa o que realmente ocorre no processo organizacional do mundo real.

            Aqui é considerado um servidor central que controla o atendimento de pacotes Internet e de HDTV.

            No servidor central, está ligado um provedor de acesso a Internet e uma central de televisão de alta definição.

            O provedor Internet possui vários usuários cadastrados. Os usuários podem acessar a web de sua casa, do seu escritório ou de uma localização remota, como de uma fazenda. No provedor, pode haver também outros servidores conectados que provêem serviços de acesso a Internet, como é o caso de algumas escolas, que possuem inúmeros computadores com acesso a Internet. Na escola, é considerado um caso em especial, onde aproximadamente 10% dos pacotes são descartados por causa do controle de acesso as requisições inválidas, como acesso a sites impróprios aos alunos. Este controle deve ser feito por um sistema/agente que garanta o controle aos dados requisitados pela escola.

            Na central de televisão de alta definição, é considerado que existem três clientes que utilizam o serviço. Um deles é um hospital, para cirurgias on-line, o outro é uma empresa para palestras e reuniões, e outro para uma sala de filmes, como um mini-cinema.

 

 

4          Projeto do Modelo Utilizando a ferramenta SNTool

A partir da especificação apresentada anteriormente, foi feita a sua modelagem na ferramenta SNTool.

O modelo do projeto desenvolvido pode ser verificado na figura Figura 3. A figura mostra todo o modelo projetado na ferramenta SNTool.

Figura 3 - Rede de Agentes modelada utilizando a ferramenta SNTOOL.

            A partir do modelo desenvolvido e implementado corretamente, pode-se gerar um modelo de simulação para verificar a validade do processo organizacional simulado pela ferramenta.

O modelo da simulação gerado a partir da ferramenta SNTooL é apresentado na Figura 4. Pode-se perceber que tanto o projeto quanto o modelo de simulação são os mesmos. A única diferença apresentada aqui são os dados iniciais parametrizáveis para a simulação. Isto é verificados no places dos usuários internet e de HDTV.

 

Figura 4 - Simulação da Rede de Agente utilizando o simulador da ferramenta SNTOOL.

 

            O projeto considerou que cerca de 10% dos pacotes gerados pela escola são descartados. Isto é definido em uma classe chamada controlador_trafego_restrito. O seu código para descarte dos pacotes é listado a seguir:

if(Math.random()<0.1){

    setBid(1);

    access_in1(Action.CONSUMPTION);                                    

}

 

 

5          Simulação do Modelo

A simulação do modelo desenvolvido visa apresentar de forma mais clara dados simulados que garantem a confiabilidade dos resultados gerados pelo modelo desenvolvido. Através da simulação realizada, conforme será apresentado no decorrer do trabalho, pode-se verificar que a ferramenta permite desenvolver modelos organizacionais complexos do mundo real de forma clara e objetiva. Isto só é possível graças a capacidade e aos recursos da ferramenta. Pode-se perceber também a facilidade no desenvolvimento de modelos com diferentes níveis de abstração sem o conseqüente aumento de complexidade no sistema.

Foram realizadas várias simulações utilizando o modelo para demonstrar apenas o fluxo dos dados/pacotes que trafegam em uma rede, e também o descarte de 10% dos pacotes pelo servidor interno de uma escola. A seguir, serão descritas e analizadas 3 simulações em particular que foram testadas, o que comprovou o poder e capacidade da ferramenta para o desenvolvimento de redes de agentes. As simulações tiveram como variação apenas a quantidade de pacotes enviados por cada entidade da escola do sistema ao servidor central que fará os atendimentos.

 

5.1         Modelo de Simulação 1

Os dados para o primeiro teste considerou o seguinte modelo de simulação apresentado na Figura 5. Os parâmetros utilizados podem ser facilmente visualizados nos places de origem.

 

Figura 5 - Simulação 1: apresentação dos parâmetros utilizados.

Os parâmetros para cada fonte de geração de pacotes é listado na Tabela 2 abaixo:

Fonte de Pacotes

Quantidade Pacotes

Professor

30

Aluno

40

Funcionário

30

Diretor

30

Pessoa_qualquer

35

Casa

30

Escritório

30

Fazenda

20

Reunião_apresentação

80

Cirurgia_tempo_real

80

telecinema

70

Total

475

Tabela 1 - Dados da simulação 1.

Os parâmetros utilizados nesta simulação consideram diferentes quantidades de pacotes gerados pelos inúmeros tipos de usuários da Internet e de televisão de alta definição HDTV.

            Conforme a simulação realizada, ao seu final foi constatado que todos os pacotes das origens chegaram ao seu destino final, e todos foram atendidos pelo servidor central, dado que a banda que conecta cada aparelho possui alta capacidade de transmissão de dados.

            Outra verificação comprovada é o nível de descarte de pacotes que foi solicitado, 10%. Nos resultados obtidos na simulação, pôde-se perceber que do total dos 475 pacotes que haviam para ser transmitidos, apenas 19 foram descartados. Sendo que os pacotes que foram descartados ocorreram no servidor da escola, que descarta a uma taxa de 10% do seu total. O total de pacotes gerados pela escola é de 175, e a quantidade de pacotes descartados foi de 19, isto é, foram descartados 10,85% do total.

            O resultado disso é refletido na simulação realizada, que realiza o tratamento dos pacotes recebidos, onde é feito apenas o descarte de pacotes na escola.

 

5.2         Modelo de Simulação 2

Nesta segunda simulação é apresentado apenas a variação de pacotes gerados pela escola, onde é feito o descarte de aproximadamente 10% dos pacotes gerados. Os dados utilizados para a simulação são os mesmos que na primeira simulação para alguns parâmetros. Os valores que foram alterados são apresentados na Tabela 2 destacados em negrito.

 

Fonte de Pacotes

Quantidade Pacotes

Professor

60

Aluno

60

Funcionário

40

Diretor

30

Pessoa_qualquer

80

Casa

30

Escritório

30

Fazenda

20

Reunião_apresentação

80

Cirurgia_tempo_real

80

Telecinema

70

Total

580

Tabela 2 – Dados da simulação 2.

            Nesta simulação, o total de pacotes das fontes geradores é de 580. O total de pacotes gerado na escola é de 270. O modelo da simulação dentro da ferramenta SNTool é apresentado na Figura 6. Na simulação apenas 22 pacotes dos 270 gerados pela escola foram descartados. Neste caso, foram 8,15% de pacotes descartados, o que comprova o nível de descarte com um pouco de variação que ainda assim está muito próximo do modelo organizacional do mundo real.

Figura 6 - Modelo da simulação 2.

 

5.3         Modelo de simulação 3

Da mesma forma que no modelo 2, o modelo 3 traz variação de quantidade de pacotes gerados na escola, pois as demais entidades de pacotes estão representadas apenas para demonstrar que a ferramenta possui muita facilidade para a modelagem de um modelo amplo com inúmeras variações. Os dados alterados são apresentados na Tabela 3 destacados em negrito.

 

Fonte de Pacotes

Quantidade Pacotes

Professor

70

Aluno

40

Funcionário

30

Diretor

70

Pessoa_qualquer

80

Casa

30

Escritório

30

Fazenda

20

Reunião_apresentação

80

Cirurgia_tempo_real

80

Telecinema

70

Total

600

Tabela 3 – Dados da simulação 3.

            Nesta simulação, dos 290 pacotes gerados pela escola, a quantidade de pacotes descartados foi de 26, isto significa que novamente foi garantido a taxa de descarte dentro da faixa de 8,96% do total dos pacotes gerados pela escola.

 

5.4         Relacionamento dos resultados obtidos:

Nesta análise será considerada apenas os dados descartados pela escola que sempre deverá ficar na média dos 10% de descarte. As demais entidades geradoras de tráfego, conforme descrito anteriormente, não necessitam ser analisados porque o tráfego gerado por eles não apresenta nível de descarte algum. A proposta das demais entidades participantes, apesar de não ser feita uma análise dos seus dados de simulação, visa apresentar um  modelo amplo que realmente represente um processo organizacional do mundo real, de forma a demonstrar que a ferramenta SNTool oferece ferramentas e recursos de alta capacidade para a criação de modelos sofisticados utilizando a tecnologia de redes de agentes.

A análise do modelo proposto é apresentado no Gráfico 1, onde pode-se perceber a distribuição do descarte de pacotes da escola que possui um sistema de descarte de pacotes com conteúdo impróprio.

Gráfico 1 - Conclusões da simulação.

            Pela análise do gráfico, onde é apresentado as simulações realizadas, obteve-se alguns resultados e conclusões. Na primeira simulação, foram 26 pacotes descartados de um total de 290 pacotes gerados na escola, resultando em um nível de descarte de aproximadamente 8,96%. Na segunda simulação, são 270 pacotes gerados, com 22 descartados, com média de descarte de 8,15%. Na terceira simulação, foram 175 pacotes gerados pela escola, sendo 19 descartados, resultando em um nível de descarte de 10,85% do total. A partir dos resultados obtidos, concluiu-se que a ferramenta SNTool atendeu com eficiência o nível de descarte de pacotes para a escola, que é de 10%.

 

 

6          Conclusão

O presente trabalho retratou a utilização da ferramenta SNTool no projeto e simulação de um modelo organizacional do mundo real. O modelo utilizado, dentro do contexto de redes e transmissão de dados, apresentou uma pequena análise da forma de descarte dos pacotes quando gerados por uma escola para prevenir o acesso ao conteúdo impróprio por alunos e pessoas não autorizadas.

A ferramenta utilizada, o SNTool, apresentou vários recursos, conforme descrito, para a modelagem e simulação de redes de agentes. Esta tecnologia emergente possui muitos atributos particulares para a área de tecnologia de agentes que pretendem fornecer maiores recursos e mecanismos para o desenvolvimento de redes de agentes com muita autonomia e funcionalidade.

Através do uso da ferramenta SNTool no projeto de simulação e sistemas robustos e de grande portabilidade para redes de agentes, garante-se o uso de uma tecnologia de alto nível que acompanha o estado da arte no desenvolvimento de sistemas computacionais.

 

 

7          Referências Bibliográficas

(Gudwin, 02) GUDWIN, Ricardo R. Redes de Agentes. Notas de Aula: Introdução a teoria de agentes, Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Departamento de Engenharia Elétrica e Computação, Campinas, São Paulo, Brasil, 2002;

(Gudwin, 00) Gudwin, R. R.; Guerrero, J. A. S. Rede de Agentes: Uma ferramenta para o projeto de Sistemas Inteligentes. Tese de Mestrado, Unicamp, Campinas-SP, Br, 2000.

(Hi-Vision) Hi-Vision – On-Line: http://www.nhk.or.jp/hi-vision/hivi-e.html

 

 

 

 



[1] Internet Service Provider.

[2] High Definition Television.