Proyecto Fin de Carrera

Presentación del tema: "Proyecto Fin de Carrera"— Transcripción de la presentación:

1 Proyecto Fin de Carrera
ESTUDIO DE LA CALIDAD DE SERVICIO OFRECIDA A SERVICIOS DE DATOS EN REDES CELULARES REALIZADO POR: SALVADOR HIERREZUELO CRESPILLO DIRIGIDO POR: EDUARDO CASILARI PÉREZ Dpto. Tecnología Electrónica E.T.S.I. Telecomunicación Universidad de Málaga Julio de 2004

2 Contenidos Objetivos Introducción Las tecnologías GPRS y EGPRS
La calidad de servicio en las redes celulares Herramientas para la evaluación del rendimiento La herramienta GTM Pruebas de campo en redes celulares de datos Conclusiones y líneas futuras Demostración de la herramienta GTM

3 Objetivos Estudio de los procedimientos actuales para la toma de medidas del rendimiento de la red celular de datos Evaluación la experiencia del usuario final con servicios de datos en redes GPRS y EGPRS Desarrollo de una herramienta software con capacidad multiterminal para evaluar la experiencia del usuario al compartir los recursos con otros usuarios en la misma celda.

4 Introducción La telefonía celular es una de las áreas de las telecomunicaciones de crecimiento más rápido. Se estima que habrá 1000 millones de usuarios a finales de 2005. Motivos: - Avances en la tecnología - Oportunidades de negocio - Bajada de precios Los usuarios demandan nuevos servicios, sobre todo de datos. Aparecen nuevas tecnologías como GPRS, EGPRS y UMTS.

5 La Tecnología GPRS Es un servicio portador para GSM que mejora y simplifica el acceso inalámbrico a redes de datos como Internet. Permite una asignación de recursos radio dinámica. Posibilita la introducción de calidad de servicio en la red. Permite tiempos de accesos más cortos y mayores tasas de datos. La tarificación se basa en la cantidad de información transferida. Es importante como acercamiento a las redes 3G. No satisface todos los requisitos de calidad de servicio de ciertas aplicaciones.

6 La Arquitectura del Sistema GPRS
Otras PLMNs GPRS SMS-GMSC SMS-IWMSC Gd BSS GGSN Gp Gb MS BTS BSC SGSN Gn Gb BSC Gf Gr GGSN Gi Gs Gc PDN MS BTS MS BTS D HLR EIR MSC/VLR SMS-GMSC: SMS-Gateway MSC Datos de usuario y señalización SMS-IWMSC: SMS-Interworking MSC Señalización

7 Protocolos de GPRS El servicio portador GPRS se basa en el concepto de contexto PDP (Policy Decision Point) El contexto PDP es esencialmente una conexión lógica entre la MS y el GGSN. Gracias al contexto PDP la MS se puede comunicar con redes externas. Cada contexto PDP está asociado con una dirección IP, una calidad de servicio y una dirección del GGSN. CONTEXTO PDP

8 El Concepto de TBF Codificación de Canal
Un TBF (Temporary Block Flow) es una conexión temporal establecida entre la MS y la red para realizar transferencias unidireccionales de datos. Un TBF puede usar recursos radio en uno o más canales de datos. Los TBF son temporales; sólo se mantienen mientras dure la transferencia. Codificación de Canal Se usa para proteger los datos transmitidos frente a los errores. Según la calidad del canal se elige uno entre los cuatro esquemas de codificación o CS (Coding Schemes) definidos. Coding Scheme Tasa del código Tasa de datos [kbps] CS-1 1 / 2 9,05 CS-2 ~2/3 13,4 CS-3 ~3/4 15,6 CS-4 1 21,4 EJEMPLO 1 usuario con 8 TS y CS-4  171,2 kbps 3 usuarios comparten 8 TS y CS-3  40 kbps por usuario

9 Tasa de Datos por TS (kbps)
La Tecnología EGPRS Es una mejora de GPRS que triplica las tasas de datos. Permite usar la modulación GMSK e introduce una nueva modulación: 8-PSK. Con 8-PSK se sacrifica sensibilidad para obtener una tasa binaria mayor. Debido a la menor sensibilidad, las tasas de datos más altas se pueden alcanzar con cobertura limitada. Nuevos esquemas de modulación y codificación MCS Tasa del Código Modulación Tasa de Datos por TS (kbps) MCS-9 1.00 8-PSK 59.2 MCS-8 0.92 54.4 MCS-7 0.76 44.8 MCS-6 0.49 29.6 MCS-5 0.37 22.4 MCS-4 GMSK 17.6 MCS-3 0.80 14.8 MCS-2 0.66 11.2 MCS-1 0.53 8.8

10 La Calidad de Servicio en las Redes Celulares
Motivada por la diversidad de requerimientos de los servicios de datos y las limitaciones del interfaz radio. Los paquetes de un servicio dado se tratan en relación a las características fundamentales de ese servicio. La evolución de la gestión de la calidad de servicio implica cambios en la arquitectura de la red. La mayoría de las redes actuales implementan el primer estándar que se distribuyó, Release 97, que especifica unos pocos atributos de calidad de servicio: precedencia, retardo, fiabilidad y throughput. Los requerimientos de QoS de la aplicación se proyectan en determinados perfiles de QoS GRPS, que se negocian en el procedimiento de activación del contexto PDP.

11 Herramientas para la Evaluación del Rendimiento (1/2)
XM Services Herramienta concebida inicialmente para facilitar las pruebas de campo. Permite lanzar automáticamente una serie de servicios desde el ordenador de forma similar a como lo haría un usuario convencional y medir los estadísticos más importantes. Ha evolucionado a una herramienta de monitorización de la red. Network Monitor Aplicación que se ejecuta en el terminal móvil que permite modificar algunos parámetros de su funcionamiento. Permite mostrar información relacionada con el funcionamiento del terminal en tiempo real. Especialmente interesante resulta la capacidad que ofrece para realizar cell barring y bloqueo de celda.

12 Herramientas para la Evaluación del Rendimiento (2/2)
Generador de Tráfico Multiterminal (GTM) CELDA Estación base Permite realizar pruebas de campo situando la celda en unas determinadas condiciones de carga mediante la gestión de múltiples terminales. Permite generar una carga determinada, mezcla de Ping, FTP y HTTP y emular el comportamiento de múltiples usuarios. Definición de perfiles de usuario Puede usar cualquier forma de conexión a Internet Independiente de la tecnología usada. Capaz de informar de la experiencia del usuario final. Los resultados más importantes de cada servicio

13 Diseño de GTM gui CoreController users agents log session queue
INTERFAZ GRÁFICA PARTE DE CONTROL CoreController users agents log session queue statistics servers router services Modularidad y máxima separación entre la interfaz gráfica y la parte de control de la aplicación Fácil sustitución de la interfaz gráfica Es posible incluir una interfaz gráfica remota Fácilmente extensible para implementar otros servicios

14 Gestión de Múltiples Terminales (1/2)
La gestión de múltiples terminales es complicada porque: Especificar la dirección IP fuente a emplear al abrir cada socket. Hay que generar paquetes IP con dirección IP fuente de la conexión. Los equipos enrutan siguiendo una tabla de enrutamiento estática. Utilizar mecanismos de enrutamiento avanzado o introducir software en el terminal. 3 opciones para salvar la tabla de enrutamiento estática: Funciones de enrutamiento del kernel de Linux (iproute2) Programación de clientes en el terminal y comunicación serie Captura y reinyección de paquetes

15 Gestión de Múltiples Terminales (2/2)
La solución de GTM CREAR MÚLTIPLES TABLAS DE ENRUTAMIENTO RECOGER TODAS LAS DIRECCIONES IP DISPONIBLES EN EL SISTEMA DIRECCIÓN IP 2 DIRECCIÓN IP 3 DIRECCIÓN IP 4 DIRECCIÓN IP 1 AÑADIR A CADA TABLA LAS REGLAS ADECUADAS (Se diferencia entre interfaces PPP e interfaces ETHERNET) SALIDA POR DEFECTO: INTERFAZ DE LA DIRECCIÓN IP 1 TABLA 1 EJEMPLO: IP FUENTE= IP 1  TABLA 1 IP FUENTE= IP 2  TABLA 2 IP FUENTE= IP 3  TABLA 3 IP FUENTE= IP 4  TABLA 4 OTRAS REGLAS CLÁSICAS CREAR REGLAS EN LA TABLA DE ENRUTAMIENTO PRINCIPAL QUE APUNTEN A CADA UNA DE LAS OTRAS TABLAS

16 ESTIMACIÓN DEL THROUGHPUT
Pruebas de Campo (1/7) 1- Caracterización de un KPI de throughput por TS (1/3) No resulta sencillo conocer la experiencia del usuario a partir de los contadores de la NMS. Se definen KPI mediante operaciones sobre los contadores de la NMS. Surge la necesidad de verificar que un KPI es en realidad un buen indicador. Se medirá el throughput por TS y se relacionará con el throughput a nivel de aplicación para comprobar que es un buen indicador. CELL BARRING CELL BLOCKING PROPOSICIÓN DE NUEVAS FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DEL KPI O LA ESTIMACIÓN DEL THROUGHPUT LANZAMIENTO DE SERVICIOS COMPARACIÓN ENTRE MEDIDAS Y ESTIMACIONES MEDIDAS A NIVEL DE APLICACIÓN CÁLCULO DEL KPI A PARTIR DE LA NMS ESTIMACIÓN DEL THROUGHPUT A PARTIR DEL CALCULADO CON LOS CONTADORES DE LA NMS

17 Pruebas de Campo (2/7) 1- Caracterización de un KPI de throughput por TS (2/3) Resultados obtenidos (kbps): Prueba Thr. Aplic. DL Thr. Aplic. UL Thr. Est. DL Thr. Est. UL Thr. RLC DL Thr. RLC UL 1 x FTP DL 30.49 - 30.97 34.17 1 x FTP UL 20.34 20.40 21.82 2 x FTP DL 30.53 (medio) 20.03 30.63 16.22 33.75 17.16 15 PINGS 30.25 31.00 34.20 3 x FTP UL 19.55 (medio) 20.94 22.42 Conclusiones: Buenos resultados de la estimación. La elevada proporción de señalización, debida a los ACK, desvirtúa el KPI en UL (3ª prueba). Es necesario modificar la fórmula del KPI para el UL. Se proponen dos opciones: Eliminar la señalización de la fórmula  Poco realista, se obtiene la capacidad del canal. Sólo considera retransmisiones. Datos RLC por duración de TBF en UL.

18 Pruebas de Campo (3/7) 1- Caracterización de un KPI de throughput por TS (3/3) Resultados obtenidos para el UL contabilizando datos por duración de TBF (kbps): Prueba Thr. Aplic. UL Thr. Est. UL Thr. RLC UL 1 x FTP UL 20.34 19.55 20.86 2 x FTP DL 20.03 20.01 21.37 3 x FTP UL 19.55 (medio) 20.54 21.97 Es posible obtener desde la red indicadores que reflejen la experiencia de usuario para FTP. Gran variabilidad de los indicadores según se midan. Cada servicio tiene sus propios indicadores de rendimiento: throughput, retardo, jitter... No es posible obtener información desde la red de la experiencia del usuario para todos los servicios. Necesidad de herramientas que evalúen la experiencia del usuario final.

19 FTP (enlace descendente)
Pruebas de Campo (4/7) 2- Rendimiento de una red (E)GPRS (1/2) PRUEBAS ESTÁTICAS FTP (enlace descendente) EDGE ofrece tasas de datos visiblemente superiores GPRS se ve menos afectado por los cambios de nivel de señal EGPRS se adapta mejor al canal Efectos inesperados por obviar la interferencia en el análisis (entorno rural) 100 90 80 70 Maximo 60 Tasa de bits (Kbps) Media 50 Minimo 40 30 Desviacion Std. 20 10 EDGE GPRS EDGE GPRS EDGE GPRS RxLev -65dBm RxLev -85dBm RxLev -99dBm Se han realizado medidas de retardo (ping) y de rendimiento de HTTP: EDGE presenta mayores retardos para tamaño de paquete pequeño y mediano, no así para paquetes de tamaño grande donde la capacidad del interfaz radio supone una clara ventaja. El retardo para EDGE es mayor debido a que se hizo un despliegue parcial de EDGE (se usan canales de señalización de GPRS).

20 Pruebas de Campo (5/7) 2- Rendimiento de una red (E)GPRS (2/2) PRUEBAS
DINÁMICAS Se aprecia el cambio de celda por los descensos de la tasa binaria y su comportamiento posterior. El móvil pasa de funcionar en modo EDGE a modo GPRS y viceversa. La tasa binaria que ofrece EDGE es muy superior a la que ofrece GPRS. La tasa binaria EDGE es más sensible a errores que la de GPRS, el algoritmo de adaptación del enlace interviene constantemente. La tasa binaria de GPRS se mantiene aproximadamente constante.

21 Pruebas de Campo (6/7) 3- Rendimiento de una red GPRS con múltiples usuarios (1/2) Herramienta usada: GTM Descargas de ficheros de 300 KB No se realizó cell barring Decreciente K / nº_usuarios Ventana del receptor 32 Kbytes MOTIVO: Debido a la multiplexación de usuarios el throughput decrece demasiado. Las retransmisiones TCP tardan demasiado tiempo en llegar. REDUCIR VENTANA DEL RECEPTOR TCP EFECTO INESPERADO: El throughput aumenta con el número de usuarios y el porcentaje de éxito en la transferencia decrece notablemente. Ventana del receptor 64 Kbytes

22 Pruebas de Campo (7/7) 3- Rendimiento de una red GPRS con múltiples usuarios (2/2) Herramienta usada: GTM Descargas de páginas de 58 Kbytes No se realizó cell barring Se aprecia un mayor rendimiento aumentando el número de conexiones TPC para la descarga de objetos. No decrece el rendimiento igual que en el caso de FTP: - Existencia de periodos de poca transferencia de datos debido a los establecimientos de las conexiones TCP. - Objetos descargados de tamaño pequeño por lo que el slow start tiene relevancia. Ventana del receptor 32 Kbytes CONCEPTO DE MULTIPLEXACIÓN ESTADÍSTICA

23 Conclusiones La evaluación del rendimiento de los servicios de datos se presenta como uno de los grandes retos en el despliegue y mantenimiento de las redes. La utilización de herramientas es un factor clave de eficiencia, sobre todo con la inclusión de nuevos servicios con requerimientos de calidad más exigentes. Se ha desarrollado una herramienta software que emula el comportamiento de usuarios en una celda gracias a la gestión simultánea de múltiples terminales. También permite la recolección de medidas a nivel de aplicación. Se ha realizado un estudio acerca de cómo llevar a cabo la toma de medidas en las redes celulares y su posterior análisis. Artículo enviado a TELECOM I+D 2004: “Generador de tráfico multiterminal para evaluación del rendimiento de servicios de datos en redes celulares”. [leer]

24 Líneas futuras El lanzamiento de nuevos servicios con la implementación de nuevos estándares de calidad de servicio llevará a una actualización de las herramientas de medida. Inclusión de nuevos servicios en la herramienta GTM: streaming, MMS, PoC... Validación de los modelos de usuario empleados en GTM e inclusión de otros nuevos. [leer]