Transcript GPRS-verkon soveltaminen jatkuvien pakettidatayhteyksien tarpeeseen

GPRS-verkon soveltaminen jatkuvien
pakettidatayhteyksien tarpeeseen
Jaana Kuorelahti 8.4.2005
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
1 (?)
Sisällys
• Tausta
• Tutkimusongelma
• GPRS-verkko
• Jatkuva yhteys (Always-On)
• GPRS-verkon haasteet
• Parannusehdotukset
• Mittaukset
• Tulokset
• Yhteenveto
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
2
Tausta
• Diplomityö tehty Sonera Mobile Networks Oy:ssä Helsingissä
• Työn valvoja: Professori Sven-Gustav Häggman
• Työn ohjaaja: DI Timo Oikarinen
MENETELMÄT
• Kirjallisuusselvitys
– Standardit, oppikirjat, konferenssi- ja lehtijulkaisut
• Käytännön mittaukset testilaboratoriossa
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
3
Tutkimusongelma
• GPRS-verkossa on toteutettu jatkuvaa pakettidatayhteyttä
hyödyntäviä palveluita
– Palvelut asettavat uudenlaisia haasteita verkon toiminnalle
– GPRS-verkon ominaisuudet puolestaan asettavat rajoituksia
palveluille
TYÖN TAVOITTEET:
• Tunnistaa olemassa olevien jatkuvaa pakettidatayhteyttä
käyttävien palveluiden ongelmakohdat
• Selvittää, kuinka GPRS-verkon toimintaominaisuuksia voisi
soveltaa siten, että pystytään ratkaisemaan ongelmakohdat
nykyisen verkon ominaisuuksilla ja/tai kaupallisesti saatavilla
olevilla ominaisuuksilla
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
4
GPRS – General Packet Radio Service
• 3GPP:n (3rd Generation Partnership Project) standardoima
– Release 97, Release 99, Release 4, …
• Esimerkkipalvelut
– Taksinvälityspalvelu
– PoC
(Push-to-Talk over Cellular)
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
5
Jatkuva yhteys (Always-On connectivity)
YLEINEN MÄÄRITELMÄ:
• ”verkon näkökulmasta ’always-on’ tarkoittaa sellaista verkon toimintoa, joka tarjoaa jatkuvan
(sustained) yhteyden käyttäjälle ja jossa kulutetaan vähän tai ei lainkaan verkon resursseja, kun
muuta liikennettä ei ole” [Eurescom]
VALMISTAJAN MÄÄRITELMÄ:
• "Always-on" means that a subscriber has typically direct access to the service after the
subscription to it without additional measures (such as dial-up) provided that cellular network
supports the service, is available and is not overloaded [Nokia Push-to-Talk].
TÄMÄN TYÖN MÄÄRITELMÄ:
• Always-On yhteys tarkoittaa jatkuvasti päällä olevaa GPRS-yhteyden PDP-kontekstia.
Always-On
Always-Attach
GPRS-yhteys
GPRS attach
PDP context activation
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
6
GPRS-verkon haasteet jatkuvan yhteyden kannalta
Nykyisessä GPRS-verkossa esiintyviä haasteita ovat:
• Liikkuvuus
– Solun uudelleenvalinnat aiheuttavat solun päivityksiä tai
reititysalueenpäivityksiä
– Datansiirron katkokset
• Viive (RTT, Round Trip Time) ja viiveen vaihtelu ovat suuria
• Ei takeita suorituskyvystä
• Matala tiedonsiirtonopeus
– GPRS:ssä n 40 kbit/s
• Radioverkon kapasiteetti
– TBF (Temporary Block Flow)
– Aikavälit
Push-to-Talk over Cellular
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
7
Yhteyden saatavuus
• Always-On-palvelun kannalta on oleellista, että yhteys on
saatavilla (availability) silloin, kun käyttäjä sitä tarvitsee.
• Verkon päivitykset
– Pyritään ajoittamaan hiljaisen liikenteen aikaan (esimerkiksi yöhön).
• Verkon vikatilanteet
– Tätä varten sovelluksessa tulee olla varmistusjärjestelmä tai ainakin
mietitty, kuinka toimitaan katkostilanteessa.
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
8
Parannusehdotukset
• Tässä työssä on tutkittu, voitaisiinko seuraavia ominaisuuksia käyttää
parantamaan jatkuvaa pakettidatayhteyttä hyödyntävien palveluiden
toimivuutta.
• Network Assisted Cell Change (NACC)
– Solun uudelleenvalinnan nopeuttaminen
– 3GPP Release 4 määrittelee intra-BSC NACC:n
– 3GPP Release 5:ssä tuki inter-BSC NACC:lle
• Extended UL TBF
• QoS priorisointi
• Ohjeet sovelluksen toiminnalle
– GPRS-verkon perusominaisuuksien huomiointi suunnittelussa
– Uudelleen yritykset (n kertaa)
– Yhteyden purku ja uudelleen muodostus
– Päätelaitteen virtaresetti
– Varmistusjärjestelmä esim. SMS:n tai piirikytkentäisen puhelun tai datan avulla
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
9
Solun uudelleenvalinta / Tavallinen vs. NACC
• Nyt päätelaite suorittaa itsenäisesti solun uudelleenvalinnan
• NACCin kanssa verkon on mahdollista avustaa päätelaitetta
ennen solunvaihtoa ja solunvaihdon aikana
– Päätelaite pääsee nopeammin kiinni uuteen soluun
– Verkko yrittää lähettää puskuristaan datapaketit päätelaitteelle ennen
solun vaihtoa
A
B
Solunvaihto C
C
GPRS-verkko
B:
-Reititysalueiden sisäinen vaihto
Reititysalue
-Kesto noin 1-2 s
Solunvaihto C
Solu
A:
-Reititysalueiden välinen vaihto
-Kesto noin 2-11 s
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
10
Extended UL TBF
Datansiirto
TBF
TBF
TBF
TBF
• Normaalisti UL TBF puretaan välittömästi, kun päätelaitteella ei ole
enää dataa lähetettävänään.
– Hitautta tiedonsiirtoon
• Extended UL TBF mahdollistaa verkon ylläpitää UL TBF –
parametria ennalta määrätyn ajan
– Viivästys ajan kuluessa saapuvat datapaketit voidaan lähettää
samalla UL TBF:llä.
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
11
QoS Priorisointi
• 3GPP Release 99 määrittelee 4 QoS luokkaa
– Background
– Interactive
– Streaming
– Conversational
• Normaalisti ”best effort” palvelunlaatu kuten internetissä.
• Background on tavallisimmin käytössä.
• Interactive-luokan avulla voidaan priorisoida käyttäjiä radioverkon
ruuhkatilanteessa
– Korkean prioriteetin käyttäjälle verkko allokoi enemmän resursseja
kuin matalan prioriteetin käyttäjälle.
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
12
Laboratoriomittaukset
• Parannusehdotusten testaaminen testiverkossa
– Ilmiöiden tutkiminen vertailumittauksilla
– Ei muuta liikennettä
– Testit kahden eri laitevalmistajan radioverkoissa
• Testitapaukset
– Solun uudelleenvalinta alavirran (DL) ja ylävirran (UL) tiedonsiirron
aikana
– Kiertoaikaviiveen mittaaminen Ping-testillä
– Priorisointitesti DL-tiedonsiirron aikana
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
13
Testitulokset (1/3)
NACC:n vaikutus solun uudelleenvalintaan
Tavallinen CR
NACC (päätelaite)
RLC/MAC-kerroksen katkos
NACC (verkko)
2,5
2,0
Aika (s)
1,5
1,0
1,549
1,047
1,712
0,975
0,5
0,698
0,432
0,0
DL
UL
NACC (verkko): Packet Cell Change Order (DL) – Packet Downlink (Uplink) Assignment, 1 tsl (DL)
NACC (päätelaite), Tavallinen CR: Packet Downlink (Uplink) Ack/Nack (UL (DL)) viimeisen ja ensimäisen viestin erotus
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
14
Tulokset (2/3)
Ext. UL TBF:n vaikutus kiertoaikaviiveeseen (32 B Ping)
Ei Ext. UL TBF
UL timer 3000 ms
1600
1400
1200
RTT (ms)
1000
800
600
400
670
580
658
569
658
569
659
567
923
834
671
1162
200
0
0,5 sek
1 sek
1,5 sek
2 sek
3 sek
4 sek
Ping-pakettien väli
Delayed DL timer = 2200 ms
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
15
Tulokset (3/3)
QoS: priorisoitu vs. normaali
Priorisoitu
Normaali
9000
8000
Tiedonsiirtonopeus (B/s)
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
1
31
61
91
121
151
181
211
241
Aika (s)
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
16
271
Yhteenveto
• Jatkuvaa pakettidatayhteyttä käyttävän palvelun laatua voidaan parantaa
– NACC lyhentää solunvaihdon aiheuttamaa katkosta noin 0,5 sekuntia
– Käyttäjien priorisoinnilla
– Ext. UL TBF parantaa hieman GPRS-verkon kiertoaikaviivettä
• Tässä tutkittu lähituleivaisuudessa saatavilla olevia ominaisuuksia
testiverkossa yhdellä päätelaitteella
• Huomioitavaa on myös GPRS-runkoverkon ja signalointiyhteyksien
kapasiteettirajoitukset, mikäli Always-On tyyppiset palvelut yleistyvät
huomattavasti
JATKOTOIMENPITEET
• Testien uusiminen tuotantoverkossa todellisella käyttäjäliikenteellä
• Inter-BSC NACC testaaminen
• Laitevalmistajan korjauksien testaaminen
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
17
Kiitos!
Kysymyksiä tai kommentteja?
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
18
GPRS:n protokollakerrokset
Application
IP / X.25
IP / X.25
Relay
SNDCP
SNDCP
GTP
GTP
LLC
LLC
UDP /
UDP /
TCP
TCP
IP
IP
L2
L2
L1
L1
Relay
RLC
RLC
BSSGP
MAC
MAC
GSM RF
GSM RF
Um
MS
2005-04-08
BSSGP
Network
Network
Service
Service
L1bis
L1bis
Gb
BSS
Gn
SGSN
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
Gi
GGS N
19
Extra
Kuvan lähde: Cerezo, P. C., de Herrero, C. G. (June 2001) User’s expectations, attitudes and requirements in Always On.
Always-On
Always-Attach
GPRS-yhteys
GPRS attach
PDP context activation
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
20
PoC (Push-to-Talk over Cellular)
• Pikayhteys
Kuvan lähde: Nokia (2003) Push-to-Talk over Cellular – Real-time always-on voice service.
<http://www.nokia.com/poc/PoC_WP_A4_net.pdf>
2005-04-08
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
21
NACC toiminta (1/2)
MS
PACCH
Palveleva solu
PACKET CELL CHANGE NOTIFICATION
Downlink tiedonsiirto
………
2005-04-08
PACCH
PACKET NEIGHBOUR CELL DATA (1)
PACCH
PACKET DOWNLINK ACK/NACK (viimeinen)
PACCH
PACKET NEIGHBOUR CELL DATA (n)
PACCH
PACKET CELL CHANGE ORDER
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
Kohdesolun järjestelmätietoja
Kohdesolun järjestelmätietoja
22
NACC toiminta (2/2)
MS
Kohde solu
RACH
CHANNEL REQUEST
CCCH
IMMEDIATE ASSIGNMENT
PACCH
PACKET SI STATUS
PACCH
PACKET SERVING CELL DATA (1)
PACCH
PACKET SERVING CELL DATA (n)
………
PACCH
PACKET DOWNLINK ASSIGNMENT (1 aikaväli)
PACCH
PACKET DOWNLINK ACK/NACK (ensimmäinen)
………
PACCH
2005-04-08
PACKET DOWNLINK ASSIGNMENT (4 aikaväliä)
S-72.158 Tietoliikennetekniikan diplomityöseminaari
23