Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων Ενότητα 10: QoS και QoE στα δίκτυα WiMAX και LTE

Transcript

1 Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων Ενότητα 10: QoS και QoE στα δίκτυα WiMAX και LTE Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 1

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα του ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας και της Ανώτατης Εκκλησιαστικής Ακαδημίας Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 2

4 Quality of Service (QoS) και Quality of Experience (QoE) στα δίκτυα WiMAX και Long-Term Evolution (LTE)

5 Σκοποί ενότητας Σκοπός της ενότητας είναι η περιγραφή των δικτύων WiMAX και LTE καθώς και των μηχανισμών που αυτά ορίζουν για την εγγύηση Ποιότητας Υπηρεσίας. 4

6 Περιεχόμενα (1/3) Quality of Service QoS. Quality of Experience QoE. Μέθοδοι αξιολόγησης VoIP QoE. Δίκτυα 3GPP και WiMAX Mobile. Αρχιτεκτονικές Δικτύων WiMAX. Επίπεδα Αρχιτεκτονικής WiMAX. 5

7 Περιεχόμενα (2/3) e - Mobile WiMAX. IEEE e TDD frame m. Κλάσεις QoS του WiMAX. Χαρακτηριστικά του LTE. Η αρχιτεκτονική του LTE. 6

8 Περιεχόμενα (3/3) Επίπεδα αρχιτεκτονικής LTE. Στόχοι του LTE. QoS στο LTE. Οι κλάσεις QoS του LTE. 7

9 Quality of Service - QoS Το QoS στοχεύει στην παροχή υπηρεσιών εγγυημένης ποιότητας από την οπτική γωνία του συστήματος και των σχετικών τεχνικών χαρακτηριστικών. Χρησιμοποιεί αντικειμενικές παραμέτρους Bandwind, packet delay, packet loss κτλ. 8

10 Quality of Experience - QoE (1/3) Αναφέρεται και ως QoX. Το QοE στοχεύει στην παροχή υπηρεσιών εγγυημένης ποιότητας από την οπτική γωνία του χρήστη και των απαιτήσεων του. Το QoE εγγυάται την ποιότητα της εμπειρίας που βιώνει ο χρήστης από το σύστημα. 9

11 Quality of Experience - QoE (2/3) Χρησιμοποιεί υποκειμενικές παραμέτρους. Υψηλό QoS δεν ταυτίζεται υποχρεωτικά με υψηλό QoE. Υποκειμενική μέτρηση της εμπειρίας του πελάτη, χρησιμοποιώντας μια υπηρεσία, όπως η περιήγηση στο web, Video on Demand, τηλεφωνική κλήση ή Internet Protocol television (IPTV). 10

12 Quality of Experience - QoE (3/3) Παράμετροι: Η κάλυψη ενός δικτύου, την επιτυχή λήψη και αναπαραγωγή μουσική / βίντεο. 11

13 Μέθοδοι αξιολόγησης Voice over Internet Protocol (VoIP) QoE (1/6) Σχήμα 1. Μέθοδοι αξιολόγησης VoIP QoE. 12

14 Μέθοδοι αξιολόγησης Voice over Internet Protocol (VoIP) QoE (2/6) Μέθοδος MOS (Mean Opinion Score). Η ευρύτερα χρησιμοποιούμενη υποκειμενική μέθοδος. Αξιολόγηση της ομιλίας σε κλίμακα. Πίνακας 1. Mean opinion score. MOS Quality Impairment 5 Excellent Imperceptible 4 Good Perceptible but not annoying 3 Fair Slightly annoying 2 Poor Annoying 1 Bad Very annoying 13

15 Μέθοδοι αξιολόγησης Voice over Internet Protocol (VoIP) QoE (3/6) Μέθοδος PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality) - Intrusive method. Πρόταση της International Telecommunication Union - ITU. Συγκρίνει δύο φωνητικά σήματα. Ένα αρχικό που μεταδίδεται μέσω δικτύου. Το τελικό που λαμβάνει ο παραλήπτης. Ανάλογα με την διαφορά-παραμόρφωση γίνεται αυτόματη αξιολόγηση στην κλίμακα MOS. 14

16 Μέθοδοι αξιολόγησης Voice over Internet Protocol (VoIP) QoE (4/6) E-Model - Non-intrusive method. Ορίστηκε αρχικά από τον European Telecommunications Standards Institute - ETSI. Μετεξελίχθηκε στο πρότυπο ITU G.107. Υπολογισμός της ποιότητας της συνδιάλεξης. σύμφωνα με ένα παράγοντα R. 15

17 Μέθοδοι αξιολόγησης Voice over Internet Protocol (VoIP) QoE (5/6) E-Model (συνέχεια). R = Ro Is Id Ie +A. Ro: Λόγος σήματος προς θόρυβο (SNR). περιλαμβάνει πηγές θορύβου όπως θόρυβος κυκλώματος και θόρυβος δωματίου. Is: Το άθροισμα το επιδράσεων παραγόντων που συμβαίνουν ταυτόχρονα (simultaneous) με την ομιλία. Όπως ένταση και παραμόρφωση κβαντοποίησης. 16

18 Μέθοδοι αξιολόγησης Voice over Internet Protocol (VoIP) QoE (6/6) Id: Η επίδραση παραγόντων που σχετίζονται με το delay. όπως η ηχώ. Ie: Η επίδραση παραγόντων που σχετίζονται με τον εξοπλισμό (equipment). όπως low bitcodecs και packet loss rate. Α: Η προσδοκία του χρήστη. 17

19 Δίκτυα 3GPP και WiMAX Mobile (1/3) Σχήμα 2. Δίκτυα 3GPP και WiMAX Mobile. 18

20 Δίκτυα 3GPP και WiMAX Mobile (2/3) 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Enhanced Data rates for Global System for Mobile communications (GSM) Evolution (EDGE) or Enhanced GPRS (EGPRS) generation. High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) and High- Speed Uplink Packet Access (HSUPA) 3G. Enhanced communications protocols in the High- Speed Packet Access (HSPA) family which allows networks based on Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) to have higher data transfer. 19

21 Δίκτυα 3GPP και WiMAX Mobile (3/3) 4G broadband ασύρματες τεχνολογίες. WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access (IEEE). LTE Long Term Evolution (3GPP). 20

22 Αρχιτεκτονικές Δικτύων WiMAX (1/2) Σχήμα 3. Point-to-multipoint, προσπελάστηκε 18/12/

23 Αρχιτεκτονικές Δικτύων WiMAX (2/2) Multipoint-to-multipoint (Mesh). Σχήμα 4. Multipoint-to-multipoint (Mesh). 22

24 Επίπεδα Αρχιτεκτονικής WiMAX Σχήμα 5. Πεδίο εφαρμογής του Προτύπου , διαφάνεια 8, προσπελάστηκε 18/12/

25 802.16e - Mobile WiMAX (1/2) Rates: 128DL/56 UL Mbps. Διαμόρφωση: 256 SC-OFDM με QPSK, 16- QAM, 64-QAM, 256-QAM. Υποστήριξη κινητικότητας για ταχύτητα <=120 χλμ/ώρα. Orthogonal Frequency Division Medium Access (OFDMA) multi-carrier modulation scheme for communication. 24

26 802.16e - Mobile WiMAX (2/2) Time Division Duplexing (TDD) and Frequency Division Duplexing (FDD) to provide bidirectional communication. 25

27 IEEE e TDD frame Σχήμα 6. IEEE e TDD frame. 26

28 802.16m Μετεξέλιξη του e. Downlink Bitrate. 100 Mbps (με υποστήριξη κινητικότητας). 1 Gbps (χωρίς υποστήριξη κινητικότητας). Στόχος του να ικανοποιήσει τις ανάγκες συστημάτων 4G. 27

29 Κλάσεις QoS του WiMAX (1/3) Unsolicited grant service (UGS): Supports real-time traffic with fixed-size data packets on a periodic basis. Real-time polling service (rtps): Supports real-time traffic with variable-size data packets on a periodic basis. Extended rtps (ertps): Supports real-time traffic that generates variable-size data packets on a periodic basis with a sequence of active and silence intervals. 28

30 Κλάσεις QoS του WiMAX (2/3) Non-real-time polling service (nrtps): Supports delay-tolerant traffic that requires a minimum reserved rate. Best effort (BE) service: Supports regular data services Β. 29

31 Κλάσεις QoS του WiMAX (3/3) Οι υπηρεσίες που παρέχουν οι κλάσεις QoS του WiMAX. Σχήμα 7. Πίνακας με τις υπηρεσίες που παρέχουν οι κλάσεις QoS του WiMAX. maximum sustained traffic rate (MSTR). minimum reserved traffic rate (MRTR). 30

32 Χαρακτηριστικά του LTE (1/2) Downlink βασιζόμενο σε Orthogonal Frequency- Division Multiple Access (OFDMA). Uplink βασιζόμενο σε Single-carrier FDMA SC- FDMA. Υποστήριξη μόνο Μεταγωγής Πακέτων. Μεταγωγή αυτοδύναμου πακέτου. Μεταγωγή εικονικού κυκλώματος. Δεν υποστηρίζεται μεταγωγή κυκλώματος. 31

33 Χαρακτηριστικά του LTE (2/2) ΜΙΜΟ (Multiple-Input and Multiple-Output). Χρήση πολλαπλών Transmitter / Receiver (TX/RX) κεραιών με σκοπό την αύξηση του data rate. QAM: Quadrature Amplitude Modulation. Πίνακας 2. Χαρακτηριστικά του LTE. LTE configuration 2x2 MIMO στο downlink και 16 QAM στο uplink 4x4 MIMO στο downlink και 64 QAM στο uplink Downlink (Mbps) Uplink (Mbps) 172,8 57,6 326,4 86,4 32

34 Η αρχιτεκτονική του LTE enb: Enhanced Node ή Σταθμός Βάσης. UE: User Equipment. ΜΜΕ: Mobility Management Entity - Οντότητα Υποστήριξης Κινητικότητας. SAE gateway: System Architecture Evolution - Παρέχει πρόσβαση στο δίκτυο κορμού του LTE. E-UTRAN: Universal Terrestrial Radio Access Network. Σχήμα 8. Η αρχιτεκτονική του LTE, σελίδα 5, Figure 3, προσπελάστηκε 18/12/

35 Επίπεδα αρχιτεκτονικής LTE Σχήμα 9. Επίπεδα αρχιτεκτονικής LTE. 34

36 Στόχοι του LTE (1/3) Βελτιωμένα data rates. 100 Mbps downlink 50 Mbps uplink. Μειωμένα latencies. Network latency <10 ms. Inactive-to-active latency <100 ms. Υποστήριξη κίνησης IP (π.χ Voice over IP). 35

37 Στόχοι του LTE (2/3) Ευελιξία εύρους ζώνης. Κλιμακωτό bandwidth: 1.25, 2.5, 5, 10, 20 MHz. Ταυτόχρονη χρήση TDD και FDD. TDD: Time Division Duplex. FDD: Frequency Division Duplex. 36

38 Στόχοι του LTE (3/3) Εξελιγμένη υποστήριξη κινητικότητας. Άριστη απόδοση σε ταχύτητες 0-15 χμλ/ώρα. Υψηλή απόδοση σε ταχύτητες χμλ/ώρα. Υποστήριξη κινητικότητας σε ταχύτητες χμλ/ώρα. Διαλειτουργικότητα με υπάρχοντα συστήματα. π.χ με WiMAX και WLAN. 37

39 QoS στο LTE (1/2) Η κίνηση κατανέμεται σε φορείς (bearers). Ένας φορέας μεταφέρει πολλές ροές δεδομένων ταυτόχρονα. Οι ροές δεδομένων ενός φορέα εισπράττουν το ίδιο QoS. Σχήμα 10. QoS στο LTE, figure QOS over LTE networks, προσπελάστηκε 18/12/

40 QoS στο LTE (2/2) Τύποι φορέων. Guaranteed bit-rate (GBR). Παρέχει εγγυήσεις για το προσφερόμενο bit-rate. non-guaranteed bit rate (non-gbr ). Δεν παρέχει εγγυήσεις για το προσφερόμενο bit-rate. Αναφέρεται και ως προκαθορισμένος φορέας (default bearer). 39

41 Οι κλάσεις QoS του LTE (1/2) Σε κάθε φορέα αντιστοιχίζεται ένας QoS class identifier (QCI). Καθορίζει την κλάση QoS του φορέα. 40

42 Οι κλάσεις QoS του LTE (2/2) Πίνακας 3. Οι κλάσεις QoS του LTE, πίνακας LTE bearers, προσπελάστηκε 18/12/

43 Βιβλιογραφία «Εισαγωγή στις νέες τεχνολογίες επικοινωνιών», Πομπόρτσης Α., Εκδόσεις Τζιόλα «Δίκτυα Ευρείας Ζώνης», Βενιέρης, Εκδόσεις Τζιόλας Berkeley.edu, προσπελάστηκε 18/12/2014. Alcatel Lucent, The LTE Network Architecture, προσπελάστηκε 18/12/ προσπελάστηκε 18/12/

44 Τέλος Ενότητας