Rádiós hozzáférő hálózatok elemzése és méretezése analitikus módszerekkel Rákos Attila Nokia Siemens Networks

Hasonló dokumentumok
előadás Diszkrét idejű tömegkiszolgálási modellek Poisson-folyamat Folytonos idejű Markov-láncok Folytonos idejű sorbanállás

Forgalmi tervezés az Interneten

VIHIMA07 Mobil és vezeték nélküli hálózatok. Forgalmi modellezés és tervezés

E.4 Markov-láncok E.4 Markov-láncok. Sok sorbanállási hálózat viselkedése leírható "folytonos idejű Markovláncok " segítségével.

A Markovi forgalomanalízis legújabb eredményei és ezek alkalmazása a távközlő hálózatok teljesítményvizsgálatában

Megkülönböztetett kiszolgáló routerek az

Számítógépes Hálózatok 2010

Logisztikai szimulációs módszerek

0 Mbit/s 0 Mbit/s 0 Mbit/s 0 Mbit/s 0 Mbit/s 0 Mbit/s

Internet-hozzáférések teljesítményvizsgálata webböngészőben

ÚTMUTATÓ AZ ÜZLETI INTERNETKAPCSOLATRÓL

HETEROGÉN MOBILHÁLÓZATOK, MOBIL BACKHAUL ÉS GERINC HÁLÓZAT GYAKORLAT

HÁLÓZATSEMLEGESSÉG - EGYSÉGES INTERNET SZOLGÁLTATÁS-LEÍRÓ TÁBLÁZAT

HÁLÓZATSEMLEGESSÉG - EGYSÉGES INTERNET SZOLGÁLTATÁS-LEÍRÓ TÁBLÁZAT

AMIT A SÁVSZÉLESSÉGRŐL TUDNI KELL

Hálózatsemlegesség - egységes internet szolgáltatás-leíró táblázat

Hálózatok II. A hálózati réteg torlódás vezérlése

Operációs rendszerek II. Folyamatok ütemezése

Szállítási réteg (L4)

Abszolút folytonos valószín ségi változó (4. el adás)

Közlekedési áramlatok MSc. Csomóponti-, útvonali eljutási lehetőségek minősítése

pacitási kihívások a mikrohullámú gerinc- és lhordó-hálózatokban nkó Krisztián

Hálózatsemlegesség - egységes internet szolgáltatás-leíró táblázat

HÁLÓZATSEMLEGESSÉG - EGYSÉGES INTERNET SZOLGÁLTATÁS-LEÍRÓ TÁBLÁZAT

Hálózatsemlegesség - egységes internet szolgáltatás-leíró táblázat

Új módszerek és eszközök infokommunikációs hálózatok forgalmának vizsgálatához

Hálózatsemlegesség - egységes internet szolgáltatás-leíró táblázat. Díjcsomag neve Smarttarifa Extra 1

Smarttarifa Ft. Havidíjban foglaltak 50 MB. 39 Ft. 49 Ft. Havidíjban nem foglaltak. 43 Ft. 43 Ft 2,5 Ft

Markov-láncok stacionárius eloszlása

A hálózattervezés alapvető ismeretei

Chat alkalmazások igénybe vehető -

1. ÁLTALÁNOS HÁLÓZATI TRENDEK ÉS MOBIL HÁLÓZATI HATÁSAIK

Operációkutatás. 4. konzultáció: Sorbanállás. Exponenciális elsozlás (ismétlés)

Heterogeneous Networks

Hálózatsemlegesség - egységes internet szolgáltatás-leíró táblázat

Összefoglalás és gyakorlás

Sztochasztikus folyamatok alapfogalmak

AGSMHÁLÓZATA TOVÁBBFEJLESZTÉSE A NAGYOBB

ZETRON KFT EGYSÉGES INTERNET-HOZZÁFÉRÉS SZOLGÁLTATÁS LEÍRÓ TÁBLÁZAT. Díjcsomag neve. Symmetric100. Symmetric60. vbusiness75. vbusiness50.

Teljesítménymodellezés

Számítógép-rendszerek fontos jellemzői (Hardver és Szoftver):

Web-böngészés igénybe vehető - VoIP igénybe vehető - Chat alkalmazások igénybe vehető - Közösségi oldalak igénybe vehető -

HÁLÓZATSEMLEGESSÉG - EGYSÉGES INTERNET SZOLGÁLTATÁS-LEÍRÓ TÁBLÁZAT

Hálózatsemlegesség - egységes internet szolgáltatás-leíró táblázat

Massive MiMo megvalósitása az 5G-ben Hte Rádiószakosztály Rendezvény kiss tamás tanácsadó Magyar Telekom

Internet szolgáltatás

2008 II. 19. Internetes alkalmazások forgalmának mérése és osztályozása. Február 19

BLUE MOBILE EGYSÉGES INTERNET-HOZZÁFÉRÉS SZOLGÁLTATÁS LEÍRÓ TÁBLÁZAT

Dr. Kalló Noémi. Termelés- és szolgáltatásmenedzsment. egyetemi adjunktus Menedzsment és Vállalatgazdaságtan Tanszék. Dr.

ADATLAP - SZM 2011 a 229/2008.(IX.12.) Korm. rendelet (R.) szerinti szolgáltatás megfelelőség igazolásához

BLUE MOBILE EGYSÉGES INTERNET-HOZZÁFÉRÉS SZOLGÁLTATÁS LEÍRÓ TÁBLÁZAT

MOL MOBILE EGYSÉGES INTERNET-HOZZÁFÉRÉS SZOLGÁLTATÁS LEÍRÓ TÁBLÁZAT

Valós idejű gépi fordítás kiegészítő szolgáltatásként

Megnevezés Meghatározás Mérési módszer Célérték

6. Előadás: Sorbanállási modellek, III.

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Valószínűségszámítás összefoglaló

Gigabit/s sebess«gű internetkapcsolatok m«r«se b ng«szőben

Statisztika - bevezetés Méréselmélet PE MIK MI_BSc VI_BSc 1

Teljesítménymodellezés

MOBILITÁS VÁLLALATI KÖRNYEZETBEN MEGOLDÁS KONCEPCIÓ

3G / HSDPA. Tar Péter

Több saját eszköz közötti megosztás lehetősége

Hálózati réteg. WSN topológia. Útvonalválasztás.

Mobile network offloading. Ratkóczy Péter Konvergens hálózatok és szolgáltatások (VITMM156) 2014 tavasz

HÁLÓZATSEMLEGESSÉG - EGYSÉGES INTERNET SZOLGÁLTATÁS-LEÍRÓ TÁBLÁZAT

Komplex terheléses tesztmegoldások a Mobil PS és CS gerinchálózaton

Statisztikai módszerek a skálafüggetlen hálózatok

Alternatív zártláncú tartalomtovábbítás értékesítőhelyek számára

A helyhez kötött (vezetékes) internethozzáférési szolgáltatás minőségi célértékei

Laptopnet Vállalati Internet 2GB

Pantel International Kft. Általános Szerződési Feltételek bérelt vonali és internet szolgáltatásra

e (t µ) 2 f (t) = 1 F (t) = 1 Normális eloszlás negyedik centrális momentuma:

12. előadás - Markov-láncok I.

10. Exponenciális rendszerek

K+F a Hálózattervezés területén

Hotspot környezetek. Sándor Tamás. főmérnök. SCI-Network Távközlési és Hálózatintegrációs Rt. T.: F.:

Félreértések elkerülése érdekében kérdezze meg rendszergazdáját, üzemeltetőjét!

Kommunikáció. Kommunikáció. Folyamatok. Adatfolyam-orientált kommunikáció. Kommunikáció típusok (1) Kommunikáció típusok (2) Média. Folyamok (Streams)

Mobil kommunikáció /A mobil hálózat/ /elektronikus oktatási segédlet/ v3.0

Autóipari beágyazott rendszerek. Komponens és rendszer integráció

Hálózatsemlegesség - egységes internet szolgáltatás-leíró táblázat

Hálózatsemlegesség - egységes internet szolgáltatás-leíró táblázat

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása, június 10

8. Szállítói réteg TCP Tahoe, Reno, AIMD, hatékonyság, fairness. HálózatokII, 2007

DÍJSZABÁS UTÓLAG FIZETETT (HAVIDÍJAS) SZOLGÁLTATÁS ESETÉN

[Biomatematika 2] Orvosi biometria

Robotika. Relatív helymeghatározás Odometria

BME Mobil Innovációs Központ

A helyhez kötött (vezetékes) internethozzáférési szolgáltatás minőségi célértékei

A következő feladat célja az, hogy egyszerű módon konstruáljunk Poisson folyamatokat.

A helyhez kötött (vezetékes) internethozzáférési szolgáltatás minőségi célértékei

Benkovics László ZTE Hungary K:

KÖZLEMÉNY. A UPC Magyarország Kft. ezúton értesíti Tisztelt Előfizetőit, hogy módosítja Általános Szerződési Feltételeit (ÁSZF) az alábbiak szerint:

Mobilinternet-gyorsjelentés december

Mobilinternet-gyorsjelentés június

Számítógépes Hálózatok 2013

A helyhez kötött (vezetékes) internetszolgáltatás minőségi célértékei

NGB_IN040_1 SZIMULÁCIÓS TECHNIKÁK dr. Pozna Claudio Radu, Horváth Ernő

Átírás:

Rádiós hozzáférő hálózatok elemzése és méretezése analitikus módszerekkel Rákos Attila Nokia Siemens Networks 1 Nokia Siemens Networks

Rádiós hozzáférő hálózatok szerepe Biztosítják a felhasználóknak a szolgáltatásokhoz való zavartalan hozzáférést helytől függetlenül. Szolgáltatások: Telefonálás Internetezés Navigáció, térkép E-mail Játékok, chat, facebook, twitter Video telefon A szolgáltatásokat felhasználótól függően (premium, gold) adott minőségben kell nyújtani. 2 Nokia Siemens Networks

Rádiós hozzáférő hálózatok architekturája (LTE) Mobil állomások Rádiós interfész Transzport Hálózat Tartalom szolgáltató MME Útválasztók, Kapcsolók Internet SAE-GW Bázisállomások Gerinchálózati eszközök 3 Nokia Siemens Networks

A méretezés célja és szempontjai Felhasznalói: A szolgáltatások elérhetősége minden előfizető számára, vagyis a lefedettség biztosítása (rádiós interfész), helytől és időtől függetlenül A szolgáltatások minőségének biztosítása (megfelelő letöltési sebesség, kis késleltetés, jó minőségű hang és kép, stb.), vagyis a felhasználók szubjektív minőségi elvárásainak való megfelelés Szolgáltatói: Megbízható, redundáns hálózat: hiba esetén a megfelelő védelem biztosítása, nagyon rövid ideig tartó szolgáltatás kiesés. Hatékony erőforrás kihasználás, azaz adott erőforrás mellett a paraméterek (konfiguráció) ideális hangolása. Költséghatékonyság, azaz azt a legolcsóbb megoldást keressük, amely teljesíti az adott igényeket. Bővíthetőség A szempontok néha ellentétesek 4 Nokia Siemens Networks

Minőség (QoS) Szubjektív szempontokat leíró paraméterek Késleltetés Egy csomag elküldése és megérkezése között eltelt idő. Leginkább valós idejű szolgáltatásoknál (hanghívás, videotelefon) fontos. Túl nagy késleltetés esetén a szolgáltatás minősége romlik. Nem csak a késleltetés nagysága, hanem annak szórása (jitter) is lényeges. Dobás A hálózatban torlódás esetén csomagdobás történhet. Valós idejű szolgáltatások esetén (nincs újraküldés) minőségromlást okoz. Túl nagy dobási ráta hívásbontást eredményezhet. Nem valós idejű szolgáltatás (pl. fájl-letöltés) esetén újraküldést eredményez, csökkenti a letöltés sebességét. Le- vagy feltöltés sebessége (throughput) A nem valós idejű kapcsolatok arányosan osztoznak az erőforrásokon. Alacsony throughput alacsony minőséget jelent. 5 Nokia Siemens Networks

Mit méretezünk? Rádiós lefedettég: A cél az, hogy a szolgáltatás a lehető legtöbb helyen, jó minőségben elérhető legyen Hálózati errőforrások: Topológia: mit mivel, milyen technológiai szinten kössünk össze Vonalak paraméterei: Sávszélesség (kapacitás) Médium Bérelt vonalak esetén garantált sávszélesség, elérhető sávszélesség, stb. Csomópontok: Méret (kapcsolási kapacitás, maximális fokszám, stb.) Konfiguráció (portkártyák, stb.) Parméterek (többsoros csomagütemezők paraméterei, puffer-méret, stb.) Cél: A felhasználói forgalom (felajánlott forgalom vagy terhelés) megfelelő minőségi kiszolgálása a lehető leghatékonyabb és legolcsóbb hálózattal 6 Nokia Siemens Networks

Felhasználói forgalom Minden szolgáltatás, alkalmazás másképpen néz ki, de lehetőleg kevés, jól érthető paraméterrel kell leírni a forgalmat. Valós idejű szolgáltatások Hanghívás Intenzitás (kezdeményezési gyakoriság) Tartási idő eloszlás Beszéd idő eloszlás Szünet idő eloszlás Adatráta (beszéd alatt) Video streaming Tartási idő eloszlás Adatráta (változhat) Intenzitás Adatküldési ráta Adatküldési ráta 7 Nokia Siemens Networks

Felhasználói forgalom (folyt.) Nem valós idejű szolgáltatások Web böngészés Intenzitás (gyakoriság) Oldal méret eloszlás Objektumok száma oldalanként Olvasási idő eloszlás Böngészési idő eloszlása Fájl letöltés, feltöltés Intenzitás (gyakoriság) Fájl méret eloszlás Letöltési sebesség Letöltési sebesség Üzenetküldés: email, sms, mms Intenzitás Méret eloszlás 8 Nokia Siemens Networks

Multiplexálási nyereség A forgalom nagyságának időbeli változása és a pufferelés miatt a szükséges link-kapacitás nem additív. Ráta Ráta Példa Ráta A forgalom sokféle időskálán változik A különböző skálákon történő leírás más-más modellezési szintet igényel Multiplexálási nyereség mindegyik szinten megjelenhet 9 Nokia Siemens Networks

A felhaszálói forgalom (igény) modellezési szintjei Napi szintű viselkedés (determinisztikus) Forgalom intenzitásának változása napi szinten A forgalom ingadozásának jellege függ a földrajzi fekvéstől (belváros, külváros, üzleti, magán) Mozgásmodell + felhasználói viselkedés Hívás szintű viselkedés (sztochasztikus) Hívások (vagy adatkapcsolatok) kezdeményezésének és befejezésének dinamikája Párhuzamos hívások száma Löket szintű viselkedés (sztochasztikus) Aktív és inaktív szakaszok változásának dinamikája pufferelés, késleltetés Csomag szintű viselkedés (sztochasztikus + determinisztikus) Csomag érkezések mintázata Csomag szintű késleltetés 10 Nokia Siemens Networks

Napi szintű viselkedés Forgalom igények nagysága függ a napszaktól Napi, heti szintű periodicitás (+ egyedi események) A változás alakja függ a földrajzi helytől (pl. belváros, külváros) BTS 1 BTS 2 átlag terhelés átlag terhelés 0 h 3 h 6 h 9 h 12 h 15 h 18 h 21 h 24 h idő 0 h 3 h 6 h 9 h 12 h 15 h 18 h 21 h 24 h idő 11 Nokia Siemens Networks

Napi szintű viselkedés (folyt.) load link 1 load 0 h 12 h 24 h link 5 0 h 12 h 24 h load link 2 load 0 h 12 h 24 h link 7 0 h 12 h 24 h load load link 4 0 h 12 h 24 h link 6 0 h 12 h 24 h Hasonló jellegű területeken belül nincs multiplexálási nyereség Nyereség ott van, ahol több különböző jellegű terület forgalma aggregálódik load link 3 0 h 12 h 24 h 12 Nokia Siemens Networks

Hívás szintű viselkedés Hívások kezdeményezése, befejezése Párhuzamos hívások száma Mobil állomás Transzport vonal Hívások száma Bázisállomás 13 Nokia Siemens Networks

Hívás szintű viselkedés Egyszerű modell: Egyetlen transzport linket feltételezünk C kapacitással Hívás kezdeményezésk függetlenek (Poisson folyamat) λ intenzitással. Tartási idők függetlenek, exponenciális eloszlásúak. T = átlagos tartási idő Egy hívás adott effektív sávszélességet igényel (BW). Párhuzamos hívások maximális száma: N = C/BW Telítettség esetén a további hívások sikertelenek, nincs újrapróbálkozás (loss process) Markov folyamat a párhuzamos hívások számára 14 Nokia Siemens Networks

Hívás szintű viselkedés (folyt.) 0 1 2 N 1/T 2/T 3/T N/T Blokkolási valószínűség: = N ( λt ) ( λt ) Erlang B képlet Adott p -re (λ,t,bw ismeretében) méretezhető a linkkapacitás Általánosítás: Kaufmann-Roberts rekurzió Multiplexálási nyereség: λ = λ 1 + λ 2 ; C < C 1 + C 2 Miért nem jó? Alacsonyabb szintű multiplexálási nyereség nincs (konstans effektív sávszélesség) Pufferelés miatti késleltetésre nem mond semmit p i= 0 N / N! i / i! Stacionárius eloszlás: csonkolt Poisson (független a tartási idő eloszlástól) 15 Nokia Siemens Networks

Löket szintű viselkedés Forgalom intenzitás (igény) Igény Ütemezés pufferelés Kimenet Egy hívás (session) nem homogén (löketek). A löketek időskáláján már fontos a pufferelés 16 Nokia Siemens Networks

Folyadék modell A hívások számát rögzítjük (N). Löketek dinamikája: On-Off jellegű. On periódusok hossza független exp. eloszlású (v.é.: T On ). Off periódusok hossza független exp. eloszlású (v.é.: T Off ). Egy löketen belül az adatáramlás folytonos (folyadék), r On és r Off rátájú. Lehet többféle hívás: N i, T On i, T Off i, r On i, r Off i Véges puffer méret: B Kiszolgálási kapacitás: C A túlcsordult folyadékmennyiség elveszik (dobott csomagok) 17 Nokia Siemens Networks

Folyadék modell (folyt) N db kapcsolat esetén 2 N állapot Markov átmeneti mátrix: Q (2 N 2 N ) Stacionárius eloszlás: π j R (2 N 2 N ): Diagonálisban bemeneti folyadékráta - C f i (x,t) = Prob.(t időben i. állapotban, és puffer szint < x) Lineáris PDE f-re: t Spektrális felbontás (stac. mo.): f ( x, t) + f ( x, t) R = x f ( x) M = i= 1 f ( x, t) Q a φ e i i λ x i 0 < x < B Sajátértékegyenlet (M db megoldás): ( λ R Q) φ = 0 i i Illesztés a határokon: 18 Nokia Siemens Networks M i= 1 M i= 1 a φ i i ij a φ e ij = 0, if λ B i R = π, if j jj > 0, R jj < 0,

Folyadék modell (folyt.) Folyadékveszteség (r) és dobási valószinűség (p loss ) számolható r = ( π f ( B) ) R i i Várakozási idő (W) eloszlás számolható: Prob(W < t) i ii Méretezés Adott: kapcsolatok és paramétereik N i, T On i, T Off i, r On i, r Off i Minőségi (QoS) elvárások: p loss < p 1 Prob(W > t*) < p 2 A kimenő sávszélességet addig növeljük, amíg el nem érjük azt az értéket, ahol a minőségi elvárások teljesülnek. 19 Nokia Siemens Networks

Löket szintű viselkedés (folyt) A löket szintű viselkedésből és pufferelésből multiplexálási nyereség adódik: szükséges sávszélesség multiplexálási nyereség effektív sávszélesség csúcs ráta átlag ráta 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 hívások száma hívások száma 20 Nokia Siemens Networks

Csomag szintű viselkedés 1. hívás Aktív Inaktív 2. hívás Aktív Inaktív 3. hívás Aktív Inaktív Csomag-érkezések Egy löketen belül az adatfolyam nem folytonos A csomagérkezések valamilyen mintázatot mutatnak Idő 21 Nokia Siemens Networks

Csomag szintű késleltetés Nagyobb link kapacitás Kisebb link kapacitás A csomag szintű késleltetés függ a link-kapacitástól (a löket szintű késleltetés itt nulla). Szigorú késleltetés-korlát esetén szükség lehet csomag szintű modellezésre. Csomag szintű multiplexálási nyereség, ha nincs teljes link-kihasználtság 22 Nokia Siemens Networks

Csomag szintű modell N*D/D/1 sor A csomagok egységnyi méretűek, és egy kapcsolaton belül periodikusan érkeznek (periódusidő = D). N db kapcsolat, a fázisuk független és egyenletes eloszlású. A kiszolgálás determinisztikus (egységnyi rátájú). Végtelen (elég nagy) puffer. Szükséges kapacitás Kihasznált sávszélesség Kapcsolatok száma Sorhossz-eloszlás (és sorbanállási idő eloszlás) egzaktul számolható: Prob( X > x) = N n x n N n 1 < D Adott késleltetés-korláthoz P(W > t*) < p és N-hez link-kapacitás számolható. Multiplexálási nyereség. n n x D N n D N D n x + + x x 23 Nokia Siemens Networks

Puffer-telítettség eloszlása Kis sorhossz: csomag szintű sorok Nagy sorhossz: löket szintű sorok P(Puffer telítettség < x) 24 Nokia Siemens Networks

Egyéb bonyodalmak Összetett hálózati topológia Ütemezők Többféle forgalmi osztály különböző prioritással (SP, WFQ) kiszolgálási ráta: W i W k k nem üres C Bonyolult dobási függvény (RED, WRED) 25 Nokia Siemens Networks

Egyéb bonyodalmak (folyt.) Forgalom alakítók (shaper) Adott ráta fölötti löketeket csak korlátozott méretig engednek Elasztikus forgalom Az adatforgalom az összes forgalom egyre nagyobb hányadát teszi ki. A küldési ráta igazodik az elérhető sávszélességhez. Az aktív periódusok hossza függ a letöltési sebességtől. A csomagdobás összetett algoritmus alapján módosítja a küldési rátát. Handover Két bázisállomás közötti forgalom Mobilitás modell 26 Nokia Siemens Networks

Egyéb bonyodalmak (folyt.) Nem pontos forgalom becslések A méretezett halózatnak végül nem azt a forgalmat kell kiszolgálnia, mint amire tervezték. Ciklikus tervezés: mérés-becslés-méretezés-mérés-becslés-méretezés Robosztusság A hálózatnak nem csak egy adott forgalomelegyet kell tudni kiszolgálni a minőségi elvárásoknak megfelelően. Védelem, hálózati redundancia Üzemi út Üzemeltetési költség, telepítési költség Védelmi út 27 Nokia Siemens Networks

Tanulságok Transzport hálózatok méretezése komoly analitikus modellezési kihívást jelent. A leírás különböző szintjein más-más modellre van szükség Napi (makro) szint Hívás szint Löket szint Csomag szint Sztochasztikus modellek (Markov-láncok, sorbanállási modellek) sikeresen alkalmazhatók, azonban csak a legegyszerűbb esetekben van egzakt megoldás. A hálózat különböző aggregációs szintjein (mobil állomás bázisállomás transzport hálózat gerinchálózat) másmás modellezési eljárást kell alkalmazni. 28 Nokia Siemens Networks

Lehetőségek az NSN-nél Ipari konzulens Témalabor TDK BsC MsC PhD Projektek: Analitikus modellezés: Sztochasztika Tanszék, Balázs Márton Szimulációs teljesítmenyanalízis (C++ tudás szükséges): Rákos Attila Kapcsolat: Rákos Attila (attila.rakos@nsn.com) 29 Nokia Siemens Networks