QoS dans l UTRAN basé sur IP

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1 Projet NOVEMBRE - Séminaire QoS dans le wireless QoS dans l UTRAN basé sur IP Abed Ellatif Samhat Tijani Chahed Gérard Hébuterne GET/Institut National des Télécommunications {abedellatif.samhat, tijani.chahed}@int-evry.fr

2 Evolution de la téléphonie mobile 1G : Cellulaire Analogique 2G (~90): Systèmes numériques (GSM, ) 2,5G(~95): GPRS 3G(~2000): 3G Partnership Project (UMTS) 3G: Releases de 3GPP Release 99 (2000): Interface radio WCDMA UTRAN basé sur AAL2/ATM Release 4,5,6 : Domaine IP multimédia UTRAN basé sur IP A. Samhat 2

3 Sommaire UTRAN : tout IP (IP-based UTRAN) Transport du trafic voix Différenciation de service voix et data Comparaison avec l AAL2/ATM Conclusions et Perspectives A. Samhat 3

4 Sommaire UTRAN : tout IP (IP-based UTRAN) Transport du trafic voix Différenciation de service voix et data Comparaison avec l AAL2/ATM Conclusions et Perspectives A. Samhat 4

5 Architecture de l UMTS Uu UTRAN Iu CN Réseaux externes NodeB Iub RNC MSC/VLR GMSC CS UE RNIS RTCP... NodeB Iur NodeB HLR PS SGSN GGSN UE NodeB Internet RNC A. Samhat 5

6 IP-based UTRAN Uu Iu UE NodeB Last Mile Iub Réseau IP RNC CN NodeB Iur DiffServ, MPLS Contraintes à satisfaire lors du transport : RNC Bornes sur le délai (3GPP) : 5ms voix, data : 10 à 50 ms Utilisation maximale de la bande passante: étroite (Last Mile) A. Samhat 6

7 Pile protocolaire Data Application IP Voice Uu Iub RLC RLC MAC FP FP FP MAC FP RNL L1-WCDMA UE UDP/IP UDP/IP L1-WCDMA L2 L1 L2 L1 Node B RNC TNL A. Samhat 7

8 Sommaire UTRAN : tout IP (IP-based UTRAN) Transport du trafic voix Différenciation de service voix et data Comparaison avec l AAL2/ATM Conclusions et Perspectives A. Samhat 8

9 Trafic voix Le trafic voix : codec AMR (12.2 kbps) (ON/OFF) Un canal dédié par usager sur l interface radio Profil au niveau de la couche FP (période d activité): une trame FP de taille 36 octets chaque 20ms (Transmission Time Interval ) Pour une utilisation efficace : Multiplexage de plusieurs trames FP dans un paquet IP de bout-en-bout entre le RNC et le Node B FP voice frame MH FP voice frame UDP/IP MH Header 36bytes 3bytes 28 bytes IP payload Header A. Samhat 9

10 Modélisation de l UTRAN 20ms 20ms Voice Packet Assembly Transmission Queue Output Link 20ms Unité de remplissage File de transmission A. Samhat 10

11 Etude analytique Unité de remplissage: Chaîne de Markov Processus d arrivée des trames FP : Poisson Nombre moyen de trames dans un paquet IP Utilisation utile de la bande passante Délai de remplissage borné par le valeur du temporisateur Détermination du débit moyen de génération des paquets IP File de transmission Chaîne de Markov Délai moyen de séjour Modèle Er/M/1 : service par bloc Délai moyen de séjour Quantiles P(Délai > x) A. Samhat 11

12 Délai total : remplissage + attente A. Samhat 12

13 Validation empirique: test-bed PC1 GPS receiver INT/LAN PCr PC PC3 Router Emulation des fonctionnalités de transport dans l UTRAN Implémentation des unités du multiplexeur ALTQ, Dummynet, tcpdump, etc. A. Samhat 13

14 Délai moyen de transmission : validation A. Samhat 14

15 Utilisation utile : analytique vs empirique A. Samhat 15

16 Dimensionnement A. Samhat 16

17 Sommaire UTRAN : tout IP (IP-based UTRAN) Transport du trafic voix Différenciation de service voix et data Comparaison avec l AAL2/ATM Conclusions et Perspectives A. Samhat 17

18 Trafic data Trafic Web sur la voie descendante, 64 Kbps. Downlink Shared Channel (DSCH) partagée par plusieurs usagers Profil au niveau de la couche FP (période d activité): une trame FP de taille 325 octets chaque 40ms (Transmission Time Interval ) FP data frame 325 bytes IP payload UDP/IP Header 28 bytes Header A. Samhat 18

19 Modélisation du système Trame data : 325 bytes 40ms 40ms Data Packet Assembly Transmission Queue 40ms A. Samhat 19

20 Délai A. Samhat 20

21 Transport avec différenciation de service Voice Traffic Generation periodic arrival every 20ms, 36 bytes 20ms ms Voice Packet Assembly Transmission Queue 20ms Data Traffic Generation periodic arrival every 40ms, 325 bytes WRR Output Link 40ms 40ms Data Packet Assembly Transmission Queue 40ms A. Samhat 21

22 Transport avec différenciation de service Voice Traffic Generation periodic arrival every 20ms, 36 bytes 20ms ms Voice Packet Assembly Transmission Queue 20ms Data Traffic Generation periodic arrival every 40ms, 325 bytes PQ Output Link 40ms 40ms Data Packet Assembly Transmission Queue 40ms A. Samhat 22

23 Délai voix : analytique vs empirique A. Samhat 23

24 Délai data : analytique vs empirique A. Samhat 24

25 Délai voix : effet de la gigue A. Samhat 25

26 et pour le trafic data A. Samhat 26

27 Sommaire UTRAN : tout IP (IP-based UTRAN) Transport du trafic voix Différenciation de service voix et data Comparaison avec l AAL2/ATM Conclusions et Perspectives A. Samhat 27

28 Comparaison avec l AAL2 Trame voix : 36 bytes 20ms ms Voice Packet Assembly Transmission Queue 20ms Trame data : 325 bytes 40ms 40ms Data Packet Assembly Transmission Queue 40ms A. Samhat 28

29 Voix : IP vs AAL2 A. Samhat 29

30 Data : IP vs AAL2 IP: M/D/1 ATM : Arrivée par bloc A. Samhat 30

31 Sommaire UTRAN : tout IP (IP-based UTRAN) Transport du trafic voix Différenciation de service voix et data Comparaison avec l AAL2/ATM Conclusions et Perspectives A. Samhat 31

32 Conclusions et Perspectives IP est une option viable et efficace dans l UTRAN étude analytique (moyenne et quantile) validation empirique Paramétrage optimal du transport IP dans l UTRAN un timer <= 2ms un paquet IP de taille maximale contenant moins de 10 trames (6~8) Différenciation de service entre voix et data WRR PQ est plus performant. Son implémentation est plus simple Comparaison avec l AAL2 Implémentation DiffServ MPLS A. Samhat 32

33 Références A. Samhat and T. Chahed, Transport in IP-based UMTS Radio Access Network: Analytical Study and Empirical Validation, In Proc. IEEE ICC2004, Paris. A. Samhat, T. Chahed, G. Hébuterne, Priority Queuing for IP-based Service Differentiation in the UMTS Radio Access Network, In Proc. IFIP Networking 2004, Athens. A. Samhat and T. Chahed, Service Differentiation Between Voice and Data Traffic in the IPbased Radio Access Network, In Proc. IEEE VTC2004, Milan. A. Samhat, T. Chahed, Modeling and Analysis of Transport of Voice and Data in the UMTS Radio Access Network : IP versus AAL2/ATM, In Proc. IEEE WCNC2004, Atlanta. A. Samhat and T. Chahed, Performance Evaluation of IP in the UMTS Terrestrial Radio Access Network, In Proc. 18th International Teletraffic Congress (ITC), Berlin, A. Samhat 33