2 HSDPA_RTT Round Trip Time qua HSDPA
2.3.4 Mô hình đo đánh giá truyền tải TCP/UDP trên mạng UMTS
Nhóm nghiên cứu tại Viện Công Nghệ Blekinge, Thụy Điển đã thực hiện hệ thống đo để đánh giá chất lượng dịch vụ truyền tải mạng 3G UMTS thông qua các thông số trễ 1 chiều (OWD), tỷ lệ mất gói của các cói tin TCP/UDP [7].
Mục tiêu của hệ thống đo
Hệ thống đo này đưa ra một thí nghiệm đo cơ bản cũng như cung cấp sự so sánh giữa 3 hệ thống mạng di động ở Thụy Điển Tele2, Tre và Telia, thông qua việc đánh giá trễ 1 chiều (OWD) và tỷ lệ mất gói dữ liệu khi truyền qua giao thức mạng (TCP/UDP). Nghiên chỉ rõ cách thức thực hiện phép đo, bố trí thiết bị cũng như những cấu hình cần thiết.
Nghiên cứu này cũng tập trung phân tích đánh giá các ảnh hưởng của trễ một chiều, tỷ lệ mất gói và đưa ra những kết luận chi tiết về sự ảnh hưởng của các tham số này đến chất lượng truyền tải mạng 3G UMTS.
Nguyên lý đo
Nguyên lý đo này xuất phát từ mô hình kiến trúc của mạng 3G UMTS.
Để đánh giá trễ một chiều mạng UMTS và tỉ lệ mất gói, một cộng cụ tạo lưu lượng được sử dụng để gửi gói tin TCP/UDP từ một đầu cuối tới một đầu cuối khác. Thí nghiệm được cấu hình như sau:
- Một máy tính A được kết nối tới mạng 3G/UMTS qua sóng vô tuyến thông qua modem USB 3G. Mạng điều khiển có thể cung cấp dịch vụ Internet. Nói một cách khác, máy thu được kết nối tới mạng Internet. Với sự bố trí như trên, máy tính A có thể gửi gói tin UDP tới B thông qua sự điều khiển của mạng. Máy tính B có thể nhận gói tin này thông qua mạng Internet. Điểm đo (MP) là được đặt giữa hai điểm là có thể bắt được lưu lượng dữ liệu và cũng ghi nhận thời gian chính xác như khi một gói tin được truyền và khi nó tới máy thu (B).
Hình 2-14 Mô hình đo truyền tải TCP/UDP
Các thành phần cơ bản
Hệ thống gồm các thành phần được chỉ rõ như hình 2-6. - 1 máy tính phát/ 1 Máy tính thu (Sender/ Receiver) - 1 Gateway được đặt giữa máy gửi và USB 3G. - 1 máy tính đóng vai trò là điểm đo MP.
- USB 3G Modem kết nối với mạng điều khiển. - 2 Wiretap nằm giữa hai đầu phần phát và phần thu .
Cấu hình thiết bị Gateway
Bố trí một gateway (GW) giữa máy phát và máy thu. Máy thu là một máy tính Dual AMD Athlon 64 bit với dung lượng bộ nhớ 2Gbytes RAM. GW cài đặt hệ điều hành Windows XP và được kết nối với máy phát thông qua card Ethernet Broadcom. GW cũng được kết nối với mạng UMTS 3G thông qua modem USB 3G. Máy thu được kết nối với Internet thông qua wiretap trên đường Ethernet. Cần phải bố trí kết nối modem USB qua GW bởi lẽ không thể kết nối tới điểm đo (MP) thông giao diện USB. Với việc thiết lập như trên, bộ tạo lưu lương dữ liệu là có thể đưa gói tin TCP/UDP tới máy thu thông qua trung tâm điều khiển mạng UMTS, máy thu nhận chúng thông qua mạng Internet và ngược lại.
Điểm đo (Mesurement point)
MP được sử cho việc đo thời gian truyền và nhận của các gói tin. MP lấy dữ liệu từ
wiretap nằm giữa máy phát và GW và ở giữa mạng ngoài với máy thu. Hai wiretap
này tạo một bản copy dung lượng và gửi tới máy tính dùng để đo (MP). MP là một máy tính với hai card mạng DAG 3.5E giám sát mạng. Card mạng DAG cho phép bắt được lưu lượng mạng ngoại trừ việc mất gói trên giao diện mạng của nó. Điểm đo sẽ chặn lưu lượng dữ liệu và lọc các gói tin theo các yêu cầu được áp dụng bởi bộ điều khiển đo. Kết quả thu thập sẽ được lưu trữ trong máy tính. Để kết quả đo mạng chính xác, cần đảm bảo rằng giao diện DAG là đồng bộ đúng lúc. Điều này có thể làm được với việc sử dụng GPS.
Hệ thống gửi/nhận (sender/receiver)
Thí nghiệm kiểm tra bao gồm 2 máy tính cài hệ điều hành Linux mà có thể cài đặt phần mềm tạo lưu lượng dữ liệu. Một máy tính sẽ được coi như máy phát (A), tạo các gói tin TCP/UDP, máy kia sẽ được coi như máy thu (receiver) và ngược lại. Cả hai máy tính trên đều có tốc độ 2.4GHz cài đặt hệ điều hành Linux Kernel 2.4 và được kết nối với mạng Ethernet 10Mbps.
Công cụ tạo gói tin TCP/UDP là một chương trình được viết bằng ngôn ngữ C++. Phần mềm này được cài đặt cả ở máy phát lẫn máy thu để tạo và thu được lưu lượng dữ liệu. Công cụ này bao gồm 2 thành phần độc lập: Client và Server. Chúng được thực hiện theo nguyên tắc Client gửi gói tin TCP/UDP theo những tham số được quy định bởi người sử dụng. Server thu thập dữ liệu theo những tham số được yêu cầu bởi người sử dụng bên thu.
Phương thức
Các thông số để đánh giá chất lượng dịch vụ mạng 3G là trễ một chiều, biến thiên trễ và tỷ lệ mất gói. Trễ 1 chiều - OWD (One Way Delay) là khoảng thời gian một gói tin đi từ nguồn tới đích. Giả sử gói tin thứ i bắt đầu được gửi từ nguồn tại thời gian T1 và đến máy tính B tại T2. Trễ 1 chiều OWD của gói tin thứ i được tính như sau: ∆OWD = T1 – T2
Thông thường, thời gian lưu dấu được nhận bởi hai đồng hồ khác nhau. Nhưng để cho việc tính toán một cách chính xác, những đồng hồ này được đồng bộ với nhau. Một vài phương thức đồng bộ xác định như GPS, Netword Time Protocol (NTP). NTP là có thể đồng bộ đồng hồ với khoảng thời gian chính xác là 10 – 20 ms cho mạng WAN và < 1ms cho LAN. Trong thí nghiệm này, DAG card được sử dụng cùng với định vị vệ tinh GPS, kết quả đồng bộ nằm trong phạm vi 60ns. Trong thực tế, rất khó để có thu được thời gian lưu dấu hoàn toàn nếu chỉ sử dụng card DAG cho máy phát và máy thu. Để giải quyết vấn đề này, nghiên cứu này đã sử dụng nguyên lý wiretap đặc biệt mà có phép chúng ta bắt giữ lưu lượng dữ liệu trong cùng card
mạng DAG riêng lẻ và cho phép tính được khoảng thời gian lưu dấu từ cùng một đồng hồ.
Nguyên lý làm việc như sau. Khi một gói tin thứ i được gửi từ máy phát tới máy thu, nó sẽ đi qua Wiretap A (WTA). WTA sẽ tạo ra một bản copy của tín hiệu và gửi nó tới card DAG 0 trong giao diện 0. DAG 0 lưu dấu gói tin tại thời điểm nó được gửi
đi Tp:SRC. Gói tin này sẽ đi qua mạng và đến Wiretap B (WTB). Một bản copy của gói
tin sẽ được gửi đến card DAG 0 tại giao diện 1. DAG 0 sẽ lưu dấu thời gian đến đích
là Tp:DES. Tương tự như tế khi gói tin được truyền ngược lại. Chúng sẽ được lưu tại
card DAG 1 của máy tính đo. Hiệu của hai khoảng thời gian chính là thông số trễ 1 chiều cần đo.
Các thành phần trễ
Có 2 thành phần trễ được chỉ ra như trong hình 3-2. ∆2 là thành phần trễ gây ra do Gateway còn ∆1 là trễ của toàn mạng. Để có thể đánh giá ảnh hưởng của trễ do Gateway gây ra (∆2) nghiên cứu tiến hành một thí nghiệm khác bằng cách thay thế modem 3G bởi thiết bị mạng Ethernet.
Đánh giá ảnh hưởng của Gateway
Hình 2-15 Đánh giá ảnh hưởng của Gateway trong mô hình đo truyền tải TCP/UDP
Để đánh giá ảnh hưởng của Gateway người ta thay thế modem 3G bằng một bộ
Adaptor USB Ethernet D-link. Lý do cho việc lựa chọn thay thế này vì các gói tin cũng sẽ gặp những đặc tính giống nhau như khi qua modem 3G.
Kết quả đo truyền tải gói TCP ở Thụy Điển theo mô hình này được trình bày trong phụ lục B.