Rychlost, výkonnost a propustnost sítí 3G

Kapacita širokopásmových sítí je vždy v centru zájmu, a u mobilních sítích to pro datové přenosy platí dvojnásob. Je ovšem zajímavé, jaké parametry se vlastně za propustností sítí - zejména z hlediska koncového uživatele - skrývají, co jednotlivé hodnoty znamenají a jak jsou vlastně důležité. Kvalita služby a její zpoždění si vlastně odporují...

Vývoj mobilních sítí 3G se snaží docílit stále vyšší propustnosti sítě. Technicky vyspělé prvky vylepšující propustnost sítě většinou umožnily pouze zlepšit uživatelem vnímanou kvalitu služby, nebo výkonnost celého systému, ale ne obojí. U nových vývojových stupňů technologie WCDMA (WCDMA Evolved, Wideband Code Division Multiple Access) by mělo být možné zajistit vylepšení v obou směrech současně.

Konkrétně se jedná o vylepšení mobilních datových služeb typu best effort, na což jsme zvyklí z IP sítí, typicky pro prohlížení webových stránek a stahování souborů. Tyto paketové datové služby přinesla technologie WCDMA jako podstatný kvalitativní rozdíl od předchozí generace mobilních sítí 2G. Jejich postupný vývoj představuje rychlejší stahování dat HSPDA (High-Speed Downlink Packet Access) v Release 5 a následně rychlejší zpětná komunikace se sítí HSUPA (High-Speed UplinkPacket Access) v Release 6. Obě vylepšení znamenají vyšší datové rychlosti a kratší zpoždění díky inteligentním mechanizmům plánování vysílání (scheduling), rychlého řízení chyb (hybridní ARQ, Automatic Repeat reQuest) a adaptace spoje.

V sítích postavených podle v současnosti nejčastěji využívané specifikace Release 99 se rychlost v dopředném směru pohybuje do 384 kbit/s a ve zpětném směru 64 kbit/s (64/384). Release 5 nabízí 384/4320 kbit/s a Release 6 dokonce 4320/13.440 kbit/s. Jakkoli jsou tyto rychlosti velice slibné, dočkají se jich uživatelé v buňkách mnohem méně často než maximálních rychlostí v případě Release 99.

Uživatelé služeb v sítích s přepojováním okruhů mají ten luxus, že opravdu vědí, jaká je bitová rychlost daného okruhu, protože je zaručená a neměnná. Klasické datové služby typu best effort (jako nejběžnější režim práce paketových sítí, kde prostředky nejsou rezervovány pro daný provoz) ale pevnou bitovou rychlost negarantují. Rozdíl je také mezi vnímanou kvalitou služby mezi těmito dvěma typy.

Vnímaná kvalita služby a zpoždění

Kvalita služby hlasové či video telefonie je definována jako vnímaná kvalita hlasu nebo videa. Kvalitnější služby znamenají menší bitovou chybovost přijímaného signálu. Jiná je situace při stahování dat prostřednictvím paketových služeb, kde se kvalita služby vnímaná uživatelem váže k době od zahájení stahování webové stránky k jejímu zobrazení, jinými slovy zpoždění. V režimu best effort dostanou uživatelé k dispozici takovou rychlost, kterou je síť v daný okamžik za daných podmínek schopna podporovat. Zpoždění ovšem narůstá s objemem stahovaného souboru, takže není dobrým měřítkem kvality služby.

V rádiové síti uživatel za ideálních podmínek „získá“ na rádiovém rozhraní plnou bitovou rychlost (peak bit rate), ale v případě horších podmínek, s větší vzdáleností od základnové stanice anebo rušení, se rychlost příslušně sníží. Za této situace může také dojít až ke ztrátě paketů, což zase znamená jejich opakovaný přenos a v souvislosti s tím nižší přenosovou rychlost (effective bit rate) z pohledu vyšších vrstev, např. IP.

Zpoždění v mobilních sítích nabírají pakety také na cestě od přístupové rádiové sítě přes páteřní síť až k aplikačnímu serveru, ve všech mezilehlých uzlech. V této souvislosti se místo reálné bitové rychlosti hovoří o objektové bitové rychlosti (object bit rate) měřené na aplikační úrovni. Tato rychlost bere v úvahu všechna zpoždění na cestě a je zprůměrována pro všechny objekty přenášené směrem k uživateli a od něj. Jedná se o velikost objektu dělenou celkovým zpožděním v kbit/s. Vzhledem ke kapacitním omezením každého systému existuje rovnováha objektové bitové rychlosti mezi počtem současně aktivních uživatelů a vnímanou kvalitou služby.

Síťové zpoždění (latence), které znamená dobu přenosu paketu od klienta k serveru a zpět, souvisí s činností vyšších protokolů. Pokud se používá spolehlivý transportní protokol TCP (Transmission Control Protocol), který má zabudován mechanizmus řízení chyb i řízení toku, zahrnující algoritmus pomalého startu při ztrátě datagramu (resp. nedoručení datagramu do určité nastavené sledované doby), pak výkonnost systému zejména pro malé pakety strádá.

Cílem vylepšování datových služeb WCDMA je tedy také snižování síťové latence. Vývoj latence u vylepšení WCDMA naznačuje následující obrázek:

1703
zdroj: Ericsson

Přehled bitových rychlostí

Bitová rychlost (bit rate) rádiového rozhraní (air interface) – bitová rychlost na fyzické vrstvě dosažená za určitých rádiových podmínek a daného kódování a modulace;

Maximální bitová rychlost (peak) – nejvyšší bitová rychlost rádiového rozhraní dosažená za ideálních rádiových podmínek;

Reálná bitová rychlost (effective) – bitová rychlost z pohledu vyšších vrstev, závisející jak na rychlosti rádiového rozhraní, tak na režii vrstev nad fyzickou vrstvou, opakovaném vysílání a zpoždění při čekání paketu ve frontách v mezilehlých uzlech sítě;

Objektová bitová rychlost (objcet) – bitová rychlost na aplikační úrovni, z koncového pohledu (end-to-end), zahrnující zpoždění mimo rádiovou síť a zpoždění způsobené řízením toku TCP;

KL_NOMINACE

Propustnost systému – celkový počet bitů přenesených za sekundu přes rádiové rozhraní (vztaženo na sektor).

1702
zdroj: Ericsson

Anketa

Na co sázíte pro širokopásmovou mobilitu?

4 názory Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 27. 6. 2005 14:44

Školení Jak vytvořit rychle jednoduchý web

  •  
    Jak mít na Internetu blog.
  • Jak si založit web na Wordpressu.
  • Jak pokračovat v jeho provozování.

Detailní informace o školení Jak vytvořit rychle jednoduchý web »