Universitatea „Transilvania” din Braşov

Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor

Contribuţii la

Calitatea Serviciilor în Comunicaţiile Mobile

Contributions to the

Quality of Services in Mobile Communications

Rezumatul tezei de doctorat PhD thesis summary

Conducător ştiinţific, Prof.Univ.Dr.Ing. Iuliu SZEKELY, Dr.H.C.

Doctorand, Ing. Dan-Nicolae ROBU

- Braşov 2010 -

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

2

Introducere ...............................................................................................................................3 2 Sisteme de comunicaţii mobile..........................................................................................5

2.1 GSM .........................................................................................................................5 2.2 GPRS........................................................................................................................6 2.3 E-GPRS (EDGE) ......................................................................................................7 2.4 UMTS.......................................................................................................................7 2.5 HSDPA.....................................................................................................................7 2.6 Evoluţia către reţele IP (all IP Networks)...................................................................8 2.7 CDMA2000 ..............................................................................................................8 2.8 Sistemul WiMAX şi alte sisteme bazate pe OFDM ...................................................9 2.9 LTE ..........................................................................................................................9 2.10 ATCA.....................................................................................................................10 2.11 Integrarea platformei experimentale cu....................................................................10 un sistem de testare de la distanţă........................................................................................10

3 Servere şi servicii în comunicaţii mobile .........................................................................11 3.1 Servere....................................................................................................................11 3.2 Serviciile.................................................................................................................12 3.3 Servicii multimedia şi conceptele de reţea ...............................................................12 3.4 Serviciile în telecomunicaţii ....................................................................................13 3.5 Managementul reţelelor de comunicaţii mobile .......................................................13 3.6 Integrarea de servere şi servicii pe ATCA ...............................................................15 3.7 Tehnici de programare a serviciilor şi integrare business .........................................16

4 Algoritmii QoS în comunicaţiile mobile..........................................................................16 4.1 Probleme legate de calitatea serviciilor (QoS) .........................................................17 4.2 Mecanismele pentru asigurarea QoS........................................................................17 4.3 Algoritmi de formare a traficului: „Leaky bucket” şi „Token Bucket” .....................17 4.4 Servicii diferenţiate (DiffServ) ................................................................................18 4.5 Servicii integrate (IntServ) ......................................................................................20 4.6 Asynchronous Transfer Mode - ATM......................................................................21 4.7 Multiprotocol Label Switching (MPLS) ..................................................................22 4.8 QoS în reţelele de comunicaţii mobile .....................................................................23 4.9 Maşini algoritmice utilizate în modelare.................................................................24

5 QoS pentru streaming mobil de date................................................................................24 5.1 Calitatea tele-transmisiei de date pentru măsurări mobile ........................................24 5.2 Sistem Dublu-Microcontroler cu Tele-Monitorizare prin Modem GSM...................32

6 Optimizarea QoS în comunicaţii mobile de date..............................................................34 6.1 Formula propusă pentru QoS cu dublă ponderare ....................................................34 6.2 Utilizarea QoS pentru Realocarea Traficului în .......................................................37 Comunicaţii Mobile Multi-modale......................................................................................37 6.3 Testarea de laborator a conceptului de handover multimodal...................................40

7 Concluzii finale şi contribuţii originale la........................................................................42 QoS pentru comunicaţii mobile ..............................................................................................42 Bibliografie ............................................................................................................................49

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

3

Introducere

Comunicaţiile mobile au cunoscut o dezvoltare explozivă în ultimii ani, pătrunzând în cele mai diverse domenii şi cuprinzând tot mai multe tehnologii. Reţelele wireless completează şi chiar înlocuiesc reţelele cablate în multe locuinţe şi birouri. În completarea reţelelor wireless vin reţelele de telefonie mobilă care oferă rate de transfer comparabile cu reţelele wireless, dar cu avantajul unei acoperiri mai mari. Având în vedere disponibilitatea atâtor modalităţi de transmisii de date, se pune problema posibilităţii păstrării unei conectivităţi continue, neîntrerupte, atât timp cât avem la dispoziţie cel puţin una din aceste reţele. În această lucrare am propus câteva modalităţi de realizare acestui deziderat.

Lucrarea debutează cu prezentarea celor mai importante sisteme de comunicaţii mobile, cu accent pe cele celulare – GSM, GPRS, UMTS, CDMA2000, WiMAX, LTE (Long Term Evolution). De asemenea este prezentată arhitectura ATCA (Advanced Telecom Computing Architecture). Se accentuează contribuţiile autorului la modernizarea arhitecturii, echipamentelor, interfeţelor hardware şi software (drivers) pentru adăugarea capabilităţilor de telemăsurare care vor fi valorificate în capitolul 6.

Capitolul 3 prezintă servere şi servicii specifice pentru comunicaţiile mobile. Orientarea spre servicii reprezintă o perspectivă modernă concretizată în toată lucrarea şi încununată de dezvoltările din prima partea a capitolului 6. Capitolul 3 include o substanţială contribuţie a autorului prin integrarea de servicii pe platforma ATCA utilizând soluţii durabile (open-source) pentru GGSN (Gateway GPRS Support Node) şi mai ales pentru IMS (OpenIMS) – o implementare IP Multimedia Services. Soluţiile găsite de autor sunt validate de un studiu de caz de comutaţie a fluxurilor multimedia cu evidenţierea valorilor specifice QoS. Capitolul se încheie cu integrarea acestor servere şi servicii în „reţele pentru managementul reţelelor”, TMN (Telecom Management Networks - standardul TM.3000 al ITU cu accent pe funcţiile care permit analiza şi managementul calităţii).

Capitolul 4 prezintă QoS în perspectiva folosirii în comunicaţiile multimodale. Autorul propune o unificare a parametrilor ce determină QoS pentru diversele moduri ale unor transmisiuni combinate (multimodale). Perspectiva este în continuare axată pe testabilitate în medii emulate/simulate cu accent pe maşinile algoritmice de stare (ASM – Algorithmic State Machines) care stau la baza modelelor comportamentale (de tip cutie albă – „white box behavioral models”) din telecomunicaţii (modele care le completează pe cele de tip cutie neagră – „black box” limitate la interfaţare). Autorul realizează o parametrizare pentru un studiu de caz bi-modal 3G – WLAN în contextul unuia din cele mai răspândite medii de simulare: „OPNET” şi detaliază cele mai importante ASM.

Capitolul 5 este dedicat QoS pentru streaming mobil. Conceptele sunt concretizate într-o serie de aplicaţii de telemăsurare. Autorul detaliază condiţionarea QoS şi în general a performantelor de funcţionare amănunţită a subsistemelor dintr-o reţea de comunicaţii mobile, cu analiză de protocol, diagrame şi caracteristici diverse, interpretate în sensul selectării celor mai bune soluţii.

Capitolul 6 este dedicat optimizării QoS în comunicaţiile mobile de date. Se utilizează funcţii de timp real, charging şi PDC (Performance Data Collection) pentru redimensionarea (realocarea) traficului în comunicaţii mobile multimodale. Abordarea este top-down: autorul creează un serviciu dedicat bazat pe BPEL, pentru implementarea deciziei multicriteriale privitoare la „handover parţial” pe baza PDC, în vederea managementului bazat pe QoS al comunicaţiilor mobile multi-modale, cu accent pe comutaţia fluxurilor multi-media în contextul protocoalelor SIP şi RTP.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

4

În partea a doua a acestui capitol autorul validează conceptul de realocare a traficului pe baza QoS într-o configuraţie OPNET 3G/WLAN. Se propune modelul detaliat al unui terminal mobil bi-modal fiind implementate principalele ASM descrise în capitolul 4. Conceptele sunt testate în laboratoarele firmei Siemens PSE BV într-o configuraţie GPRS/3G/WLAN. Sunt interpretate datele şi observaţiile dintr-un scenariu de handover WiFi ↔ GPRS (UMTS - 3G) cu implementare MobileIP.

Doresc să mulţumesc îndrumătorului meu, profesor doctor inginer Iuliu Szekely, pentru sprijinul şi încurajările oferite pe tot parcursul elaborării tezei de doctorat. Sfaturile şi comentariile domniei sale au constituit un ajutor preţios în realizarea acestei teze.

Domnului profesor doctor inginer Florin Sandu ţin să îi mulţumesc în mod special pentru sfaturile şi încurajările pe care mi le-a acordat pe parcursul elaborării acestei teze.

De asemenea ţin să mulţumesc firmei şi colegilor mei de la Siemens Program and System Engineering SRL pentru sprijinul acordat în realizarea multor părţi experimentale ale tezei.

Mulţumesc, de asemenea, familiei mele pentru ajutorul şi înţelegerea de care m-am bucurat pe tot parcursul elaborării tezei mele.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

5

2 Sisteme de comunicaţii mobile Acest capitol oferă o privire de ansamblu asupra sistemelor de comunicaţii mobile, cu un

accent deosebit pe comunicaţiile celulare, evidenţiind unele caracteristici ale parametrilor de calitate a serviciilor (QoS – Quality of Service). Aceste caracteristici vor fi utilizate apoi în capitolul 4.

2.1 GSM

Sistemul GSM este prezentat în special pentru importanţa pe care încă o are pentru comunicaţiile mobile, având încă cea mai mare acoperire dintre toate sistemele de comunicaţii mobile celulare şi, de asemenea, pentru faptul că este baza pe care s-au dezvoltat două dintre sistemele de comunicaţii de date mobile orientate pe pachete: GPRS şi EGDE.

Două dintre caracteristicile sale îl fac nepotrivit pentru transmisia de date: Timpul mare de stabilire pentru conexiunile de date, de ordinul zecilor de secunde Rata de transfer mică, de numai 9,6 kbiţi/s, insuficientă pentru majoritatea aplicaţiilor.

După cum se poate vedea în figura următoare, reţeaua celulară GSM este alcătuită din Access Network (reţeaua de acces - BTS şi BSC, alcătuind BSS) şi Core Network (MSC, HLR, VLR, EIR şi AuC).

Figura 2-1 Arhitectura sistemului GSM

GSM este o reţea celulară - telefoanele mobile se conectează la ea căutând celule din apropiere. Deoarece tipul de transmisie este unul de tip comutare de circuite, pentru conexiunea de date GSM, caracteristicile de întârziere şi jitter sunt excelente, însă resursele consumate şi lăţimea de bandă oferită, chiar şi prin HSCSD, sunt mult prea mici pentru o utilizare realistă, singura utilizare putând fi în transmisiile de date de volum mic (9,6 kbiţi/s pana la 57,6 kbiţi/s).

Deşi sistemul GSM este de foarte mare succes, el va fi înlocuit treptat cu UMTS sau, chiar în unele cazuri, probabil că sa se va face tranziţia direct la tehnologii LTE. De asemenea, se prefigurează deja şi înlocuirea UMTS cu LTE.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

6

2.2 GPRS

GPRS este un serviciu care oferă efectiv acces radio pe bază de pachete pentru utilizatori GSM şi Time Division Multiple Access (TDMA) deopotrivă. Principalele avantaje ale GPRS sunt rezervarea resursele radio numai atunci când datele sunt disponibile pentru a le trimite, şi reducerea dependenţei de circuite comutate a reţelelor tradiţionale.

În figura 2.2 este prezentat un exemplu de reţea GPRS cu interconectare cu reţelele fixe de date.

Figura 2-2 Arhitectura reţelei GPRS Standardul iniţial GPRS face uz de sistemele radio standard GSM. Acest lucru include, de asemenea, schemele de modulare şi structurile de cadru standard GSM şi TDMA. GPRS prevede alocarea şi repartizarea dinamică a canalelor radio pentru servicii de pachete de date, în funcţie de cerere.

Parametrii QoS suportaţi de GPRS pot fi separaţi în două categorii, în funcţie de versiunea de specificaţii pe care o respectă Rel 97/98 sau R99.

Parametrii luaţi în considerare pentru evaluarea unei conexiuni de date sunt: - pentru QoS R97/R98:

A. Clasa de precedenţă (precedence class) B. Rata de transfer medie (mean troughput) C. Clasa de întârziere (delay class) D. Clasa de fiabilitate (reliability class)

- pentru QoS R99: A. Clasa de trafic B. Rata de bit garantată – atât downlink cât şi în uplink C. Întârzierea de transfer D. Raportul de erori al SDU

Aceşti parametri sunt cei mai relevanţi în streaming-ul de date şi, de asemenea, au corespondenţi în parametrii QoS ai altor reţele de transport.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

7

2.3 E-GPRS (EDGE)

Rel'99 introduce Enhanced Data Global Evolution (EDGE) pe interfaţa radio. Specificaţiile Rel'99 şi cele de mai târziu se bazează pe interfaţa EDGE de radio GERAN. Trecerea la EDGE nu necesită actualizări ale reţelei de bază (Core Network), sistemul fiind „backwards compatible”. Cele mai multe au introdus staţiile de bază capabile EDGE treptat, minimizând modificările reţelei cât mai mult posibil. E-GPRS foloseşte, în plus faţă de GPRS, 6 scheme de codificare.

Parametrii QoS suportaţi de EDGE sunt aceeaşi ca şi cei pentru GPRS (respectând specificaţiile Release 97/98 sau Release 99), cu diferenţa că sunt suportate şi rate de bit mai mari, de până la 384 de kbiţi/s. De aceea, se vor reţine doar parametrii ce vor fi evaluaţi în cazul streaming-ului de date, prezentaţi mai sus, pentru GPRS.

2.4 UMTS

Ca structură reţeaua UMTS este foarte asemănătoare cu reţeaua GPRS prezentată anterior. Diferenţa este că locul BSC-ului este preluat de RNC (Radio Network Controller), iar locul BTS-ului este preluat de către NodeB. De asemenea, aceste elemente de reţea au în plus şi funcţionalităţi noi.

Când se definesc clasele de calitate a serviciilor pentru UMTS trebuie luate în considerare restricţiile şi limitările interfeţei radio. Nu este rezonabil să se definească mecanisme complexe, asemenea celor din reţelele de telefonie fixă, datorită caracteristicilor de eroare la transmisie prin interfaţa radio. Mecanismele de asigurare a calităţii serviciilor oferite în cazul reţelelor celulare trebuie să fie robuste şi capabile să asigure o rezoluţie rezonabilă a calităţii serviciilor.

Există patru tipuri diferite de clase pentru calitatea serviciilor: clasa conversaţională („conversaţional”), clasa fluxurilor de date („streaming”), clasa interactivă („interactive”), clasa de fundal (background).

Principala diferenţă dintre aceste clase este reprezentată de sensibilitatea traficului la întârzieri: prin urmare, clasa conversaţională este destinată traficului foarte sensibil la întârzieri, în timp ce clasa de fundal este cea mai puţin sensibilă la întârzieri. Totuşi, nu există o regulă strictă de mapare a traficului la aceste clase, în sensul că un utilizator poate solicita pentru un serviciu interactiv o clasă de trafic conversaţional.

Pentru reţelele UMTS, atributele calităţii serviciilor sunt aceleaşi ca şi cele pentru GPRS/EDGE Release 99.

2.5 HSDPA

HSDPA este o altă soluţie aplicată ca răspuns la necesitatea de lăţime de bandă mai mare. Esenţa HSDPA este multiplexarea de mai multe canale de downlink (dacă este disponibilă) pentru a creşte lăţimea de bandă disponibilă. Cu toate acestea, există algoritmi destul de complecşi pentru controlul admiterii, pentru a evita situaţia când utilizatorii HSDPA împiedică accesul altor utilizatori HSDPA precum şi a celor normali.

Pentru reţelele HSxPA, atributele calităţii serviciilor sunt aceleaşi ca şi cele pentru UMTS Rel 99, cu menţiunea că valorile pentru rata de bit maximă şi pentru rata de bit garantată pot avea valori până la16 Mbiţi/s în Release 5 şi Release 6 şi 256 Mbiţi/s în Release 7.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

8

2.6 Evoluţia către reţele IP (all IP Networks)

UMTS Release 5 se bazează pe punerea în aplicare parţială a Protocolului Internet (IP) de comutare de pachete în cadrul reţelei de bază (CN), pentru a se face trecerea la o arhitectură all-IP. În această versiune, pachetele pot fi transportate de la un capăt la celălalt al reţelei folosind transportul IP, cu un serviciu de orientat pe comutaţie de pachete (EDGE/UMTS/HSxPA) conectat la o reţea IP Multimedia Subsystem (IMS).

2.7 CDMA2000

CDMA2000 este o familie de standarde de telecomunicaţii mobile 3G care utilizează CDMA. Este a doua generaţie de comunicaţii celulare digitale CDMA, succesor direct al IS-95. Standardele CDMA2000 1x, Rev. 0, CDMA2000 EV-DO Rev. A şi CDMA2000 EV-DO Rev. B, sunt interfeţe radio aprobate pentru standardul ITU IMT-2000 şi un succesor direct al IS-95 (cdmaOne). CDMA2000 este standardizat de 3GPP2. Deşi ambele utilizează WCDMA, CDMA2000 este un concurent incompatibil cu celalalt standard 3G major UMTS.

CDMA2000 1x este de asemenea cunoscut ca CDMA2000 1xRTT în care caz, denumirea "1xRTT" este folosită pentru a identifica versiunea tehnologiei de radio CDMA2000, care funcţionează pentru o pereche de canale radio de 1.25MHz (un singur canal de 1.25 MHz, spre deosebire de trei canale de 1.25 MHz în 3xRTT). 1xRTT aproape dublează capacitatea de voce în reţele IS-95. CDMA2000 include protocoale de control al accesului la media şi legătură şi de control al QoS. În IS-95, nici una dintre acestea nu au fost prezente, iar nivelul de legătură la date a constat practic într-o livrare "best effort" RLP - această configuraţie este încă folosită pentru voce.

CDMA2000 1xEV-DO (1x Evolution-Data Optimized, iniţial 1x Evolution-Data Only), cunoscut şi sub numele 1xEV-DO, EV-DO, EVDO, sau doar DO, este o evoluţie a CDMA2000 1x cu capacitate mare (High Data Rate - HDR). CDMA2000 1xEV-DO în revizia A, suportă rate de date în downlink de până la 3.1 Mbiţi/s şi rate de date în uplink de până la 1.8 Mbiţi/s pentru un echipament utilizator dedicat transportării de pachete de date de viteză mare. CDMA2000 1xEV-DO în revizia B suportă rate de date în downlink de până la 4,9 Mbiţi/s, prin multiplexare rata maximă ajungând până la 14,7Mbiţi/s. De asemenea sunt redusă latenţa şi interferenţele de pe sectoarele adiacente. CDMA2000 1xEV-DV (1x Evolution-Data/Voice), suportă rate de date în downlink de până la 3.1 Mbiţi/s şi rate de date în uplink de până la 1.8 Mbiţi/s. 1xEV-DV poate suporta, de asemenea, servirea concomitentă a utilizatorilor sistemelor mai vechi 1x de voce, 1x de date, precum şi de mare viteză 1xEV-DV în cadrul aceluiaşi canal radio. Din cauza lipsei de interes din partea operatorilor de transport, dezvoltarea de CDMA2000 1xEV-DV a fost oprită.

CDMA2000 nu a stabilit în mod explicit obiective pentru QoS, nici nu a definit clase proprii similare UMTS. Totuşi, în practică, suportă aceeaşi gamă generală de aplicaţii şi oferă niveluri adecvate de calitate prin utilizarea caracteristicilor la nivelul legăturii radio şi a capabilităţilor Mobile IP. Pentru aplicaţii de tip comutare de circuite, informaţia QoS se înregistrează în mesajele iniţiale de semnalizare pentru configurarea apelului (mesaje SIP). Factorii cheie în realizarea acestui lucru sunt descrierea serviciului, care conţine cererea şi lăţimea de bandă, precum şi modul „asigurat” sau „neasigurat” (assured sau nonassured). Pe legătura de radio sunt definite ca setul 1 şi 2.

La nivelul de date utilizator, QoS se bazează pe diferitele clase Diffserv. Acestea pot fi solicitate de către staţiile mobile prin intermediul informaţiilor QoS cerute prin mesaje SIP sau pe baza profilului utilizator DiffServ 3GPP2 al acestuia, înregistrat în serverul RADIUS de „domiciliu” (home RADIUS server). Aceste setări DiffServ sunt incluse în mesajele tunelate către serverul de domiciliu „Home Agent”.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

9

2.8 Sistemul WiMAX şi alte sisteme bazate pe OFDM

OFDM reprezintă o abordare de design de sistem diferită. Aceasta poate fi gândită ca o combinaţie de modulaţie şi scheme de acces multiplu care segmentează un canal de comunicare în aşa fel încât mai mulţi utilizatori să îl poată partaja. Întrucât segmentele TDMA sunt legate de timp, şi segmente CDMA de codurile de răspândire, segmentele OFDM sunt legate de frecvenţă. Această tehnică împarte spectrul de frecvenţe într-un număr de tonuri echidistante şi poartă o parte din informaţiile utilizatorului pe fiecare ton. Un ton poate fi gândit ca o frecvenţă, similar felului în care fiecare notă de pe un pian reprezintă o frecvenţă unică. OFDM poate fi privită ca o formă de multiplexare (FDM) cu divizare în frecvenţă.

FLASH-OFDM foloseşte arhitectura IETF, utilizând tehnologia IP de gestionare a mobilităţii (Mobile IP), securitate IP şi de IP QoS, aceasta eliminând necesitatea unor protocoale costisitoare pentru reţelele de acces radio.

2.9 LTE

LTE Long Term Evolution (LTE) reprezintă următorul pas în dezvoltarea 3GPP (3rd Generation Partnership Project) la nivel mondial în reţelele de telefonie mobilă de bandă largă. Standardizarea LTE a început cu Release-ul 8 din 3GPP. Principiile de bază ale arhitecturii LTE SAE includ:

Rate de transfer mari prin intermediul unor tehnologii de acces radio eficiente, bazate pe tehnologii de nivel fizic ca Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) şi Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) (un sistem 4x4 MIMO sporeşte rata de downlink de până la 326 Mbps).

optimizări ale întârzierilor şi o arhitectură simplificată protocoale bazate pe IP pe toate interfeţele arhitectura armonizată pentru 3GPP accesează şi interacţionează cu entităţi non-3GPP,

interoperabilitatea optimizată cu tehnologii de acces 3GPP şi CDMA, precum şi utilizare de abonaţi şi soluţii de control de servicii comune. Noile entităţi funcţionale de reţea ale Evolved Packet Core (EPC) sunt: Mobility

Figura 2-6 a) Arhitectura Non-roaming EPS

Management Entity (MME) responsabilă cu semnalizarea NAS (non-Access Stratum) şi

cu securitatea NAS şi cu Idle Mode Mobility Management, Serving Gateway (SGW) cu rolul principal de a ruta şi de a transmite pachetele de date de pe user-plane şi Packet Data Network Gateway (PGW) este interfaţa cu PDN. În cazul în care UE accesează mai multe PDNs, pot exista mai mult de un PDN GW pentru acel UE.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

10

Marele avantaj al arhitecturii LTE este acela că permite conexiunea şi handover-ul la alte tehnologii de acces fără fir sau fixe, cu fir, oferind furnizorilor de servicii capacitatea de a livra mobilitate continuă.

Datorită corespondenţei dintre funcţiile elementelor din diferite tehnologii 3GPP, se pot face anumite asociaţii logice. Core-ul comun SGSN / MME poate fi văzut ca un singur element: foloseşte date oferite de abonat, MME şi SGSN au acelaşi PDP / purtătoare pentru abonaţi iar modelul QoS este similar. Reţeaua este optimizată prin utilizarea unui GW. Aceleaşi grupări funcţionale pot fi făcute pentru Serving şi PDN-Gateway ca un gateway comun.

2.10 ATCA

ATCA este un standard internaţional ce defineşte o arhitectură de telecomunicaţii deschisă. Specificaţiile se referă la toate cerinţele electrice şi mecanice necesare pentru a crea o platformă standard. Principalul obiectiv al ATCA este de a permite construirea unor sisteme convergente de tip „carrier grade”; se doreşte convergenţa accesului de telecom şi a funcţiilor echipamentelor de vârf în cadrul aceleiaşi platforme modulare. Această caracteristică de modularitate, permite atât producătorilor cât şi utilizatorilor să folosească aceeaşi carcasă/infrastructură de integrare (backplane) pentru mai multe tipuri de produse, utilizând diferite module.

Reţeaua implementată pe arhitectura ATCA emulează arhitectura CN de GPRS, RAN-ul, un PDN extern şi câteva servere cu aplicaţii larg utilizate în reţele de telecomunicaţii reale.

Software-urile de emulare SGSN, GGSN şi IMS pot fi instalate, configurate şi rulate pe platforma ATCA. De asemenea serviciile suplimentare testate, ca „handover decision” sunt implementate pe un blade ATCA.

Prin deploymentul serviciului de decizie de handover pe un sistem ATCA se demonstrează posibilitatea integrării acestui serviciu într-o reţea aparţinând unui operator, după cum se va vedea în capitolul 6.

2.11 Integrarea platformei experimentale cu un sistem de testare de la distanţă

Testarea de la distanţă cu echipament real este o mare provocare tehnologică în această perioadă de globalizare. Contribuţiile prezentate mai jos conectează platforma experimentală la infrastructura unui laborator Siemens de comunicaţii mobile.

Este prezentată extensia realizată de autor asupra unui Centru Mobil de Comutaţie din laboratoarele Siemens PSE România, soluţie adoptată apoi şi la laboratoarele Siemens PSE Austria. Prin această extindere s-a asigurat accesarea de la distanţă a dispozitivelor de stocare de tipul Magnetic Disk Drive (MDD) şi Magnetic Optical Disk (MOD) compatibile SCSI din cadrul centrelor de comutaţie MSC (Mobile Switching Centers) şi semnalizare SS7 ale reţelei de telecomunicaţii

Dispozitivele de stocare de tipul MDD şi MOD trebuiau să fie conectate la un PC dedicat, cu interfeţe specializate şi costisitoare (rack-uri SCSI), pentru operaţiunile de formatare (în cazul sistemelor proprietare, de genul Siemens „WinDiskus”, incompatibile FAT32 sau NTFS) şi pentru instalarea sistemelor de operare de tipul ”Application Program Software”(APS). Orice altă operaţiune de adăugare sau instalare necesita acest tip de manipulare, la locaţia sistemului respectiv şi consumatoare de timp. Cu ajutorul unui PC, conectarea se face atât în modul multi-device şi în modul multi-controller astfel încât, dispozitivele de stocare pot fi accesate în mod direct fără a mai fi necesară oprirea controller-elor şi transportarea dispozitivelor.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

11

La PC-ul menţionat mai sus s-a adăugat o placă cu relee ”reed” conectată pe portul Paralel şi controlată de un program dedicat care poate seta un octet (sau chiar un bit) pentru o anumită perioadă de timp, când se apasă un buton virtual din interfaţa de acces de la distanţă ("VNC"). Comutatorul minimal de pornire care se conectează la GND (masă) este dublat în paralel de starea de ”normal-deschis” a releelor. Principiul poate fi extins la celelalte tipuri de operaţiuni (oprirea/pornirea alimentării) şi reprezintă o importantă contribuţie dacă se consideră cele trei aspecte ale automatizării: ”generare”-”măsurare”(practic concepte duale)-”comutare”. O cameră web a fost instalată pentru a verifica starea LED-urilor din panoul de control al comutatorului.

Prin această soluţie bazată pe comenzi AT trimise către terminalele mobile aflate în laboratorul de la distanţă, în baza extensiei hardware implementate de autor, testele făcute de ” Integratorii de Proiect” în GSM-GPRS-UMTS se pot realiza teste cu echipament real (RET – „Real Equipment Testing”). Extensia hardware deserveşte o gamă largă de telefoane mobile din seriile Sx5/Mx5..

Pe lângă aceste contribuţii la subsistemele hardware, autorul a abordat şi mediile software de testare bazate pe programe de fuziune a bazelor de date cu parametrii operatorului, capabilităţile furnizorului şi seturile de comenzi - pentru a furniza planul de testare şi seturile tip „service packages” de mari dimensiuni. Autorul a realizat utilitare de descărcare (din spaţiul central de stocare Siemens), asamblare şi etichetare automată a modulelor software de corecţie - „patches” – lucru care necesita înainte un mare efort din partea inginerilor de testare.

3 Servere şi servicii în comunicaţii mobile

3.1 Servere

În lumea de astăzi avem o multitudine de servicii oferite în toate domeniile: în telecomunicaţii, în reţele de calculatoare, în Internet. Software-ul ca un serviciu (SaaS) este tot mai mult utilizat, oferind atât stabilitate cât şi performanţă:

prin utilizarea unei ferme de servere se ajunge atât la stabilitate şi cât şi la performanţă (de exemplu infrastructura Google şi Amazon Elastic Compute Cloud - Amazon EC2)

accesibilitatea se obţine prin utilizarea internetului pentru accesul la resurse. Aşadar, serviciile sunt disponibile oriunde Internet-ul este disponibil, deci aproape peste tot. Cu toate acestea, nu putem vorbi despre server fără a discuta despre servicii pentru că

ele sunt ceea ce oferă serverele clienţilor. Arhitectura client-server este o arhitectură de calcul, care separă un client de un server

şi este aproape întotdeauna folosită într-o reţea de calculatoare. Fiecare client sau server conectat la o reţea poate fi numit în continuare un nod. Tipul cel mai comun al arhitecturii client-server are doar două tipuri de noduri: clienţi şi servere. Aceasta permite dispozitivelor partajarea fişierelor şi resurselor.

Serverul oferă unul sau mai multe servicii pentru client. În reţelele de telecomunicaţii putem găsi serverele şi serviciile furnizate de servere în mai multe locuri: Intelligent Networks (IN) - SCP - Service Control Point, împreună cu SDP – Service Data Point şi de SMS - Service Management System: acestea oferă diferite servicii clienţilor abonaţii mobile sau fixe. Serviciile sunt administrate la sistemele de servicii de management şi apoi puse la dispoziţia abonaţilor prin SDP şi SCP; MNP Portabilitatea numerelor mobile (sau LNP - Local NP, WLNP - Wireless Local NP). Pentru a oferi serviciul NP, reţeaua de telecomunicaţii are nevoie de un server de MNP care va oferi informaţii de rutare pentru un anumit abonat (fix sau mobil).

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

12

Fiecare instanţă a software-ului client poate trimite cererile de date la unul sau mai multe servere conectate. La rândul său, serverele pot accepta aceste cereri, le pot prelucra şi pot returna informaţiile solicitate la client. Cu toate că acest concept poate fi aplicat dintr-o varietate de motive pentru mai multe tipuri diferite de aplicaţii, arhitectura rămâne fundamental aceeaşi.

3.2 Serviciile

Serviciul este ceea ce serverul oferă clientului, atunci când răspunde la cererea clientului. De exemplu, în reţelele de telecomunicaţii inteligente (IN), serviciile oferite sunt: numere de telefon gratuite, mobile Number Portability (MNP) serviciul de portare a numărului şi Number Translation Service (NTS) serviciul de translatare a numărului, televoting, servicii preplătite, VPN - Virtual Private Network, portabilitatea numerelor. Exemple din reţelele de calculatoare sunt: servicii web, serviciile de transfer de fişiere şi servicii de baze de date

3.3 Servicii multimedia şi conceptele de reţea După cum se reflectă în termenul multimedia, serviciile noi ar necesita existenţa

simultană a mai mult de un singur tip de informaţie. Din punct de vedere al reţelei, aceasta înseamnă că fie diferite tipuri de informaţii ar trebui să fie tratate ca un flux unic, fie că diferite fluxuri de informaţii care aparţin aceleiaşi sesiuni de utilizator ar trebui să fie păstrate sincronizate, astfel încât, aplicaţiile să funcţioneze corespunzător, între utilizatorii de comunicare. În primul caz, video, audio şi datele sunt codificate de terminal şi depuse la reţea ca un flux unic de informare, în timp ce, în al doilea caz, reţeaua oferă mecanisme de identificare şi de manipulare a fluxurilor de informaţii corelate.

Presupunând că fiecare flux este transmis printr-o conexiune separată, existenţa mai multor fluxuri pentru o singură sesiune conduce la conceptul de mai multe apeluri multiconectate, o cerinţă ce este valabilă în general pentru comunicaţii multicast independent de modul în care sunt prezentate informaţiile în reţea. În sesiunile de multicast un utilizator ar trebui să se poată conecta sau deconecta în orice moment, ceea ce înseamnă că fiecare conexiune individuală din cadrul unei sesiuni ar trebui să fie tratată ca o singură entitate.

O altă cerinţă ce decurge din natura serviciilor multimedia este interactivitatea şi negocierea cu reţeaua şi/sau de terminalele de recepţie, care este considerată ca fiind capacitatea utilizatorului de a controla şi modifica sesiunea sa nu numai în faza de stabilire şi încheiere a conexiunii, dar şi pe toată durata de viaţă a sesiunii. Un exemplu tipic este serviciul Video on Demand în care caz se presupune că utilizatorul navighează printre diferite surse video.

Protocolul Internet a fost iniţial dezvoltat pentru a susţine un simplu serviciu de transfer de date fiabil şi fără orientare pe conexiuni, prin reţele locale (LAN) interconectate cu routere.

Quality of Service (QoS) a fost menţinut prin protocoale de nivel superior ca TCP / IP, care oferă un mecanism de retransmitere a pachetelor, pentru a retransmite datele pierdute. Creşterea cererii pentru servicii multimedia în timp real şi creşterea dramatică a Internetului a dus la conceptul de servicii integrate de Internet, care ar trebui să poată oferi în afară de livrarea garantată de pachete, alte cerinţe QoS mai stricte, precum întârziere şi sincronizare "end-to-end''. Pentru a face acest lucru, reţeaua ar trebui să recunoască şi să manipuleze clase de servicii diferite, în timp ce utilizatorul să poată solicita un serviciu într-o clasă de calitate deosebită. Deoarece nu există nicio semnalizare pentru comunicare user- reţea la Internet, mai multe mecanisme de control au fost dezvoltate în acest scop.

Protocolul cu Rezervare de Resurse (RSVP) oferă mijloacele pentru cererea utilizatorului prin care solicită o anumită categorie de servicii şi pentru a transfera acesta cerere la routerele de Internet care rezervă resursele de reţea corespunzătoare fluxului necesar.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

13

În prezent, RSVP permite utilizatorului să aleagă între trei clase de servicii, fiecare oferind caracteristici QoS distincte. Serviciul "garantat" oferă o întârziere delimitate şi nici o pierdere de transmisie pentru traficul conform, serviciul „încărcare controlată” tolerează puţine pierderi, garantând o de lăţime de bandă minimă şi este orientată spre aplicaţii care se adaptează la întârziere, în timp ce serviciul „best effort” nu oferă nici o garanţie şi este adecvat pentru serviciile care se adaptează la întârziere şi lăţimea de bandă disponibilă.

3.4 Serviciile în telecomunicaţii

Inteligenţa permite unui sistem să exploateze capacităţile sale de bază pentru a îmbogăţi setul de servicii oferite. Reţeaua de telefonie oferă o facilitate simplă de comutaţie şi nu este potrivită pentru introducerea de rutări noi, de capacităţi de tarifare şi de translaţie de numere într-un mod de sine stătător, fără ajutor. Disponibilitatea switch-urilor controlate prin program a deschis calea introducerii serviciilor bazate pe comutaţie, numite servicii suplimentare, subliniind în acelaşi timp, potenţialul şi limitele acestui tip de soluţie. Prestarea de servicii suplimentare impune modificarea şi îmbogăţirea procesării de bază a apelurilor, efectuate de switch-uri ce furnizează serviciul de apelare, în toate nodurile care suportă noile funcţionalităţi.

Ideea fundamentală din spatele IN este de a plasa inteligenţa cerută necesară pentru furnizarea unui serviciu complex în servere IN dedicate, în loc să modifice software-ul de prelucrare a apelului în fiecare switch din reţea. Procedând astfel, funcţionalitatea switch-ului este limitată la prelucrarea de bază a apelului, având în plus, la identificarea apelării unor servicii IN şi la rutarea acestor apeluri la serverul IN. Prima soluţie a fost pusă în aplicare în Statele Unite la începutul anilor 80 pentru a sprijini serviciul numărului verde. Serviciul Numărul Verde, numit şi serviciul 800, permite părţii apelate prin intermediul numărului 800 să plătească pentru costul apelurilor primite. Cum un număr mare de servicii poate fi furnizat combinând componente de servicii de nivel scăzut, un răspuns bun la această problemă este standardizarea componentelor serviciilor.

Suportul adecvat de reţea pentru serviciile multimedia necesită o arhitectură mai abstractă decât standardele IN actuale. Aici se poate deja vorbi de arhitectura IMS, care adaugă serviciile multimedia pentru reţelele cu comutaţie de pachete.

3.5 Managementul reţelelor de comunicaţii mobile

Telecommunication Management Network este un model de protocol definit de ITU-T pentru gestionarea unor sisteme deschise într-o reţea de comunicaţii. Acesta face parte din seria M.3000 a recomandării ITU-T şi se bazează pe specificaţiile de management OSI în recomandările ITU-T seria X.700 (figura 3-1).

TMN oferă un cadru pentru realizarea de interconectări şi comunicaţii între sisteme eterogene de operare şi reţelele de telecomunicaţii. Pentru a realiza acest lucru, TMN defineşte un set de puncte de interfaţă pentru elementele care efectuează procesarea efectivă a comunicaţiilor (cum ar fi o centrală de procesare a apelurilor) pentru a fi accesate de către alte elemente, cum ar fi staţii de lucru de management, pentru monitorizarea şi controlul acestora. Interfaţa standard permite ca entităţile de la diferiţi producători să fie încorporate într-o reţea sub un control de management unic.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

14

Pentru comunicarea între sistemele de management şi NE (elemente de reţea), se foloseşte protocolul comun de gestionare a informaţiilor (Common management information protocol - CMIP) sau dispozitive de mediere, atunci când se foloseşte interfaţa Q3.

Nivelul de management al afacerilor în comunicaţii face analiza evoluţiei (inclusiv cu predicţie financiară), a calităţii, a aspectelor comerciale (direct implicate în modelul “facturare” – extins la înregistrarea şi evaluarea tuturor evenimentelor din reţea). Nivelul de management al Serviciilor se ocupă de crearea, administrarea şi contorizarea serviciilor. Nivelul de management al Reţelei are funcţiile de alocare a resurselor distribuite: configurare, monitorizare şi control. Nivelul de management al Elementelor de Reţea face comanda nodurilor de reţea – transmiterea, colectarea şi procesarea informaţiilor (înregistrări) de stare (inclusiv alarme) în vederea automatizării mentenanţei hardware şi software.

TMN-ul prezintă cinci funcţii de bază: managementul erorilor (FM - Fault Management detecţie, înregistrare, raportare, izolare), managementul conturilor (AM – Account Management colectarea, salvarea şi livrarea informaţiilor de contorizare şi de plată), managementul performanţelor (PM – Performance Management, colectarea, salvarea şi livrarea datelor statistice de funcţionare, în vederea optimizării reţelei), managementul configuraţiilor (CM – Configuration Management instalarea echipamentului de reţea, setarea de parametri, configurarea capacităţilor utilizate), managementul securităţii (SM – Security Management administrarea funcţiilor de autorizare şi de acces multiplu, protecţia la intruziune).

Datele oferite de sistemele de management al reţelelor pot fi utilizate ulterior pentru postprocesare în sisteme SPOTS (Suport, Planificare, Operare & mentenanţă şi analiza Traficului în Sistem) şi pentru optimizarea serviciilor oferite abonaţilor, după cum este propus în capitolul 6.

Un protocol utilizat în TMN este SNMP. În utilizarea tipică a SNMP, există o serie de sisteme care sunt gestionate şi unul sau mai multe sisteme de gestionare a acestora. O componentă software numită agent rulează pe fiecare sistem gestionat şi raportează informaţiile, prin intermediul SNMP la sistemele de gestionare. În esenţă, agenţii SNMP expun datele de gestionare a sistemelor administrate sub formă de variabile (cum ar fi "memorie liberă", "numele de sistem", "numărul de procesele", "ruta default"). Configurarea şi operaţiunile de control sunt utilizate numai atunci când schimbările sunt necesare pentru infrastructura de reţea. Operaţiunile de monitorizare sunt de obicei efectuate în mod regulat.

SNMP foloseşte un design extensibil, în care caz informaţiile disponibile sunt definite în baze de informaţii de gestiune (management information bases - MIB). MIB-ul descrie structura de gestionare a datelor unui subsistem al unui obiect; el utilizează un spaţiu de nume ierarhic care conţine identificatori obiect (OID). Se poate spune că fiecare OID identifică o variabilă sau un set ce poate fi citit prin SNMP. MIB-ul utilizează notaţia definită de ASN.1. În domeniul telecomunicaţiilor şi al reţelelor de calculator, Abstract Syntax Notation One (ASN.1) este un standard de notaţie flexibil, care descrie structuri de date pentru reprezentarea, codificarea, transmiterea, precum şi decodare datelor.

Figura 3-1 Modelul de management al reţelelor de comunicaţii

Managementul integrat

ManagementulBusiness Afacerilor

ManagementulBusiness Serviciilor

Elementelor (Nodurilor) de Reţea

Necesităţi comerciale

Evoluţia standardelor & tehnologiilor

ManagementulBusiness Reţelei

Managementul

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

15

ASN.1 este un standard comun ITU-T şi ISO, iniţial definit în 1984, ca parte a CCITT X.409: 1984. ASN.1 a primit propriul său standard, X.208, în 1988 (revizuit în 1995) din cauza aplicabilităţii largi., versiunea actuală este seria X.680. Un subgrup adaptat ASN.1, Structura de Management al Informaţiei (SMI), este specificată în SNMP pentru a defini seturi de obiecte legate de MIB; aceste seturi sunt numite module de MIB.

Un sistem de management de reţea (SNM) execută aplicaţii de monitorizare şi control al dispozitivelor gestionate. NMS-urile execută cea mai mare parte a prelucrării şi foloseşte cea mai mare parte a resurselor de memorie necesare pentru gestionarea reţelei.

Aceste date furnizate de sistemul TMN, prin intermediul serviciilor SPOTS, utilizând protocoale SNMP şi Q3 vor fi utilizate ca date de intrare (opţionale) pentru serviciul de decizie de handover prezentat în capitolul 6. Acesta este implementat pe platforma telecom ATCA ce este prezentată în continuare.

3.6 Integrarea de servere şi servicii pe ATCA

Pe platforma ATCA au implementate componentele unui sistem IMS, bazat pe pachetul open-source OpenIMS. 3GPP a standardizat funcţii în loc de noduri, astfel arhitectura IMS este o colecţie de funcţii interconectate prin interfeţe standard. Se poate observa că terminalul foloseşte o legătură radio pentru a se ataşa la reţea şi că IMS suportă şi alte tipuri de metode de acces. De exemplu PDA-urile se pot conecta la IMS, iar WLAN, ADSL, UMTS sau HSDPA sunt metode de acces.

Arhitectura IMS se află în teste de integrare şi îmbunătăţire cu mai mulţi operatori din întreaga lume. De aceea eforturile de cercetare şi dezvoltare relative la NGN (Next Generation Networks) vor capta atenţia unei audienţe mari, în special în aria dezvoltare a serviciilor. Componentele OpenIMS sunt: Proxy Call Session Control Function, Interogating Call Session Control Function, Serving Session Control Function, Home Subscriber Service şi serverul de aplicaţii

Dacă în domeniul VoIP există mai multe proiecte open-source pentru clienţi SIP, servere VoIP, cum ar fi Asterisk, toate bazate pe standardele IETF, în cadrul IMS, până la apariţia OpenIMS Core, nu exista nici un proiect open-source. Proiectul OpenIMS Core implementează funcţiile de control al sesiunii (CSCF-urile) şi un HSS minimal, care împreună, formează nucleul tuturor arhitecturilor IMS/NGN specificate de 3GPP, 3GPP2 şi ETSI TISPAN. Cele patru componente sunt bazate pe soluţii gratuite (SIP Express Router sau MySQL).

Funcţiile de control a sesiunii sunt bazate pe proiectul open-source SER (SIP Express Router) şi reprezintă o extensie a acestuia. SER este un server SIP de înaltă performanţă şi configurabil aflat sub licenţa open-source GNU GPL. Se poate comporta ca o autoritate de înregistrare, server de redirectare şi poate fi configurat pentru roluri special, cum ar fi load balancing sau interfaţă către anumite servere de aplicaţii.

Proiectul OpenIMS are la bază trei componente, bazate pe SER, pcscf, icscf şi scscf. SER pcscf este punctul de graniţă între nucleul arhitecturii IMS şi utilizator. Numai utilizatorii înregistraţi au dreptul de a introduce mesaje în nucleu. SER icscf şi SER scscf sunt conectate la FHoSS prin interfaţa Cx. Modulele SER comunică între ele prin interfaţa Mw folosind SIP.

Evaluarea comportării fiecărei entităţi a fost făcută prin studiul unor scenarii specifice standardelor IMS, prin analiză de protocol. Arhitectura studiată se poate segmenta în trei nivele logice: nivelul utilizatorului, cel al platformei OpenIMS şi cel corespunzător serverelor de aplicaţii. Pentru realizarea studiului componentelor nivelului platformei IMS s-au configurat clienţi la nivelul utilizatorului şi servere de aplicaţii la nivelul corespunzător.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

16

Platforma OpenIMS este foarte extensibilă, ceea ce permite dezvoltarea altor componente specifice NGN. La nivelul serverelor de aplicaţii se poate ataşa orice tip de server ce poate procesa mesaje SIP, şi ideal, şi negociere Diameter pentru o emulare cât mai aproape de platformele existente a interfeţei Sh. SIP este folosit pentru a mapa adresa IP, la care poate fi găsit utilizatorul, din identitatea publică a utilizatorului respectiv.

3.7 Tehnici de programare a serviciilor şi integrare business

În paragraful de faţă propun programarea serviciilor pe baza BPEL (Business Process Execution Language), în cadrul uni concept larg, tot mai răspândit în telecomunicaţii – „integrarea business”. Această tendinţă actuală urmează după recenta „integrarea IT” - a reţelelor de calculatoare cu reţelele de comunicaţii – posibilă datorită comutaţiei unificate (pe care am ilustrat-o prin implementarea în ATCA, prezentată în capitolul 2) şi a tehnicilor de comutare a fluxurilor multimedia („streaming”) – pe care am orientat majoritatea studiilor de caz şi a părţilor experimentale ale acestei lucrări de doctorat.

Această secţiune prezintă principalele concepte SOA şi oferă o scurtă prezentare a BPEL. Folosind BPEL, în capitolul 6 se va implementa un serviciu pentru Management bazat pe QoS în Comunicaţii Mobile în Multi-modale.

Portabilitatea serviciilor dezvoltate este unul din avantajele principale – soluţia dezvoltată cu BPEL trebuie sa fie portabilă intre diferite sisteme de operare şi platforme.

Utilizând această abordare SOA, se poate lua un serviciu de evaluare QoS care a fost dezvoltat deasupra infrastructurii de comunicaţii mobile existente, şi integra într-un proces de afaceri care oferă realocarea de trafic. Pentru design-ul acestui proces se va utiliza BPEL. BPEL (The Business Process Execution Language) este un limbaj bazat pe XML şi oferă întreprinderilor un standard industrial pentru orchestraţia şi execuţia procesului de afaceri. Folosind BPEL, un proces de afaceri care integrează o serie de servicii discrete este proiectat într-un flux de procese de tip end-to-end. BPEL se bazează pe schema XML, pe protocolul SOAP, precum şi pe Web Services Description Language (WSDL). Fiecare componentă permite executarea unui set specific de sarcini: mediul de proiectare (JDeveloper BPEL Designer sau Eclipse BPEL Designer) permite proiectarea şi instalarea proceselor BPEL. Când proiectarea este completă, procesul este implementat din mediul de proiectare în serverul Oracle BPEL. Dacă implementarea reuşeşte, procesul BPEL poate fi gestionat din consola Oracle BPEL.

4 Algoritmii QoS în comunicaţiile mobile În prezent, algoritmii calităţii serviciilor (QoS) pot fi găsiţi aproape peste tot şi mai ales

în domeniile în care resursele disponibile sunt limitate şi se intenţionează maximizarea utilizării resurselor. Un astfel de domeniu este cel al telecomunicaţiilor mobile.

În domeniul reţelelor cu comutaţie de pachete şi reţele informatice, termenul de calitatea serviciilor - Quality of Service (QoS) în ingineria traficului se referă la probabilitatea reţelei de telecomunicaţie de a satisface un anumit contract de trafic, sau, în multe cazuri, este folosit informal pentru a se referi la probabilitatea reuşitei unui pachet de a trecere prin două puncte din reţea în perioada de latenţă dorită.

În domeniul telefoniei, calitatea serviciilor de telefonie QoS a fost definită de ITU ca efectul cumulativ al tuturor imperfecţiunilor care afectează o conversaţie telefonică asupra satisfacţiei abonatului. Această definiţie include în evaluare factorul uman şi implica o ponderare subiectiv adecvată a diverselor defecte, cum ar fi zgomotul şi tonurile de pe circuit, nivelul volumului, ecouri sesizabile, etc. şi include nivelul de serviciu.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

17

Odată cu apariţia reţelelor de telefonie digitale, au apărut noi tipuri de deficienţe, cum ar fi efectele erorilor de biţi în codec-uri, împreună cu o tendinţă de a exprima QoS din punct de vedere al parametrilor de inginerie, care pot fi măsuraţi în mod obiectiv, eliminând incertitudinea cu privire la subiectivitatea umană.

4.1 Probleme legate de calitatea serviciilor (QoS)

Pe măsură ce călătoresc de la origine la destinaţie, pachetele pot trece prin situaţii multiple care se pot clasifica în următoarele probleme: pachete pierdute, întârzieri, jitter, livrare out-of-order şi erori.

4.2 Mecanismele pentru asigurarea QoS

Calitatea serviciilor poate fi asigurată prin supradimensionarea generoasă a reţelei, astfel încât liniile interioare să fie considerabil mai rapide decât liniile de acces. Această abordare este relativ simplă şi poate fi fezabilă din punct de vedere economic pentru reţele de bandă largă cu încărcări de trafic uşoare şi previzibile. Performanţa este rezonabilă pentru multe aplicaţii, în special pentru cele de natură să tolereze jitter mare.

Serviciile comerciale VoIP sunt adesea competitive în raport cu serviciul de telefonie tradiţional, în ceea ce priveşte calitatea apelului, chiar dacă, de obicei, mecanismele de QoS nu sunt utilizate la conectarea utilizatorului la ISP-ul său şi la conexiunea furnizorului de VoIP la un ISP diferit. Cu toate acestea, în condiţii de încărcare mare, calitatea VoIP scade la calitatea celularului sau chiar mai rău. Matematica traficului de pachete de date indică faptul că o reţea cu QoS poate suporta de patru ori mai multe apeluri cu cerinţele de jitter stricte decât o reţea fără QoS. Măsura în care se face supradimensionarea în liniile interioare necesară înlocuirii QoS depinde de numărul de utilizatori şi cerinţele lor de trafic. Deoarece Internet-ul a ajuns acum la peste un miliard şi jumătate de utilizatori, şansele ca supradimensionarea să elimine nevoia de QoS sunt mici din moment ce VoIP şi serviciile video devin tot mai frecvente.

Iniţial s-a utilizat filozofia "IntServ" de a rezerva resurse de reţea. În acest model, aplicaţiile foloseau Protocolul de Rezervare Resurse (Resource Reservation Protocol RSVP) pentru a solicita şi rezerva resursele reţelei. A doua abordare şi cea acceptată în prezent este "DiffServ" sau servicii diferenţiate. În modelul Diffserv, pachetele sunt marcate în funcţie de tipul de serviciu de care acestea au nevoie. Ca răspuns la aceste marcaje, routerele şi switch-urile utilizează strategii diferite de aşteptare pentru a se adapta la cerinţele de performanţă. (La nivelul de IP, marcajele differentiated services code point (DSCP) utilizează cei 6 biţi din antetul pachetului IP. La nivelul MAC, se poate utiliza VLAN, IEEE 802.1Q, MPLS şi IEEE 802.1D pentru a transporta, în esenţă, aceleaşi informaţii).

4.3 Algoritmi de formare a traficului: „Leaky bucket” şi „Token Bucket”

Algoritmul găleţii care curge „Leaky bucket” poate fi înţeles conceptual după cum urmează: pachetele sosite (network layer PDUs) sunt plasate intr-o găleată care este găurită în partea de jos. Găleata poate pune în coada de aşteptare cel mult b octeţi. Dacă un pachet soseşte când găleata este plină, pachetul este eliminat. Pachetele se scurg prin gaura din găleată în reţea la o rata constanta de r octeţi pe secundă, nivelând astfel vârfurile de trafic.

Dimensiunea „b” a găleţii este limitată de memoria disponibilă a sistemului. Algoritmul „Generic Cell Rate” utilizat în modelarea traficului reţelelor ATM este echivalent cu algoritmul găleţii care curge.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

18

Implementarea algoritmului Leaky-bucket nu foloseşte eficient resursele disponibile în reţea. Deoarece rata de scurgere este un parametru fix, sunt multe cazuri în care volumul traficului poate fi foarte scăzut şi mari porţiuni din resursele de reţea (în special, lăţimea de bandă) să nu fie utilizate. Prin urmare, nu există niciun mecanism în acestui algoritm care să permită fluxurilor individuale să accelereze până la viteza de port şi să consume în mod eficient resursele de reţea atunci când acestea nu sunt disputate. Implementarea găleţii cu jetoane suportă, cu toate acestea, fluxurile de trafic cu caracteristici de rafală. Implementările galeţii care curge şi a galeţii cu jetoane pot fi combinate pentru a oferi un maxim de control şi eficientă în fluxurile de trafic dintr-o reţea.

Algoritmul găleţii cu jetoane este similar în anumite privinţe cu algoritmul găleţii care curge dar diferenţa primară este aceea ca găleata cu jetoane permite traficului în rafale să-şi continue cursul până la parametrul de revărsare al găleţii. Găleata cu jetoane este un mecanism de control care dictează când poate fi transmis traficul, în funcţie de prezenţa jetoanelor în găleată. Găleata cu jetoane conţine jetoane, fiecare dintre ele reprezentând o unitate de biţi. Administratorul de reţea specifică numărul de jetoane necesar pentru a transmite un anumit număr de biţi; atunci când jetoanele sunt prezente, un flux este permis pentru transmiterea de date. În cazul în care nu există jetoane în găleată, un flux nu poate transmite pachetele sale. Prin urmare, un flux poate transmite pachete până la vârful ratei de revărsare dacă în găleată există jetoanele corespunzătoare şi dacă pragul de revărsare este configurat corespunzător.

Algoritmul poate fi înţeles din punct de vedere conceptual, după cum urmează: un jeton este adăugat în găleată la fiecare 1 / r secunde. Găleata poate suporta maxim b jetoane. Dacă un jeton soseşte când găleata este plină, acesta este eliminat. Când soseşte un pachet (PDU la nivel de reţea) de n octeţi, din găleată sunt scoase n jetoane, iar pachetul este trimis în reţea. În cazul în care mai puţin de n jetoane sunt disponibile, niciun jeton nu este eliminat din găleată, iar pachetul este considerat a fi non-conform.

Algoritmul permite vârfuri de până la b octeţi, dar pe termen lung, transmiterea de pachete conforme este limitată la rata constantă r. Pachetele non-conforme pot fi tratate în diverse moduri: abandonate, puse în coada de aşteptare pentru transmiterea ulterioară în momentul în care s-au acumulat în găleată suficiente jetoane sau transmise, dar marcate ca fiind non-conforme, cu posibilitatea ulterioară de a le elimina dacă reţeaua este supraîncărcată.

4.4 Servicii diferenţiate (DiffServ)

Deoarece reţelele moderne de date transportă multe tipuri de servicii, de la voce, video, streaming de muzică, pagini web şi email, multe dintre mecanismele QoS propuse care au permis acestor servicii să coexiste erau atât complexe cât şi incapabile să răspundă cerinţelor Internetului public. Pentru a contracara această problemă, în 1998, IETF a publicat RFC 2475 arhitectura DiffServ.

Diffserv este un mecanism de gestionare a traficului, bazat pe clase, fără să intre în detaliile fluxurilor de date pe care le procesează. În contrast, IntServ este un mecanism detaliat, bazat pe flux. Decât să diferenţieze traficului în reţea, pe baza cerinţelor unui flux individual, Diffserv funcţionează pe principiul clasificării traficului, fiecare pachet de date fiind plasat într-un număr limitat de clase de trafic. Fiecare router din reţea este configurat să diferenţieze traficul în funcţie de clasa sa. Fiecare clasă de trafic poate fi gestionată în mod diferit, asigurând un tratament preferenţial pentru traficul cu prioritate crescută din reţea. Modelul Diffserv nu alege căror tipuri de trafic trebuie să li se acorde prioritate, deoarece acest lucru este lăsat la latitudinea operatorului de reţea. Diffserv oferă, pur şi simplu, un cadru care să permită clasificarea şi tratamentul diferenţiat.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

19

Diffserv recomandă totuşi un set standardizat de clase de trafic (discutate mai jos) pentru a face mai simplă interoperabilitatea între reţele diferite şi echipamente diferite ale furnizorilor. Un grup de routere care implementează politici comune definite administrativ DiffServ sunt denumite Domeniu DiffServ. Traficul de reţea care intră într-un domeniu Diffserv este supus clasificării şi de condiţionării. Traficul poate fi clasificat de către mai mulţi parametri diferiţi, cum ar fi adresa sursă, adresa de destinaţie sau de tipul de trafic şi încadrat într-o anumită categorie de trafic. Clasificatorii de trafic pot onora orice marcaj Diffserv în pachetele primite sau pot alege să ignore sau să treacă peste aceste marcaje. Traficul din fiecare clasă poate fi în continuare condiţionat de supunerea acestuia la limitatori de rată, monitori de trafic sau modelatori.

Comportamentul Per-Hop este indicat codând o valoare de 6 biţi - numită Differentiated Services Code Point (DSCP) în câmpul de 8 biţi de Servicii Diferenţiate (DS) ai antetului pachetului IP. În teorie, o reţea ar putea avea până la 64 (26) clase de trafic diferite folosind marcaje diferite în DSCP. RFC Diffserv recomandă, dar nu cer, anumite codificări care oferă unui operator de reţea o flexibilitate mare în definirea claselor de trafic. În practică, însă, cele mai multe reţele utilizează în mod frecvent următoarele comportamente Per-Hop: Default PHB - care este de obicei traficul best-effort, Expedited Forwarding (EF) PHB - pentru pierderi mici, latenţă scăzută în trafic, Assured Forwarding (AF) - grup ce asigură livrarea pachetelor cât timp acestea respectă rata subscrisă şi Class Selector PHBs - care sunt prevăzuţi să menţină compatibilitatea inversă cu domeniul de precedenţă IP

Pentru a preveni problemele asociate cu eliminarea cozii, adesea se utilizează algoritmi de detectare aleatorie (RED) sau detectare aleatorie ponderată (WRED) pentru eliminarea de pachete. De obicei, traficul de modelare este necesar pentru a codifica precedenţa de eliminare. În mod obişnuit, traficului alocat unei clase ii este iniţial acordat o precedenţă de eliminare scăzută. Pe măsură ce rata de trafic depăşeşte pragurile subscrise, policer-ul va creşte precedenţa de eliminare a pachetelor ce depăşesc pragul.

Înaintea Diffserv, reţelele IP puteau folosi câmpul de precedenţă în octetul Type of Service (TOS) din antetul IP pentru a marca traficul prioritar. Octetul TOS şi precedenţa IP nu au fost utilizate pe scară largă. IETF a fost de acord să reutilizeze octetul TOS ca DS pentru reţelele Diffserv. În scopul de a menţine compatibilitatea inversă cu dispozitivele de reţea care încă utilizează câmpul Precedenta, Diffserv defineşte clasa Selector PHB. Codepoint-urile Class Selector sunt de forma "xxx000". Primii trei biţi sunt biţi de precedenţă IP. Fiecare valoare de precedenţă IP poate fi mapată într-o clasă Diffserv. În cazul în care un pachet este primit de la un router care nu suporta Diffserv şi care a utilizat markeri de precedenţă IP, routerul Diffserv poate înţelege în continuare codificarea ca un codepoint Class Selector. Un flux de date care arată principiul Diffserv poate fi văzut în figura următoare:

Un avantaj al Diffserv este că toată modelarea şi clasificarea se face la graniţele dintre norii Diffserv. Acest lucru înseamnă că, în nucleul Internet-ului, routerele pot continua rutarea, fără a le păsa de complexitatea obţinerii plăţilor sau de executarea acordurilor.

Un dezavantaj este acela că, detaliile despre modul în care fiecare router face faţă unui domeniu de servicii este oarecum arbitrar şi este dificil de prezis comportamentul end-to-end (de la un capăt la altul). Acest lucru este complicat suplimentar dacă un pachet traversează doi sau mai mulţi nori Diffserv înainte de a ajunge la destinaţie.

Cel mai mare dezavantaj al Diffserv este că, la cel mai înalt nivel, el poate fi privit ca o soluţie tehnică pentru o problemă care nu există. Deoarece Diffserv este pur şi simplu un mecanism folosit pentru a decide care pachete să fie întârziate şi care eliminate, în detrimentul altora, în situaţia în care nu există suficientă capacitate în reţea, se consideră că, atunci când Diffserv lucrează prin eliminarea selectivă a pachetelor, traficul de pe legătura în cauză trebuie să fie deja foarte aproape de saturaţie.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

20

Orice creştere ulterioară a traficului va duce la eliminarea serviciilor de tip best-effort. Deoarece traficul pe Internet este foarte fluctuant, este destul de sigur ca acest lucru să se întâmple în mod regulat în cazul în care traficul pe o legătură este aproape de limita de la care Diffserv devine necesar.

Prin urmare, Diffserv este, pentru cei mai mulţi ISP, în principal, un mod de a raţionaliza utilizarea reţelei de către client pentru a permite o supra-rezervare mai mare a capacităţii lor.

4.5 Servicii integrate (IntServ)

În reţelele de calculatoare, IntServ sau serviciile integrate sunt o arhitectură care specifică elementele care garantează calitatea serviciilor (QoS) în reţele. IntServ, de exemplu, poate fi folosit pentru a permite ca fluxul video şi cel audio să ajungă la receptor fără întrerupere. IntServ specifică un sistem QoS detaliat, care este adesea în contrast cu sistemul de control Diffserv mai puţin detaliat.

Ideea IntServ este aceea ca fiecare router din sistemul implementează IntServ şi fiecare aplicaţie care necesită un fel de garanţii trebuie să facă o rezervare individuală. "Flow Specs" descrie pentru ce este rezervarea, în timp ce "RSVP" este mecanismul de bază pentru a-l semnala de-a lungul reţelei.

Resource ReSerVation Protocol (RSVP) este descris în RFC 2205. Toate maşinile din reţea, capabile să transmită date QoS trimit un mesaj PATH la fiecare 30 de secunde, care se răspândeşte prin intermediul reţelelor. Cei care vor să le asculte trimit un mesaj RESV corespunzător (prescurtarea de la "reserve") care apoi urmează calea înapoi la expeditor. Mesajul RESV conţine specificaţiile de debit.

Routerele între expeditor şi receptor trebuie să decidă dacă acestea pot suporta rezervarea solicitată şi, în cazul în care ele nu pot, trimite un mesaj de respingere la receptor pentru a-l informa. În caz contrar, odată ce accepta rezervarea, trebuie să efectueze traficul.

Routerele apoi păstrează descrierea fluxului şi, de asemenea, un set de politici asociate. Dacă nu se recepţionează nimic pentru o anumită perioadă de timp, atunci cititorul va expira şi rezervarea va fi anulată. Aceasta rezolvă problema pentru cazul în care expeditorul sau receptorul sunt opriţi în mod incorect, fără a anula rezervarea. Routerele individuale pot alege setul de politici de trafic pentru a verifica dacă el este conform cu specificaţiile de debit.

Problema cu IntServ constă în faptul că multe stări trebuie să fie stocate în fiecare router. Ca rezultat, IntServ lucrează la o scară mică, dar pe măsură ce se trece la un sistem de dimensiunea Internetului, devine dificilă urmărirea tuturor rezervărilor. Ca urmare, IntServ nu este foarte popular.

O cale de a rezolva această problemă este utilizarea abordării multi-nivel, în care rezervarea resurselor per-microflow (de exemplu, rezervări de resurse pentru utilizatorii individuali) se face în reţeaua de margine, în timp ce, în reţeaua de bază, resursele sunt rezervate numai pentru fluxurile agregate. Routere care se află între aceste niveluri diferite trebuie să se adapteze la lăţimea de bandă totală rezervată de la reţeaua centrală, astfel încât, cererile de rezervare pentru fluxurile individuale din reţeaua de margine să poate fi satisfăcute mai bine. A se vedea RFC 3175.

În mod tradiţional, aceste servicii diferite au fost realizate prin intermediul reţelelor separate: voce pe reţeaua de telefonie, datele privind reţele de calculatoare sau reţele locale (LAN), teleconferinţe video de pe reţele corporative private, precum şi de televiziune, difuzate la radio sau prin reţele de cablu. Aceste reţele sunt, în mare parte, proiectate pentru o anumită aplicaţie şi nu sunt potrivite pentru alte aplicaţii.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

21

De exemplu, reţeaua de telefonie tradiţională este prea zgomotoasă şi ineficientă pentru comunicarea de date în burst-uri (dar totuşi pentru ultima porţiune, la majoritatea furnizorilor încă se folosesc firele de cupru tradiţionale cu tehnologii ca xDSL). Reţelele de televiziune care folosesc mediul radio sau cablul sunt reţele cu emisie masivă, dar cu facilităţi minime de comutare.

Este de dorit să existe o singură reţea pentru furnizarea tuturor acestor servicii de comunicaţii în scopul de a realiza economii de partajare. Aceasta economie motivează ideea generală a unei reţele integrate de servicii. Integrarea evită nevoia de reţele suprapuse, ceea ce complică gestionarea reţelei şi reduce flexibilitatea în introducerea şi evoluţia serviciilor. Această integrare este posibilă o dată cu progresele în domeniul tehnologiilor de bandă largă şi de procesare de mare viteză a informaţiilor.

Deşi există structuri de reţea care pot întreţine servicii în bandă largă, un procent tot mai mare de bandă largă şi furnizorii de MSO optează pentru structurile de reţea pe fibră optică pentru a sprijini atât cerinţele de lăţime de bandă prezente cât şi viitoare.

Reţelele moderne trebuie să transporte trafic integrat care constă în voce, video şi date. Tipurile de trafic susţinute de o reţea de bandă largă pot fi clasificate în funcţie de trei caracteristici: lăţime de bandă (bandwidth), latenţă, variaţia întârzierii (Cell-delay variation - CDV).

4.6 Asynchronous Transfer Mode - ATM

ATM a fost menit să asigure un standard de reţea unificat, care ar putea sprijini atât reţelele cu canal sincron (PDH, SDH) cât şi reţeaua bazată pe pachete (IP, Frame Relay, etc), în timp ce susţine mai multe niveluri de calitate a serviciului pentru traficul de pachete.

Ca rezultat, ATM oferă o tehnologie extrem de complexă, cu caracteristici destinate aplicaţiilor care variază de la reţelele globale de telecomunicaţii la reţele private locale de calculatoare. ATM a fost un succes parţial ca tehnologie, cu răspândire pe scară largă, dar în general utilizat numai ca transport pentru traficul IP; scopul său, de a oferi o tehnologie unică integrată pentru LAN-uri, reţele publice şi serviciile de utilizator a eşuat în mare măsură. În momentul de faţă ATM este utilizat în „backbone-urile” multor operatori de reţele de telefonie mobilă, fiind utilizate pentru semnalizare, date de voce şi trafic (planul de utilizator IP ).

ATM este un nivel de transport bazat pe canale. Acest lucru este cuprins în conceptul de cale virtuală (VP) şi circuit virtual (VC). Fiecare celulă ATM are o pereche Virtual Path Identifier de 8 sau 12-biţi (VPI) şi Virtual Circuit Identifier de 16-biţi (VCI) definită în antetul său. Lungimea VPI variază în funcţie de destinaţie, dacă celula este trimisă pe interfaţa de reţea (pe marginea reţelei) a utilizatorului, sau dacă este trimisă pe interfaţa de reţea a reţelei (în interiorul reţelei). Pe măsură ce aceste celule traversează o reţea ATM, trecerea se realizează prin schimbarea valorilor VPI / VCI. Deşi valorile VPI / VCI nu sunt neapărat consecvente de la un capăt la celălalt al conexiunii, conceptul unui circuit este coerent (spre deosebire de IP, caz în care fiecare pachet ar putea ajunge la destinaţie printr-o cale diferită de a celorlalte pachete). Un alt avantaj al utilizării de circuite virtuale este posibilitatea de a le folosi ca pe un strat de multiplexare, care să permită diferitelor servicii (cum ar fi voce, frame relay, IP, SNA, etc) să partajeze o conexiune ATM comună, fără a interfera.

Un alt concept ATM cheie este cel al contractului de trafic ATM ce fac parte din mecanismul prin care este asigurată "Quality of Service" (QoS). Există patru tipuri de bază (şi mai multe variante), fiecare cu câte un set de parametri care descriu conexiunea: CBR - rata de biţi constantă, VBR - rata de biţi variabilă, ABR - rata de biţi disponibilă, UBR - rată de biţi nespecificată, VBR - are variante în timp real şi în timp non-real.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

22

Majoritatea claselor de trafic introduc şi conceptul de toleranţă la variaţia întârzierii celulelor (Cell Delay Variation Tolerance CDVT), care defineşte "aglomerarea" celulelor în timp. Contractele de trafic sunt de obicei menţinute prin utilizarea de "Shaping" (formare), o combinaţie de aşteptare şi de marcare de celule şi aplicate de către "Policing” (politică).

Formarea traficului se face de obicei la punctul de intrare într-o reţea ATM şi încearcă să se asigure că fluxul de celule va îndeplini contractul său de trafic. Pentru a menţine performanţa reţelei este posibil să se reducă parametrii unor circuite virtuale împotriva contractelor lor de trafic. În cazul în care un circuit depăşeşte contractul său de trafic, reţeaua poate fie să elimine celulele, fie să marcheze bitul Cell Loss Priority (pentru a identifica o celulă ca fiind ''de eliminat''). Politica de bază funcţionează pe principiul celulă cu celulă, dar acest mod de lucru este sub nivelul optim pentru traficul de pachete încapsulate (deoarece eliminarea unei singure celule invalidează întreg pachetul). Ca urmare, scheme ca Partial Packet Discard (PPD) sau Early Packet Discard (EPD) au fost create pentru a renunţa la o serie de celule, pana la începerea unui nou cadru. Acest lucru reduce numărul de celule redundante în reţea, economisind lăţime de bandă pentru cadrele complete. EPD şi PPD lucrează cu conexiuni AAL5 deoarece utilizează bitul de la sfârşitul cadrului pentru a detecta sfârşitul pachetelor.

4.7 Multiprotocol Label Switching (MPLS) În crearea de reţele informatice şi de telecomunicaţii, Multiprotocol Label Switching (MPLS) este un mecanism de suport de date care emulează unele proprietăţi ale unei reţele cu comutaţie de circuite peste o reţea cu comutaţie de pachete. MPLS funcţionează la un nivel de model OSI, care este considerat în general că se întinde între definiţiile tradiţionale ale nivelului 2 (nivelul legăturii de date) şi nivelului 3 (nivelul de reţea) şi astfel, adeseori este menţionat ca fiind protocol de "nivel 2.5". Acesta a fost proiectat pentru a oferi un serviciu unificat de suport de date atât pentru clienţii pentru comutaţia de circuite cât şi pentru clienţii pentru comutaţia de pachete ce oferă un model de serviciu de datagrame. Acesta poate fi folosit pentru a transporta mai multe tipuri de trafic, inclusiv pachete IP, precum şi ATM, SONET şi cadre Ethernet.

Figura 4-5 Antetul MPLS

O prima motivaţie în proiectarea MPLS a fost aceea de a permite crearea de switch-uri de mare viteză simple, deoarece, pentru o lungă perioadă, a fost imposibil să se transmită pachete IP în întregime în hardware. Totuşi progresele în VLSI au făcut posibile astfel de dispozitive. Avantajele sistemice ale MPLS, cum ar fi capacitatea de a suporta mai multe modele de servicii, de a gestiona traficul, etc., rămân valabile.

MPLS acţionează prin adăugarea la începutul pachetelor a unui antet MPLS, care conţine una sau mai multe "etichete". Aceasta se numeşte o stivă de etichete. Fiecare intrare din stiva de etichete conţine patru câmpuri: o etichetă de valoare de 20 de biţi, un câmp de 3 biţi pentru prioritatea QoS, un bit „sfârşitul stivei”şi un câmp TTL (timp de viaţă) de 8 biţi. Aceste pachete MPLS etichetate sunt transmise (comutate este termenul corect) după o căutare în tabela de etichete, în locul unei interogări în tabela de rutare IP. Căutarea de etichetă şi comutarea de etichete pot fi mai rapide decât obişnuita interogare a tabelei de rutare, pentru că pot avea loc direct în hardware şi nu în CPU.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

23

Când un pachet etichetat este primit de către un router MPLS, este examinată eticheta cea mai de sus. Pe baza conţinutului etichetei, o operaţie de swap (schimbare), push (punere) sau pop (scoatere) poate fi efectuată pe stiva de etichete a pachetului. Routere pot avea tabele de căutare predefinite care, în funcţie de eticheta cea mai de sus a pachetului care intră, le spune ce tip de operaţiune sa facă, astfel încât routerele să poată procesa pachetele foarte repede. Forwardarea pachetului se face pe baza conţinutului etichetelor. La routerul de tip egress, atunci când ultima etichetă a fost scoasă, rămân doar datele. Acesta poate fi un pachet IP, sau oricare dintre o serie de alte tipuri de pachete de date. Routerul de tip egress trebuie să aibă, prin urmare, informaţii de rutare pentru datele pachetelor, deoarece acesta trebuie să le transmită fără ajutorul unor tabele de căutare a etichetelor. Un router de tranzit MPLS nu are nici o astfel de cerinţă. În unele cazuri speciale, ultima etichetă poate fi de asemenea scoasă la penultimul nod (nodul anterior router-ului de tip egress). Aceasta se numeşte „Penultimate Hop Popping” (PHP). Acest lucru poate fi interesant în cazurile în care router-ul de tip egress are multe pachete care părăsesc tunele MPLS, consumând astfel cantităţi mari de timp de procesare. Prin folosirea PHP, routerele de tranzit conectate direct la acest router de tip egress reduc din încărcare, eliminând singure ultima etichetă. MPLS poate utiliza infrastructuri de reţea ATM existente, întrucât fluxurile sale etichetate pot fi mapate la identificatorii de circuite ATM virtuale şi viceversa.

4.8 QoS în reţelele de comunicaţii mobile

Ultimele specificaţii din 3GPP (începând cu Release 6) fac conversia spre o "All IP Network". În UMTS şi standardele succesoare (HSxPA, LTE) QoS se poate regăsi pe mai multe interfeţe în interiorul unei reţele de comunicaţii mobile. Se poate vedea de asemenea că VoIP a câştigat mult în ultimii ani.

Pe interfaţa Uu singura posibilitate pentru QoS este aceea de a avea parametri diferiţi pentru fiecare purtătoare - Radio Access Bearer, cum ar fi modul de transmitere confirmat sau neconfirmat (neconfirmat pentru aplicaţiile pentru care întârzierea mică este mai importantă decât eroarea în pachete).

Interfaţa Iu este interfaţa dintre RNC şi SGSN. O parte din caracteristicile de QoS ar trebui să fie deja aplicate în direcţia uplink de către RNC urmând principiul de a limita fluxul cât mai curând posibil, astfel încât, cât mai puţine resurse să fie folosite în reţea. Acest lucru înseamnă că GGSN ar trebui să limiteze fluxul pentru direcţia downlink. Pe această interfaţă putem vorbi despre QoS legat numai de nivelul de utilizator, deoarece nivelul de control are deja resurse proprii alocate. Conexiunea de control are propriul său canal virtual, cu o rată de biţi garantată. În specificaţia 3GPP este menţionat faptul că aici, pachetele din fluxuri diferite pot fi marcate în conformitate cu DSCP specifice. Acest lucru depinde desigur de clasa de trafic. Acest lucru influenţează modul în care pachetele sunt tratate în SGSN în funcţie de diferitele RNC-uri de la care vin sau în funcţie de aplicaţia de care aparţin pachetele. De exemplu pachetele pentru un transfer FTP dintr-un context PDP cu clasa de trafic "background" pot fi eliminate atunci când nu există suficiente resurse disponibile pentru o sesiune de streaming de date dintr-un context PDP cu clasa de trafic "streaming". În acest fel, traficul pentru FTP este redus în mod automat în timp ce cererea de streaming încă îşi primeşte datele cu parametrii garantaţi (rata de bit şi de întârziere).

Un avantaj al punerii în aplicare a DiffServ în reţelele de telefonie mobilă este acela că întreaga reţea are acelaşi proprietar, astfel încât DSCP sunt definite pentru întreaga reţea, în timp ce furnizorii de reţele fixe trebuie să facă acorduri între ei. Nivelul de transport pentru interfaţa Iu este ATM până la Release 6 din specificaţiile 3GPP, iar începând cu Release 6, acesta poate fi şi IP.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

24

Acesta oferă o mai mare flexibilitate în implementare şi în acelaşi timp costurile pot fi reduse, deoarece în cazul folosirii reţelelor Ethernet pentru transportul IP echipamentele sunt deja uzuale şi prin urmare, mai ieftine.

Pe interfaţa Gn tehnologia Diffserv de pe planul utilizator al interfeţei Iu, se aplică de asemenea, dar diferenţa este că în SGSN DSCP-urile pot fi modificate, dar nu obligatoriu, pentru a se potrivi cu cele de la GGSN. Acest lucru poate fi util şi pentru abonaţii care sunt în roaming, deoarece, în acest fel se pot face acorduri cu partenerii de roaming pe interfaţa Gp.

Pe interfaţa Gi DSCP-urile pot fi schimbate, dar de data aceasta în scopul de a se adapta la alte posibile soluţii QoS care sunt disponibile în continuare la furnizorul de Internet. Pe această interfaţă GGSN limitează traficul downlink în funcţie de QoS stabilit pentru un anumit context PDP.

4.9 Maşini algoritmice utilizate în modelare

Procesarea pe baza QoS este modelată – în abordarea generică pentru domeniul telecomunicaţiilor – cu maşini algoritmice de stare (ASM-Algorithmic State MAchines) – Automate cu Stări Finite (FSM – Finite State Machines) precum „ip_dispatch” şi „ip” (care vor fi utilizate efectiv în implementările din capitolul 6).

Maşina algoritmică de stare ip_dispatch cuprinde următoarele stări: primele 4 stări iniţializează atât diferitele variabile de simulare cât şi parametrii de MPLS (dacă este cazul), următoarea stare cmn_rte_tbl asigură redistribuirea informaţiilor de rutare între diferitele protocoale de rutare din acest nod, în starea inactive se intră în cazul în care nicio interfaţă nu este activă, în starea init_too se finalizează iniţializarea iar la final se intră in starea idle în care se aşteaptă pachete ce vor fi apoi forwardate mai departe în baza adresei destinaţie.

Este foarte important ca în cazul existenţei mai multor interfeţe IP (ca în cazul unui terminal multimodal) să fie definit indexul adresei IP pe conexiunile ce intră în acest ASM, pentru a se putea mapa adresele IP definite în atributele nodului cu interfeţele fizice definite în modelul nodului.

5 QoS pentru streaming mobil de date

5.1 Calitatea tele-transmisiei de date pentru măsurări mobile

Reţelele celulare wireless sunt omniprezente în zilele noastre în aplicaţii de transmiterea datelor în scopuri civile / de uz general, fiind disponibile acum pentru mai mult de 3 miliarde de abonaţi la nivel mondial şi având un impact major asupra vieţii lor personale şi profesionale. Am efectuat un studiu de caz bazat pe un banc de lucru cu viteză mare de achiziţie a datelor, prin intermediul unui osciloscop digital cu transmisie în timp real: schema de conversaţie în timp real este caracterizată de faptul că, timpul de transfer ar trebui sa fie scăzut (datorită naturii conversaţionale a schemei) şi în acelaşi timp, de faptul că relaţia de timp (variaţia) între entităţile de informare a fluxului ar trebui să se menţină similar fluxurilor de timp real. Întârzierea maximă a transferului este dată de percepţia umană a conversaţiei audio şi video. Prin urmare, limita maximă acceptabilă a unei întârzieri de transfer este foarte strictă, deoarece o întârziere de transfer care nu este suficient de scăzută va determina o lipsă de calitate inacceptabilă.

La măsurători s-au luat în considerare diferite aplicaţii, precum telemedicina, comunicaţiile industriale.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

25

Figura 5-1 Scenarii pentru măsurători de la distanţă prin PLMN

a) cu transmisie descendentă (DownLink) b) cu transmisie ascendentă (UpLink)

Mediul de testare cu echipamentul PLMN Siemens a inclus : Reţeaua de Acces Radio (RAN) - BTS/Node-B UMTS,BSC/RNC UMTS, Centrul de comutaţie al traficului de voce (Switching Center)- MSC şi TRAU , Centrul de comutaţie al traficului de data (Data Center) - SGSN şi GGSN CISCO. Atât sonda cât şi clientul pot fi ficşi sau mobili, locali sau la distanţă. Se pot imagina scenarii diferite, cu unităţi mobile de test (de exemplu, vehicule, pacienţi) având ataşate înregistratoare şi transmiţătoare de date şi/sau echipe mobile de supraveghere-diagnostic-intervenţie, etc.

Obiectivul este acela de a stabili o conexiune de măsurare la distanţă fiabilă şi de a realiza câteva teste pentru a determina modalitatea cea mai eficientă în transmiterea experimentală a datelor electronice, în ideea unui efect în timp real în manipularea şi operarea la distanţă a echipamentelor.

Pentru aceasta s-a folosit transmiterea de tip TCP/UDP. Elementele reţelei în acest caz sunt împărţite în : mediul de transport al reţelei, care permite transmisia, şi echipamentul de achiziţie a datelor. Identificarea impactului pe care îl are limitarea tehnică a acestora asupra măsurării la distanţă este unul din scopurile acestui studiu.

Echipamentul pentru achiziţia de date (DAQ) (împreuna cu senzorii/traductorii şi prelucrarea semnalului local) aplicat pe unitatea test, conectat la PC portabil ("palm-top" or "lap-top") sau fix ("desk-top") este denumit ''sondă''. PC-ul fix sau mobil din partea de recepţie este clientul care colectează valorile măsurate de la distanţă. Sonda şi clientul pot avea conexiuni mobile (de ex. acces wireless folosind un modem mobil pentru conectarea la un PC).

Majoritatea testelor s-au efectuat pe o platformă GPRS/EDGE. Din punct de vedere al accesului radio, transmisia este de tip Up Link (UL) dacă porneşte de la terminalul mobil spre reţea şi Down Link (DL) în cazul opus. În general, îmbunătăţirile reţelei se fac mai întâi în sensul Down Link (DL) pentru a mări lăţimea de bandă disponibilă. Enhanced Data Rates pentru Evoluţia GSM (EDGE) este o consolidare de tip suprapunere pentru GSM 2G/2.5. Ratele de date posibile la nivel fizic pentru DL sunt de până la 236.8 kbiţi/s, pentru 4 timesloturi (maximul teoretic este de 473.6 kbiţi/s, pentru 8 timesloturi) în modul de pachete. După ce Activarea de Context PDP este acceptată de reţea la cererea terminalului mobil, abonatul şi PC-ul lui conectate prin intermediul unei legături USB sau Bluetooth, pot să comunice pe Internet sau cu alţi abonaţi din reţea pe baza IP-ului atribuit de GGSN.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

26

La celălalt capăt, staţia sau clientul (în funcţie de situaţie, a se vedea Figura 5-2) sunt conectate pe interfaţa Internet/Gi.

Achiziţia de date a fost efectuată prin utilizarea osciloscopului digital PCS VELLEMAN-500, fie cu date simulate (în "modul demo") fie cu măsurare reală. Osciloscopul oferă un număr reglabil de mostre pe cadru transmis (200 - 5000, capacitatea buffer-ului ; valoarea implicită este 1000) a semnalului măsurat – real sau simulat intern. Cele două rate principale aplicate transmisiei de date sunt: rata de eşantionare (o valoare reglabilă de la 1250 la 50.000.000 de eşantioane/s) aplicată la semnalul măsurat, precum şi rata la care buffer-ul este citit. Aceste două valori trebuie să fie corelate; citirea buffer-ului nu ar trebui să se facă decât după stocarea următoare în buffer - a se vedea formula (3) de mai jos.

Măsurarea efectivă a semnalului cu osciloscopul produce simultan 5000 de eşantioane depozitate în memoria buffer-ului I/O – prima locaţie stochează Rata Eşantioanelor [Hz], a doua locaţie Scala Completă [mV], a treia locaţie Offset-ul [mV] şi celelalte locaţii, până la 5000, datele dobândite (cu 8 biţi / eşantion scalat şi centrat). Rata de eşantionare, SR şi numărul de citiri (NOR) pe secundă sunt:

sec/.5000sec1

.ReadingsofNo

SamplesofNoSR )Hz(

5000sec/

SRNoR

Ecuaţia 1 Ecuaţia 2 ceea ce duce la Timpul de Aşteptare (TTW), până când buffer-ul este plin şi poate fi citit din nou:

Ecuaţia 3

În cazul transmisiei TCP, ne interesează în mod deosebit Timpul Round-Trip (RTT) care se măsoară între momentul de timp în care un pachet IP este trimis şi momentul de timp în care confirmarea corespunzătoare acestuia este primită. Aceasta este întârzierea care ar putea fi percepută de către un operator.

În cazul transmisiei UDP, un parametru important în studiul calităţii serviciilor îl reprezintă jitter-ul. Acesta reprezintă variaţia intervalului de timp dintre două eşantionări succesive şi are un efect asupra operatorului uman similar cu cel al RTT-ului în cazul TCP. Înainte de fiecare măsurare, legătura de date este investigată cu un test de lăţime de bandă şi fiabilitate (pierdere de pachete, întârzieri), folosind un instrument dedicat, Iperf (cu interfaţă grafică Jperf) pentru măsurarea lăţimii de bandă TCP / UDP maxime. Pentru măsurarea lăţimii de bandă (şi pentru alţi parametri QoS) am utilizat Ethereal / Wireshark. Lăţimea de bandă în graficele Jperf a fost exprimată în kbps (Y-kbps, XS).

Eşantioanele sunt citite din buffer-ul de memorie şi apoi transmise clientului prin IP - TCP cu mecanism propriu de detectare a erorilor şi UDP cu detectare a erorilor simple (conexiunea este încheiată atunci când eşantioanele sunt pierdute). În acest proces, eşantioanele nu sunt modificate în niciun fel, astfel încât, la client vor fi aceleaşi caracteristici metrologice ca cele ale osciloscopului digital utilizat.

În scopul de a programa transmisia şi recepţia de date la nivelul sondei şi al clientului, s-a utilizat LabView, care poate rula, de asemenea, pe smartphone-uri (s-a utilizat HTC P3600 - GSM-GPRS-EGDE / 3G-UMTS-HSDPA / WiFi / Bluetooth / IrDA / GPS / Windows Mobile 5.0). Streaming-ul de date a fost făcut prin intermediul TCP sau UDP de către PDP (Packet Data Protocol) stabilit în prealabil, între terminalul mobil şi PLMN (GGSN), utilizând funcţiile definite pentru transportul TCP şi UDP. Toate testele au fost efectuate cu 200 de eşantioane.

)msec(10005000

(sec)5000

SRSRTTW

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

27

La „sondă” (partea de server), „VI” care controlează osciloscopul digital (folosind driver-ele oferite de VELLEMAN) ca un ''digitizer", citeşte datele din buffer-ul de memorie (unde au fost obţinute), cu o frecvenţă care depinde de valoarea bazei de timp (aceasta este prima citită din memorie). Octeţii sunt apoi trimişi la conexiunea TCP, precedaţi de numărul de eşantioane care urmează să fie trimise. Astfel, lungimea de pachete IP este proporţională cu numărul de eşantioane trimise. Programele pot recunoaşte şi trata erori de transmisie. Ecranul osciloscopului digital Velleman PCS-500 a fost simulat la client (partea receptoare), acesta procesând datele trimise de la sondă.

Calitatea bună a serviciilor (QoS) a permis clientului de la distanţă să perceapă datele măsurate şi să interacţioneze cu interfaţa emulată a Osciloscopului (" skin ") imediat, în timp real (fără o întârziere perceptibilă, aşa cum este definită în documentul 3GPP QoS) , similar operării “on-site”. În cazul în care o eroare de transmisie are loc în mediul de transmisie, aceasta este tradusă în întârzieri la partea receptoare şi în consecinţă, forma de undă afişată (“oscilograma”) este oprită temporar.

Acest studiu de caz evoluează de la soluţiile precedente de măsurare la distanţă dezvoltate la Universitatea "Transilvania" din Braşov, în colaborare cu Universitatea Tehnică Naţională din Atena , bazate pe arhitectura client/server (serverul de web & servere banc de lucru - la nivel de ''sondă'' cu Instrumentul naţional PCI-6024E sau AT-mio-16E10 DAQ), care implică mediul de transmisie Ethernet.

Accentul în acest studiu a fost pus pe capabilităţile cheie ale reţelei celulare de “streaming” de date în timp real, evaluate în Downlink (DL) şi uplink (UL): în DL, "clientul" mobil a constat în terminalul GSM / GPRS / UMTS / HSDPA conectat la hardware-ul de date de reprezentare şi de software (a se vedea Figura 5-1.a); în UL, "sonda" mobilă a constat în terminale GSM / GPRS / UMTS / HSDPA conectate la achiziţia de hardware & software.

Terminalul mobil este conectat la reţea cu modul de pachete de date activat. Datele din măsurătorile reale sau simulate sunt transmise între client şi sonda VI-S. Clientul semnalează primirea datelor printr-o "sincronizare" elementară (recunoaşterea unui caracter simplu trimis la server). După fiecare 50 secunde, setarea Time / Div de pe osciloscop a fost scăzută de la rata de pornire de 100ms până la unele mai mici ca 1µs. Acest lucru a dus la umplerea mai deasă a buffer-ului şi la o rată mai mare de transmitere. Cu cât este mai mare rata, cu atât este mai mare probabilitatea unui RTT mai lung (TCP) sau Jitter mai mare (UDP).

Primul scenariu este cu acces EDGE pentru transferul DL TCP reprezentat în Figura 5-1.a. Lăţimea de bandă disponibilă este măsurată cu Jperf şi Ethereal / Wireshark, atât la client cât şi la sondă. După cum este ilustrat în Figura 5-2.a, la începutul transmiterii, timp de aproximativ 2 secunde, nu există niciun transfer de date din partea ''sondei " (server-ului). Acest lucru este cauzat de configurarea canalelor radio. Vârful de la client este cauzat de umplerea bufferelor de transmisie. După ce canalele de radio sunt setate, bufferele sunt golite, fapt care creează un vârf în transmisia de date. Creşterea mică (dar stabilă) a lăţimii disponibile de bandă este cauzată de ajustarea dimensiunii ferestrei TCP. În figura 5-3.a se ia în considerare modificarea pas cu pas a bazei de timp a osciloscopului şi se poate observa că rata de biţi este în creştere în mod proporţional. În momentele în care baza de timp este pornită, există unele vârfuri cauzate de faptul că, în acele momente osciloscopul nu furnizează eşantioanele la aceeaşi viteză ( este necesar un timp scurt pentru stabilizarea acestei viteze).

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

28

Figura 5-2 Jperf/Iperf măsurători ale lăţimii de bandă [kbps]în

cazul transferului DL TCP pentru ”sondă” (a) şi client (b)- 70 kbps

Din Figura 5-4 , se poate observa că cele mai multe dintre valorile RTT sunt situate în jurul a 700ms. Există, de asemenea, pachete cu o RTT de câteva secunde. Aceste întârzieri sunt provocate de pierderea de pachete pe interfaţa radio. Pentru prima parte a măsurătorii ilustrate în Figura 5-5, se poate observa tranziţia aproape constantă atunci când se menţin primele valori ale bazei de timp. . În a doua parte, atingându-se capacitatea canalelor ("congestie"), în momentul în care rata de biţi necesară se apropie de lăţimea de bandă disponibilă, sunt pierdute din ce în ce mai multe pachete, provocând variaţii mari în grafic (care scade dramatic în timpul negocierii retransmiterii).

Figura 5-3 Ethereal/Wireshark măsurători ale transferului EDGE prin TCP la ”sondă” pentru variaţia bazei de timp de la 100ms la 5 µs

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

29

.

Diagrame similare au fost reprezentate grafic pentru aceleaşi criterii ca în cazul anterior (DL TCP). Următoarea interpretare a rezultatelor evidenţiază principalele diferenţe între DL UDP şi DL TCP.

Pentru accesul EDGE cu transferul DL UDP (figura 5-6) nu este vizibil nici un efect al buffering-ului la ”sondă” (server), deoarece UDP nu este un protocol orientat pe conexiune. Buffering-ul are efecte vizibile asupra receptorului (clientului). Datorită buffering-ului iniţial şi a faptului ca nu există nici un mecanism de actualizare a ferestrei TCP, lăţimea de bandă disponibilă scade uşor.

Figura 5-5 Ethereal/Wireshark măsurători de trafic la ”sondă” pentru transfer DL

TCP cu perioade de congestie

Figura 5-4 Ethereal/Wireshark măsurători ale timpului de transfer total (RTT) la ”sondă” pentru transferul DL

TCP cu perioade de congestie

Figura 5-6. Jperf/Iperf măsurători ale lăţimii de bandă [kbps] în cazul transferului DL UDP pentru ”sondă”(a) şi client (b) - 70 kbps

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

30

Se poate observa faptul că protocolul UDP nu este orientat pe conexiune, timpul de configurare al canalelor radio este mai scurt în partea ”sondei” şi nu există nici un efect de ”buffer”-are. Spre deosebire de acesta, în cazul clientului există un efect de ”buffer”-are iniţial şi se poate observa o uşoară scădere a lăţimii de bandă disponibilă, datorată lipsei mecanismelor de control al transferului specifică UDP. După cum s-a subliniat anterior, ”buffering”-ul nu este vizibil la ”sondă” (server) datorită naturii protocolului UDP neorientat pe conexiune şi astfel, rata de biţi nu este influenţată de retransmisia sau pierderea de pachete.

”Buffering-ul” este vizibil la client, deşi nu în aceeaşi măsură ca pentru TCP (în UDP nu este implementata retransmiterea). În cazul în care rata de biţi se apropie de lăţimea de bandă disponibilă, numărul de pachete pierdute creşte, ceea ce face transmiterea nesigură.

Jitterul este în creştere uşoară în timpul transmisiei, deoarece pachetele sunt stocate în ”buffer” unde rămân din ce în ce mai mult timp 110 ms.

Pentru accesul EDGE pentru transferul UL TCP lăţimea de bandă a fost investigată mai întâi cu ajutorul Jperf / Iperf şi Ethereal / Wireshark atât la sondă cât şi la client. În cazul în care atât ”sonda” cât şi clientul sunt mobili, limitările UL se aplică în ambele cazuri. Acest lucru presupune o serie de întârzieri care mărginesc rata de transfer printr-un acces UL. Lăţimea de bandă în UL, este foarte similară cu lăţimea de bandă DL, dar proporţional mai mică (datorită numărului redus de canale GPRS / EDGE disponibile pentru UL) - această observaţie este valabilă pentru toate măsurătorile de performanţă referitoare la transferul UL TCP.

Pentru accesul EDGE pentru transferul UL UDP, în primul rând este investigată lăţimea de bandă folosind Jperf / Iperf atât la sondă cât şi la client. Acelaşi fenomen poate fi observat pentru UDP ca şi pentru TCP: bufferele de pe server sunt întâi umplute, apoi sunt golite provocând un vârf în trafic. Se poate observa că reţeaua acceptă vârfuri foarte scurte de date. Lăţimea de bandă disponibilă este mai mică în UL decât în DL (pentru că, de obicei, sunt mai puţine posturi de radio disponibile pentru DL decât pentru UL), dar comportamentul general este similar cu cel din cazul DL. Din măsurători se poate observa că jitterul nu este constant la începutul transmiterii ca urmare a configuraţiei canalelor de radio. Conexiunea este sigură din momentul în care toate canalele de radio sunt configurate, după un timp măsurat de aproximativ 10 s.

În continuare se prezintă datalogging şi modulul de Supervisory Control al National Instruments LabVIEW este dedicat controlului de la distanţă, prin conectarea într-o reţea de dispozitive pentru transferul de achiziţie (ieşire)/sau (intrare), datele de control la bazele de date distribuite Variabilele partajate LabVIEW permit programarea eficientă a aplicaţiilor distribuite. Datele pot fi partajate între ”VIs” care rulează în noduri diferite ale unei reţele Ethernet într-un mod optimizat în comparaţie cu alte metode de partajare de date utilizabile în LabVIEW (de exemplu UDP / TCP, cozile şi Real-Time FIFOs).Variabilele partajate sunt configurate la timpul de editare a proiectului de (folosind dialoguri de proprietate) şi nu au nevoie de coduri de configurare incluse în aplicaţii. Sunt trei tipuri de variabile partajate: cu un singur proces, timp de declanşare, publicate în reţea (acestea din urmă sunt folosite în aparatul prezentat). Crearea de variabile partajate în ierarhia acestui proiect, a fost realizată prin click-dreapta pe nodul principal de calcul din configurarea noastră (hosting the server) denumit „My Computer” prin selectarea New> Variable se afişează dialogul proprietăţilor variabilelor partajate unde noua variabilă poate fi configurată.

NI Publish and Subscribe Protocol (NI-PSP) este un protocol de reţele simplificat, optimizat pentru a fi transportorul variabilelor partajate publicate în reţea. Desfăşurarea de variabile partajate publicate în reţea se face spre un motor de variabile partajate (SVE), care găzduieşte în reţea valori ale variabilelor partajate.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

31

Când se scrie către un nod de variabile partajate, LabVIEW trimite noua valoare către SVE care desfăşoară şi găzduieşte variabila (în cazul nostru serverul „My Computer” cu adresa de Intranet WLAN 192.168.1.3). Bucla de prelucrare SVE publică valoarea, astfel încât orice abonat (de exemplu, un telefon mobil Client Smartphone Pocket PC) primeşte valoarea actualizată.

Server-ul VI preia datele de la interfaţa serială – a se vedea VISA (”VXI (Plug & Play), sistemele de alianţă”) citeşte (R) de control; aceste date (de exemplu temperaturi) pot fi achiziţionate de către un stand de lucru de laborator. VI transformă aceste date în format zecimal şi va publica valorile măsurate de temperatură în Variabile1, partajată. În ceea ce priveşte temperatura de intrare, (care poate fi trimisă de la terminalul client către un sistem de control automat al temperaturii) valorile ei sunt citite de la Variable3, partajată, convertite din zecimale şi trimise (prin intermediul VISA scrie (W) de control) către interfaţa serială.

Clientul VI citeşte Variable1 partajată (care reprezintă temperatura măsurată) şi o afişează. Scrie în Variable3 partajată valoarea temperaturii de intrare (preluată de sistemul de control de la distanţă automat HVAC). O configurare pilot de test a fost construita în jurul unui server PC, conectat la Intranetul unui router „Linksys Wireless-G”.

Pentru a verifica statutul şi configurarea acestuia , PDA-ul HTC P3600 rulează un instrument „vxUtil” de la Cambridge Computer Corp, care permite DNS Audit / DNS Lookup / Finger / Get HTML / Info / IP Subnet Calculator / Password Generator / Ping / Ping Sweep / Port Scanner / Quote / Time Service / Trace Route / Wake On LAN / Whois.

Este prezentat şi un studiu de caz – Achiziţia mobilă de date şi Tele-transmiterea prin PDA. Problema abordată este integrarea unui sistem pentru DAQ + logare şi/sau tele-transmisie care poate fi personal şi portabil. Cele mai multe dintre soluţiile pre-existente comparabile, sunt extrem de specializate şi de proprietare (de exemplu prin soft-urile dedicate hardware-firmware ale micro-controlerelor), acestea nefiind întotdeauna foarte accesibile. Configurare realizată utilizează PDA-uri comune care au plugged-in un card micro DAQ de uz general şi cu o interfaţa comună (CF - „Compact Flash”), un card de memorie comun de capacitate mare (SD – Secure Digital „) şi care rulează un software de instrumentaţie universal – NI LabVIEW (LV). LV poate efectua nu numai achiziţii de date şi logare, dar şi prelucrare (de exemplu, filtrarea digitală, de identificare, clasificare, compresie, etc.) şi comunicare. Dacă PDA-ul are şi capabilităţi „SmartPhone”, poate transfera, de asemenea, date prin intermediul comunicaţiilor mobile (de exemplu, spre un server central). În caz contrar, o alternativă ieftină (care a fost integrata de autor) este conectarea la telefonul mobil al proprietarului, care poate fi controlat, de exemplu, prin comenzi AT (pentru dial-up, GPRS şi/sau transmisie de SMS). Se poate utiliza înregistrarea datelor la nivel local, pentru achiziţia de date şi diagnosticarea detaliată (uman şi/sau automat), în timp ce transmisia tele-mobilă poate fi utilizată în principal pentru actualizări şi alarme. Pentru monitorizarea de la distanţă, multe dispozitive portabile au fost dezvoltate pentru achiziţia, înregistrarea, prelucrarea şi transmiterea datelor achiziţionate. Procesarea semnalului digital (DSP) permite o analiză complexă şi oferă posibilitatea luării deciziilor în timp real. Autorul a dezvoltat diferite sisteme de tele-monitorizare în ultimii ani. O soluţie „twin-microcontroler” are un microcontroler alocat controlului achiziţiei de date şi prelucrării şi altul alocat gestionării comunicaţiilor (interfaţarea şi controlul unui modem GSM). Astfel de soluţii dual-procesor sunt comune, chiar şi telefoanelor SmartPhones (doar recent DSP şi prelucrarea de uz general au fost aduse la o bază comună).

Sistemul cel mai recent implementat de către autor, cu arhitectura reprezentat în Figura 5-7, constă în 4 canale, card DAQ de 200kS/s, mai exact CF NI 6004, conectate în slot-ul Compact Flash a unui PDA HP iPAQ 2210. Autorul a folosit în configuraţia de încercare o sondă portabilă formată din senzori / traductoare şi circuitele de condiţionare de semnal.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

32

Deoarece majoritatea PDA-urilor Compact Flash disponibile în prezent pe piaţă nu incorporează tehnologii de comunicaţii mobile precum GSM / UMTS sau WiFi, care ar permite sistemului să transfere datele obţinute direct către un server la distanţă, autorul a decis să utilizeze un telefon mobil obişnuit pe post de modem GSM / GPRS. PDA-ul este conectat la telefonul mobil prin Bluetooth şi utilizează comenzi AT standard pentru a transfera un mesaj (care include datele achiziţionate şi/sau în mod special parametrii rezultaţi) către telefonul mobil care trebuie să transmită aceste date la un server de la distanţă, utilizând GPRS (şi/sau cel puţin SMS).

Software-ul pentru achiziţia cât şi pentru transmiterea de date a fost implementat cu ajutorul modulului PDA LabVIEW, un subset de funcţii NI LV concepute special pentru PDA-uri. Achiziţia datelor se face folosind NI DAQmx Base, un set de drivere şi funcţii pentru plăci DAQ făcute de NI. O sarcină DAQ trebuie să fie definită, specificând atribute cum ar fi rata de eşantionare, canalele utilizate, numărul de probe, etc. Crearea sarcinii DAQ este realizată folosind DAQ Configuration Utility inclus în LV.

Un ciclu de măsurare constă în începerea unei sarcini specifică DAQ (folosind DAQmxBase Start Task.VI), citirea datelor de pe card DAQ (folosind DAQmxBase Read.VI) într-o buclă până când utilizatorul opreşte sistemul sau până la apariţia unei erori şi apoi oprirea sarcinii DAQ (folosind DAQmxBase Stop Task.VI). Datele obţinute pot fi vizualizate atât online, pe ecranul PDA-ului, folosind un Chart Waveform, sau ”offline” prin înregistrarea de date în fişiere de calcul tabelar (format XLS). S-a ales o rată de eşantionare de 250 S/s (pentru multe aparate industriale sau fiziologice). Un ciclu de

măsurare relevant implică achiziţionarea a 1000 de probe care pot fi stocate în fişiere de calcul tabelar de10 KB. Dosarul cu înregistrări obţinut după 24 de ore de achiziţie continuă a datelor (necesare pentru monitorizarea activităţii cardiace pe o perioadă mai lungă de timp) ar fi de 216 MB. Fişierele generate cu dimensiuni chiar şi de 10 KB pot fi transferate direct prin GPRS la un server de la distanţă. Dacă semnalul obţinut trebuie să fie monitorizat pe o perioadă mai lungă de timp, rezultă fişiere mai mari, care nu sunt apte pentru transfer prin GPRS, dar care pot fi stocate pe cardul SD din PDA şi apoi „descărcate” la un PC pentru a fi analizate off-line. Transferul de date obţinute prin Bluetooth către telefonul mobil (care acţionează ca un modem GPRS) este gestionat de un subVI care deschide o conexiune Bluetooth la acest telefon (utilizând funcţia Bluetooth Open Connection.VI LV). Funcţia Bluetooth Open Connection primeşte doi parametri principali, şi anume adresa MAC a telefonului mobil la care se doreşte conectarea şi numărul canalului (care, în cazul serviciului de dial-up prin Bluetooth este 0). SubVI trimite apoi o secvenţă de comenzi AT standard pentru iniţierea şi efectuarea unui transfer GPRS. Comenzile sunt trimise prin Bluetooth apelând funcţia LV Bluetooth Write.VI.

Această punere în aplicare a dovedit posibilitatea utilizării instrumentelor hardware şi software puternice (NI CF6004 şi NI LV) într-un format miniatural (pentru PDA), pentru tele-monitorizarea mobilă.

5.2 Sistem Dublu-Microcontroler cu Tele-Monitorizare prin Modem GSM

Tele-măsurarea are o gamă largă de aplicaţii dintre care monitorizarea proceselor industriale sau, în cazul de faţă, monitorizarea de la distanţă a pacienţilor la domiciliul acestora, permiţându-le să ducă o viaţă cât mai apropiată de normal.

Figura 5-7 Configuraţie Test pentru DAQ mobil

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

33

Sistemul realizat de autor utilizează un microcontroler dedicat expedierii de comenzi către un modem GSM sau un telefon mobil cu capabilităţi de modem. O primă aplicaţie este destinată tele-monitorizării pacienţilor cu suferinţe cardiace, în afara spitalului. În acest caz, viteza intervenţiei este esenţială astfel că serviciul de ambulanţă trebuie anunţat urgent la apariţia oricăror probleme, fie prin expedierea unui SMS preluat automat sau prin iniţierea unui transfer de date către server-ul de la spital care interpretează informaţia şi ia automat măsuri de alarmare. SMS-ul este mai sumar decât transferul de date astfel că, dacă în afara informaţiilor de presiune arterială şi puls, sistemul cu microcontroler trebuie să proceseze semnalele complexe – gen EKG – sunt necesare operaţiuni de condiţionare şi conversie AD şi extragerea unui set de parametri relevanţi şi/sau compresie.

Sistemul a fost realizat monobloc, pe o placă de cablaj pe care principalele subansamble sunt convertorul AD tip ADS1211 şi microcontrolerele AT89S53 şi AT89C2051 (figura 5-8). Convertorul analog-digital sigma-delta ADS1211 are precizie sporită (rezoluţie de 24 biţi şi o rată maximă de eşantionare de 17KHz), auto-calibrare şi patru intrări pentru a prelua semnale multiple. Aceste calităţi permit utilizarea lui nu numai la măsurări mai simple (puls sau tensiune arterială) dar şi în cea mai pretenţioasă aplicaţie - monitorizarea EKG.

Figura 5-8 Schema bloc a sistemului de tele-monitorizare

Interfaţa serială dintre CAD tip ADS1211 şi AT89C2051 este sincronă, cu ceas de aprox. 1MHz. Microcontrolerul AT89C2051 este master. Transmisia este iniţiată doar când CAD are date valide în registrele sale (semnalizare “high” pe pinul său Data Ready). Microcontrolerul AT89C2051 poate transmite comenzi către CAD sau parametri care îi determină modul de funcţionare şi totodată datele recepţionate de la convertorul AD către buffer-ului de memorie al celui de al doilea microcontroler, AT89S53, prin interfaţa paralelă. Comunicaţia dintre cele două microcontrolere se face prin interfaţa paralelă, mai rapidă, pentru a economisi din timpul de procesare al microcontrolerelor (alocat, în special, analizei semnalelor bio-medicale). Protocol de comunicaţie este de tipul STROBE/READY. Al 2-lea microcontroler, AT89S53, poate fi programat printr-o interfaţă serială foarte practică prin care se poate (re-)scrie memoria lui (flash) de program. Aşadar, microcontrolerul AT89S53 poate fi reprogramat în sistem (fără a fi nevoie de a fi scos şi montat pe un programator extern), doar printr-un simplu cablu trifilar. Se poate implementa astfel şi o modalitate de a reconfigura sistemul de la distanţă, prin recepţia de mesaje GSM-SMS speciale (de exemplu, pentru a modifica numerele dial-up) în sens invers (de la sistemul expert care centralizează datele) faţă de modul normal de lucru. Această conexiune serială standard poate fi utilizată şi drept cale de rezervă pentru date.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

34

6 Optimizarea QoS în comunicaţii mobile de date

Conform standardelor ITU pentru TMN (Telecom Management Networks), sistemele mobile de comunicaţii includ servere centrale cu funcţionalitate pentru colectarea datelor de performanţă (PDC – Performance Data Collection). PDC poate oferi valori măsurate în permanenţă (şi câteva statistici), prin teste de performanţă, care sunt specifice QoS. În scopul de a colecta valorile de trafic, PDC, poate fi asociat cu mecanismul de charging (taxare) - înregistrare în timp real a tuturor informaţiilor utile - contoare (de timp, pentru volum), jitter, RTT (round-trip-Time), rata de biţi etc., incluse în "charging tickets".

În domeniul comunicaţiilor mobile de date pot fi luate caracteristicile unui PDP Context, prin sistemul de semnalizare SS7, direct pentru un terminal de date mobil, în faza de activare a contextului. Acest set de parametri poate fi totodată folosit pentru condiţionarea calculului QoS.

6.1 Formula propusă pentru QoS cu dublă ponderare

Am considerat două tipuri de seturi de criterii, suficient de generale pentru a fi comune pentru diferite reţele fără fir (de exemplu, 3G, Wi-Fi, EV-DO etc), care pot funcţiona în cadrul unei comunicări optimizate multi-modale. Profilul de abonat care poate conţine un set primar de ponderi convenţionale - de exemplu,

pe o scară de la "student" la "manager": de la nivelul "student" profilul va fi orientat pe costuri reduse în timp ce la nivelul „manager" alocarea resurselor este mai importantă (lăţime de banda garantată, întârzieri reduse etc.). În dezvoltările viitoare, unele dintre aceste ponderi ar putea fi configurate chiar de către abonat, care poate transmite la server o serie de modificări ale propriilor profile.

Termeni ponderaţi asociaţi nivelului aplicaţie din stiva OSI. Se pot lua, ca referinţă, cele 4 clase definite de standardele 3GPP, definite de altfel şi la descrierea sistemului UMTS:

La prima vedere pare că toate intrările (în procedura de calcul) sunt la acelaşi nivel de importanţă, dar unele condiţii trebuie să fie impuse de către aplicaţie. De exemplu: La nivelul „conversaţional”, atât pentru legătura uplink şi downlink, jitter-ul va fi luat în

considerare cu un factor de ponderare diferit de zero, în timp ce, în restul claselor, aceasta poate fi considerat egal cu zero.

Pentru „clasa background” sau „clasa conversaţională”, cel mai important factor de ponderare este costul, nu rata de biţi. Se va opta pentru o rată de transfer mai redusă dar ieftină (adesea WiFi e practic gratuit faţă de 3G), în defavoarea unui bitrate sporit dar mai costisitor.

Calculul QoS va lua în considerare costuri diferite pentru traficul efectiv de „uplink” şi „downlink” şi tarife speciale pentru rezervarea de resurse (lărgime de bandă etc.) şi garantarea unor limite conexiuni cu întârziere minimă, jitter minim, RTT minim etc.

Factorul „întârziere” („delay”) este foarte important şi de aceea el va fi considerat separat, chiar dacă ar fi putut fi considerat direct în calculele factorului de calitate pentru „uplink” şi „downlink”.

Valorile obţinute de la reţea pot fi tratate separat faţă cele de la terminalul mobil (nod de calcul mobil, "telefon inteligent", "comunicator" etc.).

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

35

Formula propusă pentru calculul QoS prin sumă dublu ponderată:

N

=kk,normalizedkclass,kprofile, pww=QoS

1

Normalizarea parametrului pk se face la cerinţele aplicaţiei, maximul valorii fiind limitat la 1.

Valoarea cerută de aplicaţie se va afla fie la numărător, fie la numitor, în funcţie de modul în care valoarea ne-normalizată ar trebui să fie maximă sau minimă în mod ideal.

De exemplu, pentru N = 4 parametri măsuraţi - GBR (Garantat Bit Rate), TDELAY (Total Delay), JITTER şi ER (Error Rate) - şi 4 profile (Premium, Voce, normal, şi de bază), este prezentat un posibil set de ponderi şi normalizări:

w Premium, 1 = 1, w Premium, 2 = 1, w Premium, 3 = 1, w Premium, 4 = 1 w Voice, 1 = 0.75, w Voice, 2 = 1, w Voice, 3 = 1, w Voice, 4 = 0.5 w Normal, 1 = 1, w Normal, 2 = 0.5 , w Normal, 3 = 0.5 , w Normal, 4 = 0.75 w Basic , 1 = 1 , w Basic , 2 = 0.25 , w Basic , 3 = 0.25 , w Basic , 4 = 0.5

Alte exemple, pentru alte tipuri de aplicaţii ar fi:

Aplicaţie VoIP - clasă de trafic conversaţional: o wVoice,1 = 0.75, wVoice, 2 = 1, wVoice, 3 = 1, wVoice, 4 = 0.5 (pentru un utilizator

interesat, în general, de aplicaţii VoIP) o pnormalized,1 = GBR /Appl_GBR = 1 o pnormalized,2 = Appl_ TDELAY/ TDELAY = 1 o pnormalized,3 = Appl_ JITTER / JITTER = 1 o pnormalized,4 = Appl_ JITTER / JITTER = 0.5

Web Browsing:

o wNormal,1 = 1, wNormal,2 = 0.5, wNormal,3 = 0.5, wNormal,4 = 0.75 o pnormalized,1 = GBR /Appl_GBR = 0.5 o pnormalized,2 = Appl_ TDELAY/ TDELAY = 0.5 o pnormalized,3 = Appl_ JITTER / JITTER = 0.25 o pnormalized,4 = Appl_ JITTER / JITTER = 1

QoS3G şi QoSWi-Fi sunt calculate, precum şi raportul lor; handover-ul Wi-Fi la 3G este

decis dacă QoS3G / QoSWi-Fi este de peste 1.1 (QoSWi-Fi / QoS3G scade sub 0.9). Valoarea de 10% este aleasă convenţional pentru toleranţă la handover - cu scopul de a asigura un handover fără oscilaţie.

Serviciul este implementat „Top-Down” pe baza BPEL, cu un bloc de calcul programat în limbajul C.

Integrarea şi testele de validare se vor face într-un studiu de caz bazat pe scenarii de evaluare a QoS pentru comunicaţiile mobile bi-modale (3G/WLAN).

Se poate lua în considerare şi o abordare bazată pe programarea PHP a unei funcţii de consolă asociată acestui server rezident la operatorul de comunicaţii, conformă cerinţelor specifice OMA (Operation-Maintenance-Administration). Consola poate avea, pe lângă funcţiile de configurare şi monitorizare, o importantă funcţionalitate de abonare.

Datele de intrare sunt ponderi caracteristice profilului abonatului şi ponderi caracteristice aplicaţiei folosită de abonat. Se pot trata separat valorile provenite de la reţea faţă de cele provenite de la terminalul mobil (nod mobil de calcul, „smartphone”, „communicator” etc).

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

36

Se alege formatul XML pentru cele două „intrări” în calcul:„Profile” şi „Performance Data”.

Formula prezentată anterior pentru calculul QoS ca sumă dublu-ponderată este implementată în următoarea porţiune de cod:

// evaluate pdc data double qos = w_pr_gbru * w_cl_gbru * avbu / np_gbru + w_pr_gbrd * w_cl_gbrd * avbd / np_gbrd + w_pr_tdelay * w_cl_tdelay * np_tdelay / delay + w_pr_jitter * w_cl_jitter * np_jitter / jitter + w_pr_er * w_cl_er * np_er / errorRate;

Schema de bază a serviciului pe care am

implementat-o este cea din figura 6-1. Interfaţa dezvoltată emulează

funcţionalitatea HLR (Home Location Register - sau a unei baze de date similare pentru WLAN, ca de exemplu HSS pentru reţelele ce au implementat IMS), care oferă ServiceClassConfig(uration) şi este prezentată în atât în forma HTML cât şi sursă XML.

Prin această interfaţă, ponderile pot fi introduse pentru diferitele clase de aplicaţii cât şi a profilelor abonat (profiluri de utilizator). Un astfel de exemplu XML pentru servicii, cât şi un exemplu HTML, respectiv XML, pentru userprofile sunt prezentate în figurile următoare.

Acelaşi input poate fi utilizat pentru date de normalizare (cu toate acestea, aceşti numitori şi numărători pot fi introduşi direct în calculul QoS dublu-ponderat).

Deoarece un PDC se poate găsi numai la operatori, acesta se poate emula folosind mai multe seturi de date, unele dintre aceste date se pot vedea mai jos:

Având aceste date, acum se poate calcula nivelul de QoS oferit de reţelele de transmisie şi apoi să se decidă care dintre reţele va ruta majoritatea traficului.

În evaluarea QoS disponibilă, fiecare valoare relevantă măsurată de Performance Data Collector (avbu – rata de biţi disponibila pentru upload; avbd – rata de biţi disponibilă pentru download, etc.) va fi întâi multiplicată cu o pondere reprezentând profilul abonatului (w_pr_), apoi cu o pondere reprezentând clasa de servicii, şi în cele din urmă normalizată (multiplicată sau împărţită) cu parametrii (np_) de normalizare de referinţă.

// evaluate pdc data double qos = w_pr_gbru * w_cl_gbru * avbu / np_gbru + w_pr_gbrd * w_cl_gbrd * avbd / np_gbrd + w_pr_tdelay * w_cl_tdelay * np_tdelay / delay + w_pr_jitter * w_cl_jitter * np_jitter / jitter + w_pr_er * w_cl_er * np_er / errorRate;

Ar putea fi, de asemenea, luat în considerare, într-un mod similar, QoS necesare aplicaţiei, cu un handover parţial la QoS cel mai bun actual calculat numai dacă această valoare scade sub QoS necesar (aceasta înseamnă că nu este niciun efort de handover pentru aplicaţii de cost mic, ce nu cer resurse multe).

Figura 6-1 Schema serviciului implementat

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

37

Din RFC2326, se poate lua un exemplu de o aplicaţie de streaming care poate determina parametrii necesari de la un mesaj "DESCRIBE" trimis la serverul de streaming media:

În mod similar, aplicaţiile VoIP pot determina cerinţele pentru bitrate, întârzieri/jitter şi rata de erori acceptabilă de la codec-urile folosite sa codeze datele de voce (la nivel de utilizator, de obicei, este folosit acelaşi protocol (RTP) pentru streaming şi pentru conferinţe voce/video).

În cazul în care nu sunt găsiţi toţi parametrii pentru o aplicaţie specifică (cum ar fi navigarea web pentru care întârzierea nu este foarte importantă şi jitter-ul nu este deloc relevant), se pot folosi valori implicite acceptabile. În mod ideal, dacă avem aplicaţii care rulează într-un nod mobil multimodal, ar trebui sa aibă măcar o descriere a profilului QoS care sa poată fi folosită pentru calcularea sumei ponderate.

6.2 Utilizarea QoS pentru Realocarea Traficului în Comunicaţii Mobile Multi-modale Studiul de caz se referă la un terminal mobil bi-modal (3G şi WiFi), pornind de la ideea unui transfer parţial (nu „handover” total) – de exemplu 10%-90% - al legăturii. Menţinerea la nivel minimal a căii cu QoS redusă (cu reducerea drastică a consumului energetic, evidentă, de exemplu, pentru GPRS) are avantajul de a păstra implicit o cale de semnalizare (practic, „pe canal comun”). Este importantă şi posibilitatea de reluare (relativ simplă) a preponderenţei pe canalul respectiv, dacă sporeşte QoS (fără complicaţiile repornirii părţii radio, chiar dacă s-ar putea imagina comanda ei internă – la nivelul terminalului mobil – prin cealaltă parte, rămasă activă).

Se va lua o decizie binară, bazată pe calculul QoS (ca sumă ponderată de parametri de performanţă) şi compararea lui cu o valoare de prag sau cu „funcţia cost” a QoS pe cealaltă cale.

Datele sunt centralizate la serverul de comunicaţii, care are funcţia de management PDC – Performance Data Collection (parametrii de performanţă – „benchmarks” sunt specifici QoS). PDC este conformă cu standardele TMN (Telecom Management Networks ale ITU – International Telecommunications Union”).

Structura schemei de simulare este minimală, se simulează doar o parte din reţeaua UMTS (partea de date - PS) în paralel cu partea de transfer fără fir, prin WiFi.

Figura 6-2 Schema de simulare – privire de ansamblu

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

38

Figura 6-3 Schema de simulare – detaliere a subreţelei

Se observă elementele specifice Mobile IP (valabile atât pentru MIPv4 cât şi pentru

MIPv6): HA, Home Agent - Router_HA, adăugat ca extensie Mobile IP pentru reţeaua wireless; FA, Foreign Agent – Router_FA, adăugat ca extensie Mobile IP pentru reţeaua 3G, GGSN-ul neavând suport pentru Mobile IP; CN – Correspondent Node rol jucat de VoIP Gateway.

Fiecare nod este alcătuit din mai multe blocuri de procese, care la rândul lor sunt definite asemenea unor maşini algoritmice de stare. Blocurile de procese sunt organizate asemenea modelului stratificat ISO-OSI în sensul că fluxul de date coboară de la nivelul Aplicaţie către nivelul Fizic în cazul în care staţia de lucru transmite pachete, iar la recepţia unui pachet fluxul este în sens invers, ascendent.

În funcţie de rezultatul obţinut de la serviciul de evaluare a QoS, în blocul „ip” este decisă reţeaua radio folosită, pe baza IP-ului de interfaţă folosit.

În configurarea modului bi-modal o mare importanţă are asignarea unui parametru „ip addr index” fiecărui flux de pachete ce este conectat la modulul „ip” (descris de ASM-ul „ip_dispatch” prezentat mai sus, în capitolul 4).

Pentru nodul multimodal se configurează atât parametrii de conexiune la reţeaua WLAN cât şi cei pentru conectarea la reţeaua UMTS.

Pentru configurarea atributelor nodului mobil se selectează câmpul „Attributes” prin click dreapta pe nod. De aici se pot alege aplicaţiile care rulează pe acest terminal, în funcţie de aplicaţiile definite de blocul Application Definition. Se pot seta şi diverşi alţi parametri, în funcţie de protocoalele suportate.

Deoarece interfaţa UMTS am adăugat-o manual, unele atribute nu vor apărea în meniu decât după ce vor fi selectate din lista de atribute şi setat numele corespunzător (care, în mod normal, este setat implicit).

Parametrii UMTS au valori implicite, dar unele câmpuri trebuie verificate cu atenţie deoarece au o importanţă majoră în derularea simulării (cum ar fi UE Serving SGSN ID).

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

39

Figura 6-4 Structura nodului mobil – bimodal

De asemenea se pot alege şi parametrii QoS pentru UMTS, care pot aparţine celor 4 clase definite de standardele 3GPP, şi anume: conversaţională, streaming, interactivă sau de fundal (background). Şi pentru partea de Wireless se pot seta parametrii de calitate a serviciilor prin funcţia de coordonare hibridă (HCF - Hybrid Coordination Function), mai precis prin precizarea parametrilor EDCA (Enhanced Distributed Channel Access).

Configurarea simulării se face alegând tipul de statistici ce vor fi colectate, pe protocol, global sau individual pe nod de reţea, iar apoi selectând durata pentru care se simulează scenariul realizat, care în cazul de faţă este setată la 900 de secunde.

Figura 6-5 Rezultatul simulării

Prin configurarea traiectoriei de deplasare a nodului mobil multimodal se simulează situaţia reală în care se iese din aria de acoperire a reţelei WLAN, moment în care se decide utilizarea reţelei UMTS.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

40

Rezultatul obţinut din simularea OPNET este cel din figura 6-5, observându-se la nivel teoretic o performanţă bună a modelului.

Se poate observa că s-au efectuat 3 proceduri de handover, iar din cauza luării deciziei de handover pe baza informaţiilor externe, se poate face o tranziţie lină între cele două moduri de acces: UMTS şi WLAN. Deşi în punctele marcate pentru handover de la momentele de timp aproximative (OPNET poate introduce şi componente aleatorii în timpii setaţi pentru simulare) - 5min, 7min şi 15s , 10min şi 45s - se pot observa discontinuităţi, ele nu sunt atât de drastice ca în cazul folosirii protocolului Mobile IP simplu, aşa cum se va vedea în paragraful 6.3.

Aceasta se datorează şi faptului că Mobile IP este forţat să efectueze un handover numai în momentul în care se pierde conectivitatea, ceea ce automat implică şi întreruperi („timeouts”).

Se poate spune că, pentru cazul extrem când se doreşte minimizarea costurilor, se poate ajunge la o situaţie asemănătoare cu handover-ul bazat pe întreruperea conexiunii, de genul celui de la Mobile IP. În schimb, în cazul în care se doreşte maximizarea calităţii serviciului, se poate spune că situaţia este foarte apropiată de un „handover preventiv”, unde se poate decide schimbarea modului de acces pe baza unei estimări a degradării calităţii serviciului.

6.3 Testarea de laborator a conceptului de handover multimodal

Handover-ul poate fi orizontal (se schimbă reţeaua, dar nu şi tehnologia, de exemplu un handover dintr-o reţea Wireless în alta) sau vertical (se schimbă atât reţeaua cât şi tehnologia de comunicaţii, de exemplu un handover între-o reţea wireless în una 3G). Se pune problema realizării timpi de handover mici.

Pentru început arhitectura implementată este cea pentru testarea mobilităţii Ethernet – WiFi. Arhitectura implementată este una minimală, bazată pe Mobile IPv6, care să permită testarea handover-ului cu resurse cât mai puţine. Routerul din reţeaua de domiciliu este cel care conectează această reţea la Internet, totodată şi agentul de domiciliu, iar routerul de acces din reţeaua vizitată este cel care are acces la reţeaua home, prin intermediul Internetului, sau poate fi chiar conectat direct la această reţea. Echipamentele utilizate sunt: 3 laptopuri (HA/CN, MN) şi un router wireless (AP):

Pentru agentul de domiciliu am utilizat un laptop cu două interfeţe Ethernet, folosind două plăci de reţea. Astfel, agentul de domiciliu este şi routerul din reţeaua home, precum şi router către reţeaua vizitată. Pentru a realiza acest lucru, o interfaţă, eth0, a primit o adresă IPv6 pentru reţeaua home şi anume 3010:1:2:3::a000, care este adresa HA, iar a doua interfaţă, eth1, a primit adresa IPv6 2010:a:b:c::5 introdusă manual, respectiv 2010:a:b:c:221:91ff:feef:b9ac prin autoconfigurare stateless, adrese din reţeaua vizitată, conectată la un port al routerului de acces.

Nodul mobil este un nod bimodal, care suportă atât conexiune Ethernet, cât şi WiFi, cu care se poate verifica handover-ul de pe o interfaţa pe alta Prin interfaţa Ethernet eth0, nodul mobil comunică direct cu reţeaua home, având adresa IPv6, 3010:1:2:3::1. Interfaţa Wireless, wlan0, cea care va comunica prin intermediul reţelei vizitate, va primi adresa 2010:a:b:c::3dff:feab:dfa8.

După cum se poate observa din adresele IPv6, reţeaua home are prefixul 2010:1:2:3::/64, iar reţeaua vizitată 3010:a:b:c::/64. Cele 4 zone observate în monitorizarea WIreshark reprezintă următoarele etape: 1.nodul mobil este în reţeaua de domiciliu, 2.MN intră în reţeaua vizitată, dar menţinând şi legătura cu reţeaua de domiciliu , 3.MN părăseşte reţeaua de domiciliu (interfaţa wlan0 activă), 4.MN revine în reţeaua de domiciliu.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

41

Timpii de handover sunt în jurul la o secundă, dar, având în vedere că testul s-a realizat pentru un scenariu nefavorabil (utilizând protocolul TCP – neutilizat, în general, pentru servicii în timp real), rezultatele sunt acceptabile.

Pentru setarea QoS pentru Mobile IPv6 se utilizează câmpul Traffic Class (Clasă de trafic) – 8 biţi ce asociază priorităţi diferitelor tipuri de trafic; mai precis primii 6 biţi formează Differentiated Services Code Point (DSCP), care oferă tratarea diferenţială a traficului (QoS): un nod sursă marchează aceşti biţi, iar routerele tratează corespunzător pachetele respective. Al doilea studiu de caz este un handover de la WiFi la GPRS (UMTS - 3G). Se utilizează MIPv6. Avantajele oferite de MIPv6 faţă de MIPv4

Rutarerea optimizată: Mobile IPv6 oferă posibilitatea de a optimiza ruta, astfel tunelarea prin metoda HA poate fi evitată. MIPv4 foloseşte rutarerea "triunghiulara" prin HA

Protocolul MIPv4 are un Agent Străin (Foreign Agent), similar Agentului de Domiciliu (Home Agent), care transmite toate mesajele, odată ce MN este ataşat la reţeaua vizitată. Pentru IPv6 nu este nevoie de Agentul Străin, toate mesajele pot fi trimise direct de către MN, fără a fi nevoie de un router intermediar.

Spaţiu mare pentru adrese (128 biţi) - în acest mod comunicarea este end-to-end, nu este nevoie de NAT (Network Address Translation)

Algoritmul de detectare a vecinilor (Neighbor Discovery Algorithm) - mecanismul pentru reconfigurarea adresei care face handoverul transparent pentru utilizator

Securitate la nivelul reţelei (IPSec) Antete Ipv6 simplificate folosind antetele de extensie (inclusiv antetul de mobilitate

specializat - Mobility Header) Etichetarea fluxurilor

Testele experimentale de configurare testează posibilitatea de integrare între GPRS şi reţelele Wi-Fi. Agentul de domiciliu şi nodul mobil sunt instalate pe maşini Linux, care sunt apoi integrate în reţelele GPRS şi Wi-Fi.

Configurarea a fost minimizată cât mai mult posibil. Astfel, agentul de domiciliu (HA) este considerat router-ul reţelei de domiciliu dar şi router de acces (routerul care face conexiunea la reţeaua străină). De asemenea, a fost implementată şi o arhitectură pentru Mobile IPv4, dar accentul a căzut pe versiunea 6. Pentru MIPv4 reţeaua de domiciliu este reţeaua GPRS, iar cea străină, reţeaua WiFi. Traficul a fost generat de către serverul FTP care a jucat rol de nod corespondent.

Pentru a utiliza reţelele tipice GPRS sau UMTS şi în principal pentru utilizarea reţelelor publice de GSM care generează doar reţele IPv4, este necesara o metodă de "by-pass" de reţele IPv4 astfel încât reţeaua sa acţioneze ca un IPv6. Soluţia este utilizarea tunelării OpenVPN care face şi conversia adresei de la IPv4 la IPv6 şi de la IPv4 la IPv6:

Server-ul OpenVPN poate fi instalat direct pe agentul de domiciliu (HA) sau pe un alt terminal din subreţeaua de domiciliu

Clientul OpenVPN este instalat pe nodul mobil (MN) Reţeaua GPRS a fost utilizata ca reţea de back-up, datorita ariei largi de acoperire,

astfel, conectarea la reţeaua GPRS este iniţiată, dar este utilizata doar în cazul în care reţeaua wireless nu este disponibilă. Priorităţile sunt stabilite în fişierul mipv6.conf, astfel încât prioritatea Wi-Fi este setata la nivel superior.

Pentru testele de handover, la nivelul de aplicaţie au fost utilizate programe de streaming multimedia (voce şi video), transfer de fişiere (FTP), precum şi mesaje de control ICMP6, toate acestea bazate pe IPv6. De asemenea, parametrii de QOS GGSN au fost setaţi la valorile maxime.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

42

Concluzia este că handover-ul nu este perfect, însă timpul de handover al pachetelor pentru streaming multimedia este scurt, sub 30ms, fapt care este considerat acceptabil.

7 Concluzii finale şi contribuţii originale la QoS pentru comunicaţii mobile

Odată cu apariţia HSDPA (care uneori este menţionat ca 3,5 G), lărgimea de bandă disponibilă pentru serviciile de date din reţelele mobile se apropie de viteza de reţelelor fixe (viteze de până la 7Mbiţi/s), devenind o soluţie viabilă pentru accesul la Internet. Înainte de HSDPA, reţelele 3G, cu viteze practice de 384 kbiţi/s, au fost cu aproape un ordin de mărime sub DSL, fiind, totodată soluţii destul de scumpe. Beneficiile UMTS sunt legate de faptul că terminalele mobile sunt compatibile 2G (GSM / GPRS), permiţându-le să funcţioneze în toate domeniile acoperite de GSM / GPRS. Primele tehnologii, GSM şi GPRS, au oferit viteze relativ mici de acces la reţelele de date, comparabile cu dial-up. GPRS a reprezentat un salt important în tehnologie, prin posibilitatea de taxare la volum şi nu la durată şi prin timpul de stabilire a conexiunii foarte mic - nu a prins însă la public imediat, pe măsura aşteptărilor operatorilor. EDGE a venit în întâmpinarea aşteptărilor utilizatorilor prin mărirea lăţimii de bandă până la 384 de kbiţi/s, înlesnind îmbunătăţirea reţelelor operatorilor fără necesitatea unor noi benzi de frecvenţă. UMTS vine cu îmbunătăţiri semnificative atât din perspectiva utilizatorilor cât şi a operatorilor de telefonie mobilă prin lăţimea de bandă mărită cât şi a tehnologiilor noi (noi tipuri de handover, utilizarea mai eficientă a spectrului, servicii noi – videotelefonia etc). CDMA2000 este tot un standard din a treia generaţie de reţele de telefonie mobilă ca şi UMTS, oferind viteze de până la 3,1 Mbiţi/s. HSDPA şi HSUPA, tehnologii care combinate dau HSPA, aduc transferul de date mobil mai aproape de cel disponibil în reţelele fixe, făcând posibile aplicaţii de genul streaming-ului de date mobil, telemăsurare, videoconferinţe. LTE este următorul pas în evoluţia către reţelele de generaţia a patra fiind denumit câteodată şi 3,5G. Tot LTE va fi următorul pas şi pentru reţelele CDMA2000, deoarece s-a decis stoparea dezvoltării standardului UMB (Ultra Mobile Broadband), care era planificat a înlocui aceste reţele. Reţelele wireless, cu specificaţiile IEEE 802.11a, b, g şi n sunt soluţii de acces de viteză relativ mare, de până la 11 respectiv 54 şi, în cazul 802.11n, chiar 600Mbiţi/s iar raza lor de acoperire este relativ mică. Alte reţele de tip broadband sunt reţelele WiMAX. Ele oferă pentru distanţe scurte (de până câţiva km) viteze de ordinul zecilor de Mbiţi pe secundă, iar în specificaţiile mai recente se introduc implementări de QoS.

În acest context, în Capitolul 2:

S-au identificat cei mai importanţi parametri de calitatea serviciilor (QoS) comuni pentru tehnologiile de comunicaţii mobile, în vederea tratării lor unitare pentru optimizarea transmisiunilor multimodale (tratată în capitolul 6).

A fost introdusă tehnologia ATCA, fiind integrată o configuraţie experimentală care pune în valoare noile realizări în comunicaţiile mobile, cu avantajul orientării către aplicaţii, cât şi al disponibilităţii unor capacităţi de comutare şi rutare tot mai mari, în concordanţă cu cerinţele crescute ale LTE şi, în perspectivă, 4G.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

43

S-a concretizat o viziune integrativă a mediului de testare, prin transfer tehnologic de la proiecte reale de comunicaţii mobile: integrare de proiecte PI (Project Integration) şi teste de interoperabilitate IOT (InterOperability Testing)

Au fost implementate soluţii originale de testare la distanţă pornirea/repornirea de la distanţă a centralelor de comunicaţii şi a

centrelor de semnalizare şi accesul la unităţile SCSI de tip Hard-Disk şi Magneto-Optical Disk pe baza capabilităţii multi-host/multi-controller

accesul de la distanţă la sisteme de testare cu terminale mobile reale prin extensia de date – în vederea telecomenzilor AT - a blocurilor electronice de gestionare a alimentării şi a căilor de sunet

Capitolul 3 ilustrează tendinţa actuală de orientare a telecomunicaţiilor către servicii. Acestea sunt implementate în Reţele Inteligente („Intelligent Networks„ - IN) care, prin serverele dedicate, furnizează servicii noi atât pentru reţelele de telefonie fixă cât şi pentru cele de telefonie mobilă. La momentul actual, serviciile IN sunt completate cu serviciile oferite de către IMS (IP Multimedia Systems).

Serviciile se universalizează, ele apar atât intern în reţelele de comunicaţii mobile cât şi extern, fiind oferite către utilizatorii finali. Intern, în reţele, există protocoale de management al reţelelor ca SNMP (Simple Network Management Protocol), dar şi TMN (Telecom Management Networks). Abordarea modernă TMN a fost concretizata în capitolul 6, cu accent pe funcţia

PDC (Performance Data Collection), menita să furnizeze în timp real valori actualizate ale parametrilor determinanţi pentru QoS.

Orientarea spre servicii a fost introdusă în acest capitol ca perspectivă modernă, concretizată în toată lucrarea (prin modelul BPEL propus aici şi încununat de dezvoltările din prima parte a capitolului 6). O contribuţie substanţială constă în integrarea de servicii pe platforma ATCA

utilizând soluţii durabile („open-source”) pentru openGGSN (Gateway GPRS Support Node) şi mai ales pentru IMS (openIMS) – o implementare IP Multimedia Services. Aceste soluţii sunt validate de un studiu de caz de comutaţie a fluxurilor de date, cu evidenţierea valorilor specifice QoS.

Autorul propune tehnici de programare a serviciilor în vederea integrării business şi pune bazele abordării SOA prin modelul BPEL.

Capitolul 4 se încadrează în contextul actual, când se răspândesc tehnologiile HSDPA şi HSUPA, fiind nevoie tot mai mare de utilizarea la nivel maxim şi distribuirea optimală a resurselor disponibile. De exemplu, un terminal mobil de Categoria 8 poate ajunge până la 7,2 Mbiţi/s, în dowlink în timp ce în legătură ascendentă (uplink), acesta poate ajunge la o rată de biţi de 384Kbiţi/s. O mulţime de lucruri trebuie să fie optimizate pentru a profita de aceste rate de transfer (cum ar fi dimensiunea buffer-ului MTU). Ratele de bit mai mari înseamnă, de asemenea, rate mai ridicate de transfer de la operatorul de reţea de telefonie mobilă. Acest lucru nu poate fi realizat cu uşurinţă în fiecare caz, fie din cauza costurilor, fie din cauza limitelor infrastructurii disponibile. De exemplu, dacă presupunem că 1000 de abonaţi ar putea folosi HSDPA în paralel, cu categoria 8 de terminale mobile, interfaţa Gn n-ar putea să garanteze trafic de 7,2 Gbiţi/s. Utilizând criteriile QoS doar abonaţii care au într-adevăr nevoie de aceste viteze de transfer la momentul dat vor beneficia de garantarea acestora. Aplicaţiile viitoare de streaming multimedia, dintre care VoIP şi videoconferinţele, vor continua să rămână foarte populare şi vor beneficia de aceste mecanisme deoarece, deşi aceste cereri nu au nevoie de o lăţime de bandă mare, ele necesită jitter scăzut şi întârziere minimă.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

44

Garantarea QoS poate fi totodată o sursă de profit directă pentru operatorii de telecomunicaţii de îndată ce aceştia vor extinde taxarea de la durată şi volum la taxarea nivelelor QoS cerute de clienţi şi garantate acestora. În cadrul integrării de proiect o contribuţie importantă a fost testarea influenţei

aplicării tehnologiilor DiffServ într-o reţea 3G, cât şi emularea Reţelei de Acces radio (UTRAN) cu un emulator 3G de tip K1297 de la Tektronix, incluzând şi utilizarea datelor de pe planul utilizator (OSI User Plane), pentru evaluarea performanţelor echipamentelor din reţeaua de bază (Core-Network) şi

Un serviciu propus utilizatorului final al reţelelor de comunicaţii (şi folosit ca referinţă în capitolele viitoare) este posibilitatea de configurare prin alegerea unui serviciu mai puţin performant, dar mai ieftin sau a unui serviciu mai performant, dar mai scump în contextul deciziei asistate - funcţie de aplicaţia folosită şi de resursele disponibile (conceptul a fost validat, în partea finală a lucrării, într-o configuraţie cu terminale multimodale). Acesta înseamnă o mai mare flexibilitate oferită utilizatorului, în paralel cu o folosire mai eficientă a resurselor operatorului.

Modelarea şi testarea într-un mediu de simulare (pentru validarea modelului) au fost prezentate în capitolul 4.

Modalitatea de implementare a fost prezentată în capitolul 6. Capitolul 5 concretizează QoS (parametrizare, măsurare, asigurare) pentru o categorie

tot mai importantă de aplicaţii: streaming mobil de date. Performanţele specifice au fost evaluate la nivelele superioare ale stivei OSI (studiul nu a fost realizat pe caracteristicile fizice ale undelor radio, ci la nivelul de serviciu oferit de capabilităţile radio). S-a concluzionat, într-o serie de scenarii de testare, tendinţa de variaţie crescuta a ratei de transmisie datorita realocării canalelor radio. Fluctuaţii similare au fost determinate, de asemenea, de întreruperi determinate de umplerea/golirea buffer-elor de date. Performanţele streaming în studiile de caz de telemăsurare (printre cele mai pretenţioase aplicaţii – motiv pentru care li s-a acordat o atenţie specială în acest capitol) şi calitatea măsurării sunt legate direct de acurateţea transmisiei de date - deoarece (aşa cum am arătat) nu s-au făcut modificări directe în canalul de comunicaţii. - datele au fost complet abandonate în cazul în care transmisia a eşuat, cu avantajul că nicio

informaţie eronată nu a fost acceptată la partea receptoare, în niciun moment. - dereglările în reţeaua orientată spre pachete au dus la:

o pierderea de pachete; în cazul TCP, acestea sunt retransmise (cu afectarea timpului Round Trip)

o întreruperi de transmisie în cazul UDP - esenţial din punct de vedere metrologic, deoarece niciun set alterat de date experimentale nu a putut fi transmis; pentru a evita aceasta, configurarea QoS adăugă interdicţii suplimentare ale livrării de PDU eronate. Efectul subiectiv al unei bune calităţi a serviciilor (QoS) este sentimentul situării "on-

line" a utilizatorului, ca urmare a recepţiei în timp real şi a unor interfeţe grafice ( "skins") ce emulează la client interfaţa fizică de la distanţă (la locul măsurării).

Pentru transmisiile TCP DL, interfeţele radio EDGE au permis 40-50 kbps, menţinând performanţa tele-măsurărilor în timp real (cu eventuale cereri de retransmisie). Pentru transmisia TCP UL, interfeţele radio au permis rate mai mici şi efectul limitării transmisiei în timp real a fost atins mai repede.

Pentru UDP DL, efectul de transmisie în timp real a fost blocat mai repede decât era aşteptat, iar pentru UDP UL, tele-transmisia de calitate s-a putut face doar la rate mai mici şi sentimentul de "on-line", a fost afectat chiar mai mult.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

45

Acest lucru a fost determinat de faptul că, în GPRS / EDGE / UMTS există mai puţine canale de trafic sau resurse radio alocate pentru UL şi prioritatea lor este mai scăzută comparativ cu canalele downlink.

Pentru aplicaţiile de streaming de date necritice, pierderea de pachete UDP poate fi ignorată şi transmisia poate continua (cu pachetele proaspăt primite) – efectul a fost al unui link "non-interlocked" per ansamblu mai rapid (comparativ cu TCP).

Studiul de caz a alocat aceeaşi atenţie UL şi DL, deoarece piaţa de telecomunicaţii - care vizează în primul rând descărcarea de conţinut - se schimbă treptat, către accesul upload, care să permită clienţilor să şi încarce conţinut. Tot mai mulţi operatori 3G vor acorda importanţă streaming-ului de date (mai ales din multimedia - ca prognoză pentru viitorul apropiat, dar şi din domeniul industrial - după cum am ilustrat în capitolul 5 activând "QoS traffic class "streaming" , care asigură un bit-rate garantat şi întârziere constantă, ceea ce reduce cererea de buffering la partea receptoare).

Pentru ambele părţi (furnizorii şi clienţii acestora), tehnicile de evaluare a performanţei pe care le-am propus ar putea fi foarte utile. Aceste tehnici pot fi uşor adaptate la alte sisteme de achiziţie de date - în general la oricare alte echipamente care pot fi conduse de către orice alt software de instrumentaţie de uz general (de exemplu, Agilent EEV) - în acest capitol s-au prezentat aplicaţii National Instruments LabView (deoarece driverele sunt, de asemenea, standardizate, în conformitate cu VISA - Virtual Instrument Software Architecture şi IVI -Interchangeable Virtual Instruments). Apreciez că tehnicile prezentate ar putea fi extinse luând în considerare cele mai noi protocoale şi controale pentru programarea de aplicaţii distribuite în monitorizarea de la distanţă. Capitolul 5 prezintă şi aplicaţii cu National Instruments Datalogging and Supervisory Control (DSC) pentru monitorizarea la distanţă cu conectarea la reţea a dispozitivelor pentru transferul de achiziţie (output) / sau (de intrare) a datelor de control la / de la baze de date distribuite.

Tot în capitolul 5 am prezentat protocolul Mobile IPv6 ca soluţie capabilă să deservească tehnologii diferite de implementare a mobilităţii nodurilor şi a proceselor.

Un loc aparte în acest capitol îl au : studiile de caz privind streaming-ul către şi de la terminale mobile performante

(„smartphones”, „communicators”) cu aplicaţii realizate de autor în telemonitorizarea datelor biomedicale (prin sistemul

cu modem GSM pilotat de două microcontrolere sau prin sub-sistemul de achiziţie, condiţionare şi teletransmisie a EKG pe baza LabView PDA cu legătură Bluetooth la telefonul mobil al pacientului). Se remarcă

utilizarea unor tehnici moderne, de exemplu controlul şi supravegherea pe baza de variabile partajate („shared variables”) în cadrul NI-PSP (Publish and Subscribe Protocol).

Dintre diferitele sisteme de tele-monitorizare dezvoltate de autor în ultimii ani, soluţia „twin-microcontroler” are un microcontroler alocat controlului achiziţiei de

date şi prelucrării şi altul alocat gestionării comunicaţiilor (interfaţarea şi controlul unui modem GSM). Astfel de soluţii dual-procesor sunt comune, chiar şi telefoanelor SmartPhones (doar recent DSP şi prelucrarea de uz general au fost aduse la o bază comună).

Autorul a realizat şi o soluţie completă bazata pe PDA cu card miniatural Compact Flash pentru

achiziţia de date, procesarea şi teletransmisia lor pe baza NI „LabView PDA”.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

46

Deoarece majoritatea soluţiilor bazate pe CF rămase disponibile în prezent pe piaţă nu incorporează tehnologii de comunicaţii mobile precum GSM / UMTS sau WiFi, care ar permite sistemului să transfere datele obţinute direct către un server la distanţă, autorul a decis să utilizeze un telefon mobil obişnuit pe post de modem GSM / GPRS. PDA-ul este conectat la telefonul mobil prin Bluetooth şi utilizează comenzi AT standard pentru a transfera un mesaj

Se poate utiliza înregistrarea datelor la nivel local, pentru achiziţia de date şi diagnosticarea detaliată (uman şi/sau automat), în timp ce transmisia tele-mobilă poate fi utilizată în principal pentru actualizări şi alarme.

Capitolul 6 este dedicat unor contribuţii la optimizarea QoS în comunicaţiile mobile de date. Se utilizează funcţii de timp real, „charging” şi PDC (Performance Data Collection) pentru redimensionarea (realocarea) traficului în comunicaţii mobile multi-modale. Aceasta abordare propusă de autor, bazata pe noile capabilităţi de timp real în monitorizarea traficului, este avantajoasă prin evitarea manevrelor brutale de pornire/oprire care necesită canale dedicate de semnalizare. Soluţia propusa seamănă practic cu o semnalizare pe canal comun fiind bazată pe păstrarea, chiar şi la nivel minimal, a conexiunilor care pot fi astfel monitorizate permanent (conceptul de „probing”), ponderea lor fiind refăcută (sporită din nou) dacă QoS creşte.

Abordarea este top-down: autorul creează un serviciu dedicat bazat pe BPEL (introdus în capitolul 3), pentru implementarea deciziei multicriteriale privitoare la „handover parţial” pe baza PDC, în vederea managementului bazat pe QoS al comunicaţiilor mobile multi-modale, cu accent pe comutaţia fluxurilor multi-media în contextul protocoalelor SIP şi RTP. În partea a doua a acestui capitol autorul validează conceptul de realocare a traficului pe baza QoS într-o configuraţie OPNET 3G/WLAN. Se propune modelul detaliat al unui terminal mobil bi-modal, fiind implementate principalele ASM descrise în capitolul 4.

Având o abordare de tip „White Box” din mediul OPNET se poate ajunge la implementare în software a modelului descris, ce se poate aplica în terminalele actuale care posedă un grad sporit de programabilitate – „software radio”, „cognitive radio” etc – mergând tot mai mult spre părţile de înaltă frecvenţă pe deoparte („smart-antennas”), şi către managementul surselor de energie în cooperare cu sursele de putere (”ultra-capacitoare”) pe de-altă parte. Sistemele de tip Network-on-Chip pot duce chiar la implementarea unor reţele în interiorul unui acelaşi terminal mobil (acesta devenind o subreţea mobilă, modulele din terminalele mobile primind adrese proprii, ceea ce nu este o problemă în IPv6). Astfel se poate realiza chiar adresabilitatea diferitelor componente ale terminalului mobil, în concordanţă cu conceptele „Internet-of-Things”, în care obiectele obişnuite, ce ne înconjoară, pot fi accesate cu adrese IPv6 şi pot comunica direct între ele, fără intervenţia umană. În ultimii ani se observă interesul tot mai mare către soluţii de completare a realităţii fizice cu ajutorul simulatoarelor-emulatoarelor. Aceasta este posibilă datorită disponibilităţii unei puteri de calcul tot mai mare. De aceea simulările de tipul celei prezentate în capitolul 6, pot facilita introducerea de asemenea componente emulate în locul diferitelor module ale unor sisteme reale.

Se poate ajunge în aceste condiţii şi la configurarea terminalului de către reţea, reţeaua mobilă determinând atât ce să ruleze acest terminal mobil cât şi parametrii pe care să îi folosească (de exemplu pentru modem, pentru codec etc), prin intermediul fişierelor de configurare ce se descarcă tot la iniţializare.

Din rezultatele simulării se poate observa o îmbunătăţire semnificativă a procedurii de handover inter-system. Compromisul realizat aici este că se poate obţine un handover mai lin, fără întreruperi semnificative, dar cu preţul folosirii mai ineficiente a energiei, datorate folosirii în paralel a celor două părţi radio.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

47

Totuşi acest dezavantaj este parţial compensat de procedurile de economisire a energiei implementate în aceste module radio (în perspectiva unificatoare „energie şi informaţie” s-a ajuns deja la „consum per bit”).

În mediul de simulare OPNET s-au ales parametrii adecvaţi de simulare şi s-a elaborat un model de evaluare a îmbunătăţirilor obţinute prin folosirea

serviciului decizional de handover şi de estimare a calităţii serviciilor oferite de reţele în condiţiile extreme de taxare („charging”): calitate maximă sau preţ minim.

A fost propus un indicator QoS calculat ca sumă dublu ponderată a măsurătorilor de performanţă, folosită pentru evaluarea deciziei de handover parţial între căile de acces multimodal. Această sumă asigură o apropiere cât mai fidelă de preferinţele

utilizatorului cât şi de necesităţile aplicaţiei folosite, prin alegerea ponderilor atât pentru profilul de utilizator (de la utilizatorul orientat către costuri minime până la cel orientat către servicii de calitate maximă).

S-a asigurat posibilitatea de intervenţie a operatorului de telecomunicaţii în decizia optimală prin introducerea în formula de calcul şi a datelor de performanţă a reţelei.

S-a realizat integrarea business a serviciilor propuse prin programarea bazată pe BPEL (Business Process Execution Language)

S-a asigurat reconfigurabilitatea dinamică a sistemului luând în considerare actualizările bazate pe seturi XML de parametri evaluaţi în timp real – cu timp minim de răspuns la schimbarea condiţiilor din reţea.

Prin alegerea parametrilor de simulare OPNET se poate evalua îmbunătăţirea obţinută prin folosirea serviciului de decizie de handover şi se poate estima calitatea serviciilor oferite de reţele în condiţiile extreme de charging: calitate maximă sau preţ minim.

Suma ponderată este folosită pentru evaluarea deciziei de handover între modurile de acces. Această sumă asigură o apropiere cât mai fidelă de preferinţele utilizatorului cât şi de necesităţile aplicaţiei folosite, prin alegerea ponderilor atât pentru profilul de utilizator (utilizator orientat către costuri minime sau orientat către servicii de calitate maximă).

De asemenea operatorul poate influenţa aceste decizii prin introducerea în formula de calcul şi a datelor de performanţă a reţelei. Sistemele TMN sunt de fapt reţele de management ale reţelelor şi de aceea, prin funcţia PDC prezentă în aceste sisteme (de exemplu SPOTS), pot decide pe baza statisticilor, (re-) alocarea optimală a resurselor. Serviciul prezentat în capitolul 6 poate ajuta la decongestionarea unor zone din reţele de telefonie mobilă prin mutarea cât mai multor utilizatori din reţeaua de telefonie mobilă către reţelele wireless, când şi unde este posibil.

S-a considerat, de asemenea, QoS solicitat de aplicaţie – doar dacă QoS efectiv scade sub QoS solicitat de aplicaţie, se ia decizia de handover parţial (în vederea îmbunătăţirii QoS) –aşadar, nu se face efortul unui handover pentru aplicaţii mai ieftine care nu cer prea multe resurse. Codul Java este orientat în acest caz pe calculul acestui rq_qos (required QoS) cu rq_gbu (required bit rate uplink) în loc de avgbu, rq_gbd în loc de avgbd etc (în programele prezentate detaliat în paragrafele de început).

Aplicaţiile VoIP îşi pot determina valorile necesare pentru rata de bit, întârziere/jitter şi rata erorilor de la codec-urile semnalului vocal (la nivelul utilizator, acelaşi protocol – RTP – este folosit pentru streaming atât pentru conferinţe audio cât şi video).

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

48

În cazul în care nu toţi parametrii pot fi determinaţi pentru o aplicaţie dată (de exemplu navigaţia web unde întârzierea nu e prea importantă, iar jitter-ul n-are practic nicio relevanţă), pot fi utilizate unele valori implicite acceptabile.

Datorită soluţiei alese (BPEL, cu parametrii obţinuţi din fişiere XML), sistemul poate fi configurat dinamic, ca răspuns la schimbarea condiţiilor din reţea.

Capitolul se încheie cu tehnicile de testare a conceptelor în laborator, la firma Siemens PSE Braşov, prin

integrarea unei configuraţii experimentale GPRS/3G/WLAN. Sunt interpretate datele şi observaţiile dintr-un scenariu de handover WiFi ↔ GPRS

(UMTS - 3G) cu implementare MIPv6. S-a avut în vedere (mai ales pentru validarea experimentală a soluţiilor propuse şi

prealabil simulate OPNET în acest capitolul) un „handover vertical seamless” care - a permis pachetelor să nu fie ignorate de către routere din cauză că adresa sursă nu este

corectă din punct de vedere topologic; - a permis trecere dintr-o reţea în alta a nodului mobil în mod transparent pentru nivelul

transport; - a asigurat asignarea adreselor de tip “plug and play” (autoconfigurare stateless), ceea ce

duce la diminuarea implicării utilizatorului în configurarea unui terminal bazat pe IPv6; O posibilitate suplimentară este securizarea mesajelor de semnalizare schimbate între

nodul mobil şi agentul de domiciliu ; securizarea se poate extinde şi asupra traficului de date, într-un mod asemănător cu cel de semnalizare, prin algoritmi de criptare şi autentificare.

Pentru traficul de semnalizare se poate avea în vedere şi optimizarea prin folosirea unor abordări moderne facilitate de protocolul SCTP, şi anume multi-homing. Aceasta permite folosirea mai multor adrese IP, corespunzătoare interfeţelor active din terminalul multimodal, pentru a asigura redundanţă şi timpi mici de comutare pe rezervă („failover”). O propunere recentă, RFC 5061, asigură şi configurarea dinamică a adreselor folosite în comunicaţia pe SCTP. Astfel se asigură o conexiune fiabilă între terminalul multimodal şi serverul pe care rulează serviciul de decizie de handover.

În încheiere, aş vrea să evidenţiez potenţialul tehnicilor de control de la distanţă şi de emulare – integrare – testare, pe care le-am folosit şi dezvoltat în lucrare, care pot deveni tehnici de management în perspectiva TMN („Telecom Management Networks”). Prin folosirea protocolului SCTP în locul protocolului TCP, se poate ajunge la o fiabilitate sporită (prin multi-homing), în paralel cu o mobilitate sporită (prin accesul multimodal), folosind tehnici de handover eficient. Serviciul propus, de decizie de handover, folosind date şi statistici furnizate de reţelele TMN, poate îmbunătăţi performanţa unei reţele mobile de transmisii de date atât prin reducerea la nevoie a încărcării reţelei, cât şi prin creşterea satisfacţiei utilizatorilor, oferind un serviciu mai performant sau un serviciu mai ieftin, după preferinţa clienţilor.

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

49

Bibliografie 1. Publicaţii ale autorului:

[1] Sandu F., Borza P.N., Robu D.N., W. Szabo - ”Twin-microcontroller GSM Modem Development System”- Proceedings of the 8th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment - OPTIM ‘2002, Braşov, 16 – 17 May 2002

- o citare, într-un articol publicat în Proceedings of 2006 IEEE International Conference on Automation, Quality and Testing, Robotics - 25-28 May 2006 Cluj-Napoca, Romania

[2] Szekely I., Sandu F., Balica A., Robu D.N. - ”Analysis of Wireless Measurement Transmission Performance” – Proceedings of the 15th IMEKO TC 4 Symposium on Novelties in Electrical Measurements and Instrumentation – Iasi, 19 – 21 September, 2007 [ Paper F166 ] - ISSB/ISBN: 978-973-667-260-6, 978-973-667-262-0

[3] Szekely, I., Balan, T., Sandu, F., Robu, D.N., Cserey, S. - „Optimization of GSM-UMTS core network for IP convergence in 4G through Mobile IPv6” - Optimization of Electrical and Electronic Equipment, 2008. OPTIM 2008. 11th, conferinţă IEEE – Proceedings indexate ISI - International Digital Object Identifier: 10.1109/OPTIM.2008.4602483, 2008 , Page(s): 217 – 222 – lucrare selectată pentru a fi inclusă într-o monografie: Adibi S., Mobasher A, Tofighbakhsh M. – editors: Fourth-Generation Wireless Networks: Applications and Innovations - ISBN: 978-1-61520-674-2; 416 pp; IGI Global, 2010

[4] Sandu F., Cserey S., Szekely I., Robu D.N., Balan, T.- „Simulation of an advanced mobile communication network” - Optimization of Electrical and Electronic Equipment, 2008. OPTIM 2008 - IEEE – Proceedings indexate ISI - Digital Object Identifier: 10.1109/OPTIM.2008.4602484, 2008, Pag. 223 – 230.

- o citare, într-un articol publicat de “Hardware Verification Group” - Concordia University - Montreal, Canada

- o citare, într-un articol publicat la ISCC 2009, IEEE Symposium on Computers and Communications

[5] Robu, D.N. – coautor la monografia "Advanced Technologies for e-Learning" – editori S.Moraru, F.Sandu, P.Borza - editors - , 420 pag. Ed. "Lux Libris", Brasov - Romania, 2008 - ISBN 978-973-131-045-9

[6] Sandu F., Szekely I., Robu D.N., Balica A. – "Performance Measurement for Mobile Data Streaming" - Computer Standards & Interfaces - The International Journal on the Development and Application of Standards for Computers, Software Quality, Data Communications, Interfaces and Measurement - Elsevier Publications, ISSN: 0920-5489, Volume 32 , Issue 3 (March 2010), pag. 73-85 – Jurnal indexat ISI

[7] V.Cazacu, D.N.Robu, I.Székely, F.Sandu – “ECG Tele-monitoring Using Intelligent Network Services” - Proceedings of the 2nd International Conference on Recent Achievements in Mechatronics, Automation, Computer Science and Robotics - May 14-15, 2010, Targu Mures, Romania

[8] V.Cazacu, L.Cobarzan, D.N.Robu, F.Sandu – “Localization of the Mobile Calls Based on SS7 Information and Using Web Mapping Service” - Proceedings of the 2nd International Conference on Recent Achievements in Mechatronics, Automation, Computer Science and Robotics - May 14-15, 2010, Targu Mures, Romania

- selecţionată spre a fi republicată, în versiune extinsă, în Acta Universitatis Sapientiae, Electrical and Mechanical Engineering - Scientific journal of Sapientia University - Targu Mures - Romania, Vol. 2, 2010 - ISSN 2065-5916

[9] F.Sandu, D.N.Robu, C.Costache - “BPEL Implementation of QoS-based Management in Multi-modal Mobile Communications” - Proceedings of the International Conference on Development and Application Systems (DAS 2010), 27-29 May 2010, Suceava, Romania, ISSN 1844-5039, pp 191-196

[10] Kayafas E., Sandu F., Nedelcu A. V., Costache C., Robu D.N., Demeter M. - “Tele-measurement Services for m-Learning”, capitol în monografia „Mobile Web 2.0: Developing and Delivering Services to Mobile Phones” – editori S.Ahson şi M.Ilyas , 672 pag., ISBN 978-1-4398008-2-9 - ce va apare la CRC Press / Auerbach Publications în 15 decembrie 2010 – http://www.crcpress.com/product/isbn/9781439800829

[11] V. Cazacu, D.N. Robu, L. Cobarzan, I. Szekely, F. Sandu - Distributed Testing in Agile Service Development Projects, EPE 2010 - The 6th Conference on Electrical and Power Engineering, Iaşi, Romania

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

50

2. Cărţi şi articole

[1] Adibi S., Mobasher A, Tofighbakhsh M. –”Fourth-Generation Wireless Networks: Applications and Innovations” - ISBN: 978-1-61520-674-2; 416 pp; IGI Global, 2010

[2] Ambrosch, W.D., Maher, A., Sasscer, B. – The Intelligent Network: A Joint Study by Bell Atlantic. IBM and Siemens, Springer-Verlag, 1989. ISBN 3-540-50897-X. ISBN 0-387-50897-X.

[3] Balan Titus-Constantin, Sandu Florin,” Fourth-Generation Wireless Networks: Applications and Innovations”, Pages: 405-423 pp, IGI Global, 2010

[4] Ban, S., Choi, J.K., Kim, H-S., -”Efficient end-to-end QoS mechanism using regress node resource prediction in NGN network”- The 8th International Conference in Advanced Communication Technology (ICACT 2006), Februarie 2006, Volumul 1

[5] Borcoci, E., Balaci, R., Obreja, S., Iorga, R., -”Concurrent implementation of multi-domain service management for end-to-end multimedia delivery” - The 6th International Conference COMMUNICATIONS 2006, Iunie 2006

[6] Callejo-Rodrigitez, M.A., Enriquez-Gabeiras, J., Burakowski, W., Beben, A.; Sliwinski, J., Dugeon, O., Mingozzi, E., Stea, G., Diaz, M., Baresse, L., -”EuQoS: End-To-End QoS over Heterogeneous Networks, Innovations in NGN: Future Network and Services”- K-INGN 2008, First ITU-T Kaleidoscope Academic Conference, Mai 2008

[7] Chiruvolu, G., Agrawal, A., Vandenhoute, M., -”Mobility and QoS support for IPv6-based real-time wireless Internet traffic” - IEEE Journal on Selected areas in Communications, Volume 22, Number 4, May 2004

[8] Christoph P. Mayer, Thomas Gamer, “Integrating real world applications into OMNeT++”, Institute of Telematics, Universität Karlsruhe (TH), Technischer Bericht, Nr. TM-2008-2, Feb 2008

[9] Devarapalli, V., Gundavelli, S., Chowdhury, K., Muhanna, A. (2007) - ”Proxy Mobile IPv6 and Mobile IPv6 interworking” - Retrieved June 2008, from http://tools.ietf.org/html/draft-devarapalli-netlmm-pmipv6-mipv6-00

[10] Eichler, G., Hussmann, H., Mamais, G., Venieris, I., Prehofer, C., Stefano Salsano, S., -”Implementing Integrated and Differentiated Services for the Internet with ATM Networks: A Practical Approach” - IEEE Communications Magazine, Ianuarie 2000

[11] Elena Demaria, Ivano Guardini, Michele La Monaca, “Mobile IPv6 deployment opportunities in next generation 3GPP networks”, IST Mobile and Wireless Communications Summit 2007, Budapest, Hungary

[12] G., Eccles, S., -”Service management for end-to-end QoS multimedia content delivery in heterogeneous environment”- Advanced Industrial Conference on Telecommunications/Service Assurance with Partial and Intermittent Resources Conference/E-Learning on Telecommunications Workshop, AICT/SAPIR/ELETE, Iulie 2005

[13] Ganz, A., Ganz, Z., Wongthavarawat, K., -”Multimedia Wireless Networks: Technologies, Standards, and QoS” - Prentice Hall PTR, 2003.

[14] Giordano, S., Salsano, S., Ventre, G., Giannakopoulos, D., - ”Advanced QoS Provisioning in IP Networks: The European Premium IP Projects” - IEEE Communications Magazine, Ianuarie 2003

[15] H. Holma, A. Toskala, “LTE for UMTS – OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access”, John Wiley & Sons Ltd., ISBN 978-0-470-99401-6, 2009

[16] Hardy, W., -”QoS Measurement and Evaluation of Telecommunications Quality of Service”- John Wiley & Sons, 2001

[17] I. Baumgart, B. Heep, and S. Krause. OverSim: “A Flexible Overlay Network Simulation Framework. Proceedings of 10th IEEE Global Internet Symposium”. pages 79–84, May 2007

[18] Iera, A., Molinaro, A., ”Quality of service concept evolution for future telecommunication scenarios” - IEEE 16th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, PIMRC 2005, Volumul 4, Septembrie 2005

[19] Kim, M.; Nam, K.; Lee, J.; Hwang-Soo Lee, - ”A Case Study of Policy-based QoS Management in 3G Networks ” - Vehicular Technology Conference (VTC 2003), the 57th IEEE Semiannual Volume 4, Aprilie 2003

[20] Kong, K., Lee, W., Han, Y., You, H. (2008). Mobility Management for All-IP Mobile Networks: Mobile IPv6 vs. Proxy Mobile IPv6 (2008), IEEE Wireless Communications, April 2008

[21] Kristaly D.M., Sisak F.,Truican I., Moraru S.A. , Sandu F. - ”Web 2.0 technologies in web application development” - Proceedings of the 1st ACM International Conference on Pervasive Technologies Related to Assistive Environments, PETRA 2008, Athens, Greece, July 16-18, 2008

Contribuţii la calitatea serviciilor în comunicaţiile mobile

51

[22] Lei, J., Fu Xiaoming (2007). Evaluating the Benefits of Introducing PMIPv6 for Localized Mobility Management, Technische Berichte des Instituts für Informatikan der Georg-August-Universität Göttingen, 29. June 2007

[23] Lin, Y., Pang, A., (2005). Wireless and Mobile All-IP Networks, November 2005, Wiley Publishing Inc.

[24] Lloyd-Evans R. - ”GPRS QoS in Integrated 3G Networks” , Artech House 2002 [25] Marchese, M., -”QoS over Heterogeneous Networks” - John Wiley & Sons, 2007 [26] Nedelcu, A.-V.; Sandu, F.; Machedon-Pisu M., M.; Alexandru, M.; Ogrutan, P. - „Wireless-based

remote monitoring and control of intelligent buildings” - Robotic and Sensors Environments, 2009. ROSE 2009. IEEE International Workshop. Digital Object Identifier: 10.1109/ROSE.2009.5355999, 2009, Page(s): 47 – 52

[27] Nishida, K., Yokota, H. (2006) - ” Mobility NETLMM Protocol Applicability Analysis for 3GPP SAE Network”- Retrieved January, 2008, http://tools.ietf.org/html/draft-nishida-netlmm-protocol-applicability-00

[28] Patel,V, McParland, T.(2008) -”Proposed Guidance for IPS Mobility Management Aeronautical Communication Panel” - August 2008, Montreal, Canada

[29] Pischella, M. Lebeugle, F. Jamaa - ”UMTS to WLAN Handover based on A Priori Knowledge of the Networks , June 2006

[30] Puschiță, E.; Palade, T.; Sandu, F. - ”Intra-System Mobility Evaluation for Different Wireless Technologies” - Wireless and Mobile Communications, 2006. ICWMC '06, conferinţă internaţională IEEE. Digital Object Identifier: 10.1109/ICWMC.2006.57, 2006

[31] Racaru, F., Diaz, M., Chassot, C., -”Quality of Service Management in Heterogeneous Networks”- International Conference on Communication Theory, Reliability, and Quality of Service, CTRQ'08, Iulie 2008

[32] S. Mohanty - A new architecture for 3G and WLAN integration and inter-system handover management, 2006

[33] S. Sesia, I. Toufik, M. Baker, “LTE – The UMTS Long Term Evolution From Theory to Practice”, John Wiley & Sons Ltd, ISBN 978-0-470-69716-0, 2009

[34] Sandu F., Borza P.N. , Kayafas E, Moraru S.A. - ”LabVIEW-based remote and mobile access to real and emulated experiments in electronics” - Proceedings of the 1st ACM International Conference on Pervasive Technologies Related to Assistive Environments, PETRA 2008, Athens, Greece, July 16-18, 2008

[35] Sandu F., Cserey S, Balan T., Romanca M. - ”Simulation-based UMTS e-learning software” - Proceedings of the 1st ACM International Conference on Pervasive Technologies Related to Assistive Environments, PETRA 2008, Athens, Greece, July 16-18, 2008

[36] Sandu, F.; Romanca, M.; Nedelcu, A.; Borza, P.; Dimova, R -„Remote and mobile control in domotics” - Optimization of Electrical and Electronic Equipment, 2008. OPTIM 2008. 11th , conferinţă internaţională IEEE . Digital Object Identifier: 10.1109/OPTIM.2008.4602527, 2008, Page(s): 225 – 228

[37] Tanenbaum A.S.- Reţele de calculatoare, ed. a 4-a. Edit. BYBLOS, 2003 [38] Xiuhua, F., Wang, J., Zhou, W., Junde, S., -”End-to-End QoS Architecture and Inter-domain QoS

Model across Multiple Domains”- International Conference on communication Technology, ICCT '06, Noiembrie 2006

[39] Y. Bernet, Y., - ”The Complementary Roles of RSVP and Differentiated Services in the Full-Service QoS Network” - IEEE Communications Magazine, Februarie 2000

[40] Yousaf, Faqir Zarrar - “An Accurate and Extensible Mobile IPv6 (xMIPV6) Simulation Model for OMNeT++”, Communication Networks Institute, Dortmund University of Technology, Germany

[41] T. Radulescu, H. G. Coanda “QoS in retelele IP multimedia”, Editura Albastra, ISBN 978-973-650-219-4, 2007

Listă de abrevieri

3GPP 3rd Generation Partnership Project 3GPP2 3rd Generation Partnership Project 2 AAA Authentication, Authorization and Accounting AM Account Management APN Access Point Name AS Application Servers ASM Algorithmic State Machine ASN.1 Abstract Syntax Notation One ATCA Advanced Telecommunications Computing

Architecture ATM Asynchronous Transfer Mode AuC Authentication Center BCCH Broadcast Control Channel BGCFs Breakout Gateway Control Functions BPEL The Business Process Execution Language BGP Border Gateway Protocol BSC Base Station Controller BSS Base Station Subsystem BTS Base Transceiver Station CBR Constant Bit Rate CDMA Code Division Multiple Access CM Configuration Management CMIP Common management information protocol CMIS Common Management Information Service CORBA Common Object Request Broker Architecture CS Circuit Switched CSCF Call/Session Control Functions DCH Dedicated Channel DSS1 Digital Subscriber Signalling System No. 1 EDGE Enhanced rates for Data Global Evolution EDCA Enhanced distributed channel access EIR Equipment Identity Register eNodeB evolved NodeB ER Error Rate eUTRAN evolved UTRAN EV-DO Evolution, Data Only EV-DV Evolution, Data Voice FACH Forward Access Channel FDD Frequency-Division Duplexing FM Fault Management GBR Guaranteed Bit Rate

GGSN Gateway GPRS Support Node GMSK Gaussian Minim Shift Keying GPRS General Packet Radio Service GRE Generic Routing Encapsulation GSM Global System for Mobile Communications/Groupe

Spécial Mobile HCF Hybrid coordination function HLR Home Location Register HSCSD High-Speed Circuit Switched Data HSDPA High-Speed Downlink Packet Access

HSPA High-Speed Packet Access HSS Home Subscriber Server HSUPA High-Speed Uplink Packet Access IETF Internet Engineering Task Force IMS IP Multimedia Subsystem IP Internet Protocol ITU International Telecommunication Union LLC Logical Link Control LTE Long Term Evolution MAC Media Access Control MIMO Multiple-Input and Multiple-Output MIP Mobile IP MME Mobility Management Entity MNP Mobile Number Portability

MRF Media Resource Functions MSC Mobile Switching Center NAI Network Acces Identifier NAS non-Access Stratum NE Network Element NNI Network to Network Interface OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing OMA Operation-Maintenance-Administration PCH Paging Channel PCI Peripheral Component Interconnect PDA Personal Digital Assistant PDC Performance Data Collection PDN Public Data Network PDN-GW PDN Gateway PDP Packet Data Protocol PDTCH Packet Data Traffic Channel PGW Packet Data Network Gateway PICMG PCI Industrial Computer Manufacturers Group PM Performance Management PMIP Proxy Mobile IP PS/PO Packet Switched/Packet Oriented PSDN Public Switched Data Network PSK Phase-Shift Keying PSTN Public Switched Telephone Network QAM Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Service RAN Radio Access Network RLC Radio Link Control RLP Radio Link Protocol RSVP Resource Reservation Protocol RTP Real-time Transport Protocol RTT Round-Trip-Time RTT Radio Transmission Technology SaaS Software as a Service SAP Service Access Point SCTP Stream Control Transmission Protocol SDP Service Data Point SDU Service Data Unit SGSN Serving GPRS Support Node SGW Serving Gateway SIP Session Initiation Protocol SMS Short Message Service SNMP Simple Network Management Protocol SOAP Simple Object Access Protocol SPOTS Suport, Planficare, Operare & mentenanţă şi analiza

Traficului în Sistem SS7 Signaling Sysmtem no 7 TDD Time-Division Duplex TDM Time Division Multiplexing TDMA Time Division Multiple Access TMN Telecommunications Management Network UMB Ultra Mobile Broadband UMTS Universal Mobile Telecommunication System UNI User Network Interface UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network VBR Variable Bit Rate VLR Visitor Location Register WIMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WSDL Web Services Description Language XML Extensible Markup Language XPDL XML for Process Description Languages