GPRS QoS-神話か現実か？

この記事では、いわゆるを使用する原理と方法を検討します 提供されるサービスの品質プロファイル-GPRS / EDGEテクノロジーに基づくモバイルオペレーターのネットワークでのパケットデータ送信に適用されるQoS 。

イントロ

GPRS / EDGEテクノロジを使用して実装されたモバイルネットワークでのパケットデータ転送に基づくさまざまなアプリケーションおよびサービスは、伝送エラーの確率、伝送速度（最大および平均）、一時的な伝送パラメータに対して大きく異なる要件を提示することは完全に自然ですしたがって、データ送信の遅延など、パケットサービスのアクティブ化中に、加入者にはいわゆる サービスプロファイルはGPRS QoS * [Quality of Service]ですが、品質プロファイルの概念は、GPRSアーキテクチャが対象とする物理（無線伝送、通信チャネル、バックボーン）通信ネットワークの一部で非常に不均一な通信でどれほど効率的に使用できますか？

*-最初は、QoSプロファイルはモバイル端末自体のメモリとHLRのメインプロファイルの両方に保存されますが、PDPコンテキストがアクティブ化されると、モバイル端末はトップレベルアプリケーションが使用する「更新済み」QoSプロファイルを要求できますデータ転送用のPDPコンテキストですが、ネットワークは要求されたQoSプロファイルを拒否し、その裁量で新しいQoSプロファイルを割り当てることもできます。これは非常に頻繁に発生します。 これらのプロセスの詳細については、記事内のGPRSをご覧ください。 内部からの パート1とGPRS。 パート2

この技術が一般的に何であるかを少し思い出してみましょう...



一般に、GPRSテクノロジーは、特定のインターフェイスを使用して相互に「接続」された、原則として複数の独立したブロックで構成されるブロック構造の形式で抽象化できます。 内部では、各ブロックには独自のデザインがあります。 彼が提供できる品質のレベルはQoSであり、彼自身のインテリア-実装テク​​ノロジーによって彼に「課されます」。 さらに、同じ構造のすべてのブロックは、単一の分割不可能な整数構造である必要があります（下図を参照）。







すでに知っているように、BSSサブシステムは、現在の負荷に基づいて、パケット（PS-パケット交換）サービスと音声（CS-回線交換）サービスとの間で無線リソースを動的に分配しますが、当然のことながら音声サービスの優先順位に向かっています。 したがって、GPRS / EDGEテクノロジーの導入は、提供される音声サービスの品質にまったく影響を与えませんが、パケットデータQoSに対するCSデータ優先度の逆効果を排除することはできません。 唯一可能な方法は、いわゆる セル自体のパケットデータの保証容量、つまり パケット送信のための一定数のタイムスロット（TS）の予約、いわゆるコンセプト GPRSテリトリー （下図を参照）。









理論的には、GPRSのQoSプロファイルは、特定のアプリケーションの要件に最適なパラメーターによって特徴付けられる必要があります。 これらのパラメーターの可能なオプションは、次の機能に基づいています。

1. priority（優先クラス）
2. 伝送遅延（遅延クラス）
3. 信頼性クラス
4. ピークスループットクラス
5. 平均スループット（MeanThroughputクラス）

したがって、これらのパラメータグループを組み合わせることにより、加入者またはアプリケーションに提供される必要なレベルのサービスを実現できますが、原則として、さらに効率的なプロファイルモデルは、次のようなパケットネットワークのデータ伝送の現実的なパラメータに基づく必要があります：

• パケット遅延
• 中程度のジッター
• 帯域幅
• エラー率

しかし、それは理論上のすべてです...



それでは、実際のGPRS QoSとは何ですか？



奇妙なことに、GPRS QoSの概念の正確な定義すらありません。 一般的に、これらは次のとおりです。

• コアネットワークで提供されるサービスの全体的な品質
• サブスクライバーの成功したサービス実装の数
• オペレータのGPRSネットワークの効果的な無線カバレッジ

同時に、GPRSテクノロジーに基づいて提供されるサービスの品質に非常に強い影響が、使用されるプロトコルとスタックに関連付けられます。 たとえば、L2 / L3伝送レベルでデータを圧縮するだけで、データ転送速度を50％から300％増加させることができます。つまり、GPRSスタックの上位プロトコルは、サブスクライバーに提供/割り当てられた最適化メカニズムを知らないだけです。 QoSプロファイル（したがって、GPRSトラフィックを「圧縮」する非常に効果的なプログラムがあります）。 さらに、GPRSを介したデータ伝送の合計帯域幅は、無線アクセスと非常に強く関連しています。 このことから、GPRS / EDGEアーキテクチャのQoSプロファイルの効果的な使用は、無線アクセスからアプリケーションの高レベルプロトコルまでの全体的なチェーンでのみ可能であると結論付けることができます。



一方で、オペレーターは想像力を提供し、品質のQoSマーケティングプロファイルを呼び出します。実際には、加入者はGPRS / EDGEテクノロジーにも誓い、アプリケーションはそれらに基づいています。 たとえば、ハブに関する記事の 1つで、GPRSを介したホストへのpingに関する会話が行われました。 それを理解しようとすると、平均時間は400-700ミリ秒のレベルであり、時刻に関係なく、つまり パケットネットワークの負荷が増加する間隔を除外しました。 それから私はまだ問題はネットワーク容量、日中の総負荷などにあると思っていましたが、今では多くのオペレーターが「デフォルト」として設定した「一般化された」QoS品質プロファイルにあると思うようになっていますすべての加入者に対して、オペレーターのパケットネットワーク全体の品質の一般的な損失につながります。



比較のために、他のワイヤレスパケットデータ転送技術の同じping（一度に石を投げる必要はありません。これは平均的なデータです）：

• WLAN ：約50〜200ミリ秒
• UMTS ：約100〜250ミリ秒

有線LANの場合、 pingは5〜20ミリ秒のレベルになるという事実は言うまでもありません。



これは、これらのアーキテクチャ（WLAN、 UMTS ）で品質プロファイルの概念がすでにより高いレベルで実装されており、加入者パケットが通過する通信チェーンのほぼ全体をカバーしていることをすでに示しています。 、ここではすべてが私たちが望むほどスムーズではありません。



このチェーンにおける重要な役割は、実際にすべての外部ネットワークへのゲートウェイとして機能するGGSNによっても果たされます。 QoSプロファイルを効果的に適用するには、次の機能を実行する必要があります。

• 提供されるサービスのレベルの調整
• エラー検出/訂正管理
• QoSイベントロギング

QoS属性とクラス

提供される品質の分類方法の開発と改善はまだ続いておらず、新しい仕様では、QoSプロファイルは新しい、ますます離散的な特性で「成長」しますが、QoSクラスと属性の主要なパラメーターは、いくつかの基本的な仕様、たとえば主要なQoSパラメーターに定められていることに注意してくださいRel 97/98の仕様で提示されたもの：

1. 信頼性クラス
   
   
   
   GSM仕様では、GPRSの5つの基本的な信頼性クラスが定義されていますが、データの信頼性は確率の観点から決定されます。
   
   
   • データ損失（データ損失の確率）
   • 重複データ配信の確率
   • 破損したデータの確率
   
   
   信頼性クラスに応じて、これらのパラメーターの値は10 ^{-9〜10 -4になり}ます。 信頼性クラスは、さまざまなレベルのネットワークプロトコルの要件を定義します。 信頼性クラスの要件を満たすために、 GTP （en）、 LLC 、およびRLCレベルで送信モード（Mode）の適切な組み合わせが設定されます。 シグナリング送信の場合、つまり サービスデータ（GMM-[GPRS​​モビリティ管理] / SM）およびSMSは信頼性の3番目のクラスを使用しますが、ネットワーク間で加入者を移動するときにすべてのオペレーターのPLMNネットワークがこのクラスをサポートできるという事実は使用しません。
   
   
   
   部分的に、このクラスはデータを転送する必要性に関連しています。1（クラスA）-エラーに「敏感」なアプリケーションから、5-エラーを補正できる非リアルタイムアプリケーションまで。
   
   
2. 遅延クラス
   
   
   
   仕様ではGSM Rec。 02.60データ送信の遅延を発生させる可能性のあるクラスは4つありますが、それでもオペレーターのネットワークに実装できるのはその一部のみです。たとえば、可能なオプションの1つは、いわゆる クラス4に対応する「 ベストエフォート遅延クラス 」（特定の条件下で最小の遅延をもつクラス）。さらに、GPRSコアパケットネットワーク全体の合計遅延時間は、仕様ではまだ分類されていません。 たとえば、無線インターフェイスからコアネットワークへのデータパケットの「遷移」中に、独自の時間遅延が発生する場合があります。 最大遅延の要件は、パケットの長さによって異なります。たとえば、短いパケットを送信する場合、遅延要件は多少厳しくなります。
   
   
3. 優先クラス
   
   
   
   この属性は、通過するパケットの重要度を決定する3つの主要なクラスを定義します。これに基づいて、負荷の増加またはリソースの制限が発生した場合に、重要度の低いパケットが破棄されます。
   
   
4. ピークスループットクラス
   
   
   
   このクラスは、ユーザーがセッション全体で受け取ると予想される最大スループット（バイト/秒）を定義します。 ただし、指定された期間内にそのようなスループットが達成される保証はありません。 この要因は、移動局自体の機能-MS、および割り当てられた無線リソースに依存します。 この属性には、クラス1-1000バイト/ s（8 kbit / s）からクラス9-256000バイト/ s（2048 kbit / s）までの9つの主要なクラスが定義されています。 同時に、提供される帯域幅の容量はクラスごとに2倍になります。 ピークスループットは、Giインターフェイス（GGSNと外部インターネット/イントラネットネットワーク間）およびMSからの「出力」で推定されます（パケットネットワークのメインインターフェイスの詳細については、内部のGPRS記事を参照してください。パート3 ）
   
   
5. 平均スループットクラス
   
   
   
   帯域幅は、ピークと同じインターフェイスで評価されます。 この属性は、データ転送速度に割り当てられるリソースを定義します。データ転送速度は、リンクがアクティブになったときに端末デバイスから受信されると予想されます。 クラス1からクラス18までの合計19のクラスが割り当てられます-転送速度111 kbit / sを提供し、要求された速度を提供するために最大リソースがクラス18に割り当てられます。 いわゆる 最高の速度を提供する「 ベストエフォート 」クラスには、番号31が割り当てられます。
   
   

概略的に、QoSクラスを次の図に示します。

ワイヤレスネットワーク間のQoSおよびローミング

GPRS / EDGEネットワークで所定のレベルの品質を提供する際のもう1つの未定義の問題は、加入者が別のオペレーターのネットワークのカバレッジエリアに移動したときに品質レベルを調整する問題です。 GPRSローミング 、特に異なるアーキテクチャのネットワーク間のローミング（あるPLMN （en）ネットワークから別のネットワークへの移行プロセスの詳細な説明は、記事「 高価なGPRSローミング」にあります ）。 ローミングの場合、質問がすぐに発生します：ローミングパートナーは、加入者がホームネットワーク（HPLMN）で要求したのと同じテクノロジーをサポートしますか、ゲストネットワーク（VPLMN）でそのようなテクノロジーをサポートするコストはどれくらいですか？ユーザーの介入なしにその場で同意しますが、もちろん完全に現実的ではありません。 したがって、多くのサービスは、ローミングネットワーク間で切り替えるときに、このモードがゲストネットワークをサポートできる場合、「ベストエフォート」モードに「切り替え」られます。通常、すべてのユーザーのイコライゼーションと、提供されるサービス品質の一般的な低下が伴います。

モバイル端末クラス

提供されたサービスの品質プロファイルのトピックに触れたので、提供されたサービスの品質に部分的に関連するモバイル端末のマルチスロット品質を渡すことに言及したいと思います。



GPRS / EDGEテクノロジで動作するように設計されたモバイル端末には、英数字の2つの主要な分類があります。 文字の分類は、音声サービスとパケットサービスの両方の同時処理の可能性を示しており、事業者のネットワークでのGsインターフェースの実装により関連しています（モバイルデバイスのクラスの言及は、 GPRSの記事で見つけることができます。



しかし、2番目の数値分類は、有用なデータを送受信するための容量に関して、デバイスの機能を直接示しています。 この分類は、モバイルステーション（MS）がネットワークに向けて（ Uplink-UL ）およびネットワークからのダウン （ Downlink-DL ）の両方を最大化できるタイムスロットの数を示します。 通常、モバイル端末の仕様は、クラス番号自体またはTS番号のいずれかを示します。たとえば、4/1-DLでは最大4つのタイムスロット、ULでは1つのTSです。



送信用スロットの割り当てを管理する主な仕様-3GPP TS 45.002は 、モバイル端末で使用できる45個のマルチスロットクラスを定義します。たとえば、クラス45には次のスキームが提示されます-最大6 DL +最大6 ULですが、ここではセル上で1つのフレームに割り当てられるTSは8つまでであるため、このクラスでも、同時TS数は7スロットを超えません（セル上の1つのTSがサービスデータに割り当てられます）。



また、提供される品質のプロファイルを決定する際には、これらのクラスすべてを考慮する必要があります。 これらは、受信および送信される情報の速度におけるMSの機能に直接関連しています。

おわりに

現在、GPRS / EDGEテクノロジーに基づいて実装されているアプリケーションには、提供されるサービスの品質に最も関係しているものが含まれます。

• VoIP
• VPN
• リアルタイムビデオ
• ビデオストリーミング

当然、これらはすべてリアルタイムアプリケーションの「代表」ですが、多くの現在のアーキテクチャ（2GのGPRS / EDGE）でサウンドアプリケーションの品質プロファイルを提供することはまだできません。 提供されるサービスの適切な品質レベルを実装するための既存のメカニズムはありません。 部分的に、次のアーキテクチャでは状況がすでに変化しています。たとえば、UMTSでは、無線部分の境界やネットワーク要素の背後の伝送プロトコルの境界など、QoSプロファイルの「影響」が大幅に拡大します（下図を参照）。





UMTSアーキテクチャでQoSプロファイルの概念を実装しようとするこれらの試みは、提供されるサービスの品質を決定するための全体的なアプローチの正しい選択を示しています。 QoSアプリケーションモデルは、以下に関してより効果的です。

• 別のアプリケーション
• 個人加入者
• 使用されたAPN

したがって、WiMaX / LTE /など、次世代アーキテクチャの本格的な実装が期待されます.WiMaX / LTE /など、実際にQoSの概念を完全に実装することができますが、今のところは何に満足しています...



小さなヘルパー：



BSC-基地局コントローラー

BSS-基地局サブシステム

EDGE -GSM進化のための強化されたデータレート

GGSN-ゲートウェイGPRSサポートノード

GMM -GPRSモビリティ管理

GPRS-一般パケット無線サービス

GTP -GPRSトンネリングプロトコル

HLR-ホームロケーションレジスタ

HPLMN-ホームPLMN

LLC-論理リンク制御

MS-モバイルステーション

PDP-パケットデータプロトコル

PLMN-パブリックランドモバイルネットワーク

PS-パケット交換

SGSN-サービングGPRSサポートノード

VPLMN-訪問者PLMN

UMTS-ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム