Leistungsbewertung von Mobilfunktechnologien für Echtzeit- M2M-Kommunikation am Beispiel von Virtuellen Kraftwerken
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- Jan Maus
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1 Leistungsbewertung von Mobilfunktechnologien für Echtzeit- M2M-Kommunikation am Beispiel von Virtuellen Kraftwerken Björn Czybik 1, Klaus-Dieter Walter 2, Jürgen Jasperneite 1 1 Institut für industrielle Informationstechnik Hochschule Ostwestfalen-Lippe Langenbruch Lemgo 2 SSV Software Systems GmbH Dünenweg Hannover
2 Agenda Leistungsbewertung von Mobilfunktechnologien Virtuelles Kraftwerk Messaufbau und Setup Messergebnisse Zusammenfassung M. Sc. Björn Czybik
3 Leistungsbewertung von Mobilfunktechnologien Zufällige Sendeintervalle und Paketgrößen (IP Performance Metrics (IPPM)) [RFC2330] Synchronisationseffekte zwischen Mobilfunkzelle und Modem werden vermieden Industrielle Automation zyklischer Austausch von Daten -> Synchronisationseffekte müssen mit betrachtet werden Quelle: [RFC2330] V. Paxson, G. Almes, J. Mahdavi und M. Mathis. Framework for IP Performance Metrics. IETF RFC 2330, May M. Sc. Björn Czybik
![zyklischer Austausch von Daten -> Synchronisationseffekte müssen mit betrachtet werden Quelle: [RFC2330] V. Paxson, G.](/docs-images/43/5134533/images/page_3.jpg "Almes, J. Mahdavi und M. Mathis. Framework for IP Performance Metrics. IETF RFC 2330, May 1998. 3 04.12.2014 M. Sc.")
4 Leistungsbewertung von Mobilfunktechnologien Latenzzeitmessungen in Up- und Downlink-Richtung Im Radio Access Network (RAN) und im Core Network (CN) [NK11] und [LSRM+12] Im CN konstante Latenzzeiten wie auch durch 3GPP spezifiziert Im RAN: Abhängigkeit zwischen Latenzzeit und Paketgröße Abhängigkeit zwischen Latenzzeit und Paketrate Quelle: [LSRM+12] Markus Laner, P. Svoboda, P. Romirer-Maierhofer, N. Nikaein, F. Ricciato und M. Rupp. A comparison between one-way delays in operating HSPA and LTE networks. In Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks (WiOpt), th International Symposium on, Seiten , May [NK11] Navid Nikaein und Srdjan Krea. Latency for Real-Time Machine-to-Machine Communication in LTE-Based System Architecture. In Wireless Conference Sustainable Wireless Technologies (European Wireless), 11th European, Seiten 1 6, April M. Sc. Björn Czybik
5 Abhängigkeit zwischen Latenzzeit und Paketgröße LTE: keine Abhängigkeit zwischen Latenzzeit und Paketgröße Ressourcen werden für UL-Richtung im enodeb angefragt Wenn genügend Ressourcen, dann keine Abhängigkeit HSPA: Abhängigkeit zwischen Latenzzeit und Paketgröße Desto größer die Paketgröße, desto größer die Latenzzeit Feste Anzahl an Ressourcen in UL-Richtung Bei Veränderung, wird Happy Bit gesetzt und mehr Ressourcen angefordert Quelle: [LSRM+12] Markus Laner, P. Svoboda, P. Romirer-Maierhofer, N. Nikaein, F. Ricciato und M. Rupp. A comparison between one-way delays in operating HSPA and LTE networks. In Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks (WiOpt), th International Symposium on, Seiten , May [NK11] Navid Nikaein und Srdjan Krea. Latency for Real-Time Machine-to-Machine Communication in LTE-Based System Architecture. In Wireless Conference Sustainable Wireless Technologies (European Wireless), 11th European, Seiten 1 6, April M. Sc. Björn Czybik
![gesetzt und mehr Ressourcen angefordert Quelle: [LSRM+12] Markus Laner, P. Svoboda, P. Romirer-Maierhofer, N. Nikaein, F. Ricciato und M. Rupp.](/docs-images/43/5134533/images/page_5.jpg "A comparison between one-way delays in operating HSPA and LTE networks.")
6 Abhängigkeit zwischen Latenzzeit und Paketrate LTE und HSPA: Desto größer die Paketrate, desto kleiner Latenzzeit In UL-Richtung stärker als in DL-Richtung für HSPA Zusätzliche Abhängigkeit zur Paketgröße in HSPA Vergleich für kleine Paketgrößen und Paketraten in UL-Richtung HSPA: 10ms vs. LTE: 30ms Begründung: Ressourcen-Allokation In LTE werden vier Pakete verwendet, um mehr Ressourcen zuzuweisen Quelle: [LSRM+12] Markus Laner, P. Svoboda, P. Romirer-Maierhofer, N. Nikaein, F. Ricciato und M. Rupp. A comparison between one-way delays in operating HSPA and LTE networks. In Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks (WiOpt), th International Symposium on, Seiten , May [NK11] Navid Nikaein und Srdjan Krea. Latency for Real-Time Machine-to-Machine Communication in LTE-Based System Architecture. In Wireless Conference Sustainable Wireless Technologies (European Wireless), 11th European, Seiten 1 6, April M. Sc. Björn Czybik
![LTE: 30ms Begründung: Ressourcen-Allokation In LTE werden vier Pakete verwendet, um mehr Ressourcen zuzuweisen Quelle: [LSRM+12] Markus Laner, P. Svoboda, P. Romirer-Maierhofer, N. Nikaein, F.](/docs-images/43/5134533/images/page_6.jpg "Ricciato und M. Rupp. A comparison between one-way delays in operating HSPA and LTE networks.")
7 Leistungsbewertung von Mobilfunktechnologien Tabelle 1: Verwendete Ressource-Allokations-Mechanismen in HSPA und LTE Uplink HSPA Feste Datenrate zugewiesen, LTE Happy Bit für mehr Datenraten Handshake zwischen Mobilfunkteilnehmer und NodeB Performance- Vorteil HSPA Performance- Nachteil LTE Downlink Ressourcen werden im NodeB zugewiesen Ressourcen werden im NodeB zugewiesen Keine Vorteile Keine Vorteile Quelle: [LSRM+12] Markus Laner, P. Svoboda, P. Romirer-Maierhofer, N. Nikaein, F. Ricciato und M. Rupp. A comparison between one-way delays in operating HSPA and LTE networks. In Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks (WiOpt), th International Symposium on, Seiten , May [NK11] Navid Nikaein und Srdjan Krea. Latency for Real-Time Machine-to-Machine Communication in LTE-Based System Architecture. In Wireless Conference Sustainable Wireless Technologies (European Wireless), 11th European, Seiten 1 6, April M. Sc. Björn Czybik
![Vorteile Keine Vorteile Quelle: [LSRM+12] Markus Laner, P. Svoboda, P. Romirer-Maierhofer, N. Nikaein, F. Ricciato und M. Rupp. A comparison between one-way delays in operating HSPA and LTE networks.](/docs-images/43/5134533/images/page_7.jpg "In Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks (WiOpt), 2012 0th International Symposium on, Seiten 286 292, May 2012. [NK11] Navid Nikaein und Srdjan Krea.")
8 Leistungsbewertung von Mobilfunktechnologien Tabelle 2: Einflüsse von Paketgröße und Paketrate auf die Latenzzeit von UMTS und LTE Einfluss auf Latenzzeit Einflußgröße UMTS LTE Paketgröße Ja Nein Paketrate Ja Ja Quelle: [LSRM+12] Markus Laner, P. Svoboda, P. Romirer-Maierhofer, N. Nikaein, F. Ricciato und M. Rupp. A comparison between one-way delays in operating HSPA and LTE networks. In Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks (WiOpt), th International Symposium on, Seiten , May [NK11] Navid Nikaein und Srdjan Krea. Latency for Real-Time Machine-to-Machine Communication in LTE-Based System Architecture. In Wireless Conference Sustainable Wireless Technologies (European Wireless), 11th European, Seiten 1 6, April M. Sc. Björn Czybik
![In Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks (WiOpt), 2012 0th International Symposium on, Seiten 286 292, May 2012. [NK11] Navid Nikaein und Srdjan Krea.](/docs-images/43/5134533/images/page_8.jpg "Latency for Real-Time Machine-to-Machine Communication in LTE-Based System Architecture.")
9 Virtuelles Kraftwerk Quelle: [VHP14] ] Bildmaterial des Industrieforums VHPready e.v.: zuletzt abgerufen am: th European, Seiten 1 6, April M. Sc. Björn Czybik
10 Messaufbau M. Sc. Björn Czybik
11 Messsetup Sendeintervall: 2s Paketgröße: max. 200 Byte Hier ICMP-Typ-13/14 Pakete für Latenzzeitmessungen ICMP-Typ-13/14-Pakete haben drei Zeitstempel a 4 Byte IP-Header: 20 Byte ICMP-Header: 8 Byte Summe: 40 Byte (auf Schicht 3) M. Sc. Björn Czybik
12 Messsetup Zusätzlich Messungen: Sendeintervall: 500ms Sendeintervall: 1s Sendeintervall: 10s Paketraten d 1 = 4Byte/s ( 10s Sendeintervall) d 2 = 20Byte/s ( 2s Sendeintervall) d 3 = 40Byte/s ( 1s Sendeintervall) d 4 = 80Byte/s (500ms Sendeintervall) M. Sc. Björn Czybik
13 Vergleich der Latenzzeiten via LTE in UL- Richtung M. Sc. Björn Czybik
14 Vergleich der Latenzzeiten via HSPA in UL- Richtung M. Sc. Björn Czybik
15 Vergleich der Latenzzeiten und RTTs für LTE und HSPA Datenrate: 40 Byte/s (1s Intervall) M. Sc. Björn Czybik
16 Vergleich der Latenzzeiten in UL und DL via LTE und HSPA Datenrate: 40 Byte/s (1s Intervall) M. Sc. Björn Czybik
17 Vergleich der Latenzzeiten in UL und DL via LTE und HSPA Datenrate: 20 Byte/s (2s Intervall) M. Sc. Björn Czybik
18 Messungen M. Sc. Björn Czybik
19 Messungen Tabelle 4: Überblick der Messwerte für die Latenzzeiten und RTTs [ms] d 1 = 4 Byte/s d 2 =: 20 Byte/s d 3 =: 40 Byte/s d 4 =: 80 Byte/s (10s Intervall) (2s Intervall) (1s Intervall) (500 ms Intervall) OWD-UL HSPA OWD-UL LTE OWD-DL HSPA OWD-DL LTE RTT HSPA RTT LTE Paketverlustrate 0% 0% 0% 0% M. Sc. Björn Czybik
20 Zusammenfassung Latenzzeiten sind Abhängig von Paketgröße und Paketrate Auswahl einer Technologie für die Praxis: Standortabhängig Abhängig vom Anwendungsfall Sendeintervall Paketgröße Senderichtung M. Sc. Björn Czybik
21 Zukünftige Arbeiten Kein Handshake für Zuweisen von Ressourcen in LTE Semi-Persistent Mode Festes Zuweisen von Ressourcen -> Verbesserung der Latenzzeiten? Konfiguration der Chipsätze: HSPA oder DC-HSPA+ Latenzzeitmessungen in nur eine Richtung Downlink oder Uplink Können hieraus weitere Handlungsempfehlungen für die Praxis gewonnen werden? M. Sc. Björn Czybik
22 Danksagung Das IGF-Vorhaben (FKZ.:17715 BG) der Forschungsvereinigung ( Forschungsvereinigung beim ZVEI e.v. -FE, Lyoner Str. 9, Frankfurt/Main ) wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert M. Sc. Björn Czybik
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