Verkehrsmessungen Dr. U.Krieger Johann Wolfgang Goethe-Universit t Frankfurt Professur Telematik - Fachbereich Informatik und T-Nova Deutsche Telekom, Technologiezentrum, Darmstadt Verkehrsmessungen 1 Motivation und Zielsetzung Auswirkungen von drahtlosen Netzsegmenten auf multimediale Kommunikationsverbindungen Aufbau einer Experimentierumgebung mit mobilen Stationen Integration des Mobile-IP-Protokolls in die bestehende Rechnerumgebung unter Verwendung von mobilen Endger ten Auswirkung von Handover beim Roaming auf Kommunikationsverbindungen Messungen der Flusskontrolle und des Pufferungsverhaltens innerhalb verschiedener Protokollschichten Verkehrsmessungen 2 T-Nova Deutsche Telekom 1
bersicht Experimentumgebung Messwerkzeuge Experimente Messergebnisse Verkehrsmessungen 3 Experimentumgebung Home Network Handover Foreign Network Deneb: Home Agent Access-Point Access-Point Orion: Foreign Agent Merkur: Mobile Node Fast Ethernet Switch Fast Ethernet Switch Verkehrsmessungen 4 T-Nova Deutsche Telekom 2
Rechnernetz der Professur Antares HRZ Pollux Zaurak ATM Arktur FDDI Atair Funknetz Rigel Terra Deneb Algol Pluto Albireo Sirius Adara Canopus Ethernet WavePoint Repeater Aldebaran Wega Fast Ethernet Switch Fast Ethernet Switch Mobile Station Merak Regulus Pegasus Castor Mizar Gigabit-Ethernet RBI Mars Spica Nostromo Orion WavePoint Verkehrsmessungen 5 Funk-LAN: Topologie 9 1a 1b 11 19 18 17 16 15 14 Handover- Bereich (23) Verkehrsmessungen 6 T-Nova Deutsche Telekom 3
System Software Betriebssystem: SuSE-Linux auf Home Agent, Foreign Agent und Mobile Node Digital Unix auf Correspondent Node IEEE 82.11 Treiber: Bin r-treiber von Lucent-Technologies f r Linux Mobile-IP Implementierung: Dynamics Implentierung Helsinki University of Technology (HUT): User-Space Implementierung Hierarchische Strukturierung von Foreign Agents Programmierbare API Verkehrsmessungen 7 Software Werkzeuge (1) YASM (Yet Another Status Monitor): Monitoring-Werkzeug Mobile-IP Status-Informationen Wireless-Status-Informationen Verkehrsmessungen 8 T-Nova Deutsche Telekom 4
Software Werkzeuge (2) WVPing Erweiterung des einfachen Ping-Programms neben RTT stets aktuelle SNR der Funkverbindung nicht zuverl ssige bertragung von Paketen Tabelle: WVPing-Ausgabe Verkehrsmessungen 9 Software Werkzeuge (3) Distributed Benchmarking System (DBS): Nara Institute of Science and Technology, Japan TCP- und UDP-basierte Kommunikationsverbindungen, Monitoring diverser TCP-Statusinformationen (Congestion Window, Sequence Numbers, Retransmissions) Lokale Datenspeicherung w hrend Messung, Datenabgleich nach durchgef hrter Messung: keine un tige Netzbelastung Unterschiedliche Traffic-Muster On/Off-Muster, MPEG-Str me (simuliert) Durchgehendes Streaming Visualisierungs-Werkzeuge Verkehrsmessungen 1 T-Nova Deutsche Telekom 5
Experimente - berblick Station r: Eine einzige Funkzelle Mobile Station misst Luftschnittstelle in verschiedenen Entfernungen zum Wave-Point ohne Bewegung Moving: Eine einzige Funkzelle Mobile Station ist w rend Bewegung mit demselben Wave-Point assoziiert Roaming ohne Subnetz-Wechsel: Zwei sic rlagernde Funkzellen Funkzell ren demselben IP-Subnetz an Handover erfolgt allein auf Hardware-Ebene (MAC) Roaming mit Subnetz-Wechsel: Zwei sic rlagernde Funkzellen Funkzell ren zu verschiedenen IP-Subnetzen Seamless-Roaming e rfordert Einsatz von Mobile-IP Verkehrsmessungen 11 Experimentaufbau: Statio re Messungen 9 1a 1b 11 19 18 17 16 15 14 (23) Eine Funkzelle mit Wave-Point in Raum 23 Verschiedene feste Positionen f r die mobile Station Verkehrsmessungen 12 T-Nova Deutsche Telekom 6
Station re Messung WVPing: Stationary (packet size 124 byte) 5 1 15 2 1 8 Raum 16: rtt [ms] 6 4 2 8 Raum 23: rtt [ms] 6 4 2 5 1 15 2 time [s] WVPing: WavePoint in Raum 23 Mobile Stati rtr t 1 Pakete in direkter N zum Wave-Point (Raum 23) in einiger Entfernung zum Wave-Point (Raum 16) Verkehrsmessungen 13 Station re Messung 7 r23-stream cwnd r16-stream cwnd 6 5 Window Size (byte) 4 3 2 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Time (s) DBS: Congestion Window, Raum 23 und Raum 16 Verkehrsmessungen 14 T-Nova Deutsche Telekom 7
Experimentaufbau: Messungen in Bewegung 9 1a 1b 11 19 18 17 16 15 14 Eine Funkzelle mit Wave-Point in Raum 1 Mobile Station wird den Flur entlang bewegt Verkehrsmessungen 15 Moving Messungen 12 WVPing: Moving (p ac ket size: 1 2 yte) 4 b 35 1 rtt SN R 3 8 25 rtt [ms] 6 4 2 15 1 SNR [dbm] 2 5 5 1 15 2 25 3 time [s] WVPing: Eine Funkzelle und Bewegung der Mobilen Station in dieser Funkzelle Variierende Signalqualit t w rend Kommunikationsverbindung Variierende Verkehrs te Verkehrsmessungen 16 T-Nova Deutsche Telekom 8
Moving Messungen 4 35 stream cwnd stopngo cwnd 3 Window Size (byte) 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Time (s) DBS: Congestion Window bei unterschiedlichen Traffic-Mustern Verkehrsmessungen 17 Experimentaufbau: Messungen mit Handover 9 1a 1b 11 19 18 17 Handover- Bereich 16 15 14 (23) Verkehrsmessungen 18 T-Nova Deutsche Telekom 9
Roaming ohne Subnetzwechsel (WVPing) 12 1 WVPing: Roam (packet size: 64 byte) SNR rtt 35 3 8 25 rtt [ms] 6 4 2 15 1 SNR (dbm) 2 5 1 2 3 4 5 time [s] Verkehrsmessungen 19 Roaming ohne Subnetzwechsel (DBS) 8 stopngo delay 7 6 5 4 Delay Time (s) 3 2 1 1 2 3 4 5 Time (s) 7 stopngo cwnd 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 Time (s) Window Size (byte) Verkehrsmessungen 2 T-Nova Deutsche Telekom 1
Experimentaufbau: Handover mit Subnetzwechsel 9 1a 1b 11 19 18 17 Handover- Bereich 16 15 14 (23) Verkehrsmessungen 21 Roaming mit Subnetzwechsel (Mobile-IP) 12 1 WVPing: MIP (packet size: 124 byte) SNR rtt 35 3 8 25 rtt [ms] 6 4 2 15 1 SNR (dbm) 2 5 1 2 3 4 5 time [s] Verkehrsmessungen 22 T-Nova Deutsche Telekom 11
Roaming mit Subnetzwechsel (Mobile-IP) 8 stopngo delay 7 6 5 4 Delay Time (s) 3 2 1 1 2 3 4 5 Time (s) 7 stopngo cwnd 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 Time (s) Window Size (byte) Verkehrsmessungen 23 Fazit und Ausblick Kommunikationsverbindungen un terliegen bei in Bewegung be findlichen mobilen Stationen variierenden Umgebung sbedingungen. Anwendunge n sollten dies erfassen und geeignet reagieren k. Mobile-IP erm licht Seamless Roaming zwischen unterschiedlichen Subnetzen ohne manuelle Rekonfigurationsarbeiten und unter Beibehaltung bestehende r Kommunikationsverbindungen. Verbindungsunterbrechungen be i Handover auf Hardware-Ebene l sen bereits Staubehebung smechanismen von TCP aus. Protokoll-Aufwand bei Mobile-IP f r die no twendigen Konfigurationsanpassungen sorgt f r entsprechend l re Verbindungsunterbrechungen. Echtzeit-Multimedia-Anwendungen werden hierdurch nega tiv beeinflusst. Einsatz von mobile-aware TCP-Erweiterungen (I-TCP, TCP-R, TCP-SACK, TCP-Snoop) oder von Cellular-IP f r Micro-Mobility k ten eventuell den Einfluss der Mobilit t auf Kommunikationsverbindungen abfangen. Fast-Handover Optimierungen (IETF Mobile-IP Working Group) Verkehrsmessungen 24 T-Nova Deutsche Telekom 12