Результаты полевых испытаний производительности и

Результаты полевых испытаний по оценке производительности системы и
качества предоставления дифференцированного сервиса в сети
фиксированного широкополосного беспроводного доступа стандарта
IEEE 802.16-2004 Fixed WiMAX на оборудовании
MAXBridge 50 в диапазоне частот 5 ГГц.
сентябрь 2009г.
1. Состав оборудования:
- Базовая станция MAXBridge BS 50 – 1 шт, секторная антенна MTI 15dBi 120 град-1 шт.
- Абонентская станция MAXBridge CPE 50 c интегрированной антенной 23 dBi – 3 шт.
- контрольно-измерительное оборудование – End Point ( 4 шт)- компактные PC (ALIХ 500
MHz CPU, 256 MB RAM), OS Linux 2.6.28, ПО Iperf 2.0.4-pthreads, Ixia Performance Endpoint
version 6.70.
2. Схема организации связи
Рис.1 Схема организации связи.
Параметры базовой станции MAXBridge BS 50:
Frequency 5.6 GHz, Tx power= 20 dBm
channel bandwidth BW =10 MHz, CP=1/16, Frame size =5 ms.
Frame division – Adaptive при оценке пропускной способности BS
Frame division –Fixed 50/50 – при оценке качества дифференцированного сервиса
Convergent Sublayer – CS IPv4 over Ethernet
Connection type - Bridged .
QoS: BE, UGS.
К базовой станции MAXBrige BS 50 на расстоянии 3.5, 2.5 и 1.5 км подключены три
абонентские станции MAXBridge CPE 50. Параметры каналов связи
представлены в
таблице.
CPE
00:50:C2:8E:90:67
(EVERYBODY)
Status
Uptime
UL
RSSI
Flows
UL
UL Mod. DL Mod.
CINR
DL
DL SS Tx
RSSI CINR Pow
Dist
Active
7:49:53
2
view
-64.25
dBm
24dB
64QAM3/4
64QAM3/4
-65
dBm
25dB
19
dBm
1.5Km
00:50:C2:8E:90:9A
Active
(FTcpe50)
7:49:53
4
view
-65.25
dBm
24dB
64QAM3/4
64QAM3/4
-69
dBm
25dB
20
dBm
3.5Km
00:50:C2:8E:90:34
(EVERYBODY)
7:49:51
2
view
-64.75
dBm
25dB
64QAM3/4
64QAM3/4
-67
dBm
28dB
20
dBm
2.5Km
Active
Disc
На всех абонентских станциях (АС) модуляция 64QAM 3/4 установлена в Uplink (
UL) и Downlink ( DL) каналах.
1. Оценка пропускной способности сектора базовой станции MAXBridge BS 50.
Измерения пропускной способности БС производилось программой Iperf между BS и
CPE 1 на дальности LOS 3.5 км
в
режиме
предоставления QoS
Best Effort. При
тестировании канала BS–CPE1 другие CPE 2 и CPE 3 не активны.
Результаты измерений пропускной способности базовой станции ( канала связи BS –
CPE 1) приведены в Таблице 1.
Параметры
Модуляция
Simplex, Mbps,
5 Threads
Duplex UL+DL , Mbps
Задержка ICMP roundtrip, ms
ping -c 1000 -f -q avg r-t
ICMP flood test , % lost
ping -c 1000 -f -q -s 1000
Max number of VoIP Pair
G.711, MOS min >3.6
BW=10 МГц, СP=1/16, frame size =5 ms, Adaptive frame division
DL 64QAM ¾
DL TCP
27.2
UL 64QAM ¾
DL UDP
28.2
UL TCP
22.3
TCP
27
UL UDP
22.8
UDP
28.9
21
0
80 pair ( 160 VoIP сессий )
Таблица 1. Пропускная способность базовой станции MAXBridge BS 50 и качество канала
связи в QoS Best Effort
Пропускная способность ( производительность сектора ) базовой станции MAXBridge
BS 50 в канале связи шириной 10 МГц, frame size 5 ms, CP=1/16 при дуплексном трафике UL
+DL в реальных полевых условиях составляет 29 Mbps при теоретическом максимуме ( при
BW= 10 МГц, frame size 5 ms, CP=1/16 ) порядка 30.2- 33.7 Mbps в зависимости от типа и
параметров пакетов данных.
2. Оценка качества канала связи системы MAXBridge
Оценка качества канала связи производилось между BS и CPE 1 на дальности LOS 3.5
км. утилитой ping и программой Chariot. При тестировании канала BS–CPE 1 другие CPE 2
и CPE 3 не активны.
Оценка качества канала связи BS-CPE
в реальных условиях эксплуатации может
проводиться путем:
1) определения максимального процента % потерь пакетов в ICMP flood тесте ping -c
1000 -f -q -s 1000.
2) определения с помощью программы Chariot максимального количества VoIP G.711
сессий, для которых обеспечивается значение показателя качества разборчивости речи MOS
>3.6. Конечно, в процессе реальной эксплуатации обычно не стоит задача загрузки канала
связи BS –CPE
большим
количеством VoIP сессий. Однако максимальное количество
поддерживаемых VoIP сессий с требуемым качеством MOS является очень хорошим
показателем качества канала связи той или иной системы.
2.1 Оценка качества канала связи в
Cервис QoS Best Effort
QoS Best Effort.
без ограничений на максимальную скорость передачи данных
предусматривает низкоприоритетное обслуживание без предоставления каких либо гарантий
к значениям параметров качества канала связи. Тестирование системы в данном режиме
дает оценку минимально гарантированного уровня качества сервиса ( в данном случае
качества канала связи ), предоставляемого системой MAXBridge 50.
Результаты измерений качества канала связи в режиме Best Effort приведены в Таблице 1.
В процессе испытаний flood тест показал отсутствие потерь.
Тестирование программой Chariot показало, что система MAXBridge 50 способна в
реальных условиях в режиме BE поддерживать до 160 двухсторонних VoIP G.711 сессий с
MOS >3.6. ( см. Рис 2 ) с обеспечением при такой экстремально высокой загрузке канала
мелкими VoIP пакетами данных ( пакетная загрузка канала связи для 160 сессий G.771
составляет 13.6 тыс. Pps), значение задержки пакетов в среднем Average one way delay 12 ms
( см. Рис.2), значения jitter RFS 1889 не выше 5.3 ms ( Рис.2, 3 ) и процент потерянных пакетов в
среднем 0,06 %.( Рис.4).
Рис.2 Оценка MOS для 160 VoIP G.711 сессий в QoS Best Effort
Рис. 3 Колебание задержки jitter для 160 VoIP G.711 сессий в QoS Best Effort
Рис .4. Процент потерь пакетов данных для 160 VoIP G.711 сессий в QoS Best Effort.
2.2 Оценка качества канала связи в
Предоставление сервиса QoS UGS
QoS UGS.
c ограничением на максимальную MIR и
минимальную гарантированную скорость CIR
предусматривает
высокоприоритетное обслуживание
передачи данных
( CIR=MIR)
с гарантированной постоянной
скоростью передачи данных CBR ( Constant Bit Rate ) c обеспечением требуемых параметров
качества канала связи по задержке one way delay
и колебанию
задержки jitter.
Тестирование системы в данном режиме дает оценку максимально возможного уровня
качества сервиса, предоставляемого системой MAXBridge 50.
Тестирование программой Chariot показало, что система MAXBridge 50 способна в
реальных условиях в режиме QoS UGS с параметрами CIR=MIR = 6 Mbps, и оптимальным
latency, определяющим tolerated jitter поддерживать 160 двухсторонних VoIP G.711 сессий с
средним MOS = 4.39 , минимум MOS =4.13 (см. Рис. 5 ), параметрами one way delay в
среднем 11 ms ( Рис. 6), параметрами jitter RFC 1889 в среднем 1.04 и не выше 2 ms (Рис.7 )
и процентом потерянных пакетов в среднем 0,003 % ( Рис.8).
Рис.5 Оценка MOS для 160 VoIP G.711 сессий в QoS UGS
Рис.6 Задержка One way delay для 160 VoIP G.711 сессий в QoS UGS
Рис.7 Колебание задержки jitter для 160 для VoIP G.711 сессий в QoS UGS
Рис.8 Процент потерь пакетов данных для 160 VoIP G.711 сессий в QoS UGS
3. Оценка качества предоставления дифференцированного сервиса
Для предоставления дифференцированного сервиса с QOS пользователям (сетевым
устройствам), подключенным к АС (в данном случае тестовым EndPoint ), на базовой
станции MAXBridge BS 50 созданы два типа двунаправленных UL/DL Service Flow (SF)
для обслуживания:
- низкоприоритетного трафика типа FTP с классом обслуживания Best Effort ( BE)
и ограничением на максимальную скорость передачи данных;
-
высокоприоритетного критичного
к деградации скорости передачи данных,
задержкам трафика типа VoIP, IPTV с классом обслуживания UGS.
В качестве классификатора SF выбран IP Protocol type, в частности, применяется
классификация трафика по типу протокола UDP(17), TCP(6).
Для CPE 1 создан сервис продукт:
Description (ID)
Type
QoS Summary
ARQ Enabled
Rx(1)
RX
BE - Prio: 0 - Max: 13000Kbps - Min: 0Kbps
no
Tx(2)
TX
BE - Prio: 0 - Max: 13000Kbps - Min: 0Kbps
no
RxUDP(3)
RX
UGS - Prio: 7 - Max: 2500Kbps - Min: 2500Kbps
no
TxUDP(4)
TX
UGS - Prio: 7 - Max: 2500Kbps - Min: 2500Kbps
no
Для CPE 1 используются
Action
два UL/DL Service Flow для FTP трафика с классом
обслуживания BE, приоритетом = 0 (наименьший приоритет в группе), ограничением на
максимальную скорость передачи данных UL =13 Mbps и DL=13 Mbps и два Service Flow
для двунаправленного VoIP G.711 и IPTV трафика с классом обслуживания UGS, CBR (
Constant Bit Rate) = 2.5 MBps, приоритетом= 7 ( высокий приоритет).
Для CPE 2 и CPE 3 для обслуживания FTP трафика используются одинаковые SF с
классом обслуживания BE, приоритетом=0,
без ограничения на максимальную скорость
передачи данных ( формально UL/DL MIR =35Mbps ).
Description (ID) Type
QoS Summary
ARQ Enabled
rx_flow(1192)
RX
BE - Prio: 0 - Max: 35000Kbps – Min: 0Kbps
no
tx_flow(1)
TX
BE - Prio: 0 - Max: 35000Kbps - Min: 0Kbps
no
Action
При тестировании между EndPoint 1 CPE1 -> EndPoint 2 СPE2, CPE1 -> CPE2,
CPE2 ->CPE3 ( см. Рис1 ) c помощью программы Iperf передается
FTP-подобный TCP-
трафик, обеспечивающий загрузку БС дуплексным трафиком 4 Mbps DL + 4 Mbps UL (см.
Рис. 9).
Одновременно с FTP трафиком между EndPoint 4 БС и EndPoint 1 CPE1 с помощью
программы Chariot передается
4 пары ( 8 сессий ) VoIP G.711 трафика (4 x 88 Kbps
dupleх) и две сессии ( DL+UL ) IPTV трафика ( 2x 1584 Kbps dupleх).
Таким образом, суммарная загрузка канала БС составляет 8 Mbps дуплексным
FTP трафиком и 1.5 Mbps + 256 Kbps высокоприоритетным дуплексным трафиком.
На рис.9 приведен график загрузка БС трафиком.
Рис 9. Загрузка БС трафиком
Система MAXBridge 50 селектирует в общем потоке UDP трафик и, несмотря на
высокую загрузку БС трафиком TCP FTP, обеспечивает:
-для сервиса VoIP G.711 ( UDP трафик )
требуемое качество обслуживания MOS
=4.39 (оценка разборчивости речи ) (см. Рис. 10) с допустимыми уровнями задержки
Average one way delay в среднем 11 ms
и колебанием задержки jitter RFS 1889 в среднем
1,59 ms (см.Рис. 11, 12). Для сравнения, например, требуемое среднее значение MOS для
сетей G.711 (ISDN) равно 4.30, для VoIP G.729 - MOS= 3.92.
- для сервиса
IPTV качество обслуживания двунаправленного UDP
трафика,
оцениваемое % потерь lost data в среднем 0.08% ( рис.13) при поддержке требуемого CBR(
Constant Bit Rate).
Рис.10 Показатель качества речи MOS для VoIP G.711
Рис.11 Задержка в канале BS – CPE 1
Рис. 12 Колебание задержки Jitter в канале BS –CPE1 cогласно RFS 1889
Рис. 13 Процент потерянных пакетов данных в канале BS –CPE 1
Таким образом,
cистема MAXBridge 50 обеспечивает при полной загрузке трафиком
сектора базовой станции предоставление приоритетных мультимедийных услуг типа VoIP,
IPTV c показателями качества:
- разборчивость речи MOS =4.39 для не менее 8 сессий G.711 VoIP;
- сохранение значений задержки one-way delay для приоритетных услуг при высокой
загрузке канала связи;
- допустимое ( низкое) значение колебания задержки jitter RFC 1889 для приоритетных
услуг при высокой загрузке канала связи;
-допустимое ( низкое) значение потерь пакетов данных lost data для приоритетных услуг
при высокой загрузке канала связи.
Выводы:
1) Пропускная способность канала связи ( производительность ) системы MAXBridge 50
соответствует спектральной эффективности 3 Bit/s/Hz, что в канале шириной 10 МГц
составляет 30 Mbps.
2) Канал связи системы MAXBridge 50 обеспечивает высококачественную передачу
TCP/IP/UDP трафика (data, voice, video ).
3) Система MAXBridge 50
поддерживает дифференциацию сервиса и обеспечивает
требуемые параметры качества обслуживания для различных сервисов по передаче данных
data, телефонии voice и видео video информации при полной загрузке трафиком сектора
базовой станции.
Полученные результаты испытаний показывают, что система MAXBridge 50 может
успешно использоваться для предоставления услуг в мультисервисной сети.