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Francesco Zaio 1
Sviluppo di un simulatore per i protocolli di controllo
delle risorse radio in sistemi UMTS
POLITECNICO DI TORINOFacoltà di Ingegneria dell’Informazione
TESI DI LAUREA
Aprile 2002
Francesco Zaio 2
Oggisistemi di seconda generazione (GSM)vocetrasmissione di dati a bassa velocità
ampia gamma di servizi multimedialilarga banda nel mondo wireless
sistemi di terza generazione (UMTS)
Domani
Francesco Zaio 3
Principali innovazioni del sistema UMTS
nuova modalità di accesso radio (W-CDMA)
dinamicità in termini di bit rate
assegnazione efficiente delle risorse di rete
diversi livelli di QoS
innovazioni nell’architettura di accesso
trasferimento a pacchetto dell’informazione
Francesco Zaio 4
Obiettivi della tesisviluppo di un simulatore UMTSlivello RRCfunzionalità del piano di controlloalgoritmi di gestione delle risorse radiomodelli di traffico
valutazione delle prestazioni del sistemaal variare dei parametri di livello RRCal variare della qualità del canale radio
al variare delle classi di trafficoal variare dei canali di trasporto
Francesco Zaio 5
Generalità
linguaggio di programmazione: C++
tipo di simulatore: sincrono & gestore di eventi
canale fisico molto semplificato
topologia ripiegata
terminali mobili con servizi differenti
terminali mobili in uplink e downlink
Simulatore UMTS
Francesco Zaio 6
Architettura di rete
analisi dettagliata
Simulatore UMTS
UE
Node_B
Node_B
Node_B
Node_B
Node_B
Node_B
RNC
Uu
Iub
RNS
dominiod’utente UTRAN
protocolli sullainterfaccia radio “Uu”
Francesco Zaio 7
Architettura dei protocolli radio
Simulatore UMTS
user planecontrol plane
PhysicalChannel quality
SAP(s)
RRC
RLC
UPPER_layer
MAC
canalilogici
canalidi trasporto
control SAP
MACaccessi multipli ad unacomune risorsa (risorse radio)
UPPER_LAYERsorgenti di traffico
PHYSICAL_CHANNELqualità del canale radiomobile
creare condizioni per la correttatrasmissione dei dati utente
RRC
trasmissione affidabile e nondell’informazione
RLC
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Livello RRC
funzioni
architettura
Simulatore UMTS
Francesco Zaio 9
Livello RRCinstaurazione, mantenimento e rilascio dellaconnessione RRC
assegnazione, riconfigurazione e rilasciodelle risorse radio
Simulatore UMTS
Funzioni
controllo della QoSricezione e controllo delle misuremonitoraggio del volume di trafficostima della qualità del mezzo trasmissivo
instaurazione, riconfigurazione e rilascio deiRadio Bearervariazione della velocità trasmissivasospensione e riattivazione della trasmissione dei dati
Francesco Zaio 10
Livello RRC
Simulatore UMTS
Architettura modello base
CFE
Memory
RFE
simula il trasferimento dei msg di segnalazione sul canale logico DCCH, instaurato con una connessione RRC canale logico CCCH
GC_SapDC_SapNt_Sap
C_Sap
RFERFE
TMETME
Control
Control
Misure
Controllo
Routing Function Entity
Transfer Mode Entity
Control
Control Function Entity
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Livello RRC
Simulatore UMTS
Architettura lato UTRAN
eredita la struttura di base
sovrappone il gestore di Radio Resource Management (RRM)algoritmi per la gestione delle risorse radiogarantire la qualità di servizio richiesta daiRadio Bearer
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Livello RRC
Simulatore UMTS
Architettura lato UE
eredita la struttura di base
sovrappone le entità per gestire le procedure del livello nell’UE
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Modelli di traffico
Simulatore UMTS
sorgente Unconstrained Delay Dataservizi non real time di web browsingclasse Interactive
sorgente Videoservizio real time a bit rate variabile (VBR)classe Streaming
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Modelli di traffico
Simulatore UMTS
Sorgente UDD
Sequenza di chiamate a pacchetto
tempo di lettura
SESSION ON
durata della sessione fissata dalla dimensione in byte dei dati da trasmettere
SESSION OFF
state chart di primo livello
SESSIONON
SESSIONOFF
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Modelli di traffico
Simulatore UMTS
Sorgente UDD
transizioni dettate da procedure di livello RRC
SUSPEND
UDD64, UDD144, UDD384: diverse velocità di generazione dati
state chart di secondo livelloUDD384
UDD144
UDD64
SUSPEND
SESSION ON
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Modelli di traffico
Simulatore UMTS
Sorgente UDD
ON: chiamata a pacchetto
OFF: tempo di lettura
state chart di terzo livello
ONOFF
UDD 384
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Modelli di traffico
Simulatore UMTS
Sorgente Video
state chart
384 64
α
β
SESSION ON
Start tx
End tx
SESSIONOFF
SESSION ON
flusso VBR
transizione tra i sottostati 64 e 384 regolate per mezzo di variabili aleatorie
quantizzazione del bit rate della
sorgente in un numero discreto di
livelli
durata della sessione fissata da un tempo casuale di distribuzione nota
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Classe ditraffico
Prestazioni del sistema
traffico offerto
P_err = 0.0001
P_err = 0.075
P_err = 0.2
2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
5
10
15
20
25
30
numero di UE
Tra
ffico
me
dio
pe
r se
ssio
ne [k
bit/
s]
Traffico medio smaltito al variare di num_UE e P_err
DSCHsolo UDD
dimensionemedia deidati generatifissataprobabilitàdi bloccosempre nulla
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Classe ditraffico
Prestazioni del sistema
DCHsolo UDD
dimensionemedia deidati generatifissata
traffico offerto
P_err = 0.0001
P_err = 0.075
P_err = 0.2
2 4 6 8 10 12 1410
15
20
25
30
numero di UE
Tra
ffico
me
dio
pe
r se
ssio
ne [k
bit/
s]
Traffico medio smaltito al variare di num_UE e P_err
P_err = 0.0001
P_err = 0.075 P_err = 0.2
2 4 6 8 10 12 140
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
numero di UE
P_
blo
cco
Probabilità di blocco
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Scenariomisto
Prestazioni del sistema
traffico offerto
P_err = 0.0001
P_err = 0.075
P_err = 0.2
4 6 8 10 12 14120
130
140
150
160
170
180
190
numero di UE totali nel sistema
Tra
ffico
me
dio
pe
r se
ssio
ne [k
bit/
s]
Traffico medio smaltito al variare di num_UE e P_err (servizio STREAMING)
traffico offerto
P_err = 0.0001
P_err = 0.075
P_err = 0.2
4 6 8 10 12 140
5
10
15
20
25
30
numero di UE totali nel sistema
Tra
ffico
me
dio
pe
r se
ssio
ne [k
bit/
s]
Traffico medio smaltito al variare di num_UE e P_err (servizio UDD)
DCHvideo
tempo mediodi attivitàfissato
CPCHUDD
dimensionemedia deidati generatifissata
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Conclusioni
importanza del RRC nella gestione del sistemaevita perdite di pacchetti dovute ad overflow nei buffer
ottimizza la gestione delle risorsesupporta in contemporanea servizi differenti mediante adeguate politiche di admission control e algoritmi di pre-emption delle risorse
limita il numero di pacchetti scartati a causa del canale radiomobile
Francesco Zaio 22