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

Francesco Zaio 8

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

Francesco Zaio 11

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

Francesco Zaio 12

Livello RRC

Simulatore UMTS

Architettura lato UE

eredita la struttura di base

sovrappone le entità per gestire le procedure del livello nell’UE

Francesco Zaio 13

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

Francesco Zaio 14

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

Francesco Zaio 15

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

Francesco Zaio 16

Modelli di traffico

Simulatore UMTS

Sorgente UDD

ON: chiamata a pacchetto

OFF: tempo di lettura

state chart di terzo livello

ONOFF

UDD 384

Francesco Zaio 17

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

Francesco Zaio 18

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

Francesco Zaio 19

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

Francesco Zaio 20

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

Francesco Zaio 21

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