Microsoft PowerPoint - Evaluaci\363n GPRS

EVALUACION DE LAS PRESTACIONES
DE LA RED GPRS PARA APLICACIONES
DE MONITOREO REMOTO
Mg. Guillermo R. Friedrich (UTN-FRBB)
Mg. Jorge R. Ardenghi (UNS-LiSiDi)
XII Congreso Argentino de Ciencias de la Computación
Potrero de los Funes - San Luis - Argentina - Octubre 2006
GPRS: General Packet Radio Service
Red de datos “superpuesta” a la red GSM.
Aprovecha la infraestructura TDMA de GSM
Puede transportar tráfico TCP/IP.
Usada para SMS y WAP.
Mediante un gateway se conectan a la Internet.
GPRS + Internet ⇒ amplia cobertura
Facilita el desarrollo de aplicaciones móviles
Rápido despliegue de equipos remotos
1
Motivación
Desarrollo de un sistema de adquisición de datos
para monitoreo ambiental.
Los equipos remotos deben poder desplegarse con
facilidad y rapidez.
La información recopilada debe ser accesible desde
la web.
La inversión inicial y el costo de utilización y
mantenimiento deben ser moderados.
Motivación: monitoreo ambiental
2
Monitoreo ambiental: requerimientos
• Adquirir datos simultáneamente en distintos puntos
• Centralizar datos para su procesamiento
• Representación mediante GIS.
• Correlacionar entre si y con fuentes de
contaminación y factores meteorológicos.
• Las variables son relativamente lentas
• Los puntos a monitorear pueden cambiar
• Facilidad de despliegue y reubicación de sensores
• Costo de comunicación moderado
GPRS
• Costo del servicio en función de la cantidad de tráfico
• Pensado para acceso móvil a Internet
• Ej.: los teléfonos y módems GPRS tienen más
ranuras de bajada que de subida (3+1, 4+1).
• Ancho de banda: con un terminal 4+1 aproximadamente
53.6 kbps de bajada y 12 kbps de subida.
• Los terminales móviles son clientes:
• Obtienen IP dinámica de un servidor de la empresa
• Acceden a servidores a través de Internet
3
GPRS: otros trabajos
• Debido a que el uso primario de GPRS es para
transportar tráfico TCP y http y transferir importantes
volúmenes de datos, otros trabajos estudian su
desempeño en ese contexto, analizan las
causas que reducen la performance (retardos largos y
variables) y proponen modificaciones al protocolo y
a la arquitectura. (Chakavorty y otros).
GPRS para monitoreo remoto
• Caudal de datos moderado
• Reportar valores obtenidos mediante sensores
• Reportar eventos
• Controlar acciones a distancia
• Conveniente usar UDP en lugar de TCP
• El ancho de banda no es tan importante como:
• Latencia
• Confiabilidad de la red
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Ensayos efectuados
Medición del RTT mediante ping
• Desde una computadora con conexión de banda ancha
por cablemodem hacia el equipo remoto GPRS.
Ejemplo típico:
Respuesta
Respuesta
Respuesta
Respuesta
desde
desde
desde
desde
170.51.245.62:
170.51.245.62:
170.51.245.62:
170.51.245.62:
bytes=32
bytes=32
bytes=32
bytes=32
tiempo=2439ms TTL=53
tiempo=618ms TTL=53
tiempo=607ms TTL=53
tiempo=611ms TTL=53
• El primer ping tiene RTT mucho mayor mayor que los
restantes.
Obs.: Similares resultados que en redes europeas.
5
Traza para evaluar contribución al RTT
Traza a 170.51.245.62 sobre caminos de 30 saltos como máximo.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
16
26
*
*
52
29
56
39
37
*
56
30
36
25
2170
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
*
22
22
*
*
76
36
25
23
30
*
50
66
*
38
679
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
13
17
24
*
*
52
37
24
44
67
*
50
52
33
34
624
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
ms
10.10.248.1
10.9.0.254
200-47-33-225.comsat.net.ar
Tiempo de espera agotado para
Tiempo de espera agotado para
200-47-60-213.comsat.net.ar
200-47-60-214.comsat.net.ar
host089201.metrored.net.ar
npcl62-npcr02.metrored.net.ar
ADSL-200-59-74-130.capfed2.si
Tiempo de espera agotado para
170.51.255.6
170.51.255.252
192.168.15.134
192.168.15.6
170.51.245.62
Traza para evaluar contribución al RTT
15
16
25 ms
2170 ms
38 ms
679 ms
34 ms
624 ms
192.168.15.6
170.51.245.62
• La mayor parte del retardo se produce en la red GSM.
• El retardo más largo del primer ping se debe a la gestión
de la ranura de tiempo para la transmisión sobre la red
GSM.
• La asignación se mantiene para los paquetes sucesivos,
si la separación entre ellos no es mayor a aproximadamente un segundo.
6
Aumento en el RTT
• Si los paquetes se separán (más de aprox. 1 seg), la
ranura se desasigna. El próximo paquete sufre una
demora mayor.
´
Respuesta
Respuesta
Respuesta
Tiempo de
Respuesta
Tiempo de
Respuesta
Respuesta
Tiempo de
Respuesta
Respuesta
Respuesta
desde 170.51.244.39: bytes=100 tiempo=665ms TTL=53
desde 170.51.244.39: bytes=100 tiempo=681ms TTL=53
desde 170.51.244.39: bytes=100 tiempo=683ms TTL=53
espera agotado para esta solicitud.
desde 170.51.244.39: bytes=100 tiempo=1799ms TTL=53
espera agotado para esta solicitud.
desde 170.51.244.39: bytes=100 tiempo=1345ms TTL=53
desde 170.51.244.39: bytes=100 tiempo=692ms TTL=53
espera agotado para esta solicitud.
desde 170.51.244.39: bytes=100 tiempo=1274ms TTL=53
desde 170.51.244.39: bytes=100 tiempo=702ms TTL=53
desde 170.51.244.39: bytes=100 tiempo=803ms TTL=5
Medición del RTT mediante UDP
• Se dispuso un servidor en Internet, haciendo eco de los
datagramas UDP recibidos.
• El ensayo es a la inversa que con los pings:
• El equipo remoto GPRS envía un datagrama y queda
a la espera del eco.
• En horarios pico se ha detectado:
• mayor pérdida de paquetes
• mayor RTT en algunos paquetes
7
Medición del RTT mediante UDP
Distribución porcentual del RTT
6 a 24 hs
6 a 11 hs
Con baja carga de la red (en especial la red GPRS),
RTT < 1600 mseg
Con la red más cargada:
RTT puede llegar a los 3 seg
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Distribución porcentual del RTT
6 a 24 hs
6 a 11 hs
Con baja carga de la red (en especial la red GPRS),
RTT < 1600 mseg
Timeout para
la espera de
una respuesta
Con la red más cargada:
RTT puede llegar a los 3 seg
Distribución porcentual del RTT
6 a 24 hs
6 a 11 hs
Obs.: pruebas efectuadas con:
- terminal GPRS en la red de CTI
- servidor en una red comercial de cablemodem
o en la red de la UTN-FRBB.
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Pérdida de paquetes y desvanecimiento
• Prueba con secuencias de ping con timeout de 5 seg:
• Ráfagas de pérdidas consecutivas entre 30 y 90 seg
• Similar en horas pico y no pico
• Pérdida esporádica (un paquete perdido)
• Horario pico: entre 4% y 6%
• Prueba con eco de datagramas UDP:
• Resultados algo mejores:
• Los routers congestionados descartan antes ICMP
Pérdida de paquetes y desvanecimiento
• También se han detectado cortes en el servicio GPRS,
en algunos casos de varias horas de duración.
• En general, durante estos cortes seguía habiendo
cobertura GSM, pero sin servicio GPRS
• Sin respuesta al intentar iniciar sesión
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Pautas para el diseño de posibles soluciones
• Pérdida esporádica:
• Acuse de recibo y retransmisión selectiva:
• Como el acuse de recibo también tiene un costo,
conviene enviarlos periódicamente para un grupo
de paquetes.
• Requiere memoria en el equipo móvil.
• Latencia adicional para paquetes perdidos.
• Favorable: no se reintenta en vano durante
intervalos de desvanecimiento.
Dos posibles escenarios
para el uso de GPRS:
Sensado remoto
Supervisión y control
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Sensado remoto
• Conformar una base de datos con los valores sensados.
• Caracterizar una serie de fenómenos y sus
interrelaciones. Ej.: monitoreo ambiental.
• Se debe evitar la pérdida de información ocasionada por
• Pérdida de paquetes
• Desvanecimiento del enlace
• Interrupción del servicio
• La latencia puede ser tolerada
• Minimizar costos de comunicación
Sensado remoto
• Protocolo con acuses de recibo periódicos
• ACK(n) acepta hasta el paquete n
• NAK(n1, n2, ...) solicita retransmisión de n1, n2, ...
• Trabajo futuro:
• Desarrollo de un protocolo de comunicación
parametrizable en función de:
Desvanecimiento máximo, Tasa de pérdidas
Costo de comunicación, Latencia máxima
Capacidad de memoria, etc.
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Supervisión y control
• Obtener información sobre el estado de un sistema, para
tomar acciones correctivas o preventivas, con plazos
acotados. Ejemplos:
- Monitoreo de los signos vitales de un paciente remoto.
- Seguimiento de un vehículo.
• La pérdida esporádica de paquetes es un factor adverso,
pero más aún: la latencia, la pérdida continuada de
paquetes y el desvanecimiento del enlace.
Supervisión y control
• Pasos a seguir:
- Análisis de casos concretos para determinar:
- Latencia admisible
- Tolerancia a la pérdida esporádica de paquetes
• Proponer protocolos y estrategias de
comunicación adecuados:
-Por ej.: redundancia (comunicación alternativa por otro proveedor GSM/GPRS)
Evaluar la robustez de un vínculo
redundante por dos redes GPRS
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