Setari de Retea

QoS și QoE

În rețelele de nouă generație, streaming-ul video va fi din ce în ce mai prezent atât pentru activitățile profesionale cat și cele personale. Pentru a menține și atrage clienți cat și pentru a avea o creștere a profiturilor și optimizarea resurselor rețelei este necesar să se ia în considerare influența QoS și QoE.

Din punct de vedere al rețelei, apare problema folosirii unor tehnici de control a distribuției pentru resursele cu sau fără fir. Din punct de vedere al clientului, QoE trebuie să permită utilizatorilor accesul la conținutul video oriunde și oricând.

3.1 QoS

Quality of service (QoS) sau Calitatea Serviciilor reprezintă performanta unei rețele de telefonie sau date, în special performanțele resimțite de către utilizatorii rețelei.

QoS poate asigura o anumită calitate pentru sesiuni de streaming în funcție de parametrii rețelei.

Printre acești parametrii se numără throughput, packet loss, delay sau jitter, care nu reflectă impactul real asupra calității fluxului la nivelul utilizatorului.

Mecanisme de control QoS trebuie realizate ținând cont de parametrii rețelei, caracteristici ale conținutului media și suport QoE pentru a optimiza utilizarea resurselor rețelei și nivelul calității video.

3.2 QoE

Conceptul de QoE se axează pe experiența utilizatorului în momentul în care acesta accesează serviciile puse la dispoziție. QoE este diferit fată de QoS întrucât cel de-al doilea este focusat asupra performanțelor rețelei nu pe utilizator. Conceptul de calitate al unui clip este unul subiectiv pentru majoritatea oamenilor, dar în telecomunicații și domeniul multimedia, acesta trebuie să fie subiectiv. Instrumentul prin care se va măsura QoE pentru un stream video este Mean Opinion Score (MOS), care are o gama de valori cuprinsă între 1 și 5, ultima reflectând calitatea cea mai înălță.

Inițial MOS a fost folosit numai pentru conținut audio precum VoIP iar apoi același sistem de evaluare a fost aplicat pentru conținut media. în momentul în care MOS a fost proiectat grupuri de oameni au fost invitați să asculte și să vizioneze seturi diferite de clipuri. Fiecare dintre participanți a oferit o notă în funcție de calitatea clipului, valorile finale au fost calculate drept media pentru fiecare grup.

Multe insuficiențe ale calității percepute de către utilizatorii mobili sunt cauzate de către problemele rețelei de transport. Rețelele mobile învechite nu au fost concepute pentru transmisiuni video întrucât au lățime de bandă mică și protocoale neadecvate pentru acest tip de trafic.

Realizarea streaming-ului video prin intermediul rețelelor mobile întâmpină probleme în următoarele cazuri: la crearea videoclipului, la transcodare, în timpul transmisiei și la redarea conținutului pe dispozitivul mobil.

Realizarea clipului.

Conținutul video poate fi generat printr-o multitudine de surse, plecând de la un studio de film profesionist și ajungându-se la realizarea acestuia cu un telefon mobil. Toate duc la diversitate din punct de vedere al calității imaginii. Un alt factor de care trebuie să se țină cont este mediul în care a fost realizat clipul și influența persoanei care îl filmează. Dacă un clip este înregistrat pe un dispozitiv cu performanțe scăzute sau dacă celui care l-a conceput i-au tremurat mâinile atunci calitatea va fi precară.

Transcodare video

Pentru a asigură transmiterea eficientă prin rețea, conținutul video este codat și comprimat. Fiecare comprimare a materialului duce la o scădere de calitate întrucât algoritmii performanți necesită putere de procesare puternică. O dată ce un videoclip este codat el trebuie să fie decodat înainte de a fi redat. Chiar dacă majoritatea dispozitivelor suportă o gama largă de algoritmi de compresie, este totuși necesar să se realizeze o translație între un algoritm de codare la altul din momentul în care a fost filmat clipul și până în momentul redării. Această procedură se numește transcodare și reprezintă decodarea conținutului și recodarea acestuia în formatul cerut de programul de redare, ceea ce duce la o scădere în calitate.

Transportul video.

Din cauza pierderilor de pachete sau delay-ului, în rețelele IP, în momentul în care datele sunt transmise, există posibilitatea de pierdere a unele informații ce poate avea drept consecință scăderea calității conținutului. Probleme precum pierderile de pachete, delay sau jitter au existat și în rețelele de voce dar ele nu reprezentau o problemă gravă întrucât urechea umană nu este deranjată de goluri în discurs. în cazul serviciilor de livrare a conținutului video problemele de tranport sunt grave întrucât ochiul uman poate detecta mici imperfecțiuni în fluxul video.

Redarea fluxului video pe dispozitiv.

Clipurile video pot fi redate pe o gama largă de dispozitive cu diverse specificații, astfel există posibilitatea de vizualizare pe ecrane mici cu pixeli morți cat și pe ecrane de înaltă calitate. Aceasta duce la o diferență între experiența utilizatorului întrucât dispozitivul este cel care duce la o scădere a calității.

Telefoanele mobile au fost create pentru a oferi servicii de voce de înalță calitate iar cele de video au fost trecute pe plan secund. Totodată unii producători de telefoane mobile sacrifică din calitatea ecranului pentru a mării durata de viată a bateriei. Cateva exemple de indicatori QoE:

– Ecran blocat sau negru

-Programe care lipsesc

-Nivel scăzut sau mărit de sunet

-Probleme cromatice legate de ecran

-Probleme cu instrucțiunile de folosire ale programului de redare

LTE

“Long Term Evloution” reprezintă un standard pentru comunicații mobile de mare viteză dezvoltat pentru a oferi clienților acces rapid la servicii multimedia și business. A fost lansat pentru public în decembrie 2009 în Oslo și Stockholm iar în prezent aproape toate terminalele mobile suportă LTE. Acest tip de rețea simplifică infrastructura operatorilor, reduce costurile și inbunatateste experiența utilizatorilor. Este cea mai avansată tehnologie mobilă, ușor de implementat, oferă latență mică și viteză mare pe distanțe lungi.

4.3 Parametrii LTE

Fig. 4.3 Parametrii LTE.

LTE poate opera în gama de frecvențe a UMTS-ului, FDD și TDD. Lățimea de bandă pentru canalul LTE este definită de valorile: 1.4 MHz, 3 MHz,5 MHz,10 MHz,15 MHz, 20 MHz și fiecare bandă este alcătuită dintr-un număr de blocuri de resurse așa cum se observă în tabel. Un bloc resursă este definit drept 180 KHz și reprezintă cea mai mică unitate pentru asignarea de resurse, astfel unui terminal sau utilizator îi poate fi asociat unul sau mai multe blocuri atât pentru descărcare cat și pentru încărcare. Valoare de 1.4MHz este dată de 6 blocuri de resurse fiind generalizat și pentru toate celelalte frecvențe până la 20MHz reprezentând 100 de blocuri. Configurația optimă este cea cu 200 de clienți per 5MHz, dar se poate crește numărul acestora prin scăderea capacității și vitezei.

Modulațiile disponibile pentru LTE sunt: QPSK, 16-QAM și 64-QAM. Pentru încărcare modulația 64-QAM este opțională pe terminalul mobil.

Accesul Multiplu se realizează prin OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) pentru descărcare și SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) pentru încărcare.

LTE suportă tehnologia MIMO, esențială pentru a oferi clienților capacitate de mare viteză, de până la 150Mbps pentru descărcare, cu o configurație 2×2 MIMO, reprezentând Categoaria 4 dar poate oferi și până la 300 Mpbs, cu o configurate 4×4 MIMO, ce reprezintă Categoria 5. Pentru încărcarea datelor se ating viteze de până la 75 Mbps. Aceste valori sunt teoretice și șansele de a fi întâlnite în viața reală sunt mici din cauza factori negativi precum încărcarea celulei, dar pot fi folosite drept punct de reper.

4.6. Configurația de test

Configurația de test pentru un scenariu de transmisie printr-o celulă folosind o conexiune RF bidirectionala, între testor și dispozitivul ce urmează a fi testat (DUT – Device under test):

Rohde&Schwarz 500 transmite semnalul pentru descărcare la care DUT face sincroniare pentru că ulterior să se realizeze atașarea la rețea. Semnalul pentru descărcare este folosit pentru a transmite mesajele de semnalitare împreună cu datele destinate utilizatorului.

DUT transmite semnalul propriu, recepționat și decodat de către Rohde&Schwarz 500, folosit pentru stabilirea conexiunii și transmiterea anumitor parametrii.

În această configurație DUT este conectat pe unul dintre porturile bidirecționale RF COM de pe panoul frontal aparținând R&S500. Nu este nevoie de cabluri suplimentare sau trigger extern.

Fig.4.9 Inițializarea sincronizării

Semnalul pentru descarcare,DL, este transmis atat timp cat indicatorul “LTE Signaling” este în starea “ON”.

În momentul în care transmisiunea DL este activă, parametrii conexiunii pot fi modificați prin intermediul butoanelor R&S 500 și prin terminalul utilizatorului. Setările esențiale pentru generatorul de semnal pot fi modicate din panoul central.

Etapele de realizare a conexiunii:

O rețea LTE oferă numai servicii de comutație de pachete (PS-Packet Switched). Principalele stagii ale conexiunii PS sunt următoarele:

Fig.4.10. Etapele realizarii conexiunii PS

Pe lângă indicarea stărilor conexiunii, Emulatorul prezintă și stările de tranziție:

-Semnalizare în desfășurare

-Conectare în desfășurare

-Deconecate în desfășurare.

Deconectarea se poate face atât de către R&S 500 cat și de către UE.

4.7 Setari RF

Parametrii din această secțiune setează proprietățile semnalului și configurează căile de intrare și ieșire RF.

Fig. 4.18 Setari RF

“RF Output”

“Routing” – selectează calea urmată de semnalul RF generat, respectiv conectorul și modulul Tx folosite.

“External Attenuation” – definește valoarea pentru atenuare, sau câștig dacă aceasta este negativă. Pentru o atenuare externă de x dB, puterea semnalului generat este mărită cu x dB, valorile afișate pe ecranul dispozitivului sunt cele finale.

“RF Input”

“Routing”- selectează calea urmată de semnalul RF măsurat, respetiv conectorul și modulul Rx folosite.

“External Attenuation”- definește valoarea atenuării externe, sau câștig, dacă aceasta este negativă, pentru calea de intrare. Valoarea acestui parametru este luată în calcul pentru afișarea puterii de intrare maximă a R&S 500.

“RF Frequency”

“UL Channel”- precizeaza frecventa centrala pentru analizorul RF iar “DL Channel ” pe cea a semnalului LTE generat.

Pentru a seta frecvențele centrale se va selecat mai întâi o bandă de operare, apoi un număr de canal sau frecvențele pentru desacarcare sau încărcare. Frecvențele, canalele și ceilalți parametrii pentru direcția opusă sunt calculate automat.

Canalele DL și UL pot fi modificate indiferent de starea conexiunii, inclusiv Conexiune stabilită

“RF Power Uplink” – folosit pentru configurarea puterii UL recepționate. Sunt posibile 2 setări:

-Estimare conform “UL Power Control Settings”

-Manual, prin introducerea de la tastatură a valorii așteptate pe recepție.

Fig.4.19 Control al puterii pentru DL

“Downlink Power Levels” – secțiune în care sunt definite nivelele de putere pentru canalele de descărcare cat și semnalele pentru descărcare

"RS EPRE”- “Energy Per Resource Element” și “Reference Signal”

“PSS Power Offset”- Puterea semnalului primar de sincronizare

“SSS Power Offset”- Puterea semnalului secundar de sincronizare

“PBCH Power Offset”- Puterea canalului fizic de broadcast

“PCFICH Power Offset”- Puterea canalului de control fizic de control al formatului

“PHICH Power Offset”- Puterea canalului fizic hibrid indicator de ARQ

“PDCCH Power Offset”- Puterea canalului fizic de control al descărcării

“OCNG”- pornește sau oprește generatorul de zgomot pe canal OFDMA

“PDSCH”- parametrii ce definesc nivelul de putere pentru canalul fizic comun pentru descărcare (PDSCH)

“AWGN”- Nivelul pentru zgomot aditiv alb gaussian. Dacă este activat AWGN, este introdus peste semnalul DL LTE.

Fig 4.30 Control al puterii pentru UL

Această categorie include controlul parametrilor puterii pentru UL, de încărcare, în timpul setării conexiunii cat și în timpul acesteia.

PUSCH

“Open Loop Nominal Power” – definește puterea nominală specifică celulei, pentru toate blocurile de resure alocabile încărcării. Acest parametru este definit în timpul setărilor inițiale, putând fi modificat din comenzile TCP.

TX Power Control (TPC)

“Active TPC Setup”- pornește procedura de TCP. Toate setările folosesc comenzi TPC relative, și se execută în momentul în care se stabilește conexiunea.

Fig. 4.21 Parametrii apelului

“Physical Cell Setup” – pentru parametrii ce definesc nivelul fizic al unei simulări de apel.

“DL/UL Cell Bandwidth”-numită și lățime de bandă pentru celulă de către 3GPP. Valorile setate sunt identice pentru UL și DL.

“Physical Cell ID”- identificatorul celulei fizice este folosit pentru generarea semnalelor de sincronizare fizice. în timpul căutării de celulă, UE determină identificatorul celulei în funcție de semnalele de sincronizare primar și secundar.

“Cyclic Prefix”- activează prefixul ciclic extins pe fiecare simbol OFDM.

“PRACH”

“Configuration Index”- Afișează indexul de configurare, PRACH, care definește formatul de preambul și alte proprietăți ale canalului PRACH.

“Frequency Offset”- utlilizat de către UE pentru a calcula locația celui de-al 6-lea preambul. Aceasta valoare este trimisă broadcast către UE.

“Logical Root Sequ.Idx”- indică secvență logică de root ce va fi folosită de către UE pentru generarea secvenței de preambul.

“Zero Corr. Zone Conf”- configurația zonei zero de corelare, determină care valoare NCS dintr-un set NCS trebuie să fie utilizată de către UE pentru a genera secvența de preambul. Valoare este trimisă broadcast către UE.

4.8 Setari de retea

Setari pentru simularea retelei radio LTE.

Fig. 4.22 Setari retea

“Identity”- Setările de identitate includ parametrii precum:

“MCC”- Precizeaza Codul Tarii;

“MNC”- Indică codul rețelei mobile;

“TAC”- Specifica Codul Ariei (TAC-Tracking Area Code);

“E-UTRAN Cell Identifier”- Indicatorul unic pentru celulei E-UTRAN, dintr-o rețea PLMN. Transmis broadcast către UE și poate fi setat independent de identificatorul celulei.

Setari de securitate- configurarea parametrilor pentru autentificare și alte proceduri de securitate.

Fig. 4.24 Setari de securitate

“Authentification”- Pornește sau oprește autentificarea din timpul procedurii de atașare, aceasta necesită USIM.

“NAS Security”- Pornește sau oprește securitatea Non-Access Stratum. Cu aceasta funcție activată, UE oferă protecție pentru semnalele NAS. Funcționează numai dacă autentificarea este pornită.

“AS Security”- Activeasa sau dezactivează securitatea Access Stratum. Cu această funcție activată, UE oferă protecție pentru semnalele RRC. Funcționează numai dacă autentificarea este pornită.

“Integrity Algorithm”- Selectează un algoritm pentru protecția integrității. “NULL” reprezintă dezactivarea funcției.

“Milenage”- Permite folosirea algoritmului Milenage pentru USIM.

“Opc”- Folosit pentru proceduri de autentificare și integritate împreună cu algoritmul “Milenage” pornit. Valoarea acestuia este de 32 de hexazecimale.

“Secret key”- pentru proceduri de autentificare, cu o valoare de 32 hexazecimale. Verificarea integrității eșuează dacă valoarea cheii secrete nu este egală cu cea aflată pe USIM. Cheia secretă este ignorată dacă autentificarea nu este pornită.

“UE Identity”- meniu folosit la configurarea IMSI.

Fig. 4.24. Identitatea UE

“Default IMSI”- numărul Internațional pentru abonatul mobil, de 15 cifre. Este necesar pentru conectarea UE la rețea.

5.0 Scenariul de test

Pentru această lucrare s-a realizat un scenariu alcătuit dintr-un server HTTP, R&S 500 și un client. R&S 500 reprezintă un echipament produs de Rohde & Schwarz care ajută la generarea semnalului LTE astfel încât clientul este capabil să se conecteze la server și totodată oferă posibilitatea de a introduce controlat pierderi de pachete și întârzieri.

Fig. 5.1 Scenariul experimentului

Fig. 5.2 Interfețele pentru experiment.

Terminalul mobil este conectat la R&S 500 prin rețeaua LTE și serverul HTTP prin Ethernet. Pentru realizarea acestora R&S 500 are un port special numit LAN DAU.

6. Data Application Unit

DAU (opțional pentru R&S CMW-B450A, B450B, B450D) este o soluție de testare care suportă tehologii de acces. Oferă posibilitatea de analiză capăt-la-capăt pentru transfer de date IP și efectuarea de teste din planul utilizatorului (U-Plane) pentru o conexiunea mobilă.

DAU este independent față de rețeaua de acces radio. Oferă o manevrare la nivel de plan al utilizatoruluisi asigură continuitatea transmiterii datelor în cazul unui handover de la o tehnologie de acces radio la alta. DAU furnizează servii IP optimizate în vederea obținerii unui throughtput de mare viteză și rulează într-un mediu controlat, izolat, pentru obținerea unor rezultate optime.

Sunt disponibile următoarele servicii la nivel IP:

-transfer de fișiere prin intermediul FTP

-navigare pe internet prin intermediul HTTP

-Suport de server IMS pentru efectuarea de apeluri vocale și SMS

-server DNS cu cereri de tipul A,AAAA sau SRV

Dacă este conectat la o rețea externă, DAU acționează asemenea unui IP gateway, făcând delimitarea dintre reteau internă generată de R&S CMW 500 și respectiva rețea. Terminalul mobil poate folosi atât serviciile IP oferite de DAU cat și cele oferite de rețeaua IP exerna.

Pentru măsurători DAU este necesară licența CMW-KM050, care oferă aplicațiile de testare pentru conexiuni IP mobile:

– Măsurători PING și latență a rețelei

-Măsurători IPfer, testare throughput și fiabilitate folosind TCPP/IP și UDP/IP

-Măsurători throughput, care să indice throughput total pentru DAU la nivel IP

-Măsurători DNS, monitorizând toatea cererile DNS către serverul intern.

-Aplicație de logare a IP-urilor, creând fișiere cu traficul IP pentru conexiunea LAN-DAU sau pentru DAU și mobil

-Aplicație de analiză IP, monitorizând și analizând traficul IP de încărcare și descărcare pentru mobil.

DAU suportă protocoalele Ipv4 și Ipv6. Amândouă pot fi folosite împreună sau separat, în funcție de conexiunea IP stabilită de rețeaua radio de acces. Pentru Ipv4 este nevoie de R&S CMW-KA100.

Pentru scenarii care implică decât o purtătoare pentru descărcare și una pentru încărcare, se folosește un conector RF COM, respectiv RF 1 COM de pe R&S 500. Dacă se dorește accesarea serviciilor externe, se va conecta rețeaua externă la conectorul LAN DAU din spatele aparatului. Doar conectrul LAN DAU permite mobilului și DAU-ului să acceseze rețele externe și poate fi utilizat pentru teste din planul utilizatorului. [15]

Fig. 6.1 Meniu DAU

Fig. 6.2 Configurare IP DAU

Fig. 6.2. Meniul de configurare IP DAU

Pentru această lucrarea s-au folosit IP-urile următoare:

DAU: 192.168.1.117;

Server: 192.168.1.34;

Telefon: 192.168.1.19;

Toate adresele fac parte din aceeași rețea și au subnet mask-ul 255.255.255.0.

Măsurători DAU:

Este nevoie de modulul R&S CMW-KM050. Măsurătorile DAU pot fi efectuate pentru conexiunile realizate prin aplicații de semnalizare. Prin “Select RAN” din categoria “Dată Application Measurements” poate fi selectată o aplicație de semnalizare. Drept consecință throughput maxim este afișat împreună cu butoane pentru comenzi.

Fereastra vedere de ansamblu.

Măsurătorile DAU sunt afișate în această fereastră, inclusiv etapa în care se află, împreună cu rezultate.

Fig. 6.3 Fereastra vedere de ansamblu

Fereastra IPerf

Măsurătoarea Iperf folosește această unealtă pentru a determina throughput și fiabilitatea unei cinexiuni pentru descărcare cat și pentru încărcare.

Pentru a realiza această evaluare este necesar că unealtă Iperf să fie activată la ambele capete ale conexiunii, drept client care transmite informații și drept server care le recepționează.

Fig. 6.6 Fereastra Iperf

Fereastra de Rezultate

Sunt afișați 3 indicatori:

-“Uplink”- rata de bit măsurată în direcția ascendentă;

-“Downlink” – rata de bit transmisă în direcția descendentă;

-“Loss Packets”- procentajul pierderii de pachete pentru instanțe active cu protocolul UDP.

Ratele de bit pentru încărcare și descărcare sunt afișate și în partea superioară a ferestrei iar pierderile de pachete în partea inferioară.

“Packet size”- permite definierea mărimii pachetelor pentru testele IPerf atât pentru protocolul UDP cat și pentru cel TCP. Acest parametru este important în cazul în care vrem să folosim protoculul UDP cu rată mică de bit.

Fig.6.7a Fereastră setări servere și mărime pachete

“Servers”- acest submeniu permite modificarea proprietăților serverului pentru direcția de încărcare (se primesc date de la UE)

-“Use”- specifică dacă instanță respectivă de server este folosită;

-“UDP or TCP”- precizează tipul de protocol folosit;

-“Port”- permite setarea numărului portului pentru conexiunea, care trebuie să fie același că cel setat pe terminalul mobil;

-“Windows size”- specifică mărimea pentru fereastra TCP;

Fig. 6. 7b Setări client

“Clients”- Submeniu unde sunt localizate setările clienților pentru direcția de descărcare:

-“Use”- specifică dacă instanță respectivă de server este folosită;

-“UDP or TCP”- precizează tipul de protocol folosit;

-“Port”- permite setarea numărului portului pentru conexiunea, care trebuie să fie același cu cel setat pe terminalul mobil;

-“UE IP Address”- Adresa IP pentru terminalul mobil;

-“Windows size”- setează mărimea ferestrei “NACK”, doar pentru protocolul TCP;

-“Parallel Connections”- precizează numărul conexiunilor paralele pentru portul utilizat, doar pentru TCP;

-“Bit rate”- specifică rata de bit maximă pentru UDP.

Fereastra Throughput.

În această sunt afișate măsurătorile pentru Throughput la nivel IP DAU, pe direcțiile de încărcare și descărcare. E luată în considerare toată dimensiunea pachetului, inclusiv header-ul IP, nu că în cazul măsurătorilor IPerf care țin seama doar de payload.

Fig. 6.8 Fereastra Throughput.

Rezultate: Diagrama prezintă throughput total în funcție de timp. “Uplink” indică ratele de bit recepționate de către DAU, în timp de “Downlink” le prezintă pe cele transmise către UE.

Fereastra “IP Analysis” – Monitorizează traficul total IP din și înspre UE. Oferă statistici despre conexiuni și prezintă cele mai importante rezultate.

Fig. 6.9 Fereastra “IP Analysis”

Vizualizare detaliată: Diagrame circulare

Aceasta permite vizualizarea rezultatelor în funcție de anumite criterii precum conxiuni. Sunt listate în funcție de IP-ul destinatarului și afișează datele transferate împreună cu procentajul din totalul informataiei captate de la începutul testului.

Fig. 6.10 Vizualizare în funcție de conexiuni

Statistici în funcție de protocol- afișează cantitatea de date transportate prin intermediul unui anumit protocol.

Fig. 6.11 Vizualizare în funcție de protocol

Imprefectiuni ale rețelei.

In afară laboratorului rețelele prezintă imperfecțiuni, de exemplu, unele pachete se pot pierde în timpul transportului, există întârzieri sau coruperi de pachete. Aceste alterări pot și controlate prin intermediul DAU. Se pot aplica traficului IP către un destinatar specific. Acești parametrii pot fi controlați din ferestrele de măsurători.

Fig. 6.12. Modificarea parametrilor rețelei.

Tabelul de alterare a rețelei conține mai multe coloane fiecare cu un anumit tip de setări. Configurarea unui set include IP-ul destinației, gama de porturi și modificările de performanță. Pentru a activă coloană se bifează căsuță “used” și apoi se apasă “Impairm. ON"

Aplicațiile “IP Analysis" și "IP Logging” monitorizează traficul, după ce se aplică imperfecțiuni pe rețea, ele nu afișează informații pentru trafic nealterat.

Dacă un pachet este pierdut până să treacă de aplicație, cel retransmis este considerat drept inițial. Astfel, pentru monitorizarea retransmisiei trebuie că ambele pachete să fie filtrate de aplicație.

7. Serverul video

Pentru această lucrare s-a utilizat “Wowza Media Streaming Server”.

Această aplicație a fost instalată pe un Intel® Core™ i5 CPU M480 @2.67GHz( 4 CPU-uri), 4096 MB DDR2 RAM, 500GB SATA HDD, NVIDIA GeForce GT 425M cu interfață de rețea Atheros AR9287 Wireless și Generic Marvell Yukon 88E8057 PCI-E Gigabit Ethernet Controller. Sistem de operare Microsoft Windows 7 Ultimate 64 bit.

Wowza suportă Adobe Flash Player, Microsoft Silverlight Player, Apple QuickTime Player și dispozitive precum telefoane mobile, console de jocuri, calculatoare personale, televizoare inteligente.

Pentru realizarea testelor s-a folosit MPEG-DASH împreună cu RTSP. Wowza efectuează segmentarea și împachetarea necesară pentru a transmite informația.

Protocolul pentru flux în timp real, RTSP, stabilește și controlează unul sau mai multe fluxuri de date pentru serverele multimedia. RTSP folosește în mod normal UDP pentru transmiterea de audio și video, dar dacă se dorește, se poate folosi și TCP.

9. Configuratie test

Pentru realizarea măsurătorilor, R&S CMW 500 a fost conectat la serversul Wowza prin cablu Ethernet și a generat o rețea LTE pentru conexiunea cu telefonul mobil, pe care vor fi redate clipurile.

Adresele IP de pe echipamente au fost setate astfel:

-DAU: 192.168.1.117/24

-Server Wowza: 192.168.1.32/24

-Telefon mobil: 192.168.1.19/24

În următoarele imagini sunt prezentați pașii urmați pentru a conecta UE la stația de bază:

Fig. 9.2. Starea parametrilor LTE

Fig. 9.3. Generarea semnalului LTE

Fig. 9.4. Căutarea rețelei LTE de pe telefonul mobil

Fig. 9.5. Găsirea rețelei și realizarea atașării la stația de bază

Chiar dacă terminalul mobil s-a atașat la stația de bază acesta nu poate accesa serverul video decât printr-o rețea virtuală privată.

10 Rezultate și Discuții

Această lucrare prezintă o comaratie între două tipuri de protocoale pentru streaming, introducând interferențe în rețea ce au ca efect scăderea calității.

În cadrul testelor s-au folosit două videoclipuri, fiecare cu rate de bit diferite: desen animat și film. Rata de bit pentru desen este de 570 kbps iar cea a filmului 1157 kbps amândouă având 25 de cadre pe secundă.

Prin intermediul echipamentului CMW500 s-au introdus diferite procente de pierderi ale pachetelor, ( 0%, 0.5%, 1.5%, 3%, 6%) și întârzieri (0 ms, 25 ms, 100 ms, 200 ms și 400 ms) pentru a observă impactul asupra calității video.

Cu ajutorul programului Wireshark s-a observat tipul de protocol folosit la nivelul de transport. Astfel, MPEG-DASH utilizează TCP iar RTSP, UDP.

Fig 10.1. Captura în Wireshark pentru MPEG DASH, folosind TCP

Fig 10.2. Captura în Wireshark pentru RTSP, folosind UDP.

Prima etapă prezintă impactul produs de pierderile de pachete și întârzieri asupra throughput-ului. Astfel figura 10.3 este o reprezentare grafică a throughput-ului măsurat de CMW500 pentru ambele videoclipuri în cazul în care acei parametrii rețelei sunt modificați. Se observă cum valoarea throughput-ului scade pe măsură ce PLR-ul și întârzierea cresc. Un efect mai mare îl au asupra MPEG DASH, acest lucru se întâmplă din cauza algoritmului adaptiv, întrucât, la detectarea unor probleme de rețea, rata de transfer este micșorate pentra că UE să primească pachetele retransmise. în cazult RTSP rata de transfer se menține aproape constantă deoarece protoculul nu încearcă să retransmită pachetele deteriorate.

În graficele 10.3 și 10.4 se observă faptul că timpul inițial de buffering și frecvența evenimentelor de re-buffering sunt invers proporționale cu throughput-ul. în momentul în care valoarea throughput-ului scade sub rata de bit a videoclipului, timpul funcție crește drastic fiind influențat de modificările aduse rețelei (având că punct de reper măsurătorile efectuate cu 0% întârziere și 0% pierdere de pachete). în momentul în care throughput-ul scade sub 570 kbps pentru primul clip, are loc eventimentul de re-buffering, acelasi lucru fiind valabil și pentru cazul filmului de 1157 kbps.

Fig. 10.3 a) Throughput în funcție de PLR pentru MPEG-DASH și RTSP (Clipul 1)

Fig. 10.3 a) Throughput în funcție de PLR pentru MPEG-DASH și RTSP (Clipul 2)

Fig. 10.3 c) Throughput în funcție de Delay pentru DASH și RTSP (Clipul 1)

Fig. 10.3 d) Throughput în funcție de Delay pentru DASH și RTSP (Clipul 2)

Fig. 10.4 a) Timp inițial în funcție de PLR pentru DASH și RTSP (Clipul 1)

Fig. 10.5 c) Timp inițial în funcție de PLR pentru DASH și RTSP (Clipul 2)

Fig. 10.4 b) Evenimente de re-buffering în funcție de PLR pentru DASH și (Clipul 1)

Fig. 10.5 b) Evenimente de re-buffering în funcție de PLR pentru DASH și (Clipul 2)

Fig. 10.7 a) Timp inițial în funcție de Delay pentru DASH și RTSP (Clipul 1)

Fig. 10.7 b) Timp inițial în funcție de Delay pentru DASH și RTSP (Clipul 2)

Fig. 10.8 a) Evenimente de re-buffering în funcție de Delay pentru DASH și RTSP (Clipul 1)

Fig. 10.8 b) Evenimente de re-buffering în funcție de Delay pentru DASH și RTSP (Clipul 2)

Graficele de mai sus prezintă analiza din punct de vedere al QoS-ului. Analiza din punct de vedere a experienței utilizatorului (MOS), pentru clipul 1 în condiții de PLR și delay este afișată în graficele xxxxxxxxx.

În aproape toate scenariile, valorea MOS obținută pentru DASH este mai mare decât cea obținută de RTSP, întrucât problemele care apar în rețea nu afectează timpul de incarcare și nici nu duc la evenimte de rebuffering, însă calitatea imaginii suferă degradare din cauza pierderii de pachete. în cazul MPEG-DASH, datorită naturii adaptive, avem un timp inițial de încărcare mai mare cu o redare fluentă și o calitate crescută. Acest lucru este evidențiat în valorile mari ale MOS-ului din toate scenariile, mai puțin cel cu întârziere de 400 ms. în figura 10.6.b se observă faptul că întârzierea nu are un impact major asupra MOS-ului precum pierderea de pachete, mai ales în cazul RTSP.

Fig. 10.6 a) MOS în funcție de PLR pentru DASH și RTSP (Clipul 1)

Fig. 10.6 b) MOS în funcție de Delay pentru DASH și RTSP (Clipul 1)

Fig. 10.6 c) MOS în funcție de PLR pentru DASH și RTSP (Clipul 2)

Fig. 10.6 d) MOS în funcție de Delay pentru DASH și RTSP (Clipul 2)

11. Concluzii:

În această lucrare s-au prezentat comparativ performanțele protocoalelor MPEG-DASH și RTSP în cazul transmiterii acestora printr-o rețea LTE, în condiții ideale cat și reale. Rezultatele pentru flux video la cerere sugerează faptul că RTSP este mai eficient decât MPEG-DASH din punct de vedere a începerii redării clipurilor dar aceasta se realizează împreună cu o scădere de QoE.

Timpul funcție de încărcare îndelungat permite protocoalelor să amelioreze impactul negativ produs de pierderile de pachete din timpul transmisiunii, după cum se observă din numărul scăzut al evenimentelor de re-buffering. Totodată PLR, fată de întârziere, are o influență mai puternică asupra acestor evenimente.

MPEG-DASH are o valoare a MOȘ-ului mai mare decât în cazul RTSP, datorat caracterului adaptiv al protocolului, oferind o experiență, mai plăcută și cu mai puține întreruperi decât în cazul RTSP.