Quality of Service and Performance of the Transport Protocols within the UTRAN - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2003

Quality of Service and Performance of the Transport Protocols within the UTRAN

Qualité de Service et Performances des Protocoles de Transport dans l'UTRAN

(1)
1

Abstract

The 3GPP (3rd Generation Partneship Project) has chosen, in the Release 99, the AAL2/ATM protocol as a transport protocol on the Iub et Iur interfaces of the UMTS access network called UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). The AAL-2 (ATM Adaptation Layer - Type 2) is an adaptation layer above the ATM layer. It consists in aggregating several packets from different flows in the same ATM cell in order to decrease the packetization delay especially for low bit rate real time applications. There are few studies about the performance of the AAL2 protocol but there are no enough studies of the AAL2 in the special context of the UTRAN where the time constraints become stringent because of the synchronisation mechanisms of the radio channels. The link between a Node B and a RNC, where the AAL2 protocol is deployed, should not be the bottleneck of the network. The AAL2 protocol should be well studied to evaluate its performance and its capabilities for the transport of radio channels.
The AAL2 is a real transport protocol but in the specifications, there is no quality of service (QoS) definition at the AAL2 layer. We contributed to define some classes of service, QoS parameters, AAL2 transfer capabilities (AAL2-TC) and performance criterions. Then, we propose a mapping scheme on the one hand between the different classes of service of the UMTS and the classes of the AAL2 layer and on the other hand between AAL2 classes and ATM classes. We propose a bandwidth sharing scheme between different classes as well as a connection admission control scheme for AAL2 connections. In the case where several types of flows are aggregated in the same ATM VC, a scheduling mechanism is needed to differentiate between the different classes of service. Several scheduling algorithms are proposed at the AAL2 layer and a comparison between them is done in several contexts in order to evaluate the advantages and drawbacks of each algorithm. We propose also a new dynamic scheduling algorithm called DyWRR. Then, we studied an important parameter of the AAL2 protocol that is the Timer-CU (Timer-Combined Use). This parameter has an impact on the transfer delay and on the bandwidth efficiency. A detailed study of this parameter is achieved in order to obtain results about the optimal value of this parameter. The choice of the ATC (ATM Transfer Capability) for the transport of AAL2 connections represents a part of our study. The DBR and the SBR are two proposed solutions and a comparison between their performances is done. The AAL2 switching technology is an important aspect in the AAL2 networks. Small and variable size packets (mini-cells) are switched rather than ATM cells. The AAL2 switching technology is studied to evaluate its advantages and drawbacks and to compare it with the ATM switching technology.
The results of our study on the AAL2 were used in a contribution to the standardization works of the ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication standardization sector). These standardization efforts had leaded to a new standard called ITU-T I.378 which treats the problematic of the quality of service and traffic control at the AAL2 layer.
In the Release 5 of the 3GPP, the IP protocol was chosen to transport radio channels on Iub and Iur interfaces. The IP protocol cannot guarantee a quality of service without any special mechanisms like DiffServ or IntServ because in the present networks, only one class of service is used, the Best Effort class. Several architectures are presented for the use of the IP protocol on the Iub interface. These solutions introduce additional overhead because of the long size headers. The optimization of the bandwidth especially at the Last Mile Link is an important issue for the telecommunication operators. Then, we studied several solutions in order to evaluate their performance in the special context of the UTRAN.
Le 3GPP (3rd Generation Partnership Project) a choisi, dans sa Release 99, le protocole AAL2/ATM pour le transport des données sur les interfaces Iub et Iur du réseau d'accès de l'UMTS, nommé UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). L'AAL-2 (ATM Adaptation Layer - Type 2) est une couche d'adaptation au-dessus de la couche ATM. L'AAL2 consiste à agréger plusieurs paquets de différents flux dans une même cellule ATM pour réduire le temps de remplissage surtout pour les applications temps-réel à bas débit. Les études menées sur l'AAL2 pour évaluer ses performances ne sont pas nombreuses, surtout dans le contexte de l'UTRAN où les contraintes temporelles sont strictes à cause des mécanismes de synchronisation des canaux de transport radio. Le lien entre le Node B et le RNC, où le protocole AAL2 est déployé, ne doit pas constituer le goulot d'étranglement (Bottleneck) pour les flux transportés. Le protocole AAL2 doit être bien étudié pour évaluer ses performances et ses capacités pour le transport des canaux radio.
L'AAL2 constitue un véritable protocole de transport qui se superpose au protocole de transport ATM. Or, dans les normes de l'AAL2, aucune notion de qualité de service (QoS) n'était définie pendant notre étude. En plus, les études faites étaient insuffisantes pour définir un modèle complet de la QoS dans l'AAL2. Nous avons alors contribué pour définir des classes de QoS au niveau AAL2, des paramètres de QoS, des capacités de transfert (AAL2-TC) ainsi que des critères de performance. Ensuite, nous proposons des schémas d'association (mapping) entre les différentes classes de service de l'UMTS et les classes de l'AAL2 d'une part et entre les classes de l'AAL2 et les classes de l'ATM d'autre part. Un schéma de partage de la bande passante entre les différentes classes est proposé ainsi qu'un schéma de contrôle d'admission des connexions AAL2. Dans le cas où plusieurs types de trafic seraient agrégés dans le même VC ATM, un mécanisme d'ordonnancement au niveau AAL2 est nécessaire pour pouvoir différencier entre les classes de services. Plusieurs algorithmes d'ordonnancement sont proposés au niveau de l'AAL2 et une comparaison entre ces mécanismes est réalisée dans plusieurs contextes pour évaluer les avantages et les inconvénients de chaque algorithme. Nous proposons un nouvel algorithme dynamique appelé DyWRR qui s'adapte avec le changement du trafic. Nous étudions aussi un paramètre important relatif au protocole AAL2 qui est le Timer-CU (Timer - Combined Use). Ce paramètre de temporisation a une influence sur le délai des paquets et sur le taux d'utilisation de la bande passante. Une étude fine et détaillée de ce paramètre est réalisée pour obtenir des résultats sur sa valeur optimale. Le choix de l'ATC (ATM Transfer Capability) pour le transport des connexions AAL2 fait une partie de notre étude. Le DBR et le SBR sont deux ATC proposées et une comparaison entre ces deux solutions est analysée. Quand on parle de l'AAL2 comme un protocole de transport, l'idée de la commutation AAL2 ne sera plus exclue. Au lieu de commuter les cellules ATM, on peut commuter les paquets AAL2 pour qu'on puisse séparer les connexions AAL2 dans un nud donné du réseau. La commutation AAL2 présente des avantages mais également des inconvénients que nous traitons dans cette thèse.
Les résultats de létude sur lAAL2 faite dans le cadre de cette thèse ont été utilisés pour une contribution à la normalisation au sein de lITU-T (International Telecommunication Union -Telecommunication standardization sector). Ces travaux de normalisation ont abouti à une nouvelle norme appelée ITU-T I.378 qui traite la problématique de la qualité de service et du contrôle de trafic au niveau de lAAL2.
Dans la Release 5 du 3GPP, l'IP est introduit comme protocole de transport sur les interfaces Iub et Iur dans une optique de réaliser des réseaux "tout-IP". Ce protocole, dans sa version simple, ne peut pas garantir une qualité de service parce qu'il ne fournit qu'une seule classe de service pour tous les flux, la classe du meilleur effort (Best Effort). Des mécanismes de différenciation des services sont alors nécessaires comme DiffServ ou IntServ dans le contexte de l'UTRAN. Plusieurs architectures pour le transport en IP sur l'interface Iub sont présentées. D'ailleurs, ces solutions en IP introduisent une charge supplémentaire à cause de la longueur des en-têtes. Sachant que les opérateurs des télécommunications s'intéressent à l'optimisation de la bande passante sur les liens appelés Last Mile Link, une étude est alors réalisée dans cette thèse pour évaluer les performances des solutions en IP dans l'UTRAN.
Fichier principal
Vignette du fichier
tel-00005734.pdf (1.88 Mo) Télécharger le fichier
Loading...

Dates and versions

tel-00005734 , version 1 (05-04-2004)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00005734 , version 1

Cite

Rani Makké. Qualité de Service et Performances des Protocoles de Transport dans l'UTRAN. Réseaux et télécommunications [cs.NI]. Télécom ParisTech, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00005734⟩
701 View
3352 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More