Traffic engineering concepts for cellular packet radio networks with quality of service support

Stuckmann, Peter; Walke, Bernhard

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-6076

Traffic engineering concepts for cellular packet radio networks with quality of service support

Stuckmann, Peter

2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Peter Stuckmann

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2003

UmfangXII, 206 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Walke, Bernhard (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-06-23

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-6076
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59154/files/Stuckmann_Peter.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik (600000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Datenfunknetz (Genormte SW) ; Paketvermittlung (Genormte SW) ; Zellulares Mobilfunksystem (Genormte SW) ; Multimedia (Genormte SW) ; Verkehrsgüte (Genormte SW) ; Dienstgüte (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Mobile Datenkommunikation (frei) ; GPRS (frei) ; Paketfunk (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Zellulare Paketfunknetze befinden sich in der Einführung und werden weiterentwickelt, um mobile Multimedia-Anwendungen und den mobilen Internetzugang zu ermöglichen. General Packet Radio Service (GPRS) und Enhanced GPRS (EGPRS), die Paketdatendienste des GSM, stellen die dominierenden Standards zur paketorientierten Datenübertragung in weiterentwickelten zellularen Mobilfunksystemen der zweiten Generation dar. Diese Arbeit stellt Dimensionierungskonzepte für zellulare Paketfunknetze vor, die anwendbar aber nicht beschränkt sind auf die Standards GPRS und EGPRS und die in den Funknetzplanungsprozess integrierbar sind. Sie basieren auf einer umfassenden Leistungsbewertung von Internet und Multimedia-Anwendungen für die relevanten Zellszenarien, Systemeinstellungen und Protokolloptionen, die für die Evolution von GPRS und EGPRS erwartet werden. Zusätzlich werden optimierte Algorithmen zur Verkehrs- und Dienstgüteverwaltung entwickelt, die sowohl Abfertigungs- als auch Verbindungsannahmestrategien umfassen. Ihre Leistungsfähigkeit wird bewertet und mit bereits existierenden Implementierungen verglichen. Ausgehend von der Leistungsanalyse auf Basis der Modelle für existierende und für die optimierten Systeme werden Dimensionierungsregeln abgeleitet, die von Netzbetreibern, Infrastrukturanbietern oder Systemintegratoren für die quantitative Dimensionierung von Funkschnittstellen herangezogen werden konnen. Die Anwendung der Dimensionierungsregeln wird anhand von Beipielen für ein GPRS-Evolutionsszenario und ein EGPRS-Einführungsszenario veranschaulicht. Obwohl die Beispiele auf den konkreten Standards GPRS und EGPRS basieren, behalten die in dieser Arbeit entwickelten Konzepte für alle Paketfunknetze ihre Gültigkeit. Die Leistungsanalyse von mobilen Paketdatendiensten stellt ein komplexes Problem dar, weil nicht-Poissonsche Verkehrscharakteristiken, das dynamische Verhalten unterer Schichten und die Effekte des Funkkanals modelliert werden müssen. Der Autor hat dieses Problem mit der Entwicklung des Emulationswerkzeugs GPRSim gelöst, welches sowohl die Implementierung der GPRS- und EGPRS-Protokolle als auch Lastgeneratoren für die Nutzung von GPRS/EGPRS umfasst. Das Werkzeug erlaubt die Untersuchung der existierenden und weiterentwickelten Systeme in ihren natürlichen Umgebungen mit der zugehörigen Funkabdeckung, Mobilität und dem typischen Verkehrsaufkommen. Es schafft außerdem die Grundlage für die Analyse eigener Ansätze zur Verbesserung und zur Einführung neuer Funktionen.

Cellular packet radio networks are presently introduced and further developed to support mobile Multimedia applications and mobile Internet access. The General Packet Radio Service (GPRS) and Enhanced GPRS (EGPRS), the packet services of the Global System for Mobile Communications (GSM), are dominant standards for packet data support in evolved second-generation cellular systems. This thesis presents traffic engineering concepts for cellular packet radio networks that are applied but not limited to the standards GPRS and EGPRS and can be integrated into the radio interface capacity planning process. They are based on a comprehensive performance evaluation of Internet and Multimedia applications for the relevant cell scenarios, system parameter settings and protocol options that are expected for the evolution of GPRS and EGPRS networks. Additionally, optimized algorithms for traffic management and quality of service management, comprising connection admission control as well as scheduling, are developed. Their performance is evaluated and compared to existing implementations. From the traffic performance analysis, based on the existing and optimized system models, traffic engineering rules are derived. They can be used for quantitative radio interface dimensioning by network operators, equipment vendors or system integrators. Examples for the application of the traffic engineering rules are presented for GPRS evolution scenarios and an EGPRS introduction scenario. While the examples are based on the existing standards GPRS and EGPRS, the concepts developed in this thesis are valid for all packet radio networks. The traffic performance evaluation of mobile packet data services is a complex problem, because non-Poissonian traffic characteristics, dynamic behavior of lower layer protocols and the effects of the radio channel have to be considered. The author has solved this problem by the development of the emulation tool GPRSim. This comprises the implementation of the GPRS and EGPRS protocols and load generators for typical GPRS/EGPRS usage. The tool allows to study the existing and evolved systems in their natural environments with the appropriate radio coverage, mobility and typical traffic volumes and permits to analyze own approaches in the improvements and introduction of new features.

OpenAccess:
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