GPRS: General Packet Radio Service

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1 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

2 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

3 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

4 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 4

5 Ensayos efectuados Desde una computadora con conexión de banda ancha por cablemodem hacia el equipo remoto GPRS. Ejemplo típico: Respuesta desde : bytes=32 tiempo=2439ms TTL=53 Respuesta desde : bytes=32 tiempo=618ms TTL=53 Respuesta desde : bytes=32 tiempo=607ms TTL=53 Respuesta desde : bytes=32 tiempo=611ms TTL=53 El primer ping tiene RTT mucho mayor mayor que los restantes. Medición del RTT mediante ping Obs.: Similares resultados que en redes europeas. 5

6 Traza para evaluar contribución al RTT Traza a sobre caminos de 30 saltos como máximo ms * 13 ms ms 22 ms 17 ms ms 22 ms 24 ms comsat.net.ar 4 * * * Tiempo de espera agotado para 5 * * * Tiempo de espera agotado para 6 52 ms 76 ms 52 ms comsat.net.ar 7 29 ms 36 ms 37 ms comsat.net.ar 8 56 ms 25 ms 24 ms host metrored.net.ar 9 39 ms 23 ms 44 ms npcl62-npcr02.metrored.net.ar ms 30 ms 67 ms ADSL capfed2.si 11 * * * Tiempo de espera agotado para ms 50 ms 50 ms ms 66 ms 52 ms ms * 33 ms ms 38 ms 34 ms ms 679 ms 624 ms Traza para evaluar contribución al RTT ms 38 ms 34 ms ms 679 ms 624 ms 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

7 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 desde : bytes=100 tiempo=665ms TTL=53 Respuesta desde : bytes=100 tiempo=681ms TTL=53 Respuesta desde : bytes=100 tiempo=683ms TTL=53 Tiempo de espera agotado para esta solicitud. Respuesta desde : bytes=100 tiempo=1799ms TTL=53 Tiempo de espera agotado para esta solicitud. Respuesta desde : bytes=100 tiempo=1345ms TTL=53 Respuesta desde : bytes=100 tiempo=692ms TTL=53 Tiempo de espera agotado para esta solicitud. Respuesta desde : bytes=100 tiempo=1274ms TTL=53 Respuesta desde : bytes=100 tiempo=702ms TTL=53 Respuesta desde : 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

8 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 8

9 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 Timeout para la espera de una respuesta 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. 9

10 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 10

11 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 n y control 11

12 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. 12

13 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 13

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