Agent-based non-intrusive methodology for characterizing reactive mobile communication networks

Abstract

Die fünfte Generation an Mobilkommunikationsnetzen (5G) steht vor der Tür. Ihre Flexibilität macht auch ihre Charakterisierung für Benutzer höchst interessant. Ein fairer Leistungsvergleich von Kommunikationsnetzen ist schon seit Jahrzehnten ein Forschungsthema. Im Gegensatz zu drahtgebundenen Netzwerken fehlt jedoch in Mobilfunknetzwerken ein schnelles, genaues und datensparendes Programm, um die Eigenschaften des Netzwerks auf einem Handy zu beschreiben. Deshalb ist es das Ziel dieser Arbeit, eine Softwareanwendung zu entwickeln, die Informationen über die aktuellen Eigenschaften des Netzwerkes anzeigen und an einen Schwarm ausgelagert werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen, wird in dieser Arbeit nach einer schnellen und datenschonenden Methode gesucht, die reaktive Mobilfunknetze auf einem Handy charakterisiert. Reaktiv bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Netzwerk seine Eigenschaften mit eingespeisten Daten ändert. Basierend auf einer Literaturrecherche über geeigneten Methoden zur Charakterisierung von Mobilfunknetzen wurde die schnelle, datensparende und exakte Methode CRUSP ausgewählt. Anschließend wurde CRUSP in einem Softwaresystem realisiert, das die Durchführung, Erfassung und Analyse von Messungen ermöglicht. Dazu zählt eine Android-Anwendung, die schnellen und einfachen Zugriff auf Ergebnisse liefert. Die Evaluierung der Software wurde in einer konfigurierbaren und abgeschirmten Referenzzelle durchgeführt und liefert einen durchschnittlichen Fehler von 2,44% zu iPerf3, einem beliebten Referenzprogramm. Die Ergebnisse zeigten, dass die entwickelte Software in Long-Term Evolution-Netzwerken (LTE) exakt misst. Jedoch zeigte ein Versuch mit aktivierter Carrier Aggregation (mit Datenraten von rund 420 MBit/s) große Differenzen zu Referenzmessungen. Weitere Forschungsarbeiten sind im Bereich der Validierung für aktive 5G-Netzwerke sowie in der Ermittlung optimaler CRUSP-Konfigurationen für verschiedenste Bedingungen erforderlich.

The fifth generation of mobile communication networks (5G) is just around the corner, and its flexibility makes the characterization of it interesting for end users. Fair benchmarking of communication networks has been a research topic for decades. In contrast to wired networks, mobile networks lack a quick, accurate, and data-saving tool to describe the properties of the network on a user device. Therefore, this thesis aims to create a crowdsourcing-ready software application capable of showing information about the current network conditions. In order to reach this goal, this thesis searches for a quick and data-saving methodology on user devices that characterizes reactive mobile communication networks. In this context, reactive states that the network changes its properties on injected traffic. Based on a literature research on the methods to characterize mobile communication networks, the quick, data-saving, and accurate method \emph