Quality-of-service for location-based services in UMTS

Abstract

One of the most important pre-conditions for the success of Location-Based Services (LBS) and UMTS in general, is the possibility to prioritize services during transmission. Only in this way voice communication and other real-time applications can be insulated from the influence of heavy data transmission. The Quality-of-Service (QoS) concept deals with the relevant methods, mechanisms, and architectures.<br />For the LBS part, we describe all localization methods in discussion today and also cover the standardization efforts for GSM, GPRS, and UMTS. QoS mechanisms are presented in detail. One big part of this work concerns scheduling mechanisms, which are a very important component in the shared use of network resources, especially in times of high utilization. Overbooking of transmission capacities, also called overprovisioning, is handled in detail. This is the QoS method currently used almost exclusively in the Internet.<br />This work presents existing QoS mechanisms proposed by the IETF and the 3GPP QoS architecture. The insights elaborated, lead to the proposal of a new QoS architecture for UMTS, which permits to prioritize real-time applications such as voice and at the same time differentiate LBS applications.<br />Simulation examples presented in this work show that overprovisioning can only be employed within certain boundaries. If there is only little differentiation between applications, an increase of bandwidth in the network can also be a solution to the QoS problem. However, if only a small class of high priority packets exists, the situation changes. Now, a lot more bandwidth would have to be used in order to reach the delay times achieved by the employment of QoS mechanisms.<br />Performance evaluations of QoS mechanisms and the proposed QoS architecture for UMTS should contribute to the success of LBS applications in UMTS.<br />

Eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg von lokalisierungsbasierenden Diensten (Location-Based Services, LBS) und UMTS überhaupt ist die Möglichkeit Dienste in der Übertragung zu priorisieren. Nur dadurch ist es möglich, die Sprachkommunikation und andere Echtzeitanwendungen gegenüber der restlichen Datenkommunikation zu bevorzugen. Die dafür notwendigen Methoden, Mechanismen und Architekturen werden unter dem Begriff Dienstgüte (Quality-of-Service, QoS) behandelt.<br />Für den LBS Teil in dieser Arbeit, werden Positionierungsmethoden und die Standardisierung in GSM, GPRS und UMTS beschrieben. Genauso werden bestehende QoS Mechanismen detailliert dargestellt. Ein grosser Teil bezieht sich auf Scheduling Methoden die wesentlich sind in der gemeinsamen Nutzung von Netzressourcen, besonders bei hohen Auslastungen. Einen besonderen Stellenwert bekommt auch die QoS Methode die derzeit im Internet fast ausschliesslich verwendet wird. Dies ist die Überbuchung von Übertragungskapazitäten, auch Overprovisioning genannt.<br />Es werden bestehende QoS Mechanismen der IETF und die 3GPP QoS-Architektur dargestellt. Die erarbeiteten Einsichten führen zu einer neuen QoS Architektur für UMTS, die es ermöglicht, Echtzeitanwendungen wie Sprache zu priorisieren und gleichzeitig LBS Anwendungen differenzieren zu können.<br />Durch Simulationen wird eindeutig gezeigt, dass Overprovisioning nur begrenzt einsetzbar ist. Solange nur eine schwache Differenzierung zwischen den Anwendungen vorhanden ist, kann auch die Steigerung der Bandbreite im Netz eine Lösung des QoS Problems darstellen. Sobald es aber eine kleine Klasse von Paketen hoher Priorität gibt, sieht die Situation ganz anders aus. In diesem Fall müsste man sehr viel mehr Bandbreite einsetzen, um die selben Verzögerungszeiten wie durch den Einsatz von QoS Mechanismen zu erreichen.<br />Die simulativen Untersuchungen und die vorgeschlagene QoS Architektur für UMTS sollen somit einen Beitrag für den Erfolg von LBS Anwendungen in UMTS darstellen.<br />