Analyzing packet delay in reactive networks

Abstract

Verzögerungszeiten gehören zu den wichtigsten Kenngrößen von Netzwerken für Paket-übertragung. Sie haben direkten Einfluss auf die Zufriedenheit der Kunden und werden deshalb häufig für Vergleichstests (Benchmarks) herangezogen.<br />Hochmoderne mobile Netzwerke verwenden komplexe Algorithmen um die erreichbaren Datenraten zu maximieren. In diesen Fällen stellen sich zwei Fragen: (i) Wie können Verzögerungszeiten sinnvoll gemessen werden? (ii) Gelten die entsprechenden Konzepte, die für kabelgebundene Netzwerke entwickelt wurden auch in diesen Fällen? Diese Dissertationsschrift gibt einen geschlossenen Überblick über die Messung von Verzögerungszeiten in mobilen kabellosen Netzwerken. Die behandelten Themen reichen von präziser Zeiterfassung bis zum Design von passenden Messmethoden.<br />Messungen in öffentlichen Netzwerken haben gezeigt, dass sich die erwähnten Netze reaktiv verhalten. Das heißt, die Verzögerungszeiten welche einzelne Pakete erfahren hängen maßgeblich vom Verkehrsmuster im Datenstrom ab. Im Besonderen haben die vorherigen Pakete starken Einfluss auf die Verzögerungszeit des aktuellen Pakets. Dieser Sachverhalt erschwert die Durchführung fairer Vergleichstests. Die vorliegende Arbeit diskutiert solche Vergleichstests und erläutert entsprechende Messmethoden. Dabei ist das Design von Verkehrsmustern ein zentraler Bestandteil. Bekannte Messmethoden reichen nicht aus, um Verzögerungszeiten in mobilen Netzwerken tadellos zu erfassen. Sie führen zu unvollständigen Ergebnissen. Die hier vorgestellten Messmethoden beheben diese Defizite.<br />Sie leisten ihren Beitrag dazu, dass Methoden zur Messung von Verzögerungszeiten mit der rasanten Entwicklung von Kommunikationstechnologien schritthalten können.<br />

Packet delay is among the most important characteristics of networks, since it directly impacts the user satisfaction. Accordingly, it is often used for benchmarking networks.<br />Modern mobile cellular networks handle data streams with complex algorithms, in order to maximize the achievable throughput. Considering that, two question arise: (i) How can latency be measured in such networks? (ii) Are respective concepts from wired networks directly applicable to wireless networks? This thesis provides a self-contained guide on how to measure packet delay in mobile cellular networks. Covered aspects reach from timekeeping on tracing hardware to the design of measurement processes.<br />Measurements in operational networks have evidenced them to be reactive; namely, the experienced latency depends on the injected trac pattern (including the respective history). Accordingly, involved actions are required to obtain fair delay benchmarks, as outlined in this thesis.<br />Thereby, the design of trac patterns is regarded as integral part of the measurement methodology.<br />I conclude that several well-known approaches for delay measurements are not sucient for reactive networks and may produce misleading results.<br />The presented concepts contribute to the topic of latency measurement methodologies, such that they keep pace with the fast evolution of communication technologies.