Platform for measuring mobile broadband performance : analysis and Implementation

Abstract

Das Internet ist zu einem wichtigen Teil unseres täglichen Lebens geworden und wir sind mehr denn je auf Kommunikationsnetze angewiesen. Darüber hinaus hat die enorme Verbreitung mobiler Geräte wie Smartphones in Verbindung mit der Verfügbarkeit leistungsfähiger Mobilfunknetze der vierten Generation (4G) die Art und Weise, wie die meisten Menschen auf das Internet zugreifen und es nutzen, grundlegend verändert. Unsere Anforderungen an Kommunikationsnetze steigen, daher werden Messungen der Netzwerk-Performance immer wichtiger. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf Messungen und Analysen der Netzwerkleistung. Wir beschreiben unsere Motivation, unsere Leistungsmessungen auf mobile Breitbandnetze zu konzentrieren, geben einen Überblick über den Stand der Forschung bei Netzmessungen und präsentieren verwandte Arbeiten über Messplattformen für mobile Breitbandnetze. Wir entwickeln einen Messclient für Netzwerke, der schlank genug ist, um auf schwacher Hardware zu laufen, während wir detaillierte Messergebnisse und zugehörige Metadaten sammeln. Unsere Lösung basiert auf der Open-Source-Messplattform RTR-Netztest, die von der Österreichischen Rundfunk und Telekom Regulierungs-GmbH (RTR-GmbH) veröffentlicht und von mehreren nationalen Regulierungsbehörden in Europa, wie z.B. in Österreich, Kroatien, Tschechien, Luxemburg, Norwegen, Serbien, der Slowakei und Slowenien, eingesetzt wird. Diese Software wurde ursprünglich mit wesentlichen Beiträgen des Autors dieser Arbeit entwickelt. Wir führen kontrollierte Messungen durch, um die Genauigkeit und Durchführbarkeit unserer Lösung zu überprüfen und die beobachteten Protokoll-Overheads im Detail zu betrachten. Anschließend führen wir im Rahmen des EU-finanzierten Forschungsprojektes Measuring Mobile Broadband Networks in Europe (MONROE) groß angelegte Messkampagnen über Mobilfunknetze in Norwegen und Schweden durch. Wir präsentieren und analysieren die Ergebnisse der Messkampagnen und gehen detailliert auf ausgewählte, interessante Ergebnisse ein.

The Internet has become an important part of our daily life and we rely on communication networks more than ever before. In addition, the enormous prevalence of mobile devices like smartphones, combined with the availability of high-capacity Fourth Generation (4G) mobile networks, has radically changed the way most people access and use the Internet. Our demands for network performance are increasing, and therefore proper network performance measurements become extremely relevant. In this thesis, we focus on network performance measurements and analysis. We describe our motivation for focusing our performance measurements on Mobile Broadband (MBB) networks, give an overview of the state of the art in network measurements, and present related work on MBB measurement platforms. We develop a network measurement client, that is slim enough to run on low-resource measurement nodes, while collecting detailed measurement results and accompanying metadata. Our solution is based on the open-source measurement platform RTR-Netztest, released by the Austrian Regulatory Authority for Broadcasting and Telecommunications (RTR), and deployed by several National Regulatory Authorities (NRAs) in Europe, such as in Austria, Croatia, Czech Republic, Luxembourg, Norway, Serbia, Slovakia, and Slovenia. This original software was initially developed with major contributions by the author of this thesis. We perform controlled measurements to validate the accuracy and viability of our solution and describe observed protocol overheads in detail. Afterwards, we perform large-scale measurement campaigns over operational MBB networks in Norway and Sweden, in the context of the EU-funded Measuring Mobile Broadband Networks in Europe (MONROE) research project. We present and analyze the results of the measurement campaigns and go into detail about selected interesting findings.