GPRS ir UMTS duomenų perdavimo technologijų lyginamoji analizė

• Įvadas
• 2. Duomenų perdavimo sparta
• 2.1 Duomenų perdavimo spartą labiausiai lemiantys veiksniai
• 2.2 Duomenų perdavimo spartos numatymas
• 2.2.1 Kai naudojama GPRS technologija
• 2.2.2 Kai naudojama EDGE technologija
• 2.2.3 Kai naudojama UMTS technologija
• 3. Eksperimentiniai tyrimai
• 3.1 Duomenų apskaitai skirtų programinių įrangų tyrimas
• 3.2 Duomenų spartos matavimai
• Išvados

Įvadas

Šiuolaikiniame pasaulyje, kuriame taip greitai plėtojamos naujos technologijos, bene didžiausias rinkos ir technikos potencialas yra komunikacijų srityje. Sparčiai kintant gyvenimo tempui, reikalavimai komunikacijos priemonėms ženkliai auga. Jei anksčiau per atstumą vienas kitą šaukdavome balsu, vėliau laidiniu telefonu, tai dabartinis bendravimas vyksta mobiliuoju telefonu. Negana to, vis daugiau žmonių pageidauja ne tik balsu bendrauti su vienu ar keliais pašnekovais, bet perduoti ir gauti įvairaus dydžio ir formos reikiamą informaciją visur, kur jie tuo momentu bebūtų: darbe, namie, bare ar automobilyje.

Prie interneto vartotojai dažnai jungiasi laidinėmis sąsajomis, pavyzdžiui, per telefono linijas, kabelinės televizijos tinklus ir pan. Populiarėja ir bevielio vietinio tinklo technologijos. Tačiau šios technologijos turi vieną didelį trūkumą – jos nemobilios ir veikia tik tam tikrose vietose. Neretai vienintelis būdas prisijungti prie interneto lieka mobiliojo ryšio operatoriaus tinklas, kuris Lietuvoje yra ypač gerai išplėtotas.

GSM mobiliojo ryšio sistemoje yra net keletas technologijų, kuriomis galima perduoti duomenis. Pirmosios technologijos, kurios pasirodė netrukus po GSM atsiradimo, buvo duomenų perdavimo perjungiamais kanalais technologija – CSD (angl. Circuit Switched Data) ir didelės spartos duomenų perdavimo perjungiamais kanalais technologija – HSCSD (angl. High Speed Circuit Switched Data). Ilgainiui, šių technologijų suteikiama duomenų perdavimo sparta netenkino nei mobiliojo ryšio operatorių, nei vartotojų. Todėl buvo įdiegta (Lietuvoje apie 2002 m.) paketinio duomenų perdavimo technologija – GPRS (angl. General Packet Radio Service). Netrukus atsirado GPRS mobilaus duomenų perdavimo technologijos patobulinimas – didesnės spartos paketinio duomenų perdavimo technologija EDGE (angl. Enhanced Data rates for GSM Evolution, arba Enhanced GPRS). Kitas etapas – nauja 3 kartos mobiliojo ryšio UMTS (angl. Universal Mobile Telecommunications System) technologija, kuri vienose šalyse jau sėkmingai veikia, kitose (tarp jų ir Lietuvoje) tik pradedama diegti.

Mobiliųju technologijų perdavimo raida buvo aprašyta anksčiau skelbtame straipsnyje. Taip pat buvo smulkiau aptartos bei palygintos CSD, HSCSD ir GPRS bei EDGE ir UMTS technologijos.

Darbo tikslas – atlikti išsamią GPRS, EDGE ir UMTS duomenų perdavimo technologijų teorinę analizę, palyginti ir išryškinti jų privalumus ir trūkumus. Eksperimentiškai išmatuoti duomenų perdavimo aukštyn ir žemyn spartą idealiomis ir realiomis sąlygomis. Įvertinti labiausiai spartą lemiančius veiksnius. Pasiūlyti galutiniam vartotojui programinę įrangą, skirtą tiksliam duomenų spartos, apimties įvertinimui, patogiam sujungimų valdymui, apskaitai.

2. Duomenų perdavimo sparta

Mūsų tiriamose mobiliose duomenų perdavimo sistemose, duomenų sparta paprastai matuojama kilobitais per sekundę (kbps). Duomenų kiekis – kilobaitais (kB) arba megabaitais (MB).

Duomenų perdavimo sparta apskaičiuojama pagal šią elementarią formulę:

sparta [kbps] = failo dydis [kb] / persiuntimo trukmė [s]

Tokiu būdu skaičiuojama sparta visada bus mažesnė už didžiausią teorinę, nes prie siunčiamo failo visada pridedama tarnybinė informacija (užklausos, paketų antraštės ir pan.), kuri padidina failo dydį, taigi ir persiuntimo trukmę. Atlikę matavimą ir skaičiuodami spartą pagal minėtą formulę, mes įvertiname tik padidėjusią trukmę, kuri automatiškai sumažina spartą.

Toliau aptarsime labiausiai duomenų perdavimo spartą lemiančius veiksnius, o skyriaus gale pabandysime numatyti duomenų perdavimo spartą, kurią turėtume gauti eksperimentinių matavimų metu.

2.1 Duomenų perdavimo spartą labiausiai lemiantys veiksniai

Duomenų perdavimo spartą įtakoja daugybė veiksnių, tačiau pagrindiniai yra du:

1. Naudojama kodavimo schema.

Kaip jau minėta prieš tai esančiuose skyriuose, už kodavimo schemos parinkimą yra atsakingas RLC protokolas, kuris priklausomai nuo perduodamų duomenų tipo, radijo kanalo charakteristikų ir triukšmų lygio dinamiškai parenka kodavimo schemą. Didžiausią įtaką turi C/I (signalo/triukšmo) santykio koeficientas. Kuo šis santykis didesnis, t. y. kuo signalo dedamoji didesnė už triukšmų dedamąją, tuo aukštesnė kodavimo schema pasirenkama. Kuo aukštesnė kodavimo schema naudojama, tuo didesnę dalį siunčiamų duomenų užima vartotojui naudinga informacija, taigi tuo didesnę spartą jis gauna.

2. Naudojamas kanalų skaičius.

Vienam vartotojui skirtų duomenų kanalų (TS) skaičius yra išreiškiamas formule:

Čia T_R – rezervuotų TS skaičius, T_SW – komutuojamų TS skaičius, N_D – duomenų vartotojų skaičius, N_CS – balso vartotojų skaičius, T_CS – balsui skirtų TS skaičius.

Iš formulės matome, kad vienam vartotojui skirto duomenų kanalo pralaidumas priklauso ne tik nuo celės konfigūracijos, bet ir nuo balso bei duomenų vartotojų skaičiaus.

Duomenų kanalų skaičių įtakoja ir naudojamo mobilaus telefono tipas, tiksliau – jo MS klasė (1 ir 3 lentelės). Kuo aukštesnė MS klasė, tuo daugiau kanalų telefonas gali naudoti informacijai perduoti. Šiuo metu populiariausia 10 klasė su 4+1 (gaunamų + siunčiamų kanalų sk.) santykiu.

2.2 Duomenų perdavimo spartos numatymas

Atsižvelgdami į ankstesniuose skyriuose aprašytas technologijų savybes bei į išvardintus duomenų perdavimo spartą labiausiai lemiančius veiksnius, pabandysime numatyti spartą, kurią turėtume gauti eksperimentinių matavimų metu.

GPRS technologijos tyrimams bus naudojamas mobilusis telefonas „Nokia 6230“, o UMTS ir EDGE tyrimams – „Nokia 6680“. Abu telefonai 10-tos (MS) klasės, kurių didžiausias žemynkrypčių kanalų skaičius – 4, aukštynkrypčių – 2.

2.2.1 Kai naudojama GPRS technologija

Idealiu atveju, t. y. naudojant CS-4 kodavimo schemą ir gaunant visus 4 žemynkrypčius kanalus, vidutinė duomenų perdavimo žemyn sparta turėtų siekti 85,6 kbps (21,4x4) , o perdavimo aukštyn – 42,8 kbps (21,4x2). Mūsų eksperimentų metu, reali sparta tikėtina šiek tiek mažesnė dėl skaičiavimo metodikos – neįskaičiuojant tarnybinės informacijos. Panaši sparta tikėtina ir realiose sąlygose, t. y. gero ryšio vietovėse, kur vartotojų skaičius nedidelis. Pavyzdžiui, tai galėtų būti kaimo vietovė su nedideliu vartotojų skaičiumi, miesto miegamasis rajonas darbo valandomis ar pramoninis rajonas nedarbo metu. Trumpais laiko momentais tokią spartą turėtų būti galima gauti ir praktiškai visose kitose gero ryšio vietovėse, kur vartotojų skaičius ir labai didelis. Tačiau daugelį vartotojų domina ne didžiausi momentiniai, o vidutiniai greičiai ar dar tiksliau vidutinis laikas, reikalingas perduoti reikiamą informaciją.

Taigi, esant geroms ryšio sąlygoms (naudojant CS-4), tačiau su daug vartotojų vienoje celėje, tikėtina vidutinė duomenų perdavimo žemyn sparta turėtų siekti apie 40 kbps, o perdavimo aukštyn – 20 kbps (kai naudojami vidutiniškai 2 kanalai informacijos gavimui ir 1 – siuntimui).

2.2.2 Kai naudojama EDGE technologija

Idealiu atveju tikėtina vidutinė duomenų perdavimo žemyn sparta turėtų siekti 236,8 kbps (59,2x4), o aukštyn – 118,4 kbps (59,2x2). Gero ryšio vietovėse, dalinantis tinklo ištekliais su kitais vartotojais – atitinkamai apie 110 kbps ir 60 kbps (kai naudojami vidutiniškai 2 kanalai informacijos gavimui ir 1 – siuntimui).

2.2.3 Kai naudojama UMTS technologija

Idealiu atveju tikėtina duomenų perdavimo žemyn sparta turėtų būti 384 kbps, aukštyn – 128 kbps. Kadangi UMTS technologija Lietuvoje tik pradedama diegti, natūralu, kad jos vartotojų kol kas nėra daug. Todėl realiomis sąlygomis gauta sparta neturėtų smarkiai skirtis nuo idealiomis sąlygomis gautos spartos. Vidutinė duomenų perdavimo žemyn sparta realiomis sąlygomis turėtų siekti apie 300 kbps, o aukštyn – apie 100 kbps.

3. Eksperimentiniai tyrimai

Pirmoje šio skyriaus dalyje pateiksime programinių įrangų, skirtų duomenų spartai ir apskaitai, tyrimą. Jas įvertinsime, nustatysime patogiausią, patikimiausią ir tiksliausiai skaičiuojančią.

Antroje dalyje pateiksime duomenų spartos matavimus, kurie buvo atlikti visoms trims technologijoms dviem skirtingomis sąlygomis: idealiomis – operatoriaus laboratorijoje ir realiomis – Vilniaus mieste.

3.1 Duomenų apskaitai skirtų programinių įrangų tyrimas

Šiam tyrimui buvo pasirinktos šios programinės įrangos:
„DU Meter“
„NetStat Live“
„OnlineEye Pro“
„Internet Connection Counter“ („ICC“)

Vienos labiau žinomos, kitos mažiau, vienos sudėtingesnės, kitos paprastesnės, vienos mokamos, kitos ne, visos šios programos iš principo skirtos vienai pagrindinei funkcijai atlikti: skaičiuoti per tinklą perduodamos informacijos kiekį ir spartą.

Tyrimui buvo panaudotas „Sony Ericsson T68i“ mobilusis telefonas, kompiuteris su „Windows XP“ operacine sistema bei jau minėtos programos. Visos programos buvo pastoviai įjungtos (pasileisdavo kartu su operacine sistema). Internete buvo naršoma po įvairiausias svetaines, siunčiami nedidelės apimties failai (naudojami tiek HTTP tiek FTP protokolai).

Programos buvo tiriamos daugiau nei 2 mėnesius. Toliau pateikiami apibendrinti komentarai ir pastebėjimai apie programų darbą, išryškinami jų privalumai ir trūkumai.

„DU Meter“ – patikimai veikianti, nesudėtingai valdoma programa. Patogios ir paprastos išsiųstų ir priimtų duomenų kiekio ataskaitos (už dieną, savaitę, mėnesį), jų eksportavimas į „Excel“ formatą. Įspėjimai apie iš anksto užduotą duomenų kiekio ar laiko viršijimą, automatinis ryšio seanso nutraukimas ir kt. Programos mini lange informacijos nedaug (1 pav.). Čia pasirinktinai gali būti rodomi momentiniai arba vidutiniai duomenų perdavimo greičiai (apatinė eilutė) bei grafiškai laiko ašyje atvaizduojami momentiniai greičiai. Mini lange buvo pasigesta bendrų perduotos informacijos skaitiklių, kurie atvaizduojami tik pagrindiniame programos lange.

1 pav. „DU Meter“ programos mini langas

„NetStat Live“ – nemokama, paprasčiausia iš visų tirtų, nedaug vietos kompiuteryje (296 kB) užimanti programa. Praktiškai neturinti jokių papildomų galimybių (2 pav.). Momentinio greičio skaičiuoklė pakankamai tiksli (parodymai sutampa su likusiomis programomis). Tačiau, bendras apskaičiuotų duomenų kiekis absoliučiai nesutampa su likusių programų skaitiklių parodymais. Buvo pastebėta, kad duomenų kiekio skaitiklių parodymai keitėsi po kiekvieno programos perkrovimo.

„NetStat Live“ programos pagrindinis langas

„OnlineEye Pro“– pakankamai paprasta naudoti, turinti gana daug galimybių: ataskaitų formavimas lentelėse ir grafikuose, eksportavimas į „Excel“ formatą, kelių lygių slaptažodžių apsauga nuo duomenų ištrynimo, programos išjungimo. Įspėjimų generavimas pagal iš anksto užduotus kriterijus: pasiektas mėnesinis ar dieninis duomenų kiekio limitas, laikas ir kt. Laisvai konfigūruojamas duomenų rinkimo žingsnelis (angl. sampling rate) ir duomenų spartos vidutinės reikšmės skaičiavimas. Sujungimų valdymas – į programos meniu įtraukti ryšio sujungimo (angl. Dial) bei atjungimo (angl. Hangup) mygtukai, rodoma sujungimo būsena (atjungta, sujungta, jungiama ir kt.). Kitų kompiuteryje esančių programų pririšimas, kaip pvz. automatinis antivirusinės programos paleidimas prieš prisijungiant prie tinklo ir dar daug kitų galimybių.

Pagrindiniame lange (3 pav. a) rodoma aktualiausia informacija – momentinis, vidutinis ir didžiausias greičiai gaunamai ir siunčiamai informacijai, dienos gautų ir išsiųstų duomenų kiekis ir kt. Kairėje pusėje nustatymų meniu. Mini lange (3 pav. b) pasirinktinai gali būti rodomas momentinis ir vidutinis greičiai, gautų ir išsiųstų duomenų kiekiai, sesijos laikas ir kt.

3 pav. „OnlineEye Pro“ programos (a) pagrindinis ir (b) mini langai

„ICC“ – sudėtingiausia bei daugiausiai galimybių turinti iš visų tirtų programų. Be visų kitose programose minėtų funkcijų, čia galima skaičiuoti savo išlaidas, įvedus tarifą už 1 kB ar 1 min, kurie gali būti skirtingi darbo / nedarbo valandomis, darbo dienomis ar savaitgaliais. Tačiau, funkcijų ir nustatymų galybė daro šią programą pakankamai sudėtinga. Reikia pakankamai daug laiko norint suprasti ką kuri funkcija daro, kaip teisingai sukonfigūruoti pačią programą.

Kaip matyti iš 4 pav. (viršutinė juosta), ši programa puiki duomenų kiekio apskaitai, kur rodoma šios dienos, mėnesio gautų ir priimtų duomenų skaitikliai, atitinkamos išlaidos, sesijos laikas ir kt. Tačiau spartai stebėti (apatinė eilutė), ši programa nelabai tinkama. Čia rodomos tik momentinės gaunamų ir siunčiamų duomenų spartos, kurios pastoviai kinta ir šokinėja. Nėra galimybės stebėti vidutinės spartos. Be to, buvo pastebėta, kad laiko skaičiuoklė veikia nekorektiškai.

4 pav. „ICC“ programos mini langas

Siekiant įvertinti perduotų (gautų ir išsiųstų) duomenų skaitiklių tikslumą, pasibaigus mėnesiui buvo surinkti visų programų ir telefono skaitiklių viso praėjusio mėnesio rodmenys ir gauta sąskaita iš operatoriaus su jo apskaičiuotu apmokestinamu perduotų duomenų kiekiu (1 lentelė).

1 lentelė. Duomenų kiekio apskaita

Kaip matyti, tiksliausiai (operatoriaus skaitiklį laikant atskaitos tašku) apskaičiavo „DU Meter“ programos skaitiklis (viso 36,5 MB). Jis priskaičiavo vos 0,1 MB daugiau nei operatoriaus skaitiklis (36,4 MB). Panašiu tikslumu (0,2 MB daugiau) apskaičiavo ir naudojamo „Sony Ericsson T68i“ telefono skaitiklis (36,6 MB). 0,2 MB mažiau nei operatoriaus apskaičiavo „OnlineEye Pro“ programos skaitiklis (36,2 MB). Likusių programų skaitikliai („ICC“ ir „NetStat Live“) gana smarkiai skyrėsi nuo operatoriaus skaitiklio – buvo priskaičiuota daug mažiau perduotų duomenų.

Apibendrinimui buvo sudaryta lentelė, kurioje pliusiukų (+) skaičiumi buvo įvertintos visos programos pagal tam tikrus parametrus (aukščiausias vieno parametro vertinimas – 5 pliusiukai) (2 lent.).

2 lentelė. Programų įvertinimas

Kaip matyti iš 2 lentelės, geriausiai buvo įvertinta „DU Meter“ programa (18 pliusiukų), kuri buvo tikrai patogi naudotis, puikiai atliekanti visas pagrindines funkcijas, veikianti stabiliai ir svarbiausia – tiksliausiai skaičiuojanti. Vartotojas, mokantis fiksuotą mokestį už ribotą duomenų kiekį, iš visų tirtų programų gali labiausiai pasitikėti šia programa ir bet kada pasitikrinti kiek duomenų jis išnaudojo ir kiek liko.

Taip jis gali nuolat pakankamai tiksliai kontroliuoti savo perduotų duomenų kiekį, neviršijant operatoriaus nustatyto ir nemokant už papildomus (beje, dažniausiai pakankamai brangius) megabaitus. Antroji vieta atiteko „OnlineEye“ programai, kuri taip pat buvo patogi naudotis, turinti daug galimybių, pakankami tiksliai skaičiuojanti. Tačiau pagrindinis jos trūkumas – patikimumas. Tiriamuoju laikotarpiu ji ne kartą buvo sustojusi („pakibusi“), o tai nesuteikia pasitikėjimo. Trečioji vieta – „ICC“ programai, kuri įvertinta kaip daugiausiai galimybių turinti, tačiau visiškai netiksliai skaičiuojanti. Paskutinioji vieta – „NetStat Live“ programėlei, kuri iš principo gali būti naudojama tik momentinei duomenų spartai atvaizduoti, bet visiškai netinkama jų kiekiui skaičiuoti.

Visos programos, išskyrus „NetStat Live“ yra mokamos. Turbūt net nekeista, tačiau atliktas programų vertinimas beveik sutampa su kainų lygiu. Brangiausia, t. y. 19,95 $ kainuojanti yra „Du Meter“ programa, 18,75 $ kainuoja „ICC“ ir 15,95 $ – „OnlineEye Pro“ programa.

3.2 Duomenų spartos matavimai

Perduodamų duomenų spartos matavimams buvo naudojamas nešiojamas kompiuteris ir šie mobilieji telefonai: „Nokia 6680“ ir „Nokia 6230“. Su „Nokia 6680“ mobiliuoju telefonu matavome UMTS ir EDGE technologijomis perduodamų duomenų spartą. GPRS spartai matuoti buvo reikalingas kitas telefonas, kuris nepalaikytų EDGE duomenų perdavimo, nes Vilniaus mieste praktiškai visos bazinės stotys palaiko EDGE, kuris visada turi didesnį prioritetą nei GPRS. Tam buvo pasirinktas 10 klasės „Nokia 6230“ telefonas. 5 pav. pavaizduota principinė eksperimento schema.

5 pav. Principinė eksperimento schema

Duomenų, perduodamų žemyn (angl. downlink) spartai įvertinti, iš FTP serverio siuntėmės žinomo dydžio rinkmeną (1,23 MB). Duomenų, perduodamų aukštyn (angl. uplink) spartai įvertinti, iš kompiuterio į tą patį serverį siuntėme 512 kB dydžio rinkmeną. Naudojamas FTP serveris buvo specialiai sukurtas testavimo tikslams: užtikrintas geras ryšys su internetu ir minimalus jo apkrovimas. Naudojamos rinkmenos – tekstinio tipo (.txt).

Norėdami įvertinti naudojamo protokolo įtaką, be FTP, ištyrėme ir HTTP protokolu perduodamų duomenų spartą. Tam buvo pasirinktas populiarus tinklapis (www.delfi.lt) ir išmatuotas jo parsisiuntimo laikas, dydis ir apskaičiuota perduodamų duomenų sparta.

Visiems matavimams buvo panaudotas nesudėtingas scenarijus (angl. script), kuris jungdavosi prie serverio, perduodavo minėtas rinkmenas ir surinkdavo gautus rezultatus txt tipo byloje: išsiųsto/gauto failo dydis, laikas per kurį jis buvo perduotas, apskaičiuota duomenų perdavimo sparta ir kita pagalbinė informacija.

Siekiant kuo tiksliau įvertinti perduodamų duomenų spartą, matavimai buvo kartojami ne mažiau kaip po 15 kartų kiekvienam protokolui abejomis kryptimis (FTP), dviem skirtingomis sąlygomis (idealiomis ir realiomis), visoms 3 technologijoms atskirai. Viso buvo atlikta daugiau nei 270 matavimų.

Svarbu paminėti, kad duomenų perdavimo sparta buvo skaičiuojama tik perduodamos naudingos informacijos apimties atžvilgiu, t. y. nebuvo atsižvelgiama į tarnybinės informacijos (paketų antraštės ir kt.) dydį ir jiems perduoti reikalingą laiką. Toks skaičiavimo metodas pasirinktas dėl objektyvumo galutinių vartotojų atžvilgiu.

Pirmiausia buvo atlikti GPRS ir EDGE matavimai idealiomis sąlygomis, t. y. specialioje operatoriaus testinėje bazinėje stotyje, kurioje užtikrintas geras signalo lygis (apie 50 dBm), C/I santykis (apie 30 dB) ir svarbiausia – nėra kitų vartotojų, su kuriais reikėtų dalintis tinklo ištekliais. Deja, tačiau UMTS technologijos matavimams to nebuvo galimybės užtikrinti, taigi matavimai idealiomis sąlygomis nebuvo atlikti.

Duomenų perdavimo žemyn sparta naudojant GPRS ir EDGE atvaizduota 6 pav. Kaip matyti iš šio paveikslo, vidutinė duomenų sparta (atitinkamos spalvos horizontali tiesė vaizduoja vidutinę spartą) naudojant EDGE buvo gauta 212 kbps, o GPRS – 73 kbps.

6 pav. Duomenų perdavimo žemyn sparta esant idealioms sąlygoms

Priklausomai nuo matavimo, rezultatai išsibarstę minimaliai. Tai tik įrodo, kad matavimo metu sąlygos buvo vienodos, o gautos vertės – kad sąlygos buvo praktiškai idealios.

Analogiškai duomenų perdavimo žemyn spartai, buvo išmatuotos ir duomenų perdavimo aukštyn sparta. 7 pav. pavaizduotos idealiose sąlygose gauti rezultatai. Naudojant EDGE, vidutinė duomenų perdavimo žemyn sparta – 102 kbps ir beveik 3 kartus mažesnė – GPRS – 37 kbps. Čia rezultatų išsibarstymas dar mažesnis. EDGE skirtumas tarp didžiausios ir mažiausios spartos vos 1,6 kbps, o GPRS – 0,4 kbps

7 pav. Duomenų perdavimo aukštyn sparta esant idealioms sąlygoms

Tirdami HTTP protokolu perduodamų duomenų spartą iškart pastebėjome, kad duomenų sparta čia kur kas mažesnė (8 pav.). Naudojant EDGE technologiją, ji nesiekė 26 kbps, o GPRS – vos 20 kbps. Tokią mažą spartą lemia jau ne sąsaja tarp BTS ir MS, o kiti faktoriai: visų pirma, tai pats HTTP protokolas. Antra, puslapio dydis yra pakankamai mažas (apie 160 kB), ir galima sakyti, kad duomenų perdavimo technologijos nespėja įsibėgėti. Trečia, puslapis susideda iš įvairių skirtingų nedidelių dokumentų (tyrimo metu jų buvo 63), kuriuose daug pridėtinės informacijos (jų tipai, antraštės), o tai prideda daug papildomos informacijos, kuri neįskaičiuojama į puslapio dydį, taigi ir į perdavimo spartą. Įtakos turi ir kompiuterio nustatymai.

8 pav. Duomenų perdavimo sparta naudojant HTTP protokolą esant idealioms sąlygoms

Skirtingai nei FTP, čia pastebimas ir gana didelis rezultatų išsibarstymas. Naudojant EDGE technologiją, sparta kito nuo 20 iki 31 kbps, o GPRS – nuo 16 iki 23 kbps. Tam įtakos galėjo turėti serverio, kuriame puslapis patalpintas, apkrovimas, kurio (skirtingai nei FTP) negalėjome kontroliuoti. Tačiau didžiausią įtaką darė puslapio dydis, kuris tyrimo metu kito nuo 121 iki 207 kB. Kuo šis dydis buvo mažesnis, tuo mažesnė buvo ir sparta.

Tačiau, skaičiuojant puslapio parsisiuntimo trukmę (kas vartotojui yra aktualiausia), pastebima kiek kita tendencija (9 pav.). Kai naudojamos EDGE technologija, trukmė, reikalinga parsisiųsti puslapį, kinta pakankamai nežymiai – nuo 48 iki 53 sek. Naudojant GPRS technologiją, ši trukmė kinta kur kas platesniame intervale – nuo 68 iki 97 sek. Išanalizavus tyrimo rezultatus, buvo pastebėta, kad tiriant GPRS technologiją, vidutinis puslapio dydis buvo 20 KB didesnis. Tai atitinkamai galėjo nulemti didesnę spartą, tačiau ilgesnę parsisiuntimo trukmę.

9 pav. Puslapio parsisiuntimo trukmė esant idealioms sąlygoms

Panašiai idealiomis sąlygomis atliktiems matavimams, buvo atlikti matavimai ir realiomis sąlygomis.

10 pav. Duomenų perdavimo žemyn sparta esant realioms sąlygoms

Atstumas tarp bazinės ir mobilios stoties buvo apie 300m, tyrimo laikas – 18–20 val, tyrimo vieta – Naujamiestis (Vilnius). Čia buvo ištirtos visos trys technologijos – GPRS, EDGE ir UMTS. Signalo lygis tiriant GPRS ir EDGE buvo apie 60 dBm, o UMTS – apie 80 dBm. Vidutinė duomenų perdavimo žemyn sparta naudojant UMTS, buvo gauta 293 kbps (10 pav.), o tai praktiškai atitinka mūsų numatytą (300 kbps). Nors realiomis sąlygomis tiriant GPRS ir EDGE technologijas signalo lygis buvo taip pat pakankamai aukštas (apie 60 dBm), vidutinė duomenų perdavimo sparta naudojant EDGE buvo tik 112 kbps, o GPRS – 51 kbps. EDGE atveju tai yra net du kartus mažiau už idealiomis sąlygomis gautą, GPRS – 30 % mažiau.

Tiriant duomenų perdavimo aukštyn spartą esant realioms sąlygomis, UMTS vidutinė sparta gauta 109 kbps (11 pav.). Nedaug atsiliko ir EDGE – 82 kbps. GPRS atsiliko labiausiai – daugiau nei 4 kartus lėčiau už EDGE – tik19 kbps.

11 pav. Duomenų perdavimo aukštyn sparta esant realioms sąlygoms

Remiantis gautais EDGE duomenų perdavimo aukštyn rezultatais, galime paaiškinti santykinai mažą EDGE duomenų perdavimo žemyn spartą. Didelė perdavimo aukštyn sparta, parodo, kad buvo naudojami abu laikiniai intervalai ir aukšta kodavimo schema, taigi, ryšio sąlygos buvo geros. Vadinasi mažą duomenų perdavimo žemyn spartą nulėmė didelis tinklo apkrovimas, arba kitaip sakant, mažas naudojamų laikinių intervalų skaičius (vietoj 4 galimų vidutiniškai buvo naudojami 2–3).

Mažesnį spartos rezultatų išsibarstymą (spartos kitimo diapazoną kiekvienai technologijai atskirai) nulėmė tas pats laikinių intervalų skaičius, kuris duomenų perdavimui aukštyn yra daugiausiai 2. Tikimybė, kad 2 laikiniai intervalai bus neužimti yra didesnė už tikimybę, kad bus neužimti 4 laikiniai intervalai.

Duomenų perdavimo sparta naudojant HTTP (12 pav.) ir esant realioms sąlygoms gauta labai panaši į idealiomis sąlygomis gautą spartą. Naudojant UMTS vidutinė sparta 45 kbps, EDGE – 21 kbps ir GPRS – 15 kbps.

12 pav. Duomenų perdavimo sparta naudojant HTTP protokolą esant realioms sąlygoms

Apskaičiavus puslapio parsisiuntimo trukmę ir palyginus ją su trukme gauta idealiomis sąlygomis, EDGE išaugo 9 sek (viso 60 sek.), o GPRS išaugo 18 sek. (viso 98 sek.) (13 pav.). Naudojant UMTS, vidutinė puslapio parsisiuntimo trukmė – kiek daugiau nei 30 sek., o tai net 2 kartus greičiau už EDGE.

13 pav. Puslapio parsisiuntimo trukmė esant realioms sąlygoms

Reziumuojant visus eksperimento metu gautus rezultatus, 3 lentelėje pateikiamos visų atliktų matavimų vidutinės vertės.

3 lentelė. Vidutinė duomenų perdavimo sparta

Didesnių spartų, nei idealiomis sąlygomis mūsų eksperimento metu gautų, vartotojai neturėtų tikėtis. Tačiau realiomis sąlygomis gautos spartos labai lengvai galėtų būti tiek viršijamos tiek nepasiektos. Realiomis sąlygomis gauti rezultatai labiau parodo rezultatų pasiskirstymą, kuris gaunamas naudojant vieną ar kitą technologiją, duomenų perdavimo kryptį ar protokolą.

Vartotojai, kuriems reikalinga didelė sparta perduodant informaciją iš/į FTP (ar panašių) serverių, kurie naudojasi vaizdo skambučiais, vienareikšmiškai turėtų rinktis UMTS technologiją. Neturintiems galimybių ar nenorintiems pasirinkti UMTS, puiki alternatyva – EDGE. Esant nedideliam vartotojų skaičiui, perdavimo sparta pakankamai aukšta ir nedaug nusileidžianti UMTS spartai. Nesant galimybių pasirinkti ir EDGE, lieka GPRS, kuri esant vienodoms sąlygoms ir naudojant FTP, bus vidutiniškai 3 kartus lėtesnė nei EDGE. Tačiau naudojant HTTP protokolą, tokio didelio skirtumo nepastebėsite.

Išvados

Šiame darbe aprašytos ir išanalizuotos šios mobilios duomenų perdavimo technologijos: CSD, HSCSD, GPRS ir UMTS. Pagrindinis dėmesys skirtas perduodamų duomenų spartai įvertinti ir palyginti, nustatyti svarbiausius ją lemiančius veiksnius.

Atlikę programinių įrangų, skirtų galutiniam vartotojui tiksliam duomenų spartos, apimties įvertinimui, patogiam sujungimų valdymui ir apskaitai tyrimą, nustatėme, kad tiksliausia, patogiausia ir patikimiausia yra „DU Meter“ programa. Jos apskaičiuotų perduotų duomenų kiekis, nuo operatoriaus suskaičiuotų skyrėsi vos 0,1 MB. Vartotojams, norintiems turėti sudėtingesnę, daugiau galimybių turinčią, detalesnes ataskaitas formuojančią ir sujungimus valdančią, rekomenduotume „OnlineEye Pro“ programą.

Idealiomis sąlygomis atlikę matavimus nustatėme, kad naudojant EDGE, duomenų perdavimo žemyn sparta yra beveik 3 kartus didesnė nei GPRS ir siekia 212 kbps, lyginant su 73 kbps GPRS, o tai patvirtina teoriją. Iki didžiausios teorinės spartos (atitinkamai 238,8 kbps ir 85,6 kbps), EDGE pritrūko nepilnai 27 kbps, o GPRS – 13 kbps. Šiek tiek arčiau priartėti prie didžiausios teorinės spartos būtų galima panaudojant kitą protokolą (pvz. UDP), tačiau gauta vertė, praktiškai yra ribinė vartotojui naudingos informacijos perdavimo spartai. Likusią dalį užima įvairi tarnybinė informacija (užklausos, paketų antraštės ir pan.). Vidutinė duomenų perdavimo aukštyn sparta naudojant EDGE, buvo 102 kbps, o tai taip pat beveik 3 kartus daugiau nei GPRS – 37 kbps.

Atlikę duomenų perdavimo spartos tyrimus realiomis sąlygomis, nustatėme, kad vidutinė perdavimo žemyn sparta naudojant UMTS yra 290 kbps. Tai šiek tiek mažiau nei buvome numatę (300 kbps), tačiau 2,5 karto daugiau nei EDGE (112 kbps) ir 5,5 karto daugiau nei GPRS (51 kbps). Tai dalinai patvirtina teoriją, kad UMTS technologija viename narvelyje gali aptarnauti daugiau vartotojų nei GPRS ar EDGE. Dalinai dėl to, kad kaip bebūtų, UMTS Lietuvoje tik pradedama diegti, taigi vartotojų skaičius tyrimo metu tikrai nebuvo didelis. Kiek kitokie rezultatai gauti tiriant duomenų perdavimo spartą aukštyn. Čia, realiomis sąlygomis, skirtumas tarp EDGE (82 kbps) ir UMTS (109 kbps) tėra vos 27 kbps, t. y., naudojant UMTS, sparta padidėjo tik 25 % lyginant su EDGE. Naudojant GPRS, sparta nesiekė net 20 kbps.

Tirdami HTTP protokolu perduodamų duomenų spartą nustatėme, kad ji yra vidutiniškai 4–8 kartus mažesnė (priklausomai nuo technologijos) nei naudojant FTP protokolą. Tai parodo, kad naudojamas protokolas turi didelę reikšmę perduodamų duomenų spartai. Konkrečiu atveju, spartą ribojo pats HTTP protokolas, serverių apkrovimai, juos jungiančios sąsajos, kompiuterio nustatymai. Matavimų rezultatai gauti idealiomis ir realiomis sąlygomis – praktiškai vienodi. Tai tik patvirtina, kad spartą labiau riboja jau ne esančios ryšio sąlygos, o naudojamas protokolas ir pati technologija.

Analizuodami duomenų perdavimo spartos priklausomybę nuo atstumo tarp bazinės ir mobilios stoties, pastebėjome, kad miesto sąlygomis atstumas nevaidina lemiamos įtakos. GPRS aukščiausia kodavimo schema CS-4 dominuoja esant net 2 km atstumui tarp stočių, o EDGE – MSC-9 – iki 1,5 km. Miesto sąlygomis, dėl didelio vartotojų skaičiaus, taigi ir didelio bazinių stočių skaičiaus šis atstumas viršijamas retai. Kur kas didesnę įtaką turi pati vietovė: aukšti pastatai, medžiai, įvairūs išoriniai ar vidiniai triukšmai. Visi šie veiksniai nulemia C/I santykį, nuo kurio priklauso naudojama kodavimo schema, taigi ir duomenų perdavimo sparta. Tačiau labiausiai duomenų perdavimo spartą lemia vartotojų skaičius. Kiekvienas papildomas vartotojas, esantis tame pačiame narvelyje, naudojasi tais pačiais tinklo resursais, taigi dalinasi ir ta pačia sparta.

Duomenų perdavimo spartos ir mobilumo poreikis auga, taigi mobilios duomenų perdavimo technologijos yra toliau sparčiai vystomos. Netruks pasirodyti išplėstas naujos kartos mobiliojo interneto 3G ryšys, papildytas didelės spartos informacijos perdavimo žemyn technologija – HSDPA (angl. High Speed Downlink Packet Access). Kurią, beje, UAB „Omnitel“ jau pristatė ir š. m. vasarą planuoja įdiegti Palangoje. Vidutinis duomenų perdavimo žemyn greitis – 1,8 Mbps, o tai yra kiek mažiau nei 10 kartų greičiau palyginti su vidutiniu duomenų perdavimo greičiu naudojantis 3G ryšiu ir daugiau nei 10 kartų greičiau nei EDGE tinkle. Sekantis žingsnis – didelės spartos informacijos perdavimo aukštyn technologija – HSUPA (angl. High Speed Uplink Packet Access). Dar toliau – 4 kartos technologija, kurios sėkmingi bandymai jau atliekami Japonijoje. Šių technologijų analizė, lyginimas ir būtų tolimesni šio darbo vystymo etapai.

***

Visą darbą taip pat galite atsisiųsti iš portalo archyvo.