System rozproszonego pomiaru jakości usług

Autor: Piotr Łukawski

Warszawa, 22 listopada 2012

Podstawowe parametry jakościowe usług IP

Przepływność mierzy się w bitach na sekundę (b/s) lub bajtach na sekundę (B/s = 8 b/s) i ich krotnościach (kb/s, Mb/s, Gb/s, kB/s, MB/s itd.). Historycznie używane są prefiksy binarne (k = 1024, M = 1 048 576) jednak operatorzy coraz częściej ze względów marketingowych używają prefiksów dziesiętnych (k = 1000, M = 1 000 000) wprowadzając de facto klienta w błąd odnośnie parametrów usługi.

Poprzez przepływność w górę (ang. uplink) należy rozumieć przepływność od klienta do serwera, natomiast w dół (downlink) oznacza przepływność od serwera do klienta. Przepływności te na typowych łączach asymetrycznych (np. neostrada) mogą się różnić nawet w stosunku 1:10.

Przepływności nie należy mylić z przepustowością, która oznacza fizyczną prędkość kanału łączności, np. łącze DSL może mieć przepustowość 3Mbps i jednocześnie może być na nim świadczona usługa o przepływności maksymalnej 2Mbps CIR (ang. Committed Information Rate)

jest przepływnością jaką usługodawca gwarantuje klientowi przy zachowaniu parametrów jakościowych. Jest on uśredniany w czasie, ponieważ klient najczęściej wysyła do dostawcy usługi z prędkością interfejsu a nie z prędkością ustaloną przez CIR. Wartość parametru równa zeru oznacza usługę niegwarantowaną.

Przepływność (ang. bitrate) – prędkość z jaką sygnał cyfrowy przepływa przez kanał łączności. Jest ona podstawowym parametrem usługi użytkownika, mając istotny wpływ na wszystkie realizowane przez użytkownika działania.

Podstawowe parametry usług IP

Podstawowym parametrem definiującym jakość jest przepływność

RTD (ang. round-trip delay time) zwany także RTT (ang. round-trip time) – czas przesłania pakietu w obu kierunkach, tzn. od wysłania pakietu przez nadawcę do otrzymania odpowiedzi zwrotnej. Ze względu na fakt, że pomiar ten odbywa się wyłącznie ze strony nadawcy jest to najczęstszy sposób mierzenia opóźnienia. W celu uzyskania wiarygodnego pomiaru przeprowadza się go co najmniej kilkukrotnie i podaje wartości minimalną, maksymalną oraz średnią. W większości systemów komputerowych do pomiaru tego parametru pomiędzy komputerem użytkownika a serwerem używa się komendy PING adres-serwera.

Na wartość opóźnienia mają wpływ liczne (w tym chwilowe) parametry transmisji, takie jak np. wielkość pakietu, obciążenie łącza i routerów, odległość, ilość routerów uczestniczących w transmisji, zastosowany protokół transmisji czy obciążenie serwera docelowego.

Opóźnienie ma istotny wpływ na wszelkie aplikacje stosujące protokoły z potwierdzeniem (np. TCP) lub dla komunikacji głosowej (VoIP), natomiast minimalnie wpływa na jakość takich usług streamingowych np, Video on Demand.

Opóźnienie (ang. delay) – czas jaki upłynie pomiędzy wysłaniem pakietu przez nadawcę a jego dotarciem do odbiorcy. Czas ten w sieciach teleinformatycznych mierzy się w milisekundach [ms].

Podstawowe parametry usług IP

Opóźnienie – ważny parametr dla aplikacji interaktywnych

Obecność jittera wynika ze zmian obciążenia sieci oraz z przesyłania pakietów należących do jednej transmisji różnymi drogami w sieci.

Obecność jittera może powodować, iż pakiet wysłany później dotrze do odbiorcy przed pakietem wysłanym wcześniej powodując zakłócenie interpretacji strumienia danych przez odbiorcę.

Szczególnie negatywny wpływ ma obecność jittera na usługi czasu rzeczywistego takie jak transmisje strumieniowe (audio, wideo) oraz na dwustronną komunikację VoIP oraz wideo. Jitter ma z kolei minimalny wpływ na usługi nie wymagające stałej przepływności np. ftp, http, p2p

W celu zminimalizowania wpływu jittera stosuje się bufory wejściowe, których zadaniem jest ustabilizowanie transmisji po stronie odbiorcy. Efektem ubocznym stosowania buforów jest zwiększenia opóźnienia transmisji.

Jitter – jest to w sieciach IP maksymalna różnica czasu opóźnienia między pakietami IP przepływającymi w jednostce czasu przez łącze. Czas ten mierzy się w milisekundach [ms].

Podstawowe parametry usług IP

Jitter – wyzwanie dla VoIP

Utrata pakietów może wynikać z problemów z łączem lub z przepełnienia sieci.

Utrata pakietów może powodować, w zależności od protokołu błędy w odbiorze lub konieczność retransmisji pakietów, a co za tym idzie dalsze opóźnienia w transmisji.

Duży procent utraty pakietów, może praktycznie uniemożliwić korzystanie z usług bezpołączeniowych lub znacznie obniżyć ich jakość.

W celu zminimalizowania wpływu utraty pakietów na transmisję stosuje się kody kontrolne i retransmisję utraconych pakietów.

Utrata pakietów (ang. packet loss) – liczba pakietów, które zostały nadane a nie dotarły do odbiorcy w trakcie trwania pomiaru. Parametr ten podaje się jako liczbę lub procent utraconych pakietów.

Podstawowe parametry usług IP

Utrata pakietów – przeciążenie lub problemy z łączem

Mierniki prędkości w Internecie

Mierniki prędkości w Internecie

Popularne aplikacje są głównie wspierane przez OOKLA

Mierniki prędkości w Internecie

Mierniki eksperymentalne na przykładzie M-LAB - infrastruktura

Measurement Lab został ufundowany przez New America Foundation ‘s Open

technology Insitute, PlanetLab Consortium, Google Inc. oraz naukowców

akademickich.

Jest zarządzany kolektywnie przez komitet sterujący mający na celu rozwój

organizacji i platformy M-Lab

Aktualnie M-lab zawiera w swojej infrastrukturze 48 serwerów w 16

lokalizacjach w USA, Europie i Australii Średnio jest przeprowadzanych około 250tys. testów dziennie.

W sumie dotychczas przeprowadzono ponad 100 mln testów.

M-lab jest otwartą platformą zawierającą aplikacje do

pomiaru prędkości w Internecie dystrybuowane na zasadzie open-source.

Mierniki prędkości w Internecie

Mierniki eksperymentalne na przykładzie M-LAB – aplikacje pomiarowe

•testuje prędkość połączenia i diagnozuje problemy mające na nią wpływ

NDT (Network Diagnostic Tool)

•testuje czy pewne aplikacje lub rodzaje ruchu są blokowane lub ograniczane przez dostawcę Internetu

Glasnost

•diagnozuje typowe problemy wpływające na „ostatnią milę”

NPAD (Network Path & Application Diagnostics)•pokazuje jaka jest przepustowość łącza

Pathload2

•sprawdza czy dostawca Internetu stosuje traffic shaping

ShaperProbe

•oprogramowanie na router użytkownika sprawdzające jakość połączenia w sposób ciągły

BISmark

•sprawdza czy dostawca Internetu stosuje rozróżnienie ruchu dla różnych aplikacji lub usług

WindRider

•zbiera statystki na temat połączeń na protokole TCP używane przez oprogramowanie pomiarowe pracujące na platformie M-Lab

SideStream

•podejmuje okresowe testy mierzące wydajność sieci i sprawdzające ograniczenia na ruch powodowany przez specyficzne aplikacje

Neubot

Mierniki prędkości w Internecie

Aktualny miernik na stronie http://www.polskaszerokopasmowa.pl - wygląd

Mierniki prędkości w Internecie

Aktualny miernik na stronie http://www.polskaszerokopasmowa.pl - możliwości

Pomiar przepływności w górę

Pomiar przepływności w dół

Pomiar maksymalnego, średniego i minimalnego czasu odpowiedzi na ping

Pomiar jittera

Pomiary są przeprowadzane pomiędzy aplikacją w komputerze użytkownika, a serwerem w infrastrukturze UKE.

Potencjalnie aplikacja posiada dodatkowo możliwości zapamiętywania pomiarów i podanych w formularzu przez użytkownika danych dodatkowych.

Problemy związane z pomiarami

Problemy związane z pomiarami

„Popularne” aplikacje:

• ograniczenie ilości mierzonych parametrów

• niedostosowanie lokalizacji serwerów do topologii sieci

• brak wsparcia operatorów

Aplikacje eksperymentalne:

• wynik pomiaru niezrozumiały dla typowego użytkownika

• konieczność instalacji nieznanych i niepodpisanych aplikacji

• bardzo limitowane wsparcie w Polsce

• brak wsparcia operatorów

Memorandum w sprawie współpracy na rzecz podnoszenia

jakości usług dostępnych na rynku telekomunikacyjnym

Memorandum

Podpisanie

26 października z inicjatywy Prezes Urzędu Komunikacji Elektronicznej Magdaleny Gaj podpisano Memorandum w sprawie współpracy na rzecz podnoszenia jakości usług dostępnych na rynku telekomunikacyjnym. Porozumienie oprócz Prezes UKE podpisali przedsiębiorcy działający na rynku telekomunikacyjnym, przedstawiciele branżowych izb gospodarczych oraz instytucji naukowych.

Memorandum

Sygnatariusze

Podpisy pod tekstem Memorandum o jakości usług złożyli: Prezes UKE, przedsiębiorcy działający na rynku telekomunikacyjnym: Exatel S.A., INEA S.A., Interkam s.c., Netia S.A., Niezależny Operator Międzystrefowy Sp. z o.o., P4 Sp. z o.o., Polkomtel Sp. z o.o., Polska Telefonia Cyfrowa S.A., Polska Telefonia Komórkowa Centertel Sp. z o.o., PSTD Sp. z o.o., Systemics PAB Sp. z o.o., Telefonia Dialog Sp. z o.o., Telekomunikacja Polska S.A., TK Telekom Sp. z o.o. i UPC Polska Sp. z o.o., oraz Polska Izba Komunikacji Elektronicznej, Krajowa Izba Gospodarcza Elektroniki i Telekomunikacji, a także Politechnika Łódzka, Politechnika Warszawska, Politechnika Wrocławska, Instytut Łączności, Instytut Chemii Bioorganicznej PAN - Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe.

Memorandum

Cele – wspólne działania

podnoszenie poziomu jakości usług telekomunikacyjnych;

udostępnienie użytkownikom publicznych sieci telekomunikacyjnych wiarygodnych, rzetelnych, porównywalnych, aktualnych oraz w pełni zrozumiałych dla każdego konsumenta informacji o jakości usług telekomunikacyjnych;

zwiększenie poziomu świadomości użytkowników w zakresie technicznych możliwości oraz ograniczeń w realizacji usług telekomunikacyjnych;

zunifikowanie wymagań dotyczących jakości usług oraz zapewnienie jasnych i zrozumiałych reguł działania na rynku telekomunikacyjnych; i zapewnienie przejrzystej i transparentnej informacji o warunkach świadczenia usług;

poprawę świadomości konsumentów w zakresie przysługujących im uprawnień wynikających z obowiązujących przepisów dotyczących regulaminów, cenników i wymogów dot. jakości usług telekomunikacyjnych;

tworzenie przez Inicjatora – Urząd Komunikacji Elektronicznej przyjaznego dla przedsiębiorców telekomunikacyjnych środowiska regulacyjnego promującego możliwość współregulacji rynku usług telekomunikacyjnych.

Memorandum

Zespół Roboczy

Powołanie Zespołu Roboczego złożonego z przedstawicieli Sygnatariuszy Memorandum, którego zadaniem będzie wytypowanie listy wskaźników jakości usług oraz uzgodnionych wspólnie metodyk ich pomiaru i obliczania, tak aby konsumenci zyskali dostęp do pełnej i porównywalnej informacji na temat jakości usług telekomunikacyjnych.

Memorandum

Otwarta inicjatywa

Memorandum w sprawie współpracy na rzecz podnoszenia jakości usług dostępnych na rynku telekomunikacyjnym to inicjatywa o charakterze otwartym. Urząd Komunikacji Elektronicznej zachęca do włączenia się w podejmowane działania wszystkich, którym zależy na podnoszeniu jakości usług dostępnych na polskim rynku telekomunikacyjnym.

Platforma - System rozproszonego pomiaru jakości usług planowany w UKE - SPPI

SPPI

Koncepcja systemu

System SPPI ma umożliwić użytkownikom Internetu przeprowadzenie pomiarów jakości podłączenia do Internetu wraz z automatycznym raportowaniem wyników do regulatora. System ma być realizowany w ramach Zadania nr 7 Budowa i utrzymanie portalu Polska Szerokopasmowa, projektu nr POIG.07.01.00-00-01/09 (System Informacyjny o infrastrukturze szerokopasmowej i portal Polska Szerokopasmowa”).

SPPI

Pomiary

W założeniach system ma być tak zaprojektowany aby mierzyć parametry jakościowe sieci w odniesieniu do różnych protokołów sieciowych w celu dostarczenia pełnego obrazu jakości połączenia dla wszystkich branych pod uwagę usług oraz aby wykryć nieautoryzowane działania (np. limitowanie pasma dla usług p2p).

SPPI

Założenia pomiarowe

•Pomiar ma być przeprowadzany dla różnych protokołów (http, https, ftp, p2p, telnet, ssh, protokoły streamingowe itp.)

•Mierzone będą różne wartości w zależności od protokołu (np. przepływność, opóźnienie i jitter dla VoIP i wideotelfonii, czas odpowiedzi i ładowania strony dla HTTP itp.)

•Mierzone będą zarówno wartości parametrów transmisji w górę jak i w dół.

SPPI

Założenia dodatkowe

•Testy mają być przeprowadzane do wszystkich lub wskazanych serwerów z listy utrzymywanej na serwerze głównym.

•System ma mierzyć także inne parametry związane z jakością połączenia, takie jak czas odpowiedzi DNSów, czy efektywność wybranych proxy w celu wykrycia potencjalnych problemów powodowanych przez te elementy.

Po przeprowadzeniu pomiarów i przeanalizowaniu ich wyników użytkownik powinien otrzymać informację w postaci graficznej o przewidywanej jakości usług internetowych.

System rozproszonego pomiaru jakości usług – SPPI -

Architektura

SPPI

Architektura systemu

Aplikacja Pomiarowa (AP)

Serwery Testowe (ST)

Główny Serwer

Systemowy (GSS)

System ma się składać z 3 podstawowych warstw logicznych:

SPPI

Architektura systemu – GSS (Główny Serwer Systemowy)

Wymienia dane z Serwerami Testowymi (ST) i Aplikacjami Pomiarowymi(AP), zawiera i

zarządza Listę Serwerów Testowych (LST) zawierającą adresy IP, adresy

fizyczne, geolokalizacje oraz informacje o właścicielach

Serwerów Testowych

Dostarcza interfejsu do pobierania zebranych danych pomiarowych i przechowuje rezultaty testów w

swojej bazie danych, tworzy statystyki i raporty dotyczące

zebranych danych

Dostarcza interfejsu graficznego dla Aplikacji Pomiarowej

Jest źródłem aktualizacji dla oprogramowania Serwerów

Testowych

SPPI

Architektura systemu – TS (Serwery Testowe)

Serwery o ustandaryzowanych parametrach należące do

zaproszonych do programu testów operatorów oraz do dostawców

treści (portale itp.) i zlokalizowane w ich sieciach.

Zawierające oprogramowanie dostarczone i podpisane przez

zarządzającego SPPI.

Zainstalowane oprogramowanie zawierać będzie ustalone i

zestandaryzowane dane testowe umożliwiające użytkownikom SPPI

przeprowadzenie identycznych testów do każdego serwera

zarejestrowanego w programie.

Oprogramowanie ST będzie zabezpieczone przeciw

nieautoryzowanym modyfikacjom.

SPPI

Architektura systemu – AP (Aplikacja Pomiarowa)

Aplikacja Pomiarowa to aplikacja ładowana na komputer użytkownika z

Głównego Serwera Systemowego poprzez Portal Polska

Szerokopasmowa

AP w trakcie pomiarów będzie wymieniać dane z GSS oraz

Serwerami Testowymi z listy.

Będzie ona mierzyć zdefiniowane parametry połączenia do wszystkich

lub wybranych ST zarejestrowanych w GSS.

Rezultaty pomiarów zostaną przesłane do GSS i zwizualizowane w

przeglądarce Internetowej oraz zapisane w bazie danych GSS.

Spodziewane efekty

Pomiary są potrzebne użytkownikom w celu umożliwienia im realnej oceny jakości świadczonych usług Internetowych oraz wybrania dostawców odpowiadających ich potrzebom.

Istniejące na rynku aplikacje umożliwiają podstawowe pomiary, ze względu jednak na ich fragmentaryczność i zależność od miejsca lokalizacji serwerów zapewniają wyniki niepełne i obarczone dużymi błędami pomiarowymi.

Planowany system pomiarowy ma zapewnić użytkownikom możliwość podjęcia świadomego wyboru dostawcy, a dostawcom prowadzić walkę konkurencyjną bazującą na rzeczywistych parametrach jakościowych potwierdzonych w rzetelny sposób.

Działania takie mogą podnieść konkurencyjność rynku i zapewnić lepszą ofertę użytkownikom Internetu.

Platforma współpracyiq.polskaszerokopasmowa.pl

IQ.POLSKASZEROKOPASMOWA.PL

Strona Projektu

W celu koordynacji wysiłków mających na celu zarówno współpracę w ramach Memorandum jak i udział w określeniu dokładnego sposobu działania systemu SPPI została utworzona platforma współpracy http://iq.polskaszerokopasmowa.pl.Serdecznie zapraszamy do rejestracji i do wzięcia udziału w tych przedsięwzięciach.

34

Dziękuję za uwagę