TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Infotehnoloogia teaduskond Raadio- ja sidetehnika instituut Kood: IRT70LT Andmevoogude tagamine nutitelefoni rakendustele Ranek Runthal Töö on tehtud telekommunikatsiooni õppetooli juures Juhendaja: Indrek Rokk Kaasjuhendaja: Avo Ots Konsultant: Andres Laidvee Kaitsmine toimub raadio- ja sidetehnika instituudis Autor taotleb tehnikateaduse magistri kraadi Esitatud: 06. juuni 2011 Kaitsmine: 13. juuni 2011 Tallinn 2011
REFERAAT Käesolev magistritöö Andmevoogude tagamine nutitelefoni rakendustele käsitleb nutitelefonide kasutajate lemmiktegevusteks vajamineva andmeside kiiruse väljaselgitamist ja kindlakstegemist, kas need kiirused on reaalselt Eestis kasutajatele tagatud. Magistritöö seletuskirjas võrreldakse Eesti nutitelefonide kasutajate lemmiktegevusi mobiilses internetis maailma kasutajate eelistustega. Lisaks võrreldakse autori poolt saadud allalaadimiskiirusi teiste sõltumatute mõõtjate tulemustega. Mõõdetud tulemuste põhjal julgeb autor väita, et 2011 aasta maikuu seisuga on keskmine allalaadimiskiirus Eestis üle 3000 kbit/s ja et sellise kiiruse juures 80% kõigist nutitelefoni kasutajatest saavad oma lemmiktegevused teha mobiilset andmesidet kasutades. Magistritöö on kirjutatud eesti keeles 68 leheküljel ning sisaldab 40 joonist, 17 tabelit ja 3 lisa. Märksõnad: HSDPA, allalaadimiskiirus, nutitelefon, CQI, AMC. 2
ABSTRACT Current master s thesis Providing suitable data streams for smartphone applications purpose is to investigate data stream speed required for favorite activities of smartphone users and whether or not these streams requirements are met for users in Estonia. In this master's thesis the favorite activities of Estonian smartphone users are compared with the global mobile internet user activities. In addition, the author compares the results of download data speed to the results taken by other independent measurers. Measured results by the author shows that, as of May 2011 in Estonia, the average download speeds is more than 3000 kbit/s and 80% of all smartphone users will be able to use their favorite activities using the mobile data communications. The thesis is written in Estonian and consists of 68 pages, entailing 40 figures, 17 tables and 3 appendixes. Keywords: HSDPA, download data speed, smartphone, CQI, AMC. 3
EESSÕNA Nutitelefonides kasutatav mobiilne internet on muutumas järjest populaarsemaks ja nutitelefonide müük kasvab iga aastaga kordades [1]. Sellest tulenevalt on autori huvi välja selgitada kas nutitelefonide rakendustele on tagatud piisavad andmevood Eesti mobiilsideoperaatorite võrkudes. Antud töös antakse ülevaade nutitelefonide kasutajate lemmiktegevustest internetis ja nende tegevuste andmesidekiiruste nõudlustest. Seejärel tutvustab autor lühidalt HSDPA tehnoloogiat, mis kasutusel nutitelefonides. Samuti kirjeldatakse andmevoogude mõõtmiste jaoks kasutatavat programmi ASCOM. Magistritöö kõige tähtsamas osas mõõdetakse keskmisi andmesidekiirusi erinevates keskkondades ja töö tulemuste põhjal analüüsitakse kas on tagatud piisavad andmevood nutitelefoni rakendustele Eestis. Magistritöö eesmärkideks on välja selgitada nutitelefonide kasutajate lemmiktegevused internetis kasutades selleks mobiilset andmesidet, mida võimaldab 3G võrk ning teha kindlaks kiiruste nõudmised vastavate rakenduste kasutamiseks. Lisaks anda ülevaade Eesti mobiilsideturu keskmistest andmesidekiirustest ja neist andmetest lähtuvalt sooritada analüüs kiiruste piisavuse kohta populaarsemate tegevuste läbiviimiseks. Autor soovib tänada magistritöö juhendajat Indrek Rokki, kaasjuhendajat Avo Otsa, konsultanti Andres Laidveed ja kolleegi Ando Meentalot, juhendamise ja heade nõuannete eest. Tallinn, 06. juuni 2011 Ranek Runthal 4
SISUKORD TEKSTIJOONISTE LOETELU... 8 TABELITE LOETELU... 10 TÄHISTE LOETELU... 11 SISSEJUHATUS... 13 1 NUTITELEFONIDE KASUTUSE TURU-UURING EESTIS JA MUJAL MAAILMAS... 16 1.1 Kasutajate grupid ja nõudlus kiiruste üle... 17 1.2 Nutitelefonide kasutus maailmas... 22 1.3 Mobiilioperaatorite leviala levikvaliteet ja katvus Eestis... 23 1.3.1 2G ehk GSM võrgu katvus... 23 1.3.2 3G võrgu katvus... 24 1.3.3 Levikvaliteet 2G ehk GSM võrgus... 25 1.3.4 Levikvaliteet 3G võrgus... 25 1.4 Mobiilse andmeside allalaadimise (DL) kiirused erinevates Eesti linnades. 26 1.5 Kokkuvõte... 26 2 3G MOBIILSIDE TEHNOLOOGIA EDASIARENDUS... 28 2.1 Adaptiivne modulatsioon ja kodeerimine... 30 2.2 Hsdpa terminalid... 30 2.3 Kokkuvõte... 31 3 ASCOM TEMS INVESTIGATION 10.1 PROGRAMM... 32 3.1 Sissejuhatus... 32 3.2 Andmete kogumine... 33 3.3 Järeltöötlus... 34 3.4 Aruanded... 34 5
3.5 Kokkuvõte... 34 4 MÕÕTETULEMUSTE ANALÜÜS... 36 4.1 Testid linnas... 38 4.1.1 Mõõtmised ühe modemiga... 38 4.1.2 Mõõtmised kahe modemiga... 39 4.2 Testid linnast väljas... 40 4.2.1 Mõõtmised ühe modemiga... 40 4.2.2 Mõõtmised kahe modemiga linnast väljas... 41 4.2.3 Mõõtmised kolme modemiga linnast väljas... 42 4.3 Testid sisevõrgus... 43 4.3.1 Mõõtmised ühe modemiga... 43 4.3.2 Mõõtmised kahe modemiga... 44 4.3.3 Mõõtmised kolme modemiga... 46 4.4 Testid sõidu ajal... 47 4.5 Testide tulemused... 49 5.6 Järeldused... 50 KOKKUVÕTE... 51 VIITELOETELU... 52 LISA A HUAWEI E182E MODEM... 54 A.1 Overview... 54 A.2. Main Features... 54 LISA B ASCOMI PROGRAMMI RIISTVARA JA TARKVARA NÕUDED... 56 B.1 Miinimum nõuded... 56 B.2 Soovitatavad nõuded... 56 LISA C 3G MOBIILSIDE TEHNOLOOGIA EDASIARENDUS... 58 6
C.1 HSDPA füüsilise kihi struktuur... 58 C.2 HSDPA kanalistruktuur... 58 C.3 HS-DSCH kanali kodeerimine... 61 C.4 Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ)... 62 C.5 Blokkide ajastus... 63 C.6 Mobiilsus... 64 C.7 HS-DSCH modulatsioon... 64 C.8 HSDPA terminalid... 66 7
TEKSTIJOONISTE LOETELU Joonis 1 - Erineva operatsioonisüsteemiga nutitelefonide osakaal... 22 Joonis 2 - Suurimad nutitelefonitootjad maailmas... 23 Joonis 3 - GSM võrgu katvus... 24 Joonis 4-3G võrgu levitugevus (dbm)... 24 Joonis 5 - Erinevate operaatorite levikvaliteedid GSM võrgus... 25 Joonis 6 - Operaatorite levikvaliteedid 3G võrgus... 25 Joonis 7 - Andmesidetehnoloogiate võrdlus... 28 Joonis 8 - Andmesidetehnoloogiate ja teenuste seos... 29 Joonis 9 - Tems programmi kasutusvõimalused... 33 Joonis 10 CQI max ühe modemiga linnas... 38 Joonis 11 CQI min ühe modemiga linnas... 38 Joonis 12 CQI max kahe modemiga linnas... 39 Joonis 13 CQI min kahe modemiga linnas... 39 Joonis 14 CQI max linnast väljas ühe modemiga... 40 Joonis 15 CQI min linnast väljas ühe modemiga... 40 Joonis 16 CQI max linnast väljas kahe modemiga... 41 Joonis 17 CQI min linnast väljas kahe modemiga... 41 Joonis 18 CQI max linnast väljas kolme modemiga... 42 Joonis 19 CQI min linnast väljas kolme modemiga... 42 Joonis 20 CQI max sisevõrgus ühe modemiga... 43 Joonis 21 CQI min sisevõrgus ühe modemiga... 43 Joonis 22 DL kiirus sisevõrgus... 43 Joonis 23 CQI max sisevõrgus esimese modemiga... 44 Joonis 24 CQI min sisevõrgus esimese modemiga... 44 Joonis 25 DL kiirus sisevõrgus esimese modemiga... 44 Joonis 26 CQI max sisevõrgus teise modemi korral... 45 Joonis 27 CQI min sisevõrgus teise modemi korral... 45 8
Joonis 28 DL kiirus sisevõrgus teise modemiga... 45 Joonis 29 - CQI max sisevõrgus kolme modemiga... 46 Joonis 30 CQI min sisevõrgus kolme modemiga... 46 Joonis 31 DL kiirus esimese modemiga kolme modemi korral... 46 Joonis 32 - CQI max sõidu ajal... 48 Joonis 33 CQI min sõidu ajal... 48 Joonis 34 Sõidu kiirus mõõtmise ajal... 48 Joonis 35 - Koodipuu kasutus... 59 Joonis 36 - HSDPA loogilised kanalid... 60 Joonis 37 - Allalüli suunal loodud kanalid... 61 Joonis 38 - HARQ protsessid... 63 Joonis 39 - HSDPA kärjevahetus... 64 Joonis 40 QPSK, 16QAM ja 64QAM amplituud ja faas IQ tasandil... 65 9
TABELITE LOETELU Tabel 1 - Rakenduste ja tegevuste nõuded DL kiirustele... 18 Tabel 2 - Erinevate kasutajate mahukasutus põhitegevuste jaoks... 20 Tabel 3 - Mobiilse interneti keskmine kasutusmaht erinevate terminalide puhul... 21 Tabel 4 - Keskmised mobiilse andmeside kiirused erinevates Eesti linnades... 26 Tabel 5 Signaalimürasuhte ja signaalitugevuse klassid... 37 Tabel 6 Mõõtmistulemused ühe modemiga linnas... 38 Tabel 7 Mõõtmistulemused kahe modemiga linnas... 39 Tabel 8 Mõõtmistulemused linnast väljas ühe modemiga... 40 Tabel 9 Mõõtmistulemused linnast väljas kahe modemiga... 41 Tabel 10 Mõõtmistulemused linnast väljas kolme modemiga... 42 Tabel 11 Mõõtmised sisevõrgus ühe modemiga... 43 Tabel 12 Mõõtmised kahe modemiga sisevõrgus esimese modemiga... 44 Tabel 13 Mõõtmistulemused kahe modemiga sisevõrgus teise modemi korral... 45 Tabel 14 Mõõtmistulemused sisevõrgus kolme modemiga... 46 Tabel 15 Mõõtmistulemused sõidu ajal kolme modemi korral... 47 Tabel 16 Katsete mõõtmistulemused... 49 Tabel 17 - HSDPA terminali kategooriad... 66 10
TÄHISTE LOETELU AMC C/I CC CCCH CCH CPICH CQI DCH DSCH DL FACH HARQ HS HSDPA Adaptive Modulation and Coding adaptiivne moduleerimine ja kodeerimine Carrier to Interferer Ratio kandja ja segaja suhe Chase Combining järelkombineerimine Common Control Channel ühine kontrollkanal Control Channel juhtkanal Common Pilot Channel pilootkanal Channel Quality Indicator kanali kvaliteedi indikaator Dedicated Channel määratud kanal Downlink Shared Channel allalüli jagatud kanal Downlink allalüli Forward Access Channel juurdepääsukanal Hybrid Automatic Repeat Request hübriidne automaatne kordamise nõudmine High Speed kiire High Speed Downlink Packet Access kiire allalüli pakettside juurdepääs 11
HS-DSCH IR Node B OVSF RNC SCCH SCH SF TTI UE UL WCDMA High Speed Downlink Shared Channel kiire allalüli jagatud kanal Incremental Redundancy kuhjuv liiasus Base station tugijaam Orthogonal Variable Spreading Factor ortogonaalne muutuva hajutamisteguriga kood Radio Network Controller raadiovõrgu kontroller Shared Control Channel jagatud kontrollkanal Shared Channel jagatud kanal Spreading Factor hajutamistegur Transmission Time Intervall saateintervall User Equipment kasutajaseade, terminal Uplink üleslüli Wideband Code Divided Multiple Access laiaribaline koodtihendatud juurdepääs 12
SISSEJUHATUS Mobiilside turul tuleb operaatoritel ja tootjatel pidevalt pakkuda uusi teenuseid ja tooteid, et püsida sellel pidevalt kasvaval turul. Viimasel aastakümnel on mobiilsidevõrgud arenenud tempokalt ning kasutusele võetud uued tehnoloogiad suurendanud kordades mobiilse internetiteenuse andmesidekiirusi. Alates 2006. aastast on ainuüksi ühe aasta jooksul käivitatud ligi 100 HSDPA-võrku 53-l maal [2]. Inimeste arv, kes kasutavad mobiili vaid rääkimiseks, järjest väheneb. Üha suurem hulk tarbijaid, eriti liikuva eluviisiga, on otsustamas mobiilse internetiteenuse kasuks [1]. Mobiiltelefonide ja andmesidemodemite valiku kiire laienemine soodustab samuti teenuse tarbimist. Kolmanda põlvkonna (3G) süsteemid on loodud võimaldamaks suuri andmete edastamiskiirusi nii siseruumides kui ka väljas. 3G süsteemid võimaldavad andmeside sümmeetrilist ja asümmeetrilist (erineva kiirusega üles- ja allalülid). Uuel mobiilsidesüsteemil on nii kanalikommutatsiooni (aheledastuse) kui ka pakettedastuse meetodite tugi, et oleks võimalik kasutada interneti IP-protokolli ja reaalajas videopildi ülekandmist, sealhulgas ka heli kõrge-kvaliteediline ülekandmine, mis oma omadustelt ei jää maha traatside puhul kasutatust. Koos kolmanda põlvkonna süsteemidega hakkasid uuenema ka 3G telefonid ja turule ilmusid uued niinimetatud nutitelefonid. Nutitelefonideks nimetatakse terminale, mis oskavad palju enamat kui lihtsalt helistamine või sõnumi saatmine ja tihti on nende ekraan puutetundlik. Iga päev toodetakse nutitelefonidele uusi rakendusi ja teenuseid [1], mille toimimiseks on vaja kiiret mobiilset andmesidekiirust. Esimest korda ületas tarnitud nutitelefonide arv 2010. aasta viimase kvartali lõikes arvutite arvu ja paragrahvis 1.1 toodud andmete põhjal müüdi nutitelefone arvutitest rohkem. Magistritöö eesmärgid tulenesid paragrahvis 1.1 kirjeldatud kiiresti suurenevast nutitelefonide kasutajate arvust, mille suurenemist näitasid erinevad turu-uuringud, mis tehtud Eestis ja mujal maailmas. Tarbijate poolt kasutatavate erinevate rakenduste arv ning nende poolt omakorda kasutatavate andmesidekiiruste hulk 13
kasvab pidevalt (täpsemalt paragrahvis 1.2). Seega on magistritöö eesmärkideks välja selgitada nutitelefonide kasutajate lemmiktegevused internetis läbi mobiilse andmeside ning teha kindlaks kiiruste nõudmised vastavate rakenduste kasutamiseks. Samuti anda ülevaade Eesti mobiilsideturu keskmistest andmesidekiirustest ja neist andmetest lähtuvalt sooritada analüüs kiiruste piisavuse kohta lemmiktegevuste läbiviimiseks. Kiiruste ja signaalitugevuste mõõtmiseks kasutatakse Ascom Tems Investigation programmi ja kuni kolme erinevat andmesideterminalide tootja Huawei poolt toodetud mobiilse andmeside modemit. Mõõteseadmeteks on nutitelefonide asemel andmesidemodemid, kuna eelpool mainitud programmiga on ühenduste loomine kergem ja modemid olid kompaktsemad kaasas kandmiseks võrreldes nutitelefonidega. Autori arvates ei oma tähtsust kas mõõteseadmeteks on nutitelefonid või andmesidemodemid, kuna tugijaam neil vahet ei tee ja jagab samadel tingimustel võrguressursse. Tulemuste analüüsi käigus selgub nutitelefoni kasutajate lemmiktegevusteks vajaminev andmesidekiirus ja kas need kiirused on reaalselt Eestis kasutajatele tagatud. Käesoleva töö vajalikkus on tingitud kiiresti suurenevast nutitelefonide kasutajate arvust [1], [3], [4] ja nende suurenevast vajadusest kiire mobiilse andmeside jaoks [1],[4], [5]. Töö tulemusi on võimalik kasutada mobiilsidevõrgu planeerijatel võrguressursside optimeerimiseks ja nutitelefonide kasutajatel telefoniostul ning terminali andmesidepaketi valikul. Magistritöö seletuskiri koosneb neljast suuremast osast. Esimeses osas tehakse kindlaks tänapäeval nutitelefonide kasutajate ligikaudne arv ja ennustav arvu kasv lähitulevikus. Lisaks kirjeldatakse, allikmaterjalide põhjal, nutitelefonide kasutajate lemmiktegevusi internetis ja nende tegevuste andmesidekiiruste nõudlust. Selgitatakse välja keskmised allalaadimiskiirused erinevates linnades. Teises osas kirjeldatakse kolmanda põlvkonna mobiilside tehnoloogia edasiarendusest ehk HSDPA-st. Peatükis antakse täpne ülevaade HSDPA tehnoloogia kohta. Lisaks võrreldakse HSDPA kanaleid R 99 (täpsemalt on mõistest kirjutatud peatükis 2) kanalitega ja tuuakse välja eelised ja uuendused ja milliste andmesidekiirusteni võib see tehnoloogia areneda. Kolmandas osas 14
tutvustatakse ASCOM programmi, millega mõõdetakse vajalikud parameetrid, et saavutada töö eesmärgid. Lisaks on vastavas peatükis kirjas programmi valiku põhjused ning parameetrid, mida antud programmiga on võimalik mõõta. Neljandas osas kirjeldatakse katsete koostamist, parameetrite mõõtmist ja nende analüüsi. Täpsemalt selgitatakse töö eesmärkide saavutamiseks vajalike katsete püstitused, mõõdetakse vajalikud parameetrid ja analüüsitakse neid. Seejärel võrreldakse tulemusi teise peatüki andmetega ja tehakse lõppjäreldused ja soovitused kuidas neid töös saadud tulemusi edaspidi kasutada. Töö tulemused seotakse ülesande püstitusega kokkuvõtvas peatükis. Eestikeelset kirjandust antud teema kohta oli piisavalt. Kohati leidub tekstis sõnu või väljendeid, millele on antud sulgudes ka inglisekeelne tõlge, et sõna oleks lugejale paremini mõistetav. 15
1 NUTITELEFONIDE KASUTUSE TURU-UURING EESTIS JA MUJAL MAAILMAS Allika [1] põhjal on Väikese ekraani internet ehk nutitelefonides kasutatav mobiilne internet muutumas populaarsemaks. Seda toetavad väited on järgmised: Internet nutitelefonis tõuseb fookusesse! Nutitelefonide tükimüük kasvab kordades Uutest operatsioonisüsteemidest domineerivad Android, iphone, Symbian, Windows ja MeeGo Väikese ekraani internet EI KAO, vaid KASVAB Oluline - kasutajaelamus hoopis muu kui aasta(id) tagasi! Telefon suudab enam, klient vajab enamat Palju uusi tarnijaid vanadelt turuosa napsamas (Android) Järgnev võrdlus tavapäraste ja teoreetiliste kiiruste vahel mobiilsidevõrkudes pärineb allikast [6]. Tehniliselt ei ole võimalik garanteerida kasutajaile kindlat andmesidekiirust mobiilsidevõrkudes. Andmesidekiirus sõltub lisaks interneti paketitüübi valikule nii kasutaja kaugusest tugijaamast kui võrgu üldisest koormusest (näiteks inimesed kogunevad seminarile ühe jaama piirkonda ja kasutajate arv kasvab lühikese perioodi jooksul hüppeliselt). Küll aga on teada maksimaalne võimalik kiirus, mida võrk ja kasutajaseade toetavad. Seetõttu on mobiilse interneti pakettide kiirused ning modemite tehnilised andmed toodud välja sõnastuses maksimaalselt kuni selle kiiruseni, mis tähendab, et samas tugijaamas võib kiirus ulatuda tugijaama lähedal näiteks kiiruseni 14 Mbit/sek, kuid samast jaamast eemal kahaneb kiirus signaali levitugevuse nõrgenedes kuni 1 Mbit/sek. Mida nõrgem on signaal, seda väiksem on kiirus, kuna nõrgema signaaliga levialas läheb üha suurem osa kasutajale eraldatavast mahust veaparanduseks. 16
Kaudselt võib seda võrrelda olukorraga, kus sosinal või kaugemal asuv rääkija peab enda juttu mitu korda kordama, et kuulaja saaks info kätte. See vähendabki infovahetuse kiirust. Tavapärane kiiruse vahemik on selline, millega kasutaja saab internetti kasutada võrgu eri paigus, lähtudes keskmisest kaugusest jaamast ning koormusest. Tavapärane kiirus ja selle kõikumise vahemik sõltub valdavalt levitugevusest jaama lähedal tugevama signaaliga levialas on suurem kiirus. Samuti sõltub kiirus tugijaama üldisest koormusest, näiteks kui teine kasutaja laeb alla suurt faili, siis kiirus langeb. Operaatori poolt jälgitakse jaamade koormusi pidevalt ning püsiva koormuse kasvu puhul lisatakse mahtu või ehitatakse täiendav tugijaam. 1.1 Kasutajate grupid ja nõudlus kiiruste üle Pew keskuse andmeside kasutajate uuringu ja FCC analüüsi põhjal jagatakse kasutajad nelja erinevasse kategooriasse, mis põhinevad kasutaja harjumustel ja kasutaja allalüli (edaspidi kasutatakse lühendit DL) ja üleslüli (lühendina UL) kiiruste vajadustel [5]. Suurkasutaja Laadivad alla ja üles suuremates kogustes andmemahtu ja kasutavad kõrgekvaliteedilisi heli ja video rakendusi. Vajab kiireid andmeside kiirusi oma rakenduste kasutamiseks. Meediakasutaja Soovivad kasutada keskmise kvaliteediga heli ja video rakendusi. Vajab keskmisi andmeside kiirusi oma rakenduste kasutamiseks. Tavakasutaja Ei hooli väga kvaliteedist heli ja video rakenduste puhul. Vajab keskmisi andmeside kiirusi oma rakenduste kasutamiseks. Väikekasutaja Kasutab internetti põhiliselt surfamiseks ja e-kirjade lugemiseks. Vajab väikeseid andmeside kiirusi e-mailide lugemiseks ja interneti kasutamiseks. Kõikide nende gruppide liikmed kasutavad erinevaid rakendusi korraga samal ajal või siis eraldi. Iga rakendus vajab toimimiseks erinevat andmesidekiirust. 17
Tabelis 1 [4] on toodud mõned näited rakenduste ja tegevuste kohta ja mis kiiruseid need rakendused tomimiseks vajavad. Tabel 1 - Rakenduste ja tegevuste nõuded DL kiirustele Sisu tüüp Näited Tegelikud allalaadimiskiiruse nõuded (Mbit/s) Mitte reaalajas toimuvad tegevused Tavaline DL (ÜL) E-kirjade, E-raamatute allalaadimine, lihtne surfamine 0.1-0.3 Mahukas DL (ÜL) Suhtlusportaalid, P2P 0.5-5+ Audiostriiming Internetiraadiod 0.1-0.3 Peaagu reaalajas toimuvad tegevused Tavaline videostriiming Reklaamvideod 0.3-0.5 SD-kvaliteediga videostriiming Õppevideod koolides 1-5 HD-kvaliteediga HDTV, Loenguvideod videostriiming HD kvaliteediga 5-10+ VOIP Skype, EMT internetikõned 0.1-0.3 Reaalajas toimuvad tegevused Regulaarne interaktiivne ühendus Võrgumängud 0.3-0.5 Videokonverents + VOIP 0.6-1 IP TV IP TV 1-5+ Kahesuunaline video Reaalajas toimuv interaktiivne võrgus mängmine 2-5+ Videokonverents (HD) 5-10+ 18
Tabelist on näha, et tegevused tegevused nagu e-kirja lugemine ja informatsiooni otsimine internetist ei vaja suuremat kiirust kui 100-300 kbit/s. Keerulisemad rakendused nagu SD (standard-definition ehk tavaeraldus, 720x480 pikselit) kvaliteediga videovood vajavad kiiremat DL kiirust enamasti 1 Mbit/s [7], mis oleneb muidugi video kvaliteedist, SD video võib vajada ka kuni 5 Mbit/s andmesidekiirust. HD (high-definition ehk kõrglahutus, 1920x1080 pikselit) video konverentskõned vajavad isegi 5-10 Mbit/s andmesidekiirust. Lisaks on vaja videokonverentskõnede puhul kõrget üles-laadimiskiirust, et kasutaja saaks edastada kõne ajal oma pilti ja häält samal ajal vastu saades teise vastaja pilti ja häält. Seega on väga olulised ka parameetrid nagu käideldavus, viide ja signaali häiringuline kõikumine. Samas internetis info otsimine ja e-kirjade lugemine ei ole nii tundlikud nendele parameetritele. Väikekasutaja vajab enamasti allalaadimiskiiruseks 500 kbit/s, samas kui meediakasutaja ja tavakasutaja vajavad 1-4 Mbit/s andmesidekiirust olenevalt sellest, mis kvaliteedinõudeid soovivad ja mis rakendusi kasutavad. Uuringud näitavad, et 80% internetikasutajatest kuuluvad nendesse esimesse kolme gruppi [4]. Suurkasutajad vajavad 5 Mbit/s või enamat kiirust, kuna osalevad kahesuunalistel videokonverentsidel või vaatavad HD kvaliteediga videoülekandeid, mis nõuavad head üleslaadimiskiirust. Rysavy Research i uuringu järgi on mobiilikasutajad jagatud kolme gruppi vastavalt nende andmeside kasutusmahu järgi, mis on välja toodud tabelis 2 [1]. Samal põhimõttel on ka antud magistritöös jagatud kasutajad kolme kategooriasse, kuna eelnevalt kirjeldatud tava- ja meediakasutajad vajavad sarnast andmesidekiirust interneti rakenduste kasutamiseks. 19
Tabel 2 iphone 3GS mahukasutus põhitegevuste jaoks iphone kasutus MB 3GS E-post Veeb IM Sotsiaalvõrgustik Kokku Väikekasutaja 19 14 44 9 86 Keskmine kasutaja 57 42 86 29 214 Suurkasutaja 191 142 233 88 654 E-post: Väikekasutaja 150 e-kirja kuus, keskmine kasutaja 450, suurkasutaja 1500. 10% on koos manustega Veebisurfamine. Väikekasutaja 100 lehte kuus, keskmine 300 ja suurkasutaja 1000 lehte IM (instant messaging, reaalajas toimuv sõnumside). Väikekasutaja 200 sõnumit, 100 emotsiooni edastavat ikooni ja 30 staatusemuutust kuus. Keskmine kasutaja 600/300/60. Suurkasutuja 2000/1000/90. Lisaks sisse/välja logimised. Sotsiaalvõrgustik. Väikekasutaja 30 tegevust, 10 foto vaatamist ja 5 foto üleslaadimist. Keskmine kasutaja 100/33/17. Suurkasutaja 300/100/50. Mobiili operaatori EMT klientide lemmiktegevused internetis Eestis [1], mis moodustavad ligi 80% kogu kasutajate tegevustest. Teised operaatorid Eestis autorile teadaolevalt selliseid mõõtmisi ei teosta. Surfamine Foto ja videoportaalid P2P failijagamine Sotsiaalvõrgustikud Audiovoog edastus 20
Kasutajate TOP5 tegevused internetis välismaal [4] Surfamine Foto ja videoportaalid, sotsiaalvõrgustikud Audiostriiming P2P Online mängud Mobiilse interneti kasutusmaht konkreetsete terminalide puhul on näidatud tabelis 3, allikaks keskmised andmeside mahud ühes kuuskuus terminali kohta Sonera võrgus oktoobris 2010 [1]. Tabel 3 - Mobiilse interneti keskmine kasutusmaht erinevate terminalide puhul iphone 4 Nokia N900 iphone 3GS Samsung Galaxy S Samsung Wave SE X10 mini Nokia X6 Nokia E72 Nokia 6220 Classic 349 MB kuus 344 MB kuus 318 MB kuus 174 MB kuus 99 MB kuus 98 MB kuus 95 MB kuus 53 MB kuus 13 MB kuus 21
1.2 Nutitelefonide kasutus maailmas 2010. aasta Gartner i analüüs [3], mis näitab erinevate nutitelefonide jaotust maailmaturul, on toodud joonisel 1 [8]. Android operatsioonisüsteemil töötavate nutitelefonide müük suurenes 900 % võrra võrreldes 2009. aastaga. Joonis 1 - Erineva operatsioonisüsteemiga nutitelefonide osakaal 2010. aasta viimases kvartalis müüdi nutitelefone arvutitest rohkem, mis näitab, et "targast" telefonist on saamas uus PC. Uuringufirma IDC andmetel [9] tarnisid nutitelefonide tootjad 2010. aasta lõpus kokku 100,9 miljonit seadet. Võrreldes 2009. aasta sama ajaperioodiga, kus müüdi 53,9 miljonit ühikut, on läbimüük 87,2 protsenti rohkem. Esimest korda ületas tarnitud nutitelefonide arv kvartali lõikes arvutite oma: arvutitootjad tarnisid 2010. aasta neljandas kvartalis 92,1 miljonit seadet, mille hulk kasvas aastaga 5,5 protsenti. Kogu 2010. aasta kohta ostsid ettevõtted ja eraisikud 302,6 miljonit nutitelefone, mida oli võrreldes 2009. aastaga, kus müüdi 173,5 miljonit ühikut, 74,4 protsendi võrra rohkem. Aasta lõikes tegid arvutid 346,2 miljoni ühikuga siiski nutitelefonidele ära ja võrreldes 2009. aasta tasemega müüdi arvuteid 13,6 protsenti rohkem [10]. IDC uuringu järgi olid 2010. aasta viimases kvartalis suurimateks nutitelefoni tootjateks maailmas Nokia, Apple, RIM, Samsung ja HTC [9]. Turuosa protsentuaalne jaotus on toodud joonisel 2. 22
Joonis 2 - Suurimad nutitelefonitootjad maailmas 1.3 Mobiilioperaatorite leviala levikvaliteet ja katvus Eestis Järgneva paragrahvi materjal põhineb allikal [11]. Mõõtmiste sooritamise käigus läbiti kokku 5000 kilomeetrit suuremaid ja väiksemaid maanteid ning mõõdeti samal ajal kõigi kolme mobiilsideoperaatori leviala katvust ja kvaliteeti võrdsetel tingimustel. Mõõdistamiseks kasutati tarkvara Tems Investigation 10.1. Mõõdistuse tulemusena selgus, et võrreldes eelmise aastaga on kõigi kolme operaatori katvus põhimaanteedel paranenud. Keskmised levikvaliteedi näitajad olid mõõtmiste tulemusena kõigil kolmel operaatoril võrdsed. Täpsemad tulemused on toodud allpool olevatel joonistel 2,3,4,5 [11]: 1.3.1 2G ehk GSM võrgu katvus Mõõtmistulemused 2G võrgus näitasid, et signaalitugevus on kõige kõrgem Operaator A võrgus 2010. aastal, mida näitab ka joonis 3. Antud töös ei eristata erinevaid Eesti mobiilioperaatoreid, kuna antud töö seisukohalt ei ole operaatori nimi oluline. 23
Joonis 3 - GSM võrgu katvus Mobiililevi väljendatakse telefoni poolt vastuvõetud raadiolainete signaalitugevuste suhtarvuna detsibellides ühe millivati kohta (dbm). Mida väiksem on miinusmärgiga number, seda tugevam väli ning ühtlasi parem leviga katvus. Näiteks 3 dbm tähendab kahekordset signaali tugevuse erinevust. 1.3.2 3G võrgu katvus Mõõtmistulemused 3G võrgus näitasid, et signaalitugevus on kõige kõrgem Operaator A võrgus. Antud töös ei eristata erinevaid Eesti mobiilioperaatoreid, kuna antud töö seisukohalt pole see oluline. Peatükis 5 on võrreldud autori poolt mõõdetud signaalitugevusi selles peatükis esitatud tulemustega. Joonis 4-3G võrgu levitugevus (dbm) 24
1.3.3 Levikvaliteet 2G ehk GSM võrgus Levikvaliteedi osas on kõigi kolme mobiilsideoperaatori tulemused võrdselt kõrgel tasemel. Joonis 5 - Erinevate operaatorite levikvaliteedid GSM võrgus Selgituseks: levikvaliteeti 2G võrgus väljendatakse mõõteseadme poolt suhtarvuna vahemikus 0-7. Mida väiksem on number, seda vähem informatsiooni läheb kaduma, mis ühtlasi tähendab kõrgemat kvaliteeti. 1.3.4 Levikvaliteet 3G võrgus Joonisel 6 [11] näitavad kvaliteedimõõtmised kõigi kolme operaatori puhul võrdselt kõrget tulemust. Joonis 6 - Operaatorite levikvaliteedid 3G võrgus Selgituseks: levikvaliteeti 3G võrgus väljendatakse mõõteseadme poolt suhtarvuna vahemikus 0-15. Mida väiksem on number, seda vähem informatsiooni läheb kaduma, mis ühtlasi tähendab kõrgemat kvaliteeti. 25
1.4 Mobiilse andmeside allalaadimise (DL) kiirused erinevates Eesti linnades Rahvusvaheline konsultatsiooni- ja insenerfirma Pöyry Telecom OY viis läbi 3,5G andmesidekiiruste mõõtmised Tartus jaanuaris, Pärnus ja Jõhvis märtsis, Viljandis ja Valgas novembris 2010, Otepääl jaanuaris 2011. Operaator A viis samad mõõtmised läbi Tallinnas septembris 2010. Tabelis 4 [12] on näidatud mõlema mõõtmise tulemused. [12] Tabel 4 - Keskmised mobiilse andmeside kiirused erinevates Eesti linnades Keskmine andmeside kiirus Mbit/s Linna nimi Operaator A Operaator B Operaator C Otepää 5,0 2,7 2,4 Võru 5,0 2,4 2,8 Viljandi 4,6 2,9 3,0 Valga 4,0 2,0 1,4 Tallinn 3,8 3,7 2,1 Tartu 3,4 2,7 2,6 Pärnu 4,4 3,0 2,7 Jõhvi 4,7 3,7 3,1 1.5 Kokkuvõte Turu-uuringute põhjal võib väita, et nutitelefonide kasutuse hulk kasvab iga aastaga kordades. Ainuüksi android operatsioonisüsteemil töötavate nutitelefonide müük suurenes 900 % võrra võrreldes 2009. aastaga. Lisaks müüdi nutitelefone 2010. aasta viimases kvartalis arvutitest rohkem, mis näitab, et järjest rohkem hakatakse kasutama mobiilset internetti uuemates nutitelefonides. Nutitelefonid suudavad palju enamat võrreldes eelmise põlvkonna telefonidega ja ka nende kasutajad ootavad telefonist palju enamat kui lihtsalt helistamist, seega ka mobiilse interneti kasutus nutitelefonides suureneb iga päevaga. Käesolevas peatükis jagati kasutajad kolme kategooriasse põhinedes kasutaja harjumustel ja kasutaja DL ja UL kiiruste vajadustel. Esimese kahe kategooria kasutajad vajavad kuni 4 Mbit/s DL andmesidekiirust oma rakenduste kasutamiseks ja lemmiktegevusteks internetis ning nendesse gruppidesse 26
kuuluvad 80% kogu internetikasutajatest. Kasutajate lemmiktegevusteks internetis nii Eestis kui ka mujalmaailmas on surfamine, foto ja videoportaalid, P2P failijagamine, sotsiaalvõrgustikud ja audiostriiming. Nende tegevuste toimimiseks ei vaja kasutajad üle 4 Mbit/s allalaadimiskiirust. Paragrahvis 1.3 kirjeldatud mõõtmiste käigus saadi Eesti keskmiseks 3G signaalitugevuseks -78.27 dbm ja paragrahvis 1.4 keskmiseks allalaadimiskiiruseks Eesti linnades 3.3 Mbit/s. 27
2 3G MOBIILSIDE TEHNOLOOGIA EDASIARENDUS Käesolevas peatükis põhineb allikal [2] ja selles kirjeldatakse kolmanda põlvkonna mobiilside tehnoloogia edasiarendust ehk HSDPA-d. Teaduse ja tehnoloogia areng viimaste aastakümnete jooksul on viinud olukorrani, kus informatsiooni edastus meetodid on muutunud aina võimsamaks, mobiilsemaks ja tavakasutajatele kättesaadavamaks (nii füüsilises kui finantsilises mõttes). Kui heita pilk ajaloole, siis võib täheldada, et valdava osa elektrilise sidepidamise ajast on side all mõeldud kõne-edastust, kuid viimase paarikümne aasta jooksul on kõne taandunud vaid üheks info liigiks ja nüüd räägitakse enamasti juba andme-edastusest, mille alla kuuluvad nii kõne, pilt, tekst jne (ehk kõik informatsioon, mis omab mingit mõistlikku tähendust). Üheks mobiilse andmeside ülekandmise viisiks on pakettandmeside, mille puhul ei looda andmete edastamiseks selleks eraldi kommuteeritavat kanalit (ingl. k. circuit). Tänu sellele hinnastatakse andmesidet mitte andmeside ühenduse aja järgi, vaid ülekantud andmemahu järgi, kuna erinevalt kommuteeritava kanali kasutamisest (sissehelistamine) tarbitakse võrguresurssi vaid andmete ülekandmise ajal. GSM võrkudes on lihtsamaiks pakettandmeside ülekande standardiks GPRS. Hiljem on lisandunud EDGE tehnoloogia. Tänapäeval liigub enamus pakettandmesidet juba kiiretes 3G võrkudes, mis ka omakorda on saanud juurde mitmed täiustused (HSDPA, HSUPA). Praktiliselt kogu mobiilne andmeside põhineb tänapäeval pakettandmesidel. Erinevad andmesidetehnoloogiad ja nende kiirused on kujutatud joonisel 7 [2]. Joonis 7 - Andmesidetehnoloogiate võrdlus 28
Infoülekandesüsteemi üheks kvaliteedinäitajaks ja müügiargumendiks on tema poolt võimaldatav andmeside ülekandekiirus. Fikseeritud ülekandekeskkondades on kiirused jõudnud juba terabitti sekundis suurusjärkudesse, mobiilses andmesides jäävad vastavad numbrid veel tagasihoidlikemaks, kuid seoses nõudluse olemasoluga on ka nö. pakkumine tasapisi järgi tulnud. Üheks mängijaks mobiilsel andmesideareenil on 3-nda põlvkonna mobiilsidesüsteemi baasil loodud kiire andmeside tehnoloogia HSDPA (High Speed Download Packet Access, juurdepääs kiirele pakettide allalaadimisele). Nimest lähtuvalt on kirjeldatav tehnoloogia mõeldud vaid allalüli suunalise andmeside tarbeks, üleslüli suunaline andmeside kasutab ikka tava 3G meetodeid ja võimalusi. HSDPA võimaldab pakkuda reaalajalisi andmemahukaid teenuseid, näiteks videokonverents, videovoogedastus jms, mis on ka kujutatud joonisel 8 [2]. Joonis 8 - Andmesidetehnoloogiate ja teenuste seos Eristamaks HSDPA kanaleid ja teenuseid ja nö. tavalisi 3G kanaleid ja teenuseid, on tavalistele kanalitele viidates kasutatud väljendit Release 99 (või R 99) kanalid, sest nende tehnilised tingimused baseeruvad vastaval 3G spetsifikatsioonil. HSDPA spetsifikatsioonid lisandusid järgmises spetsifikatsiooni väljaandes, mida aga kutsutakse juba Release 5. HSDPA puhul on tegemist WCDMA tehnoloogial põhineva rakendusega, mis kasutab 3G tugijaamade õhuliidestel olevat kanalikoodi- ja võimsuse ressurssi veidi erinevalt R 99 kanalitest. Kui R 99 3G andmesidekandja maksimum-kiiruseks on defineeritud 384kb/s, siis HSDPA puhul on kuni 84.4Mb/s, praktikas on esialgu 29
siiski saavutatud kiiruseid 10-18 Mb/s. Uus tehnika on andnud tugeva tõuke 3Gmobiilvõrkude levikule kogu maailmas. Alates 2006. aastast on ainuüksi ühe aasta jooksul käivitatud ligi 100 HSDPA-võrku 53-l maal, nende hulgas ka Eestis (Elisa, EMT, Tele2, Bravocom). Peatselt edastuskiirused kasvavad veelgi, eriti seoses HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) kasutuselevõtuga, mis lubab ka väljuvas kanalis (üleslülis) tõsta kiiruse kuni 5,76 Mbit/s-ni. HSDPA teises faasis on kavas allalülis kiirust tõsta kuni 84.4 Mbit/s-ni, rakendades muuhulgas raadiokiire fokusseerimist (beanforming) ja mitmikantennide tehnikat (MIMO, Multiple Input Multiple Output). HSDPA põhiomadusteks on Adaptive Modulation and Coding (AMC), mis kasutab lisaks QPSK-le soodsates tingimustes ka kiiremat 16QAM-modulatsiooniskeemi. Lisaks toimub pakettide kiirplaneerimine tugijaamas, mis võimaldab andmeid saata mitmele kasutajale korraga. HSDPA-s kasutatakse kiiret HARQ algoritmi vigaste pakettide uuestisaatmiseks. Lisas C on täpsemalt ära kirjeldatud HSDPA füüsilise kihi struktuur ja kanalistruktuur. 2.1 Adaptiivne modulatsioon ja kodeerimine Moduleerimise ja kodeerimise eest vastutav funktsionaalsus AMC (Adaptive Modulation and Coding) on HSDPA põhiomadus. AMC otsustab UE-lt saadavate CQI-de baasil kodeerimise määra, modulatsiooniskeemi, kasutatavate kanalikoodidekoodide arvu ja kanali saatevõimsuse üle. HS-DSCH kanali kodeerimine, HARQ algorütm, HS-DSCH modulatsioon ja blokkide ajastus on samuti ära toodud lisas C. HSDPA-s kärjevahetust kirjeldab täpsemalt lisa C.6. 2.2 Hsdpa terminalid 3G spetsifikatsioonis Release 9 (TS 25.306 5.1a tabel) on defineeritud 28 HSDPAd toetavat terminali kategooriat [2], [13], millistele vastavad terminalide omadused on loetletud tabelis 17 lisas C.8. Magistritöö mõõtmiste toimumise ajal oli tugijaamades kasutusel 14. terminali kategooria. 30
Toodud kategooriad korrastavad erinevate terminalitootjate poolt pakutavat terminalide valikut. R 99 spetsifikatsiooniga oli tootjatele jäetud suhteliselt vabad käed erinevate võimaluste integreerimiseks oma seadmetesse ja see põhjustas tarbijates segadust. Osad hetkel turul olevatest terminalidest on realiseeritud arvutikaartidena ilma kõneteenuse toeta, kuid on palju ka nn. klassikaliseid mobiiltelefone millesse on integreeritud HSDPA funktsionaalsus. 2.3 Kokkuvõte HSDPA rakendamisega 3G võrkudesse on võimaldatud mobiilside võrkude klientidel kasutada andmesideteenuseid, mis senini olid traadita andmesidevõrkude (WIFI, WiMAX jms) pärusmaa, kusjuures HSDPA-ga kaasneb lisaväärtus kiire andmeside mobiilsuse näol, mis teistes võrkudes ei ole nii enesestmõistetav. Samuti on HSDPA ellurakendamiseks olemas korralik baas olemasolevate R 99 tugijaamade näol, mis võimaldab saavutada kiiresti R 99-ga võrreldava leviala. Siiski ei ole HSDPA veel täielikult andmesidevõrkude vääriline, sest üleslüli suunaline kiirus on ikka veel piiratud R 99 võimalustega, kuid selle puuduse kõrvaldamiseks on 3G Release 6-s spetsifitseeritud tehnoloogia HSUPA. 31
3 ASCOM TEMS INVESTIGATION 10.1 PROGRAMM Järgnevas peatükis tutvustatakse ASCOM programmi [14]. Programmiga mõõdeti magistritöö eesmärkide saavutamiseks vajalikud parameetrid. Lisaks on ära mainitud selles peatükis, miks just see programm valiti ja mis parameetreid veel annab selle programmiga mõõta. 3.1 Sissejuhatus Oma töös kasutasin ma mõõtmistulemuste saamiseks Ascomi programmi. Allika [16] põhjal tehti uuring kaasates 31 kasutajat. Programmi hinnati usaldusväärseks, seda on lihtne kasutada, on väga efektiivne ning hinna ja kvaliteedi suhe on väga hea. Punktid 10 palli süsteemis olid vastavalt 7.9/7.6/8.3/7.7. Programmi saab andmete kogumiseks kasutada sõidukites sõidu ajal, hoonetes levitingimuste mõõtmiseks ja lisaks ka välistingimustes töötamisel. Tems Investigation sobib võrguoperaatoritele igapäevasteks võrguhalduseks vajaminevate ülesannete täitmiseks. Mõeldud on see mobiilsidevõrgu häirete otsimiseks, võrgu töö kontrollimiseks ja optimeerimiseks. Lisaks võimaldab Temsi programm mobiilsideoperaatoritel mõõta oma leviala kvaliteeti ja katvust. Andmeid on võimalik koguda reaalajas, samal ajal neid analüüsida ja hiljem ka töödelda, mis on ka kujutatud joonisel 9 [13]. Seega teeb vastav programm üksi ära mitme teise programmi töö ja vähendab sellega tunduvalt firma kulusid ja säästab töötajate aega ja vaeva. 32
Joonis 9 - Tems programmi kasutusvõimalused Programm toetab järgmisi tehnoloogiaid: GSM/GPRS/EGPRS WCDMA/HSDPA/HSUPA/HSPA+ TD-SCDMA CDMA (IS-95 EV-DO Rev A) WiMAX LTE Kõiki mõõdetavaid raadioside parameetreid on hiljem võimalik töödelda ja neid kasutada tabelites, esitlustes. Programm on väga paindlik kasutajaliides, ei vaja pikka koolitust tundma õppimiseks ja tootjatelt on tagatud ülemaailmne tehniline tugi. Programm on tasuta allalaetav, kuid kasutamiseks vajab iga kasutaja eraldi võtit turvatud mälupulgal, mis tuleb endale soetada. Programmi nõuded arvutile on töö lisas 2. 3.2 Andmete kogumine Tems Investigation toetab rohkem kui 130-t mobiiltelefoni, skännerit, USB modemit ja marsruuterit, mis on toodetud üle maailma tuntud tootjatelt [21]. 33
Korraga on võimalik sama-aegselt kasutada mitut seadet andmete kogumiseks, mis hoiab kokku nii aja- kui finantskulusid. Lisaks traditsioonilistele raadioside andmete kogumistele on võimalik ka L2/L3 sõnumite ja IP teave kogumine. Toetab CS (Circuit Switched kanalikommutatsioonil põhinevaid) ja PS (Packet Switched pakettkommutatsioonil põhinevaid) teenuste testimist, sealhulgas kõne-, videotelefoniside, FTP, HTTP, ping, e-mail, WAP, MMS,SMS ja video striiming. 3.3 Järeltöötlus Kuna programm salvestab kõik tegevused ja mõõtmised logifailidesse, siis on hiljem võimalik neid analüüsida ja töödelda logifaile maha mängides. Rohkem kui 1000 infoelementi ja 150 sündmust on võimalik esitada rohkem kui 100-s eelmääratletud esitlusaknas. Programmi paindlikkus võimaldab kasutajatel muuta ja kindlaks määrata vajalikke vaateid õigete parameetrite jälgimiseks. Kõik esitlusaknad on omavahel sünkroniseeritud, mis võimaldab erinevate ajas muutuvate parameetrite samaaegset jälgimist. Kõik seadistamised salvestatakse tööruumidesse programmis, mida on võimalik teiste kasutajatega jagada ja taasavada. 3.4 Aruanded Aruannete koostamiseks on TEMSi programmis vastav väljund. Selle abiga on võimalik näiteks Microsoft Wordi lisada otse graafikuid ja tabeleid GSM ja WCDMA häälestuseks. Neid aruandeid saab kasutada võrgu paremaks planeerimiseks, leviala laiendamiseks ja kvaliteedi parandamiseks. Lisaks on võimalik mis tahes katsetulemustest luua HTML aruanne. Tems toetab ka KPI aruannete koostamist (kõnede katkemise hulka võimalik jälgida) ja kogenud kasutajad saavad Pythoni skripte kasutades logifaile järeltöödelda. Programmi puuduseks on graafikutel olevate parameetrite väärtuste suurusjärgu määramine. 3.5 Kokkuvõte GSM, GPRS, EDGE, GAN (UMA), WCDMA, HSPA, HSPA+, CDMA ( kaasarvatud EV-DO Rev A), WiMAX, and LTE toetus Toetab rohkem kui 130-t Sony Ericsson, Ericsson, Motorola, Nokia, Qualcomm TM telefoni 34
GSM and WCDMA terminalide skaneerimine Välise skänneri toetus: PCTEL SeeGull EX, SeeGull EX mini, SeeGull LX, DRT 4301A WiMAX, DRT 4301A LTE SISO Teenuste testimine (FTP, HTTP, Ping, e-mail, WAP, MMS, SMS ja videostriiming) Heli kvaliteedi mõõtmine, sealhulgas PESQ (mobiililt mobiilile ja mobiilit fix võrku Kõne kvaliteedi (MOS, dbq), video striiming kvaliteedi (MOS) ja video telefoni kvaliteedi indeks (MOS) Layer 2 and 3 dekodeerimine IP protokoli jälgimine Sisetingmustes levi mõõtmine Sündmuste reaalajas vaatlemine KPI aruanded video striimingu, FTP, HTTP, e-maili, MMS, WAP teenuste jaoks. Sündmuste loendur ja andmete valija sündmuste statistika näitamiseks Logifailide eksport kasutades MDM formaati CDMA ja Google Earth jaoks Python skriptimise funktsionaalsus andmete kättesaamiseks logifailidest Windows Vista ja Windows 7 toetus 35
4 MÕÕTETULEMUSTE ANALÜÜS Selles peatükis on ära toodud kõigi katsete mõõtmistulemused ja nende analüüs. Allika [15] põhjal tehtud mõõtmised toimusid nõrga signaalitugevusega keskkonnas, tugeva signaalitugevusega keskkonnas ja lisaks sõidu ajal keskmise kiirusega 60 km/h. Autor arvestas mõõtmiskeskkondade valikul allika [15] põhjal kirjeldatud mõõtmiskohti, valides samuti üheks mõõtmiskohaks asula (nõrk signaalitugevus, kasutajaid palju), sisevõrgu (väga tugev signaal, teisi kasutajaid polnud), sõiduajal mõõtmise ja autor lisas veel üheks mõõtmiskeskkonnaks asulast välise ala (keskmine signaali tugevus ja vähe kasutajaid). Seega antud töö katsed toimusid neljas erinevas keskkonnas: asulas, asulast väljas, liikudes asulast linna ning linnatänavatel ja viimasena sisevõrgus, kus mõõtmised toimusid saatjale väga lähedal ja teisi kasutajaid polnud. Katsete käigus kasutas autor korraga kuni kolme modemit, mis laadisid samal ajal alla serverist suuremahulist faili. Põhimodemiks oli Huawei 182E [Lisa1] (maksimaalne DL 21 Mbit/s), lisamodemiteks võrgukoormuse tekitamiseks kasutati samuti Huawei modemeid E172 ja E220. Lisaks kasutati skännerit PCTEL SeeGull EX, mis aitas salvestada GPS-i abil mõõtmise hetke asukohta ja sõidukiirust. Kõik mõõtmistulemused salvestusid 3. peatükis kirjeldatud programmi TEMS logifailidena. Hiljem töödeldi neid logifaile ja koostati vastavad joonised ja tabelid ülevaate saamiseks. Lisaks kasutati lisamõõtmiste jaoks nutitelefoni LG GT540, et samuti testida mobiilseid andmesidekiirusi. Peatükis 2.1 on juttu AMC-st ja sellest, kuidas AMC otsustab UE-lt saadavate CQI-de baasil kodeerimise määra, modulatsiooniskeemi, kasutatavate kanalikoodidekoodide arvu ja kanali saatevõimsuse üle, siis üheks parameetriks mida mõõdeti igal katsel oligi HS CQI. Peatükis 1.3 on öeldud, et mobiililevi väljendatakse telefoni poolt vastuvõetud raadiolainete signaalitugevuste suhtarvuna detsibellides (dbm). Mida väiksem on miinusmärgiga number, seda tugevam signaalitugevus ning ühtlasi parem leviga katvus, seega teisteks parameetriteks, mida mõõdeti, saidki pilootsignaali signaalitugevus (CPICH RSCP) ja pilootkanali signaalimürasuhe (CPICH Ec/No). Kõige viimaseks ja 36
samuti väga oluliseks parameetriks oli valitud DL andmesidekiirus. DL kiirust mõõdeti katsete ajal, samal ajal modemiga E182 serverist faili alla laadides. Tabelites 6-15 on kujutatud parameetrid (CQI ja HS-DSCH läbilaskevõime), väärtuste lävi, mis määrati autori poolt ja protsent kogu mõõtmise ajast, millal vastav parameetri väärtus oli määratud lävist suurem. Joonistel 10-33 on kujutatud CQI maksimaalne väärtus ja minimaalne väärtus ning nende väärtuste katse keskmine (mean) ja mediaan (median). Lisaks on võimalik näha joonistel 17-40 horisontaalteljel CQI väärtust ja vasakpoolsel vertikaalteljel mitu korda esines igat CQI väärtust. Tabelis 5 [14]on näidatud vajalike parameetrite klassid, mida arvestas autor järelduste tegemisel. Tabel 5 Signaalimürasuhte ja signaalitugevuse klassid CPICH Ec/No CPICH RSCP Signaalimürasuhe [db] Signaalitugevus [dbm] Kõrge -9.7-70...-85 Keskmine -9.7...-12.0-85...-100 Madal -12.0...-16.0-100 37
4.1 Testid linnas Katse on mõõdetud esialgu ühe ja seejärel kahega modemiga. Kolmega ei olnud vajadust mõõta, põhjusel, et linnas on autori arvates kasutajaid piisavalt palju ja lisakoormuse tekitamine ei ole vajalik. Tabelist 6 on näha, et ühe modemi korral 65% kogu mõõdetud ajast on DL kiirus üle 2000 kbit/s ja 47% üle 3000 kbit/s. Kahe modemi korral vastavalt 84% ja 15%. Kahe katse keskmine CQI oli 20,25. Keskmine signaali tugevus linnas kuulus tabeli 6 järgi keskmisse signaalitugevusklassi ja oli -94,43 dbm ja mediaan -94.47. Keskmine signaalimürasuhe oli -9.74 db ja mediaan -9.97 db, kuuludes keskmisse signaalimürasuhte klassi. Keskmine DL kiirus oli katsete põhjal linnas 3454 kbit/s, hoolimata sellest, kas tegemist oli kahe või ühe modemiga. 4.1.1 Mõõtmised ühe modemiga Tabel 6 Mõõtmistulemused ühe modemiga linnas Joonis 10 CQI max ühe modemiga linnas Joonis 11 CQI min ühe modemiga linnas 38
4.1.2 Mõõtmised kahe modemiga Tabel 7 Mõõtmistulemused kahe modemiga linnas Joonis 12 CQI max kahe modemiga linnas Joonis 13 CQI min kahe modemiga linnas 39
4.2 Testid linnast väljas Järgmiseks keskkonnaks valis autor asulavälise koha, kus asustus hõre. Mõõtmised toimusid kuni kolme modemiga. Keskmiseks signaali tugevuseks linnast väljas oli -77.60 dbm ja mediaan -73.08 dbm (kõrge klass). Signaali müra suhe 0..-10dB 75%, saavutades keskmiseks -7.52 db ja mediaaniks -7.48 db (kõrge klass). Keskmine DL kiirus linnast väljas oli 3623 kbit/s kõikide modemite korra. 4.2.1 Mõõtmised ühe modemiga Tabel 8 Mõõtmistulemused linnast väljas ühe modemiga Joonis 14 CQI max linnast väljas ühe modemiga Joonis 15 CQI min linnast väljas ühe modemiga 40
4.2.2 Mõõtmised kahe modemiga linnast väljas Tabel 9 Mõõtmistulemused linnast väljas kahe modemiga Joonis 16 CQI max linnast väljas kahe modemiga Joonis 17 CQI min linnast väljas kahe modemiga 41
4.2.3 Mõõtmised kolme modemiga linnast väljas Tabel 10 Mõõtmistulemused linnast väljas kolme modemiga Joonis 18 CQI max linnast väljas kolme modemiga Joonis 19 CQI min linnast väljas kolme modemiga 42
4.3 Testid sisevõrgus Andmesidekiiruse ja koormuse mõõtmised toimusid keskkonnas, kus teisi kasutajaid samas võrgus polnud ja mõõtmiskoht asus saatjale väga lähedal. Signaalitugevus oli väga hea. Signaalitugevus oli 0dBm...-85dBm vahel 100% koguajast, keskmiseks signaali tugevuseks sisevõrgus oli -62.83 dbm ja mediaan - 63.76 (kõrge klass). Signaali müra suhe 0..-10dB 98%, saavutades keskmiseks - 7.51 db ja mediaaniks -7.54 db (kõrge klass). Keskmine DL kiirus sisevõrgus oli 6458,7 kbit/s. 4.3.1 Mõõtmised ühe modemiga Tabel 11 Mõõtmised sisevõrgus ühe modemiga Joonis 20 CQI max sisevõrgus ühe modemiga Joonis 21 CQI min sisevõrgus ühe modemiga Joonis 22 DL kiirus sisevõrgus 43
4.3.2 Mõõtmised kahe modemiga Mõõtmised toimusid nagu ka eelmise katse puhul sisevõrgus. Selles katses jälgiti ka teise modemi andmesidekiirust. Tabel 12 Mõõtmised kahe modemiga sisevõrgus esimese modemiga Joonis 23 CQI max sisevõrgus esimese modemiga Joonis 24 CQI min sisevõrgus esimese modemiga Joonis 25 DL kiirus sisevõrgus esimese modemiga 44
Teise modemi mõõtetulemused on kujutatud järgmistel joonistel: Joonis 26, Joonis 27, Joonis 28. Tabel 13 Mõõtmistulemused kahe modemiga sisevõrgus teise modemi korral Joonis 26 CQI max sisevõrgus teise modemi korral Joonis 27 CQI min sisevõrgus teise modemi korral Joonis 28 DL kiirus sisevõrgus teise modemiga 45
4.3.3 Mõõtmised kolme modemiga Tabel 14 Mõõtmistulemused sisevõrgus kolme modemiga Joonis 29 - CQI max sisevõrgus kolme modemiga Joonis 30 CQI min sisevõrgus kolme modemiga Joonis 31 DL kiirus esimese modemiga kolme modemi korral 46
4.4 Testid sõidu ajal Sõidu ajal toimusid kõik mõõtmised kasutades kolme modemit korraga. Lisaks mõõdeti selles katses ka sõidukiirust katse ajal. Signaalitugevus oli -85 dbm...-100 dbm vahel 38% koguajast, 0 dbm..-85 dbm vahel 56%. Keskmiseks signaali tugevuseks sõidu ajal oli -90.06 dbm ja mediaan -89.38 dbm (keskmine klass). Signaali müra suhe 0..-10 db 75%, saavutades keskmiseks -8.75 db ja mediaaniks -8.48 db (kõrge klass). Keskmine DL kiirus oli sõidu ajal 3529 kbit/s. Keskmine sõidukiirus oli katsete ajal 53.76 km/h. Tabel 15 Mõõtmistulemused sõidu ajal kolme modemi korral 47
Joonis 32 - CQI max sõidu ajal Joonis 33 CQI min sõidu ajal Joonis 34 Sõidu kiirus mõõtmise ajal
4.5 Testide tulemused Paragrahvides 4.1, 4.2, 4.3 ja 4.4 mõõdetud katsete kokkuvõtlikud tulemused on esitatud tabelis 16. Tabelist 16 on näha, et keskmine DL kiirus kõigis mõõdetud asukohtades oli üle 3000 kbit/s. Signaali tugevus jäi -60 dbm ja -95 dbm vahele ehk siis viite [14] järgi jaotatud klassidest keskmisesse ja kõrgesse klassi. Signaalimürasuhe jäi -7,5 ja -9.7 vahele ehk siis kõrgemasse klassi, mis on väga hea, et saavutada kiireid DL andmesidekiirusi. Tabel 16 Katsete mõõtmistulemused Mõõdetud Mõõtmise asukoht Linnast väljas Sõidu ajal Linnas Sisevõrgus parameeter DL kiirus üle 2000 kbit/s (%) DL kiirus üle 3000 kbit/s (%) 71,4 66,0 63,9 87,5 53,1 54,0 44,4 74,6 Signaalitugevus (dbm) -77.6-90,1-94,4-62,8 Signaalimürasuhe (db) -7,5-8,8-9,7-7.5 CQI keskmine 22,5 23,9 20,6 28,2 Keskmine DL kiirus (kbit/s) 3623,0 3529,0 3454,0 6952,0 49
5.6 Järeldused Peatükis 1 on välja toodud nutitelefonide kasutajate lemmiktegevused internetis ja nende tegevuste toimimiseks vajaminev DL kiirus. Lemmiktegevusteks on internetis surfamine, foto ja videoportaalid, P2P failijagamine, sotsiaalvõrgustikud ja audiostriiming ja kõigi nende tegevuste jaoks piisab kuni 4 Mbit/s DL andmesidekiirusest. Lisaks on välja toodud mõõtmiste käigus saadud Eesti keskmine 3G signaalitugevus -78.27 dbm ja keskmine allalaadimiskiirus Eesti linnades 3.3 Mbit/s. Tabelist 17 võib näha, et antud töös oli signaalitugevus parem punktis 1.3 mõõdetud tulemusest ainult linnast väljas ja sisevõrgus mõõtmisel, sõidu ajal ja linnas oli signaalitugevus tunduvalt nõrgem. Siiski keskmine allalaadimiskiirus õnnestus saada mõõtmise käigus kiirem igas mõõtmise asukohas kui punktis 1.4 välja toodud 3.3 Mbit/s. Lisaks võib tabeli 16 põhjal väita, et kõige enam mõjutab DL kiiruse suurust signaalitugevus, kuid on ka näha, et signaalimürasuhte ja CQI muutused mõjutavad DL kiirust. Võttes arvesse eelnevates peatükkides väljatoodud nutitelefonide kasutajate lemmiktegevused ja nende kasutamiseks vajaminevad andmeside kiirused, võib väita, et 2011 aasta maikuu seisuga on Eesti mobiilside võrk piisavalt hästi planeeritud ja et 80% kõigist nutitelefoni kasutajatest saavad oma lemmiktegevused läbi mobiilse andmeside ära tehtud, ilma et peaks muretsema selleks vajamineva andmesidekiiruse mitte kättesaadavuse pärast. Üldiselt võib välja tuua, et praktiliselt kõigi tegevuste jaoks nutitelefonidega piisab kuni 10 Mbit/s DL andmesidekiirusest, mis õnnestus mõnel katsel ka kätte saada, seda siiski ainult modemiga. Lisaks on Eestis juba võimalik kasutada tunduvalt kiiremat mobiilset internetiühendust, kiirused reaalselt kuni 80 Mbit/s, kuid seda kahjuks ükski Eestis müügilolev nutitelefon veel ei toeta. Maailmas on müügil mõned üksikud nutitelefonid, mis toetavad 4G kiirusi, näiteks HTC Evo 4G [17]. 50
KOKKUVÕTE Antud töö kirjutamise põhjus tuli autori soovist välja selgitada kas Eesti mobiilioperaatorite poolt pakutavad andmesidekiirused on piisavad nutitelefonide kasutajatele oma lemmiktegevuste kasutamiseks. Selleks selgitas autor välja nutitelefonide kasutajate lemmiktegevused internetis ja nende tegevuste toimimiseks vajalikud andmesidekiirused. Praktilises osas mõõtis autor andmeside kiirusi nii linnas, linnast väljas, autoga sõites kui ka sisevõrgus ja hiljem võrdles neid teiste sõltumatute firmade poolt juba varem mõõdetud tulemustega. Lõpuks kõiki eelnevaid tulemusi arvestades võis väita, et 2011. aasta mai seisuga on Eestis piisavalt hästi planeeritud mobiilsidevõrk, et vähemalt 80% nutitelefoni kasutajatest saaks oma lemmiktegevusi internetis teostada. Töös tutvustati HSDPA tehnoloogiat, selle struktuuri ja erinevusi võrreldes R 99- ga nagu näiteks HARQ ja AMC ja lisaks QPSK modulatsioonile 16QAM modulatsiooni kasutamine. Lisaks tutvustati töös ka Ascomi programmi ja selle kasutusvõimalusi ja eeliseid teiste samalaadsete programmide ees. Edasistes uurimustöödes soovitab autor mõõta ja katsetada 4G tehnoloogiat (LTE Long Term Evolution). 4G on uus arenev mobiilside põlvkond, mis avab uksed uutele võimalustele mobiilsides. Seda nii paranenud kodutöö võimaluste osas, virtuaaltehnoloogiate rakendamisel ja HD-videopildiga. Kiirused 4G võrgus on kuni 100 Mbit/s allalaadimisel ning üleslaadimisel kuni 50 Mbit/s [18]. Tavapäraselt saavutatavad keskmised allalaadimise kiirused jäävad 4G võrgus vahemikku 20 80 Mbit/s ja üleslaadimisel 2 40 Mbit/s ning sõltuvad enamasti tugijaama kaugusest. Selliste andmesidekiiruste juures peaks olema kõigi nutitelefonikasutajate nõudmised täidetud. 51
VIITELOETELU Kõik internetis olevad viited olid kättesaadavad 05.juuni 2011 a. seisuga. 1. Ando Meentalo. Rakendused ja Internet,18.02.2011. Pressiteade 2. Laidvee, A. Kolmanda põlvkonna mobiilsidesüsteemi baasil loodud kiire andmeside tehnoloogia HSDPA // A & A (2007) 1, lk. 49-58 3. Technology Research & Business Leader Insight Gartner Inc. [WWW] http://www.gartner.com/it/page.jsp?id=1543014 4. OBI TECHNICAL PAPER NO.4. Broadband performance. [WWW] http://transition.fcc.gov/daily_releases/daily_business/2010/db0813/doc- 300902A1.pdf 5. John B. Horrigan. Pew Internet & American Life Project. The Mobile Difference (2009) 6. Tavapärased ja teoreetilised kiirused mobiilsidevõrkudes. [WWW] https://www.emt.ee/web/www/teenused/interneti-kiirus 7. Videovoode kiiruste nõuded. [WWW] http://www.hulu.com/support/technical_faq 8. Brownlow, M. Smartphone statistics and market share, March 2011. [WWW] http://www.email-marketing-reports.com/wirelessmobile/smartphone-statistics.htm 9. IDC Worldwide Quarterly Mobile Phone Tracker, jaanuar 27, 2011, [WWW] http://www.idc.com/about/viewpressrelease.jsp?containerid=prus22689111 §ionid=null&elementid=null&pagetype=synopsis 10. Brownlow, M. Smartphones have begun to outsell PCs, March 2011. [WWW] http://www.intomobile.com/2011/02/08/smartphones-have-begunto-outsell-pcs/ 11. Mobiilsideoperaatorite levikvaliteet on võrdne. [WWW] http://www.tele2.ee/mobiilsideoperaatorite_levikvaliteet_on_vordne.html 52
12. Mobiilse interneti levi. [WWW] http://www.elisa.ee/et/eraklient/teenused/76/mobiilse-interneti-levi 13. 3G spetsifikatsioon Release 9. [WWW] http://www.3gpp.org/ftp/specs/htmlinfo/25306.htm 14. TEMS Investigation 10.1 Route Analysis User's Manual 15. Derksen, J., Jansen, R., Maijala, M., Westerberg, E. HSDPA performance and evolution. [WWW] http://digitus.itk.ppke.hu/~takacsgy/6_hsdpa.pdf 16. Ascom Tems Investigation reviews. [WWW] http://ee.diplotop.com/review/ascom/tems%20investigation 17. HTC Launches 3 new 4g smartphones [WWW] http://www.htc.com/us/press/htc-launches-3-new-4g-smartphones/23 18. Tehnoloogiad ja abi. [WWW] https://www.emt.ee/internet/tehnoloogia 53
LISA A HUAWEI E182E MODEM A.1 Overview The E182E supports the following standards: High-speed packet access plus (HSPA+) Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) Enhanced data rates for global evolution (EDGE) General packet radio service (GPRS) Global system for mobile communications (GSM) The E182E provides the following services: HSPA+ packet data service HSUPA packet data service HSDPA/UMTS packet data service EDGE/GPRS packet data service WCDMA/GSM Short Message Service (SMS) A.2. Main Features The E182E mainly supports the following features: HSPA+/UMTS 2100/1900/900/850MHz, GSM/GPRS/EDGE 850/900/1800/1900MHz Equalizer and receive diversity(type 3) 28.8Mbit/s MIMO ready; HSDPA data service of up to 21.6 Mbit/s HSUPA data service of up to 5.76 54