JultikaUniversity of Oulu repository

Radio access networks are constantly evolving into a more data intensive direction, emphasizing lower latencies and higher data rates. The growing number of mobile data users and the amount of data they consume requires more data processing capacity from mobile base stations than ever before. As radio access networks evolve according to 3GPP’s plans, so do base station hardware and software. This thesis presents a method for estimating data-link layer processing latencies in an LTE base station. Estimation helps base station manufacturers identify technical performance bottlenecks. It also provides an indication of what level of capacity can be offered to customers. Customers require capacity specifications before products are even implemented so that they can start planning their networks based on these estimated capacity limits. Knowing the capacity limits of new products before they are implemented is a key selling point when the products are being marketed towards network operators. A performance comparison of three different data-link layer implementations of an LTE base station is also presented. Measurement-based worst-case execution time estimation methods are used to create a parameterized model of each implementation. Modeling is done by relating changes in input parameters to changes in the observed execution times using statistical modeling techniques. Measurements are conducted using designed experiments. The resulting models are verified and validated, after which they can be used to estimate processing latencies for different parameter configurations, and to estimate capacity limits of future base station products.

Radioliityntäverkkojen kehityksessä on viime aikoina keskitytty viiveiden lyhentämiseen ja tiedonsiirtonopeuksien kasvattamiseen. Mobiilidatan käyttäjien ja heidän käyttämänsä datan kasvava määrä vaatii tukiasemilta enemmän tiedonkäsittelykapasiteettia kuin koskaan aiemmin. Kun radioliityntäverkkoja kehitetään 3GPP:n kehityssuunnitelmien mukaan, samalla kehittyvät myös verkon tukiasemien laitteistot ja ohjelmistot. Tässä työssä esitetään menetelmä, jonka avulla voidaan ennustaa LTE -tukiaseman siirtoyhteyskerroksen latensseja. Ennustaminen auttaa tukiasemavalmistajia tunnistamaan teknisiä suorituskyvyn pullonkauloja. Ennusteet myös tarjoavat mahdollisuuden arvioida, kuinka paljon kapasiteettia uudet tuotteet voivat tukea. Verkko-operaattorit vaativat tietoa uusien tuotteiden kapasiteettirajoituksista jo ennen kuin tuotteet ovat vielä valmiita. He käyttävät tätä tietoa verkkosuunnittelunsa tukena. Kapasiteettirajoitusten tunteminen jo ennen tuotteiden toteutusta on tärkeä myyntivaltti, kun uusia tukiasematuotteita markkinoidaan operaattoreille. Tässä työssä esitetään myös kolmen erilaisen LTE-tukiaseman siirtoyhteyskerroksen toteutuksen suorituskykyvertailu. Mittauksiin perustuvia huonoimman suoritusajan arviointimenetelmiä käytetään luomaan parametrimalli kustakin toteutuksesta. Mallinnus toteutetaan suhteuttamalla parametrien arvojen muutokset niistä aiheutuvien siirtoyhteyskerroksen käsittelylatenssien muutoksiin käyttäen tilastollisia mallinnusmenetelmiä. Mittaukset toteutetaan käyttäen suunniteltuja kokeita. Tuloksena saatavat mallit todennetaan, minkä jälkeen niitä voidaan käyttää ennustamaan käsittelylatensseja eri parametriyhdistelmille. Malleja voidaan käyttää myös ennustamaan tulevien toteutusten tukemaa kapasiteettia ja suorituskykyä.