University of Oulu

5G network end-to-end delay measurements for live video streaming

Saved in:
Author: Pauanne, Antti1
Organizations: 1Elektroniikan ja tietoliikennetekniikan maisteriohjelma
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 3.1 MB)
Pages: 73
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202002251214
Language: English
Published: Oulu : A. Pauanne, 2020
Publish Date: 2020-02-25
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Pouttu, Ari
Reviewer: Pouttu, Ari
Niemelä, Ville
Description:

Abstract

Focus of this thesis is in the data transmission delay comparison between Edge server and Cloud server when utilizing either 4G or 5G connectivity. In previous mobile phone network generations for example a multimedia server had to be installed on a Cloud server in the internet. 5G mobile phone network introduces a new concept called Edge server. Edge server is located close to the base station and therefore it is assumed to shorten the data transmission delay between the 5G mobile/client and a server application. Edge server can be used both in 4G and 5G networks.

In this thesis first the 5G network and the essential new 5G architecture main design principles are gone through. Next the 5G Test Network that is used as a test environment is described and 5G main modules like Multi-access Edge Computing are introduced. 5G performance is clarified and compared against 4G.

Delay testing is done in the 5G Test Network using Hospital Use Case demo. There operating room personnel like doctors and nurses is wearing Augmented Reality glasses and they are streaming their view together with patient status related information to multimedia server residing in 5G Test Network Edge server or in internet cloud. From the multimedia server the video is streamed by for example students, medical experts or consultants in a remote location. As part of the thesis the test system is defined and built based on the Hospital Use Case demo. Test specification is created, and tests are executed according to it. Results are recorded and analysed.

Data transmission delays between the video stream originator and multimedia server are measured using Qosium measurement system. Also delay between the multimedia server and the streaming client is measured. Measurements are done for configurations where multimedia server is located at the Edge server and the internet cloud server. Both 4G and 5G connectivity is used for both server locations.

When delay measurement results were compared it became clear that Edge server has much shorter data transmission delays compared to the internet cloud server. With 5G connectivity the delay was measured to be around 10 milliseconds for both uplink and downlink. With internet cloud the delays varied between 31 and 45 milliseconds with 5G connection. It can be concluded that from today’s mobile phone networks, 5G network does offer the fastest connection to a server environment by utilizing Edge server.

5G verkon viiveen mittaaminen videostriimille

Tiivistelmä

Tämä diplomityö keskittyy vertaamaan datatiedonsiirron eroja reunapalvelimen ja internetin pilvipalvelimen välillä 4G ja 5G matkapuhelinverkossa. Aiempien sukupolvien matkapuhelinverkoissa esimerkiksi multimediapalvelin oli asennettava internetin pilvipalvelimelle. Viidennen sukupolven matkapuhelinverkossa otetaan käyttöön reunapalvelin. Reunapalvelin sijaitsee tukiaseman läheisyydessä ja täten sen oletetaan lyhentävän 5G-päätelaitteen ja palvelimen sovelluksen välistä tiedonsiirtoviivettä. Reunapalvelinta voidaan käyttää sekä neljännen että viidennen sukupolven matkapuhelinverkoissa.

Tässä diplomityössä käydään ensin läpi 5G-matkapuhelinverkko ja sen arkkitehtuurin pääsuunnittelukriteerit. Seuraavaksi kuvataan testaamisessa käytettävä 5G-testiverkko ja 5G-verkon tärkeimmät moduulit kuten Multi-access Edge Computing. 5G-verkon suorituskyky selitetään ja sitä verrataan edelliseen 4. sukupolven verkkoon.

Viivemittaukset tehdään 5G testiverkossa käyttäen 5G lääketieteen käyttötapauksen demoympäristöä. Siinä operointihuoneen henkilöstöllä, kuten lääkäreillä ja hoitajilla, on yllään lisätyn todellisuuden lasit. Lasit lähettävät henkilön näkymän ja potilaaseen liittyvää tietoa 5G-testiverkon reunapalvelimella tai internetin pilvipalvelimella sijaitsevalle multimediapalvelimelle. Multimediapalvelimelta video striimataan esimerkiksi lääketieteen opiskelijoille, asiantuntijoille tai konsulteille, jotka ovat etäällä lähetyspaikasta. Osana diplomityötä määritellään ja rakennetaan lääketieteen käyttötapauksen demon perustuva testausjärjestelmä. Testispesifikaatio luodaan, testit suoritetaan sen perusteella. Testitulokset tallennetaan ja analysoidaan.

Tiedonsiirtoviiveet videolähteen ja multimediapalvelimen välillä mitataan käyttäen Qosium mittausjärjestelmää. Myös multimediapalvelimen ja videostriimin vastaanottajan väliset viiveet mitataan. Mittaukset tehdään konfiguraatiolle, jossa multimediapalvelin on sijoitettu reunapalvelimelle ja konfiguraatiolle, jossa se on sijoitettu internetin pilvipalvelimelle. Sekä 4G että 5G-yhteyttä käytetään molemmille konfiguraatiolle.

Kun mittaustuloksia verrataan, käy selväksi, että reunapalvelimella on huomattavasti lyhyempi tiedonsiirtoviive kuin internetin pilvipalvelimella. 5G-yhteydellä mitattu viive oli noin 10 ms sekä ylössyöttö- että alassyöttösuuntaan. Internetin pilvipalvelimella viiveet vaihtelivat 31 ja 45 millisekunnin välillä 5G-yhteydellä. Voidaankin todeta, että nykyisistä matkapuhelinverkoista 5G-verkko tarjoaa nopeimman yhteyden palvelinympäristöön reunapalvelimen avulla.

see all

Subjects:
Copyright information: © Antti Pauanne, 2020. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.