Doświadczalna Sieć Trójmiejskiej SKM Łukasz Wiszniewski Paweł Gołaszewski

Cel Badań Zbadanie możliwości stworzenia infrastruktury umożliwiającej dostęp do sieci dla pasażerów pociągów PKM oraz SKM

Partnerzy Szybka Kolej Miejska Pomorska Kolej Metropolitalna S.A. udostępnienie jednego składu EN57 oraz lokalizacji do instalacji urządzeń Pomorska Kolej Metropolitalna S.A. pomysłodawca badań Passus sp z.o.o dostarczenie, instalacja sprzętu utrzymanie działania urządzeń bezprzewodowych Centrum Informatyczne TASK przygotowanie procedury testowej przeprowadzenie pomiarów

Pomorska Kolej Metropolitalna

Szybka Kolej Miejska Lokalny przewoźnik kolejowy łączący miasta aglomeracji trójmiasta i okolic na odcinku: Lębork – Gdynia – Sopot – Gdańsk – Tczew.

Rozważane rozwiązania WiMAX: konieczność zakupu specjalistycznych urządzeń konieczność dostępu do licencjonowanego pasma Dostęp przez routery GSM: najbardziej popularne rozwiązanie generuje koszty na rzecz operatorów komórkowych WiFi (w paśmie 5GHz): generuje małe koszty eksploatacji stosunkowo tanie w zakupie (gotowe rozwiązania)

Wybrane rozwiązanie Wybrano rozwiązanie firmy FireTide Firma oferuje meshowe rozwiązania do łączności bezprzewodowej Wspierają mobilność odbiorców końcowych Urządzenia tej firmy umożliwiają łączność przy prędkościach <120km/h

Quality of Service Jako kryteria oceny wybrano zalecenie ITU typ Przykład Straty [%] Opóźnienia [ms] Jitter [ms] Audio Konwersacja < 3 < 150 max 400 < 1 Wiadomości głosowe odtwarzanie < 1000 nagrywanie < 2000 Usługi strumieniowe wysokiej jakości < 10000 << 1 Wideo Wideofon b.o. Usługi strumieniowe jednokierunkowe Dane Gry < 200 E-mail (dostęp do serwera) < 2000 Przeglądanie WWW < 20000 max 40000 Jako kryteria oceny wybrano zalecenie ITU

Działanie sieci

Miejsce badań

Instalacja Nadajniki infrastruktury dostępowej zamontowano wzdłuż trasy na słupach trakcyjnych Nadajniki zasilane były z akumulatorów wymienianych codziennie W jednym składzie EN57 umieszczono urządzenie łączące się z infrastrukturą dostępową

Podłączenie

Narzędzia testowe iperf – narzędzie do pomiaru wydajności łącza ping – standardowe narzędzie do diagnozowania połączeń sieciowych wget/Pure-FTPd – klient/serwer protokołu FTP Ekahau Site Survey – zestaw narzędzi do planowania oraz sprawdzania sieci bezprzewodowych Ręczny odbiornik GPS Komputer przenośny z systemem GNU/Linux

Przeprowadzone Badania Mapa zasięgu sieci WiFi w składzie EN57 Zbadanie istnienia oraz jakości i szybkości połączenia UDP: utrata pakietów, jitter oraz opóźnienie TCP: szybkość transferu Zbadanie maksymalnej przepustowości sieci w sprzyjających warunkach oraz w trakcie ruchu

Przebieg badań Uruchomienie odbiornika GPS Nawiązanie połączenie z siecią wewnątrz składu SKM Uruchomienie zestawu narzędzi testujących (ping, iperf, wget) ze zbieraniem danych do plików Umieszczenie zebranych danych w bazie SQL dla ułatwienia przetwarzania Stworzenie wykresów i ich analiza Przetworzenie danych wraz z oceną

Pomiary jakości połączenia Wykres PING – utrata i opóźnienia pakietów w funkcji odległości Wykres UDP – utrata oraz opóźnienia pakietów w funkcji odległości

Wyniki pomiarów (1) Mapa siły sygnału na planie składu EN57 Mapa sygnał/szum na planie składu EN57

Wyniki pomiarów (2) typ Przykład Straty Opóźnienia Jitter Audio Wideo Konwersacja ping 0% UDP 12,5% (2) 18,7% (3) 12,5% (2) Wiadomości głosowe odtwarzanie 31,2% (5) nagrywanie 56,25 (9) Usługi strumieniowe wysokiej jakości 81,2 % (13) Wideo Wideofon 100% (16) Usługi strumieniowe jednokierunkowe 81,2% (13) Dane Gry UDP 0% E-mail (dostęp do serwera) 56,25% (9) Przeglądanie WWW Wartości procentowe przedstawiają procent pomiarów spełniających wymagania ITU

Podsumowanie Badania prowadzone: 20 – 27 kwietnia 2012 Zrobionych pomiarów: 16 Ilość pomiarów ograniczona – skład przejeżdżał testowy odcinek kilka razy dziennie w ramach regularnego rozkładu jazdy Największy problem – duża utrata pakietów oraz zmienność opóźnień Sieć jest bardzo wrażliwa na jakość połączeń pomiędzy węzłami Stosunkowo niski transfer (max 18Mbps)

Wnioski Spełnienie wszystkich norm zdefiniowanych przez ITU jest trudne, jednak dla podstawowych usług możliwe (strony www oraz poczta) Infrastruktura jest bardzo wrażliwa na jakość instalacji Możliwe jest zapewnienie stabilnej łączności zarówno na postoju jak i w trakcie ruchu składu

Dziękuję za uwagę

Wyniki pojedynczego przejazdu 1335427206.711017079: PING 153.19.241.253 (153.19.241.253) 56(84) bytes of data. 1335427495.251030389: From 153.19.241.150 icmp_seq=2872 Destination Host Unreachable 1335427546.625390878: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3347 ttl=64 time=208 ms 1335427546.888950971: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3349 ttl=64 time=263 ms 1335427547.760405804: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3351 ttl=64 time=919 ms 1335427547.909490108: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3352 ttl=64 time=968 ms 1335427548.063374475: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3353 ttl=64 time=1013 ms 1335427548.079131088: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3354 ttl=64 time=922 ms 1335427548.161169872: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3355 ttl=64 time=896 ms 1335427548.892775202: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3356 ttl=64 time=1519 ms 1335427549.571028313: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3357 ttl=64 time=2090 ms 1335427549.981877734: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3358 ttl=64 time=2392 ms 1335427550.128923596: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3359 ttl=64 time=2431 ms 1335427550.483441691: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3360 ttl=64 time=2685 ms 1335427550.778441130: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3361 ttl=64 time=2873 ms 1335427551.051237599: 64 bytes from 153.19.241.253: icmp_seq=3362 ttl=64 time=3045 ms Dane dla pakietów ICMP zebrane za pomocą narzędzia ping (fragment)

Wyniki pojedynczego przejazdu 1335427185.678064774: ------------------------------------------------------------ 1335427185.684499602: Client connecting to 153.19.241.253, UDP port 5102 1335427185.688383266: Sending 1470 byte datagrams 1335427185.692115654: UDP buffer size: 110 KByte (default) 1335427185.694756841: ------------------------------------------------------------ 1335427185.697117897: [ 3] local 153.19.241.150 port 45025 connected with 153.19.241.253 port 5102 1335427185.699792748: ------------------------------------------------------------ 1335427185.702034164: Server listening on UDP port 5102 1335427185.704261892: Receiving 1470 byte datagrams 1335427185.706444362: UDP buffer size: 110 KByte (default) 1335427185.708691785: ------------------------------------------------------------ 1335427186.686441653: [ ID] Interval Transfer Bandwidth 1335427545.680473719: [ 3] 359.0-360.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec 1335427546.487953081: [ 4] local 153.19.241.150 port 5102 connected with 153.19.241.253 port 45449 1335427546.689317510: [ 3] 360.0-361.0 sec 129 KBytes 1.06 Mbits/sec 1335427547.492271859: [ 4] 0.0- 1.0 sec 54.6 KBytes 447 Kbits/sec 30.188 ms 0/ 38 (0%) 1335427547.693806980: [ 3] 361.0-362.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec 1335427548.622748575: [ 4] 1.0- 2.0 sec 63.2 KBytes 517 Kbits/sec 20.335 ms 1/ 45 (2.2%) 1335427548.683354046: [ 3] 362.0-363.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec 1335427549.501521222: [ 4] 2.0- 3.0 sec 33.0 KBytes 270 Kbits/sec 40.790 ms 0/ 23 (0%) 1335427549.682462594: [ 3] 363.0-364.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec 1335427558.689200890: [ 3] 372.0-373.0 sec 129 KBytes 1.06 Mbits/sec 1335427559.516964258: [ 4] 12.0-13.0 sec 134 KBytes 1.09 Mbits/sec 10.653 ms 0/ 93 (0%) 1335427559.688583565: [ 3] 373.0-374.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec 1335427560.506242922: [ 4] 13.0-14.0 sec 77.5 KBytes 635 Kbits/sec 15.395 ms 1/ 55 (1.8%) Dane dla pakietów UDP zebrane za pomocą narzędzie iperf (fragment)

Wyniki pojedynczego przejazdu 1335427550.500342862: ------------------------------------------------------------ 1335427550.504808514: Server listening on TCP port 5002 1335427550.509176038: TCP window size: 85.3 KByte (default) 1335427550.513633308: ------------------------------------------------------------ 1335427556.671173109: ------------------------------------------------------------ 1335427556.676778710: Client connecting to 153.19.241.253, TCP port 5002 1335427556.679516977: TCP window size: 16.0 KByte (default) 1335427556.682425168: ------------------------------------------------------------ 1335427556.685361505: [ 5] local 153.19.241.150 port 33762 connected with 153.19.241.253 port 5002 1335427658.994071101: [ 4] local 153.19.241.150 port 5002 connected with 153.19.241.253 port 46977 1335427677.102828317: [ ID] Interval Transfer Bandwidth 1335427679.336172352: [ 5] 120.0-121.0 sec 8.00 KBytes 65.5 Kbits/sec 1335427679.340323089: [ 5] 121.0-122.0 sec 0.00 Bytes 0.00 bits/sec 1335427679.759962954: [ 5] 122.0-123.0 sec 16.0 KBytes 131 Kbits/sec 1335427680.779760722: [ 5] 123.0-124.0 sec 24.0 KBytes 197 Kbits/sec 1335427681.915177645: [ 5] 124.0-125.0 sec 24.0 KBytes 197 Kbits/sec 1335427682.929244940: [ 5] 125.0-126.0 sec 24.0 KBytes 197 Kbits/sec 1335427683.969765385: [ 5] 126.0-127.0 sec 16.0 KBytes 131 Kbits/sec 1335427685.101419696: [ 5] 127.0-128.0 sec 16.0 KBytes 131 Kbits/sec 1335427686.028903842: [ 5] 128.0-129.0 sec 16.0 KBytes 131 Kbits/sec 1335427686.868147234: [ 5] 129.0-130.0 sec 40.0 KBytes 328 Kbits/sec 1335427687.906886585: [ 5] 130.0-131.0 sec 64.0 KBytes 524 Kbits/sec 1335427688.795197398: [ 5] 131.0-132.0 sec 80.0 KBytes 655 Kbits/sec Dane dla pakietów TCP zebrane za pomocą narzędzie iperf (fragment)

Wyniki pojedynczego przejazdu 1335425152 54.39062834 18.59013319 1335425161 54.39054251 18.59019756 1335425170 54.39045668 18.59032631 1335425179 54.39037085 18.59045506 1335425189 54.39030648 18.59056235 1335426209 54.39024210 18.59058380 1335426268 54.39019919 18.59069109 1335426273 54.39011336 18.59086275 1335426276 54.39000607 18.59101296 1335426278 54.38992024 18.59116316 1335426280 54.38981295 18.59135628 1335426282 54.38968421 18.59157086 1335426284 54.38955546 18.59180689 1335426285 54.38949109 18.59193564 1335426286 54.38942671 18.59206438 1335426287 54.38934088 18.59219313 1335426288 54.38925505 18.59232187 1335426289 54.38916922 18.59247208 1335426290 54.38908339 18.59262228 1335426291 54.38897610 18.59279394 1335426292 54.38886881 18.59296560 1335426293 54.38878298 18.59315872 1335426294 54.38867569 18.59335184 Dane zebrane za pomocą ręcznego odbiornika GPS

Wyniki pojedynczego przejazdu Utrata pakietów icmp [%] Min Mediana Średnio 5 Max 100 Opóźnienia pakietów icmp [ms] 2.6 3.1 207 6229.3 Jitter pakietów udp [ms] 0.15 4 5.56 70.69 Utrata pakietów udp [%] 66