Tại sao mạng di động có độ trễ cao? Làm thế nào họ có thể được giảm?

Tôi ngày càng thấy các công nghệ mạng di động đang được sử dụng để truy cập internet ở những khu vực không có sẵn.

Mặc dù mạng di động thường không khả thi như kết nối internet chính, công nghệ di động có vẻ như là một lựa chọn tốt cho dự phòng khẩn cấp.

Bandwith không phải là vấn đề: Với HDSPA, tốc độ của một vài MBit là có thể, điều này cung cấp một đường lên tốt. Tuy nhiên, tôi biết từ kinh nghiệm cá nhân rằng các liên kết internet của mạng di động (thông qua GPRS, UMTS, v.v.) có độ trễ cao hơn nhiều so với DSL thông thường (200-400 ms cho UMTS, thậm chí nhiều hơn cho GPRS). Điều này tất nhiên làm cho chúng không phù hợp với nhiều ứng dụng, chẳng hạn như VoIP và hội nghị truyền hình.

• Độ trễ này đến từ đâu?
• Có công nghệ nào có sẵn có thể giảm thiểu vấn đề này, để làm cho UMTS khả thi cho các ứng dụng có độ trễ thấp không?

Tôi cho rằng phải có một số lý do kỹ thuật vốn có, nhưng nó là gì? Nó có liên quan gì đến việc dữ liệu được truyền qua không trung không? Và nếu đó là do truyền dẫn không dây, tại sao mạng WLAN có độ trễ thấp hơn nhiều?

Cuốn sách "Mạng trình duyệt hiệu suất cao" từ Ilya Grigorik trả lời chính xác điều này. Có cả một chương (thứ 7) dành riêng cho mạng di động. Cuốn sách nói rằng vấn đề với hiệu suất cao hầu như luôn luôn gắn liền với độ trễ, chúng ta thường có nhiều băng thông nhưng các giao thức gặp trở ngại. Có thể là TCP khởi động chậm , Bộ điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) hoặc cấu hình dưới mức tối ưu. Nếu bạn gặp phải độ trễ kém chỉ trong các mạng di động thì đó là cách chúng được thiết kế.

Có một bảng trong cuốn sách về độ trễ điển hình:

Bảng 7-2. Tốc độ dữ liệu và độ trễ cho kết nối di động đang hoạt động

Thế hệ | Tốc độ dữ liệu | Độ trễ
2G | 100 con400 Kbit / s | 300 con1000 ms
3G | 0,5 sắt5 Mbit / s | 100 L500500 ms
4G | 1 Phi50 Mbit / s | <100 ms

Mặc dù rất phù hợp với độ trễ, bắt tay ba chiều đặc trưng TCP hoặc khởi động chậm không thực sự trả lời câu hỏi, vì chúng ảnh hưởng đến các kết nối có dây như nhau. Điều thực sự ảnh hưởng đến độ trễ trong mạng di động là lớp dưới IP. Nếu lớp dưới IP có độ trễ nửa giây, kết nối TCP đến máy chủ sẽ mất ~ 1,5 giây (0,5 giây * 3), khi bạn thấy các con số tăng lên khá nhanh. Như đã nói trước đó, giả sử rằng điện thoại di động không nhàn rỗi. Nếu thiết bị cầm tay không hoạt động, trước tiên nó phải "kết nối" với mạng, điều đó đòi hỏi phải thương lượng dự trữ tài nguyên với tháp (đơn giản hóa) và mất từ ​​50 đến 100ms trong LTE, tối đa vài giây trong 3G và hơn thế nữa trong các mạng trước đó.

Hình 7-12. Độ trễ dòng yêu cầu LTE

1. Độ trễ của mặt phẳng điều khiển : Đã sửa lỗi, chi phí độ trễ một lần phát sinh cho đàm phán RRC và chuyển trạng thái: <100 ms khi không hoạt động và <50 ms khi không hoạt động.
2. Độ trễ mặt phẳng người dùng : Chi phí cố định cho mỗi gói ứng dụng được chuyển giữa thiết bị và tháp radio: <5 ms.
3. Độ trễ mạng lõi: Chi phí phụ thuộc của nhà mạng để vận chuyển gói từ tháp radio đến cổng gói: trong thực tế, 30 chuyến100 ms.
4. Độ trễ định tuyến Internet: Chi phí độ trễ biến đổi giữa cổng gói của người vận chuyển và địa chỉ đích trên Internet công cộng.

Trong thực tế, độ trễ từ đầu đến cuối của nhiều mạng 4G được triển khai có xu hướng ở trong phạm vi 30100100 ms sau khi thiết bị ở trạng thái được kết nối.

Vì vậy, bạn có một yêu cầu (Hình 8-2. Các thành phần của yêu cầu HTTP "đơn giản"):

1. Đàm phán RRC 50-2500 ms
2. Tra cứu DNS 1 RTT
3. Bắt tay TCP 1 RTT (kết nối có sẵn) hoặc 3 RTT (kết nối mới)
4. TLS bắt tay 1-2 RTT
5. Yêu cầu HTTP 1-n RTT

Và với dữ liệu thực:

Bảng 8-1. Chi phí trễ của một yêu cầu HTTP

                       | 3G | 4G
Máy bay điều khiển | 200 trận đấu 2.500 ms | 50 con100 ms
Tra cứu DNS | 200 ms | 100 ms
Bắt tay TCP | 200 ms | 100 ms
Bắt tay TLS | 200 con400 ms | 100 100200200 ms
Yêu cầu HTTP | 200 ms | 100 ms
Tổng độ trễ trên không | 200 con3500 ms | 100 L60000 ms

Ngoài ra, nếu bạn có một ứng dụng tương tác mà bạn muốn hoạt động ở mức vừa phải trong mạng di động, bạn có thể thử nghiệm vô hiệu hóa thuật toán Nagle (hạt nhân chờ dữ liệu kết hợp thành các gói lớn hơn thay vì gửi nhiều gói nhỏ hơn) tìm cách kiểm tra nó trong https://stackoverflow.com/a/17843292/869019 .

Có tùy chọn để đọc toàn bộ cuốn sách miễn phí bởi mọi người tại https://hpbn.co/ được tài trợ bởi Hội nghị Velocity. Đây là một cuốn sách rất được khuyến khích, không chỉ cho những người phát triển trang web, nó rất hữu ích cho mọi người phục vụ byte qua một số mạng cho khách hàng.

Tôi nghi ngờ rằng một tỷ lệ lớn độ trễ mà bạn có thể gặp phải khi sử dụng các công nghệ "băng thông rộng di động" là một vấn đề chung của một số điều.

Có khoảng cách, nhưng như đã đề cập đến từ trường, đó thực tế chỉ là một tỷ lệ rất nhỏ trong thời gian khứ hồi.

Đây là một cái gì đó để xem xét ... Sự chậm trễ mà bạn trải nghiệm như một khách hàng (đặc biệt là nhà hoặc khách hàng doanh nghiệp nhỏ) có thể được gây ra một cách giả tạo, ít nhất là ở một mức độ nào đó. Có một lớp truyền thông 3G và GSM để sử dụng M2M, cho SCADA, v.v., đôi khi có thể cung cấp độ tin cậy cao hơn và truyền độ trễ thấp hơn. Kết quả là, chúng thường rất đắt đỏ.

Về cơ bản, bạn đang chống lại việc định hình giao thông. ISP / Telco đang làm điều đó để ưu tiên khách hàng trả tiền tốt hơn hoặc tế bào bạn kết nối hơi bận rộn hoặc toàn bộ mạng của họ hơi chậm chạp (thử 00:00 GMT ngày 1/1/2012, để biết thí dụ).

Nhưng có một cách xung quanh tất cả những điều này, mặc dù nó hơi lén lút. Về cơ bản, bạn cần một proxy kết nối TCP trước khi lưu lượng truy cập của bạn vượt qua WWAN di động. Proxy này về cơ bản sẽ gửi một ACK giả mạo đến ứng dụng của bạn, vì ACK thực sự có thể bị trì hoãn bởi việc định hình lưu lượng của ISP.
Thật đáng ngờ, nhưng một số nhà cung cấp vệ tinh sử dụng cơ chế này để làm cho độ trễ có vẻ thấp hơn thực tế.

Loại trò chơi muộn, nhưng bạn có thể muốn xem bài viết về Lịch biểu diễn của tôi về chủ đề này: http://calWiki.perfplanet.com/2012/latency-in-mobile-networks-the-missing-link/

tl; dr - một phần chính của độ trễ di động là do định tuyến không được tối ưu hóa trên đường lùi.

Các công nghệ modem điện thoại di động chịu độ trễ cao do bản chất của giao tiếp ngoài trời: khoảng cách truyền WLAN thường ngắn hơn nhiều so với các công nghệ khác mà bạn đã đề cập, do đó đây là một lý do độ trễ thấp hơn.