Perché le reti mobili hanno latenze elevate? Come possono essere ridotti?

Vedo sempre più tecnologie di rete mobile utilizzate per ottenere l'accesso a Internet in aree in cui altrimenti non è disponibile.

Mentre la rete mobile di solito non è ancora praticabile come principale connessione Internet, la tecnologia mobile sembra una buona opzione per un fallback di emergenza.

Bandwith non è il problema: con HDSPA, sono possibili velocità di diversi MBit, il che fornisce un uplink decente. Tuttavia, per esperienza personale so che i collegamenti Internet delle reti mobili (tramite GPRS, UMTS ecc.) Hanno latenze molto più elevate rispetto al normale DSL (200-400 ms per UMTS, ancora di più per GPRS). Ciò ovviamente li rende inadatti a molte applicazioni, come VoIP e teleconferenza.

• Da dove viene questa latenza?
• Sono disponibili tecnologie in grado di mitigare questo problema, per rendere UMTS praticabile per le applicazioni a bassa latenza?

Presumo che ci debba essere qualche motivo tecnico intrinseco, ma che cos'è? Ha a che fare con il modo in cui i dati vengono trasmessi via etere? E se è a causa della trasmissione wireless, perché la WLAN ha latenze molto più basse?

Il libro "High Performance Browser Networking" di Ilya Grigorik risponde esattamente a questo. C'è un intero capitolo (7 °) dedicato alle reti mobili. Il libro afferma che il problema delle alte prestazioni è quasi sempre legato alla latenza, di solito abbiamo molta larghezza di banda ma i protocolli si intromettono. Che si tratti di TCP slow start , Radio Resource Controller (RRC) o configurazioni non ottimali. Se si verifica una scarsa latenza solo nelle reti mobili, è il modo in cui sono progettati.

Nel libro c'è una tabella sulle latenze tipiche:

Tabella 7-2 Velocità dati e latenza per una connessione mobile attiva

Generazione | Velocità dati | Latenza
2G | 100–400 Kbit / s | 300–1000 ms
3G | 0,5–5 Mbit / s | 100–500 ms
4G | 1–50 Mbit / s | <100 ms

Sebbene molto rilevanti per la latenza, la stretta di mano a tre vie caratteristica TCP o l'avvio lento non rispondono realmente alla domanda, poiché influenzano ugualmente le connessioni cablate. Ciò che influisce davvero sulla latenza nelle reti mobili è il livello in IP. Se il livello in IP ha una latenza di mezzo secondo, una connessione TCP a un server impiegherà ~ 1,5 sec (0,5 s * 3), poiché i numeri si sommano abbastanza rapidamente. Come detto prima, supponiamo che il cellulare non sia inattivo. Se il portatile è inattivo, deve prima "connettersi" alla rete, ciò richiede di negoziare una riserva di risorse con la torre (semplificata) e che impiega tra 50-100ms in LTE, fino a diversi secondi in 3G e altro nelle reti precedenti.

Figura 7-12. Latenze del flusso di richieste LTE

1. Latenza del piano di controllo : costi di latenza fissi e una tantum sostenuti per la negoziazione RRC e le transizioni di stato: <100 ms da inattivo a attivo e <50 ms da inattivo a attivo.
2. Latenza del piano utente : costo fisso per ogni pacchetto di applicazione trasferito tra il dispositivo e la torre radio: <5 ms.
3. Latenza della rete centrale: costo dipendente dal vettore per il trasporto del pacchetto dalla torre radio al gateway pacchetto: in pratica, 30–100 ms.
4. Latenza di routing Internet: costo di latenza variabile tra il gateway di pacchetti del corriere e l'indirizzo di destinazione su Internet pubblico.

In pratica, la latenza end-to-end di molte reti 4G distribuite tende a essere nell'intervallo 30–100 ms una volta che il dispositivo si trova in uno stato connesso.

Quindi, hai una richiesta (Figura 8-2. Componenti di una "semplice" richiesta HTTP):

1. Negoziazione RRC 50-2500 ms
2. Ricerca DNS 1 RTT
3. Handshake TCP 1 RTT (connessione preesistente) o 3 RTT (nuova connessione)
4. Stretta di mano TLS 1-2 RTT
5. RTT richiesta 1-n HTTP

E con dati reali:

Tabella 8-1 Sovraccarico di latenza di una singola richiesta HTTP

                       | 3G | 4G
Piano di controllo | 200–2.500 ms | 50–100 ms
Ricerca DNS | 200 ms | 100 ms
Stretta di mano TCP | 200 ms | 100 ms
Stretta di mano TLS | 200–400 ms | 100-200 ms
Richiesta HTTP | 200 ms | 100 ms
Spese generali di latenza | 200–3500 ms | 100–600 ms

Inoltre, se si dispone di un'applicazione interattiva che si desidera eseguire in modo moderatamente corretto in una rete mobile, è possibile provare a disabilitare l'algoritmo Nagle (il kernel attende la coalescenza dei dati in pacchetti più grandi invece di inviare più pacchetti più piccoli) cercare modi per testarlo in https://stackoverflow.com/a/17843292/869019 .

C'è la possibilità di leggere l'intero libro gratuitamente da tutti su https://hpbn.co/ sponsorizzato da Velocity Conference. Questo è un libro altamente raccomandato, non solo alle persone che sviluppano siti Web, ma è utile a tutti coloro che servono byte su una rete a un client.

Ho il sospetto che gran parte della latenza che potresti riscontrare quando usi le tecnologie della "banda larga cellulare" è un problema composto da una serie di cose.

C'è distanza, ma come è già stato detto da Syneticon-dj, questa è realisticamente solo una piccola parte del tempo di andata e ritorno.

Ecco qualcosa da considerare ... I ritardi che si verificano come clienti (soprattutto come clienti domestici o di piccole imprese) sono probabilmente indotti artificialmente, almeno in una certa misura. Esiste una classe di comunicazioni 3G e GSM per l'utilizzo di M2M, per SCADA e così via, che a volte possono fornire una maggiore affidabilità e una trasmissione a bassa latenza. Di conseguenza, sono generalmente proibitivi.

Quindi, fondamentalmente, sei contro il traffico modellante. O l'ISP / Telco lo sta facendo per dare la priorità ai clienti meglio paganti, oppure la cella a cui sei connesso è un po 'occupata, o la loro intera rete è un po' lenta (prova 00:00 GMT il 1/1/2012, per esempio).

Ma c'è un modo per aggirare tutto questo, è un po 'subdolo però. Avresti praticamente bisogno di un proxy di connessione TCP prima che il tuo traffico si diramasse sulla WWAN mobile. Questo proxy invierebbe essenzialmente un ACK contraffatto alla tua applicazione, in quanto il vero ACK potrebbe essere ritardato dall'elaborazione del traffico dell'ISP.
È chiaramente dubbio, ma un certo numero di fornitori di servizi satellitari utilizza questo meccanismo per rendere la latenza più bassa di quanto non sia in realtà.

Un po 'tardi al gioco, ma potresti voler leggere l'articolo del mio calendario delle prestazioni sull'argomento: http://calendar.perfplanet.com/2012/latency-in-mobile-networks-the-missing-link/

tl; dr - gran parte della latenza mobile è dovuta al routing non ottimizzato sul back-haul.

Le tecnologie modem dei telefoni cellulari soffrono di un'elevata latenza a causa della natura delle comunicazioni all'aria aperta: le distanze di trasmissione WLAN sono in genere molto più brevi rispetto a quelle delle altre tecnologie citate, quindi questa è una delle ragioni per cui la latenza è inferiore.