Analysis and Optimization of Methods for Measuring Network Performance and Quality - Developed for Android Devices

Analyse og Optimering af Metoder til Måling af Netværksydelse og Kvalitet - Udviklet til Android Enheder

Mikkelsen, Lars Møller ; Pedersen, Michael Sølvkær ; Thomsen, Steffen Riber

4. term

Networks and Distributed Systems, Master

2013

2013-06-06

164

Denne afhandling bygger videre på NetMap, et Android-baseret netværksmålesystem, der bruger crowdsourcing til at indsamle målinger og skabe et kort over mobilnetværksydelse. Arbejdet har to hovedmål: (1) udvidet analyse af de indsamlede målinger og (2) optimering af målemetoder. I den udvidede analyse undersøger vi, hvordan bevægelseshastighed, håndover mellem mobilmaster, områdetyper (fx mindre byer vs. tætte byområder) og forskellige enhedsmodeller påvirker forbindelsens kvalitet. Vi gennemgår også de nuværende metoder til at måle rundturstid (RTT – tiden det tager en lille datapakke at nå en server og komme retur) og gennemstrømning (hvor mange data der kan overføres pr. sekund) for bedre at forstå, hvad der sker under hver måling. For at gøre målingerne mere dataeffektive implementerer vi to teknikker til at estimere den tilgængelige båndbredde med meget lavt dataforbrug og tester dem på en virkelig mobilforbindelse. Resultaterne sammenlignes med den nuværende metode til at estimere gennemstrømning. Analysen viser en lille ydelsesforringelse ved højere bevægelseshastigheder og lavere ydelse i områder, hvor håndover ofte forekommer. Ydelsen er typisk bedre i mindre byområder end i tætte byområder, sandsynligvis på grund af færre brugere og flere netværksressourcer. Vi viser også eksempler på ydelsesforskelle mellem topmodeller og budgettelefoner. På baggrund af gennemgangen af de nuværende målemetoder foreslår vi alternative tilgange, der kan udlede mere detaljerede resultater. Af de to nye metoder til båndbreddeestimering leverer den ene tilfredsstillende estimater med ekstremt lavt dataforbrug, mens den anden havde problemer, fordi den kræver meget præcis timing ved afsendelse af målepakker.

This thesis continues the development of NetMap, an Android-based network measurement system that uses crowdsourced data to build a map of mobile network performance. The work has two main goals: (1) an extended analysis of collected measurements and (2) optimization of measurement methods. In the extended analysis, we examine how movement speed, handovers between cell towers, area types (for example, small towns versus dense urban areas), and device models affect connection quality. We also review the app’s current methods for measuring round-trip time (RTT—the time it takes a small data packet to reach a server and return) and throughput (how much data can be transferred per second) to better understand what happens during each test. To make measurements more data-efficient, we implement two techniques that estimate available bandwidth while using very little data and test them on a live cellular connection. We compare their results with the app’s current throughput estimation method. The analysis shows a slight performance decrease at higher movement speeds and lower performance in areas where handovers frequently occur. Performance is typically better in small-town areas than in dense urban areas, likely due to fewer users and more network resources. We also present examples of performance differences between high-end and low-end devices. Based on the review of current methods, we suggest alternative approaches that can extract more detailed results. Of the two new bandwidth estimation techniques, one produced satisfactory estimates with extremely low data usage, while the other struggled because it requires very precise timing when sending measurement packets.

[This abstract was generated with the help of AI]

NetMap ; network ; measurement ; android ; throughput ; bandwidth ; performance map ; rtt ; crowdsourcing ; cellular

Download
View record in AAU Student Projects