- Certaines applications critiques réclament un haut niveau de précision et de rapidité de transmission d’informations afin de pouvoir prendre immédiatement les decisions requises.
- Dans ce contexte, la latence devient l’un des paramètres les plus importants d’un réseau de communication de données.
- Anritsu explique à quoi correspond la latence sur les réseaux 5G et comment la mesurer convenablement.
À mesure que certaines applications telles que le contrôle de robots, les véhicules autonomes et les actes médicaux à distance deviennent plus dépendantes des communications mobiles, les opérateurs de réseau de téléphonie mobile et les développeurs de systèmes doivent s’assurer que les décisions électroniques sont transmises rapidement et de façon fiable. Si les communications URLLC (pour communications ultra-fiables à faible latence) ne sont pas assurées, cela pourrait conduire à des incidents, des accidents voire des catastrophes.
Les réseaux de téléphonie mobile tels que la 5G doivent pouvoir prendre en charge des applications à contraintes de temps, dans lesquelles des machines envoient des informations à d’autres machines qui doivent être suivies d’effet immédiatement. Les applications IoT se développent rapidement. L’industrie automobile se dirige vers la conduite autonome, pour laquelle la sécurité du trajet repose entièrement sur les systèmes électroniques. Pour ce faire, des informations détaillées doivent être collectées à partir des capteurs embarqués, qui scannent à 360° les alentours du véhicule, ainsi que des informations sur les conditions extérieures, telles que la configuration de la route, les travaux sur la chaussée, les risques d’embouteillage et la présence de piétons, qui sont collectées par les caméras sur le bord de la route et d’autres sources, sont transmises au véhicule et doivent être suivies d’effet immédiatement. La vitesse de transfert des données depuis ou vers le véhicule est donc d’une importance capitale.
Les réseaux de communication doivent donc être à la fois robustes et capables de prioriser les applications en fonction de leur degré d’importance. C’est pourquoi les opérateurs de téléphonie mobile doivent s’assurer de la disponibilité des communication URLLC sur l’ensemble du réseau.
En plus de nous assurer que les données sont envoyées avec succès sur le réseau, nous devons également être sûrs qu’elles arrivent au bon moment. Les mesures de la qualité de service (QoS), telles que le débit, l’utilisation, la latence, la gigue et les pertes de paquets doivent être considérées avec attention.
Cependant, la latence est le paramètre qui pose le plus de problèmes. La mesure de la latence implique d’utiliser deux instruments de test, qui doivent tous les deux avoir exactement la même référence de temps avec un degré de précision élevé, même lorsqu’ils sont éloignés de plusieurs kilomètres l’un de l’autre. Dans le cas d’un véhicule en mouvement, la latence doit être mesurée alors que l’instrument de test se déplace à grande vitesse.
Définition de la latence
La latence est un autre terme utilisé pour parler du délai. Dans le domaine des télécommunications, le terme désigne le temps que met un paquet de données pour transiter de la source à sa destination. Il s’agit là du délai aller, et non du délai aller-retour (RTD, Round-Trip Delay) et puisque les latences sur un réseau sont rarement les mêmes sur le chemin aller que sur le chemin retour, on ne peut pas présumer que la latence sera égale au RTD divisé par deux.
Le délai RTD est souvent utilisé comme mesure alternative pour la latence. Cependant, le délai RTD est le temps que met un paquet de données pour transiter dans le réseau, et pour revenir à la source au moyen d’une sorte de mécanisme de boucle de renvoi au bout du chemin.
Un test de Ping est également parfois utilisé comme alternative car ce test est facile et peu coûteux à mettre en place. Cependant, le Ping est une mesure RTD et est généralement réalisé sans utiliser des instruments qualifiés pour réaliser ce test. Même si les résultats de Ping basés sur des applications de téléphone portable ou sur un ordinateur peuvent fournir une estimation approximative du RTD, ces résultats ne sont pas fiables car ils ne prennent pas en compte un fait important, à savoir que les données prennent un temps considérablement différent pour voyager dans chaque direction.
Si la symétrie parfaite entre les chemins de transmission dans les deux sens peut être garantie, de sorte que les délais sont exactement identiques, alors on peut partir du principe que la latence égale la moitié du délai RTD.
Cependant, pour de nombreuses raisons, cela se produit très rarement. La longueur des chemins peut varier si les deux trafics de données dans un sens et dans l’autre empruntent des routes différentes. Nous devons également prendre en compte le fait que le traitement électronique dans les équipements du réseau et des systèmes prend du temps et que les réseaux peuvent vite être saturés et causer une mise en mémoire tampon. Pour cette raison, et pour bien d’autres encore, des retards peuvent se produire sur le réseau, ce qui peut affecter la latence.
Mesure de la latence
Pour mesurer la latence entre deux points très éloignés, il faut utiliser deux instruments de mesure, dotés d’horloges de synchronisation alignées et synchronisées au moyen d’un système GNSS (de positionnement par satellite) comme par exemple le GPS. La synchronisation précise est enregistrée dans chaque paquet de données de test lorsqu’il quitte l’instrument de test de transmission. L’instrument de réception compare cet enregistrement au temps d’arrivée précis et calcule combien de temps a pris le paquet pour arriver à destination : c’est la latence du signal.
Les réseaux de téléphonie mobile tels que les réseaux 5G doivent prendre en charge les applications à contraintes de temps. Tel que défini par la spécification 3GPP, la 5G est une technologie d’accès sans fil aux téléphones portables. Les appareils portables, parfois désignés sous le nom d’équipement terminal (ou UE pour User Equipment), établissent la connexion sans fil avec les stations de base 5G, qui à leur tour fournissent une connexion aux réseaux de télécommunications plus étendus. Si l’équipement terminal est en déplacement, il va entrer et sortir du champ de portée de la station de base, et la connexion sera alors reprise par une autre station de base plus proche. Puisque la taille de chaque cellule 5G peut être relativement petite, ce processus de reprise peut se produire fréquemment.
La question se pose donc de savoir comment mesurer la latence entre deux points, en particulier si l’un d’entre eux est en déplacement. Tout d’abord, nous devons nous assurer que les horloges de référence de chaque côté de la mesure sont bien synchronisées. Le protocole de transmission doit prendre en charge les trames de test Ethernet contenant des horodatages précis qui doivent être transmis dans les deux sens. Ensuite, l’équipement de test doit pouvoir enregistrer les résultats tout comme sa localisation géographique, afin d’avoir une vision complète permettant de mieux appréhender les performances de latence.
Les opérateurs de téléphonie mobile doivent garantir une couverture de service géographique fiable. L’une des façons de la garantir consiste à s’associer avec un ou plusieurs autres opérateurs. Ainsi, si la couverture du réseau ne peut être assurée par le premier opérateur, il existe une possibilité de passer la main à un réseau alternatif pour maintenir la qualité de service. C’est pourquoi il est important de mesurer la qualité de service non seulement pour le premier opérateur mais aussi pour le second simultanément. Dans cet exemple, nous testons les services de deux opérateurs simultanément.
Grâce à l’équipement de test d’Anritsu, on peut effectuer une mesure de latence simultanée sur la liaison ascendante et descendante, référencée par les localisations GPS.
Dans l’exemple ci-dessus, les deux instruments de tests mesurent la latence, la gigue ainsi que tous les autres paramètres de qualité de service, entre le véhicule en mouvement et un point fixe sur le réseau. Les routeurs de téléphonie mobile sont dotés de cartes SIM de test dédiées avec APN (Acces Point Name) prenant en charge les adresses IP fixes.
Les horloges des deux instruments de test sont synchronisées par GPS. L’instrument consigne la position GPS afin que la localisation exacte du véhicule en mouvement soit connue lorsque les mesures de la qualité de service (QoS) seront enregistrées. L’instrument mesure les paramètres en continu. Nous enregistrons la valeur maximum, minimum et la moyenne calculée pour chaque paramètre, à une seconde d’intervalle. Les fichiers obtenus sont stockés pour être consultés a posteriori et peuvent être exportés au format .csv.
La corrélation des valeurs des paramètres de la qualité de service (QoS) avec la localisation GPS respective permet de créer des fichiers .kml qui peuvent être visualisés dans un logiciel de cartographie standard. Ces valeurs peuvent également être associées à des codes de couleurs pour produire une carte permettant d’identifier facilement où se situent les problèmes.
Dans notre exemple, l’instrument de test était porté par le technicien pendant qu’il déambulait dans le parc d’exposition La Fira de Barcelone. La carte obtenue, consultable dans les images ci-dessous, montre les résultats pour la latence en liaison descendante.
De plus, l’analyse statistique des réseaux peut être utilisée pour créer, par exemple, une fonction de répartition et des courbes de distribution, basées sur l’ensemble de données acquis au cours de ces tests.
