The Intelligent Use of Multiple Interfaces : Using multiplexing to reduce the overhead for small packets

• Main Author: Adigozalov, Niyaz
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Radio Systems Laboratory (RS Lab) 2013
• Subjects: Long-Term Evolution; LTE; multiplexing; VoIP; overhead; RTP; VPN; WLAN; multiplexa; ooptimerad
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-124221

Long-Term Evolution (LTE) is the latest development in wide area cellular mobile network technology. In contrast with the earlier generations of circuit-switched mobile networks, LTE is all-IP packet-switched network. Both voice and data are sent inside IP packets. Voice over IP (VoIP) is used to provide voice service to LTE users. The speech frames are encapsulated into real-time protocol (RTP) packets and sent over the network. The underlying UDP and IP layers prepend their headers to this small RTP packet resulting in a relatively high overhead. The small size of the RTP packets containing voice/audio leads to an overhead problem as the protocol overhead is in addition to the large LTE frame overhead, thus wasting network resources. This master’s thesis project proposes to multiplex RTP and data packets at the user’s device as a solution to reduce the overhead. Moreover, the capability of modern user devices to switch between several interfaces (such as LTE and WLAN), is taken into account and the multiplexing of multiple traffic flows or a single traffic flow are studied in the case of a vertical handover. Performance and cost metrics are used to evaluate different potential demultiplexing points, and then the best possible demultiplexing point is identified. The results of this evaluation show that several demultiplexing points can be used based on the operator’s needs. The increased packet payload size increases the energy efficiency of LTE and may avoid the need of the UE to switch to WLAN to save power. In addition, to ensure high quality of service for VoIP traffic, the simultaneous use of multiple interfaces is efficient if the multiplexer is enabled. The multiplexing solution proposed by this thesis is also fully compatible with any virtual private network encapsulation protocol. === Long-Term Evolution (LTE) är den senaste tekniken inom mobil långdistanskommunikation. Jämfört med tidigare generationer av kretskopplade mobila nätverk, är LTE IP paketförmedlande nätverk. Både röstsamtal och datapaket skickas enkapsulerade i IP paket. Voice over IP (VoIP) används för att transportera röstsamtal över IP nätverket. Röstsekvenser enkapsuleras i Real Time Protocol (RTP) paket och skickas över nätverket. De underliggande lagerna som UDP och IP infogar sin huvudinformation i de små RTP paketen vilket gör att kommunikationen blir ooptimerad. De små RTP paketen som innehåller ljudinformation leder till att det blir ooptimerat tillsammans med LTE i och med att man lägger på huvudinformation för varje lager. I det här examensarbetet förslår vi att multiplexa RTP och datapaket tillsammans direkt i användarens enhet för att minska huvudinformationen. Dessutom diskuterar vi möjligheten att byta mellan olika kopplingar (som LTE och WLAN) samt att multiplexa flerfaldig eller singel trafik under en vertikal överlämning. Prestanda och kostnadsmätningar används för att evaluera olika potentiella sammankopplingspunkter, för att kunna ta reda på den bästa sammankopplingspunkten.  Resultatet av detta examensarbete visar på att flera sammankopplingspunkter kan användas beroende på operatörens behov. Den ökade storleken på nyttolasten ökar effektiviteten av LTE nätverken och minskar risken för att behöva byta UE:n till WLAN för att spara energi.  Utöver det ovannämnda kan simultan användning av olika kopplingar användas för att öka kvaliteten på VoIP trafik. Multplexlösningen som föreslås i det här examensarbete är dessutom fullt kompatibel med virtuella privata nätverksenkapsulerande protokoll.