精确的单向延迟测量：使用普通硬件和软件

论文标题：Precise One-way Delay Measurement with Common Hardware and Software（精确的单向延迟测量：使用普通硬件和软件）

作者信息：Maciej Muehleisen 和 Mazen Abdel Latif，来自Ericsson Research Ericsson GmbH Herzogenrath, Germany。

论文出处：这篇论文将在ITG-Fachbericht 316: Mobilkommunikation会议上发表，该会议将于2024年5月15日至16日在奥斯纳布吕克举行，由VDE VERLAG GMBH出版，柏林·奥芬巴赫。

摘要： 本文介绍了一种使用标准PC硬件、未修改的Linux操作系统和免费的开源软件进行精确的5G单向延迟测量的设置。这种设置能够在非实时操作系统上实现最佳可能的时间精度，并且不需要发送器和接收器之间的时钟同步。研究结果证实了这种测量设置和软件为5G延迟性能评估提供了一种合适且易于使用的工具集，特别是用于检测网络、终端设备或应用软件的意外行为。

引言： 为了获得实际的网络硬件和软件的定量研究结果，所使用的工具的准确性必须超过被测量的时间尺度。5G网络的延迟低于10毫秒，因此研究其延迟性能时必须使用亚毫秒精度的工具。私人网络（也称为非公共网络）在提供本地无线电频谱许可证的国家被广泛部署，这些网络的部署和运维不需要深入的通信网络和IT专业知识。然而，部署这些网络的公司和研究机构希望了解其5G系统的延迟性能。本文描述了一种无需高级IT专业知识即可应用的测量设置和软件。

相关工作： 文献中提到，用于精确延迟测量的最常用工具是依赖于数据平面开发工具包（DPDK）的moongen。DPDK需要对Linux操作系统、其驱动程序和PC的基本输入/输出系统（BIOS）进行调整。其他提到的工具包括netperf和sockperf，它们被用来比较普通WiFi适配器和软件WiFi协议栈的延迟性能。

解决方案描述： 本文提出的解决方案包括三个部分：部署在标准硬件和操作系统上、在非实时操作系统上实现实时行为的最大可能性、以及可选地使用同一台PC发送和接收以确保发送器和接收器的时钟同步进行单向延迟测量。udp-ping工具由客户端、服务器和一些辅助脚组成，例如用于配置的脚本。客户端允许配置服务器IP地址和端口、数据包大小、数据包间隔和分布以及数据包数量。

测量设置和结果： 本节描述了测量设置、进行的实验和获得的结果。实验使用了中等性能的单板PC“LattePanda 3 Delta 864”，搭载Intel Celeron N5105 x64 CPU和8GB RAM，操作系统为Debian Linux 12 “Bookworm”。使用“Quectel RM500Q-GL”作为5G调制解调器，直接连接到PC的M.2插槽。PC的Intel I211-AT / I225-V PCIe千兆局域网接口端口被用作另一个连接端点，并转移到另一个网络命名空间“breakout”。实验中，使用Linux ping命令和udp-ping工具发送了一百万个50字节的请求数据包，数据包间隔为20毫秒。对于每种工具，都进行了下行链路和上行链路启动的实验。

结论和未来工作： 本文介绍了udp-ping工具，它在同一台PC上发送和接收，与Linux内置的ping工具进行了准确性比较。udp-ping工具能够在不需要显式时钟同步的情况下测量单向延迟。udp-ping工具的实现方式允许在测量过程中几乎恒定的数据包间隔，从而能够系统地揭示被测量网络中的周期性效应。未来的工作将致力于发展该工具以支持精确的吞吐量测量，并希望通过与更精确的测量设置进行比较来更好地了解其准确性。