Bandwidth allocation and traffic shaping in mobile broadband networks using deep packet inspection

Abstract

In this thesis, it is intended to estimate bandwidth and control mobile data usage by utilizing PCC (Policy and Charging Control) function. According to increase in number of mobile devices, data explosion occurs. It is becoming a must to analyze traffic and sharing resources between subscribers according to their usage habits. It is aimed to provide better a better connected world with service assurance by sharing available bandwidth and estimate it to users according to their needs by protocol level and service based QoS. Due to increase in amount of services like Facebook, Twitter, Mobile TV, in general IP networks, providing service assurance becomes more important day by day. That's why the issue of controlling bandwidth is raised. In the most basic sense, system architecture consists of three main components: A cell phone to generate user based traffic, Gateway GPRS Support Node (GGSN) for Deep Packet Inspection (DPI), and Policy and Charging Rule Function (PCRF) for initiating PCC or Non-PCC rules to GGSN according to services that are needed by user. Shortly, the main idea in this thesis is assigning service based QoS to subscribers to provide better service assurance according to their usage. As thought, the reason of preparing this study is to show the dramatical increase in service based traffic, to explain insufficiency in current bandwidth estimation approaches, and the idea of what can be used in the work of providing better service assurance to an end user. PCRF is the best component for providing required bandwidth when they need.Bu çalışmada, günümüzde gittikçe artan akıllı cihazlar ile sınırlı kapasitedeki bant genişliğinin policy ve ücretlendirme fonksiyonu kullanılarak, optimum düzeyde kullanılması ve kullanıcı deneyiminin bu doğrultuda mümkün olan en üst düzeye çıkarılması hedeflenmektedir. Mobil cihazlar üzerinden kullanıcıların network üzerinde yoğun şekilde kullandığı uygulamalar analiz edilerek, bu uygulamaların bant genişliğini düşüren arka plan trafiği ve diğer uygulamalara göre network paket analizi ile önceliklendirilmesi ve aynı hücre altından servis alan kullanıcı trafiğinin çeşitli analizler ile uygun bir şekilde bölüştürülmesi amaçlanmaktadır. Bu sayede mobil internet kullanıcıları en iyi deneyime ulaşabilecek ve operatör tarafındaki transmisyon kapasite maliyetleri ihtiyaca göre bant genişliği ataması ve paket önceliklendirmesi ile minimuma düşürülebilecektir. Sistem en basit şekli ile üç ana parçadan oluşnmaktadır. Trafiğin analizi ve yönelndirilmesi için sürekli kullanımı olan bir mobil cihaz, paket analizi ve analiz doğrultusunda uygun bandwidth yönetimini içeren kuralların gerçekleştirilmesi için Gateway GPRS Support Node (GGSN), PCC ile PCC olmayan uçtan uca kuralların anlık network dinamikleri ve kullanılan uygulamaya göre atanmasını sağlayan Policy and Charging Rule Function (PCRF). Kısaca projenin amacı çevresel şartlara göre değişebilen bandwidthin en uygun şekilde dağıtımı ve uygulama bazlı paket önceliklendirmesi yapılarak en yüksek verimliliğe ulaşılmasıdır. Bu uygulama mimarisinin amacı, günümüzde giderek artan akıllı cihaz sayısı ve bu doğrultuda yükselen mobil internet kullanımını en iyi kullanıcı deneyimi ile sunmak, client tarafında herhangi bir değişiklik yapılmasına gerek olmaksızın network optimizasyonu ile daha düşük maliyetlerde daha verimli servis kullanımını sağlamaktır.