Пора тестировать LTE.
Возможно ли взаимодействие с сетями 2G и 3G?

В связи с тем, что для большинства западных мобильных операторов прибыль от передачи данных продолжает превышать прибыль от голосовой связи, глобальный телекоммуникационный рынок вынужден пересматривать приоритеты, стимулируя тем самым переход к таким технологиям, как LTE. Сети мобильной связи переживают сейчас этап стремительного развития, и операторы едва поспевают за изменяющимися потребностями своих абонентов. В тех регионах, где услуги LTE еще не предлагаются, новые сети будут использовать в качестве первичной инфраструктуры технологии 3G, поэтому особую важность приобретает тестирование переключения между разными технологиями радиодоступа. Не отвечающее требованиям время отклика может стать причиной замедленного переключения (или его отсутствия) и снижения качества обслуживания, например из-за обрыва соединения и зависших приложений.

Зачем нужен LTE?

Быстрый рост мобильной широкополосной связи стимулирует потребность в новейших устройствах, приложениях и услугах, которые открывают пользователям мобильный доступ ко всем типам контента. Кроме того, мобильный широкополосный доступ дает экономические выгоды, особенно в странах с недостаточно развитой инфраструктурой фиксированной широкополосной связи. Это стимулирует рост высокоскоростного обмена данными в мобильных сетях, и операторам приходится реагировать, расширяя полосу пропускания, что, в свою очередь, стимулирует внедрение развивающихся систем 3G и 4G, таких как HSPA и LTE.

LTE (Long-Term Development Project) — это проект развития радиостандартов UMTS 3G, которым занимается группа 3GPP. Работа по совершенствованию исходного стандарта UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA) продолжилась в восьмой редакции стандартов 3GPP улучшением HSPA, но, кроме этого, вып. 8 включает LTE или, если придерживаться официального названия, развитие наземного радиодоступа UMTS (E-UTRA). Предлагая пользователям более высокие скорости передачи данных и меньшие задержки, а операторам — использование упрощенных сетей на основе IP-протокола, E-UTRA (или LTE) выглядит весьма перспективно.

LTE как часть сотовой инфраструктуры

LTE является системой, полностью основанной на применении IP-протокола и ориентированной, в первую очередь, на предоставление услуг высокоскоростной передачи данных. Таким образом, в процессе расширения сети и до тех пор, пока операторы не станут предоставлять услуги голосовой связи на основе IP-протокола, сети LTE будут использовать технологии 2G и 3G в качестве первичной инфраструктуры для голосовых соединений и услуг передачи данных. В нормальном режиме работы мобильное устройство (абонентское оборудование, АО) сканирует соседние базовые станции (БС) и выполняет измерения, на основе которых принимаются решения о выборе БС и переключении между ними. Такие процессы предъявляют весьма высокие требования к современному АО, поскольку одновременно с этим ему приходится выполнять и целый ряд других операций, требующих достаточно высокой вычислительной мощности.

Проведенные исследования показывают, что наиболее быстрый рост LTE начнется с 2012 г., когда большинство операторов запустит свои сети и станет возможным унифицированный подход к предоставлению голосовой связи и таких услуг, как видеотелефония поверх LTE.

Поскольку покрытие LTE внедрено пока еще не повсеместно, весьма важным становится тестирование переключения АО между разными технологиями радиодоступа. Для удобства конечного пользователя переключение АО между этими RAT должно происходить гладко, поэтому перед развертыванием своих сетей операторы должны сфокусироваться на проверке реального поведения каждого устройства. Такое тестирование выходит далеко за рамки традиционной проверки совместимости, определенной комитетами по стандартизации.

Для полноценной эксплуатации АО в течение всего срока службы необходимо учитывать два аспекта:

• тестирование на соответствие стандартам необходимо, но недостаточно для развертывания;
• измерение технических характеристик отражает реальные возможности применения, например максимальную скорость передачи данных, скорость разряда аккумуляторов в разных условиях и т. д.

Тестирование на соответствие стандартам следует считать общим промышленным требованием: оно гарантирует наличие определенного уровня функциональности абонентского оборудования и отсутствие его отрицательного влияния на систему и других пользователей. В свою очередь, измерение технических характеристик дает возможность изготовителю АО дифференцировать устройства по потребительским качествам: скорости работы приложений, времени автономной работы и общего соответствия ожиданиям пользователя. Тест переключения между разными RAT является частью обоих аспектов, но может иметь разную степень важности в зависимости от того, какую операцию выполняет оборудование в данное время. Если абонентское устройство находится в ждущем режиме (не использует сетевые ресурсы), на передний план выдвигаются проблемы совместимости. Если же пользователь запустил приложение, ведущее активный обмен данными, то большую важность приобретают проблемы производительности. В ждущем режиме решение о выборе сети принимается и передается в сеть самим АО. Если же АО установило активное соединение для передачи данных, сеть сама выбирает канал передачи в зависимости от собственных измерений и результатов измерения соседней базовой станции, полученных от АО (рис. 1).

Рис. 1. Упрощенный процесс переключения

Вторым критерием переключения между разными RAT является потребность в голосовой связи. Как уже упоминалось, LTE основывается на режиме связи с коммутацией пакетов и не поддерживает голосовые соединения с коммутацией каналов, свойственные более ранним системам. Пока операторы не установят дополнительное оборудование, необходимое для поддержки голоса в LTE, голосовые соединения не будут являться частью услуги LTE. В то же время многие операторы делают инвестиции не только в LTE, но и в расширение существующих сетей голосовой связи, что обеспечивает более широкую зону покрытия. При таком сценарии становится целесообразным применение LTE для передачи данных, а существующей сети — для передачи голоса.

Нужно учесть и географию

В зависимости от технологии сетей 2G/3G и функциональности абонентского оборудования, требования к переключению между RAT могут различаться. Если АО представляет собой встроенный или внешний модем и поддерживает только передачу данных, все немного упрощается. Если же это телефон, то все становится сложнее.

В большинстве стран, где действующие сети соответствуют стандарту 3GPP GSM/W-CDMA/HSPA, возможен естественный переход к LTE и поддержка полной прямой и обратной совместимости как в сети радиодоступа, так и в первичной опорной сети. Конечной целью является включение в рамках LTE передачи голоса по протоколу IP (VoIP), что упростит операторам переход к сетям, полностью опирающимся на этот протокол, и позволит использовать переключение в полном соответствии с E-UTRA для минимизации разрывов соединения в процессе передачи данных. В ранних реализациях сетей потеря услуги LTE или установка голосового соединения будут вызывать автоматический возврат на канал 3G, обеспечивающий передачу голоса и данных. При этом услуга голосовой связи будет предоставляться на основе механизма возврата к режиму с коммутацией пакетов, а непрерывность передачи данных будет поддерживаться за счет освобождения радиоресурсов и перераспределения сообщений. Текущие спецификации предусматривают сценарии возврата вплоть до базового соединения GSM/GPRS, если эта сетевая инфраструктура остается единственно доступной, причем следующая, девятая, редакция стандартов 3GPP включает усовершенствованный механизм возврата к режиму передачи с коммутацией пакетов для увеличения скорости доступа.

В странах, где в основе действующих сетей лежат технологии 3GPP2 cdma2000/1xEV-DO, вопрос стоит острее. Хотя здесь имеется поддержка LTE в плане обнаружения и измерения параметров соседних базовых станций 3GPP2, опорные сети LTE и 3GPP2 имеют существенные различия. Первые реализации LTE будут поддерживать только «неоптимизированные» переключения, в которых, потеряв услугу LTE, АО будет переключаться на услугу 1xEV-DO. Если перед этим АО было подключено к локальной базовой станции 1xEV-DO, то этот процесс будет протекать относительно быстро, в противном же случае он может оказаться достаточно длительным. В режиме ожидания это не представляет особой проблемы, но во время активной сессии по передаче данных это может вызвать разрыв связи. Более поздние реализации будут поддерживать «оптимизированные» переключения, в которых АО будет направляться на новую БС, обладая для этого значительно большей необходимой информацией. Чтобы гарантировать подключение АО к услуге LTE при ее наличии, LTE выбирается сетевым оператором в качестве предпочтительной услуги. Голосовая связь поддерживается в АО отдельным радиотрактом cdma2000 и отдельным сетевым соединением, к которому не предъявляются требования переключения между сетями. Такой режим работы называется одновременной поддержкой голоса и LTE (SVLTE); в этом случае отсутствует интеграция голоса и информационных услуг, что отрицательно сказывается на времени работы от аккумулятора. Более поздние выпуски спецификаций LTE и модернизация опорной сети 3GPP2 нацелены на интеграцию голосовых и информационных услуг, причем целью ставится предложение одного общего конечного решения, как в случае 3GPP. Однако здесь возникает проблема другого плана, поскольку такое решение должно поддерживать не только переходы между разными технологиями физического уровня, но и переключение между разными опорными сетями. Для этого необходима поддержка туннелирования между опорными сетями 3GPP и 3GPP2. Она позволяет АО выполнять, например, предварительную регистрацию в сети 3GPP2, сохраняя соединение с LTE, что, в случае необходимости, ускоряет процесс переключения.

Как убедиться, что все работает

Ключом к продвижению абонентского оборудования LTE на мировой рынок является возможность проверки его функциональности в контролируемых и воспроизводимых условиях. Процесс тестирования должен учитывать три аспекта. Во-первых, АО должно корректно интерпретировать и соответствующим образом реагировать на сообщения протокола, поступающие от каждой поддерживаемой сетевой технологии. Во-вторых, сообщения протокола должны приводить к установке соответствующего соединения между АО и сетью. И в-третьих, установленное соединение должно предоставлять средства доступа к необходимой пользователю услуге. Система, подобная показанной на рис. 2, содержит основные элементы, необходимые для тестирования в процессе разработки: среду запуска сценариев проверки сигнализации для подтверждения соответствия системным стандартам; эмулятор системы LTE и 2/3G, предлагающий контролируемую радиосреду для измерения характеристик АО и тестирования переключения; возможность регистрации и анализа сообщений протокола, которым обмениваются АО и испытательное оборудование; сервер приложений, предлагающий средства для контроля характеристик.

Рис. 2. Типовая система для измерения характеристик АО, использующая решения для тестирования беспроводной связи компании Agilent

Для создания более сложной испытательной радиочастотной среды могут использоваться более сложные системы — например, дополнительное испытательное оборудование для имитации нескольких соседних БС и БС 2G и 3G, использующих разные технологии, а также дополнительные имитаторы многолучевого распространения, создающие более реалистичную среду мобильной сети.

Тест совместимости передачи сигналов (называемый иногда тестом совместимости протокола) использует скрипты, описывающие конкретные сценарии тестирования, предложенные уполномоченными комитетами стандартизации, и являет собой основу обеспечения операционной совместимости. Устройство должно пройти все сценарии тестирования для всех поддерживаемых технологий. Показанная на рисунке среда TTCN-3 (Нотация для тестов и управления тестированием версии 3) позволяет переносить сценарии тестирования из одной испытательной платформы в другую с помощью интерфейса, стандартизованного Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI). Изготовители предоставляют сценарии тестирования, скомпилированные в соответствии со стандартом TTCN-3, и адаптер для подключения стандартизированного интерфейса к уникальному испытательному оборудованию. Обычно такое тестирование выполняется в благоприятных радиочастотных условиях и имеет целью показать, что АО корректно реагирует на последовательность сообщений протокола. Разбраковка выполняется по сообщениям и их содержимому, параметрические измерения не выполняются.

В радиочастотной области для исследования результата и скорости переключения между RAT используется испытательная система, позволяющая имитировать базовые станции разных технологий, включая изменения параметров и соответствующие измерения. Стандарты 3GPP описывают предполагаемое поведение системы управления радиоресурсами (RRM) при переключениях между LTE и более ранними версиями. Если операторы переходят к LTE от технологий 3GPP2 (cdma2000/1xEV-DO), они вырабатывают собственные требования и планы тестирования для проверки переключения и тесно сотрудничают с поставщиками, чтобы гарантировать соответствие АО требованиям своих абонентов. Такое тестирование помогает разработчикам обеспечить соответствие своих устройств последним требованиям сетевых операторов, поскольку позволяет полностью описать и реализовать разные сценарии переключения между RAT.

Когда возможность изменения радиочастотной среды используется в сочетании с «живым» сервером приложений, это может дать ценные сведения о поведении как приложения, так и АО во время разрывов, вызванных изменениями физического соединения: например, состояние ВЧ-канала, переключение системы, сброшенные соединения, изменение скорости соединения или помехи от других приложений. Кроме того, сервер приложений можно использовать для проверки правильной и своевременной обработки АО нескольких процессов. Примеры могут включать доставку SMS во время передачи потокового видео, загрузку нескольких файлов и использование интерактивных игровых приложений. Эта возможность позволяет разработчикам оценить общую производительность устройства или приложения, что помогает дифференцировать их продукты от изделий конкурентов.

Заключение

Современные смартфоны являются полнофункциональными коммуникационными и вычислительными платформами, подключающимися к высокоскоростным сетям передачи данных для доступа к всевозможному контенту. С появлением множества загружаемых приложений, охватывающих все области (от рекламы на основе местоположения до потокового радио и телевидения и интерактивных онлайновых игр), ожидаемые характеристики мобильных устройств и сетей резко возросли. Операторы должны получать прибыль за счет предоставления качественных услуг передачи данных, а абоненты ожидают, что мобильный интернет будет работать не хуже домашнего и офисного. Услуга LTE постоянно развивается, и тщательное тестирование, особенно тестирование интеграции между LTE и сетями прежних поколений, гарантирующее получение потребителями того уровня обслуживания, которого они ожидают, становится определяющим фактором для развертывания сетей и услуг нового поколения.