מייק לוטון, Agilent Technologies
כללי
שוק התקשורת העולמי חווה שינוי פרדיגמה בביקוש – בעוד שההכנסות במרבית מדינות העולם המערבי מ-תקשורת נתונים תמשכנה לעלות ועוברות את ההכנסות משיחות, ישנה תאוצה למעבר לטכנולוגיות כגון ה- LTE. רשתות סלולריות מהוות עדות לפיתוח המהיר כאשר המפעילים מוכנים לצעוד צעד נוסף כדי לספק את התקשורת ואת הצרכים המגוונים של המנויים שלהם. רשתות LTE חדשות ינצלו את טכנולוגיות 3G כתשתית הבסיסית כאשר שירות ה- LTE עדיין לא מסופק, ולכן בדיקות מעבר בין טכנולוגיות שונות של גישה אלחוטיות הופכות חשובות יותר מתמיד. התוצאה של זמני תגובה לקויים יכול להאט מעבר ולהוביל לצבירת ניסיון רע בשל שיחות נקטעות.
מאמר זה מרחיב ונותן רקע על המתרחש בתעשייה, כולל הקדמה של העברת שיחות קוליות (Voice Calls) על גבי ה- LTE והוא מגדיר ומתאר את התרחישים השונים למעבר ל- Inter RAT,
כולל הצעות לחלופות לתרחישי העברת שיחות קוליות.
מהו הצורך ל- LTE?
ההתפתחות המהירה של הפס הרחב למכשירים הניידים מונעת על ידי הביקוש למכשירים המתקדמים הכוללים ריבוי יישומים ושירותים, המאפשרים למשתמשים לגשת לכל סוג של תוכן תוך כדי תנועה. פס רחב למכשירים הניידים יאפשר יתרונות כלכליים, במיוחד במדינות בהן חסרה תשתית לקווי תקשורת קבועים בעלי פס רחב. זהו המאיץ של השימוש ברשת נתונים על תשתיות סלולאריות המתפתחות בקצב אדיר, ומפעיליהן צריכים להגיב תוך מתן זמינות של רוחב הפס, אשר בתורו מספק את הכוח המניע מאחורי התפתחות 3G וכך התפתחו מערכות 4G כגון HSPA ו- LTE.
אבולוציה לטווח ארוך (LTE – Long Term Evolution) הוא השם שניתן על ידי פרויקט 3GPP לאבולוציה של תקני רדיו UMTS 3G. העבודה על שיפור רדיו ה- UMTS Terrestrial Radio Access המקורי ממשיך לגרסה Release 8 של תקני 3GPP עם שיפורים ל- High Speed Packet Access אך בנוסף, גרסה Release 8 כוללת את ה- LTE או בשמו הרשמי: Evolved UMTS Terrestrial Radio Access . גרסה זו מציעה קצבי העברת נתונים גבוהים וזמן המתנה נמוך יותר עבור המשתמש, רשת מופשטת יותר של all-IP network למפעיל ויעילות ספקטרלית משופרת, E-UTRA או LTE – מבטיחה לספק יתרונות רבים.
LTE כחלק מתשתית הסלולר
LTE היא מערכת all-IP system שנועדה בראש ובראשונה לספק שירותי העברת נתונים במהירות גבוהה. לכן, במהלך הקמת הרשת, ועד שמפעיליה יבחרו ליישם שירותי שיחות קוליות מבוססי IP, רשתות ה- LTE ינצלו את ה- 2G וה- 3G כתשתית הבסיסית עבור שיחות קוליות, וכן שירותי העברת נתונים שבו שירות ה- LTE עדיין לא מסופק. בתפעול רגיל, המכשיר הנייד, הציוד של המשתמש (User Equipment, UE) נדרש לסריקת תאים שכנים ולבצע מדידות אשר משמשות כבסיס לבחירת התאים ומסירת ההחלטות (handover). תהליכים כאלה הם מאוד תובעניים עבור ציוד המשתמש הקיים, אשר נדרש גם לריבוי משימות של מספר גדול של יישומים אחרים, תוך הפלת דרישות כבדות על אספקת החשמל למעבד. התוצאה של תגובה בלתי מספקת או איטית של ציוד המשתמש יאט את תהליך ה- handover (או שלעיתים ייכשל בהעברתן) ויגרום לאכזבה של המשתמש בשל קטיעת שיחות ואפליקציות משותקות.
המחקר בתעשייה צופה כי תעשיית ה- LTE צפוי לחוות צמיחה מהירה ביותר מ- 2012, כאשר רוב המפעילים ישיקו את הרשתות שלהם ויסדירו גישה מאוחדת לאספקת שירותי תקשורת קולית ושירותים מגוונים כגון תקשורת וידאו על גבי ה-LTE.
מכיוון שכיסוי LTE לא מתפשט, בדיקות יכולת ביצוע handover בין טכנולוגיות רדיו שונות (RAT) יהיה בעל חשיבות מכרעת באימות ביצועי UE (ציוד המשתמש).. עבור קבלת חווייה חיובית למשתמש הקצה ה- UE’s חייבים לעבור באופן חלק בין אותם RATs ולהוביל את מפעיליהם להגדיל את המיקוד בבדיקות מעשיות של “העולם האמיתי” של כל מכשיר לפני פריסתו ברשתות. ביצועי בדיקות אלו הינם מעבר לבדיקות התאימות המסורתיות הנהוגות ומוגדרות על ידי התעשייה וגופי התקינה של התעשייה.
לדוגמה, שני היבטים של בדיקות לאורך טווח חיי המכשיר:
בדיקת התאימות (Conformance Test) – הכרחית אך אינה מספקת עבור פריסה.
בדיקת ביצועים – משקפת במקרים של “שימוש אמיתי”. למשל מדידת קצב העברת הנתונים המקסימלי, התרוקנות הסוללה בתנאים שונים.
בדיקת התאימות תהווה כפי הנראה דרישה מן התעשייה כדי לוודא שציוד המשתמש (UE) מספק רמת ביצועים ותפעול נאותים ואינו יוצר בעיה על המערכת ו/או למשתמשים אחרים. בדיקת ביצועים תאפשר ליצרן ה- UE לקבל הזדמנות לבדל את המכשיר תוך התחשבות בחווית משתמש משופרת, מהירות אפליקציה אורך חיי הסוללה ובאופן כללי, איך ציוד המשתמש ממלא אחר ציפיות המשתמש. Inter-RAT handovers נכללים גם כן באותן בדיקות. כאשר המכשיר נמצא בהמתנה (Idle) ואינו צורך משאבי רשת, בדיקות התאימות הן הראשונות בחשיבותן לעומת מצב בו המשתמש מפעיל אפליקציה הזוללת משאבים וכאן בדיקות הביצועים מקבלות חשיבות. במצב Idle ההחלטות בבחירת הרשת מתבצעות בעיקר בציוד המשתמש ומשודרות לרשת כאשר ציוד המשתמש נמצא במצב חיבור העברת נתונים פעיל, הרשת תחליט על ערוץ השידור תוך התבססות על מדידות עצמיות ומידע על מדידות תאים שכנים המוחזרים מציוד המשתמש. ראה איור מס’ 1.
הקריטריון השני עבור Inter-RAT handover הוא הצורך בשירות העברת שיחות קוליות. כפי שהוזכר קודם לכן, LTE הוא שירותpacket-only ללא הכנה עבור מעגלי מיתוג של שיחות קוליות שהוא המקרה הטיפוסי למערכות קודמות. עד שהמפעילים יבצעו את תוספת ההשקעה בציוד הרשת במכשור הנדרש לתמוך בהעברת שיחות קוליות ב- LTE, ייזום או קליטת שיחה קולית לא תהיינה חלק משירות LTE. בינתיים, מפעילים רבים משקיעים ב- LTE בצד רשתות של העברת שיחות קוליות המאפשרים כיסוי נרחב. בתרחיש זה, נראה נכון להשתמש בחיבור LTE עבור העברת נתונים ואילו ברשתות הקיימות להעברת שיחות קוליות.
איור מס' 1 - תהליך handover מופשט
הגיאוגרפיה משחקת תפקיד
יש הפרדה בין דרישות inter-RAT בהתאם לטכנולוגיית רשת 2/3G ופונקציונאליות של ציוד המשתמש. אם ציוד המשתמש הינו כרטיס רשת אלחוטי (“dongle”) ותומך רק בשירותי העברת נתונים, הכל יהיה פשוט יותר. אם מדובר בטלפון, העניינים מסתבכים..
עבור המפעילים ברוב חלקי העולם, במקומות בהם קיימות רשתות של 3GPP GSM/W-CDMA/HSPA, ישנה אבולוציה טבעית לכיוון LTE, ותקנים מבוססי תמיכה מלאה לאחור ותאימות קדימה, הן ברשתות לגישת רדיו והן ברשת הליבה שמאחוריה. המטרה הסופית היא הכללה של (Voice over Internet Protocol (VoIP כחלק מן ה- LTE, כדי להקל על המפעילים להריץ רשתות IP-only, ו- E-UTRA handover מלאות וזאת כדי לצמצם את שיבוש חיבורי הנתונים. במימוש הראשוני של הרשתות, הפסד שירות LTE או ייזום/ קליטת שיחה קולית ייצור החזרה אוטומטית לנשא ה- 3G, מקום בו אספקת שירותי שיחות קוליות והעברת נתונים קיימת. שירות שיחות קוליות יסופק על ידי מכניזם של circuit-switched fall-back, והמשך שירות העברת הנתונים ינוהל על ידי הקצאת משאב רדיו וניתוב מחדש של הודעות. המפרט הקיים מכיל תרחישים של fall-back בתאימות לאחור עד לחיבור GSM/GPRS הבסיסי. אם זו תהיה תשתית הרשת הנותרת זמינה, ו- Release 9 כולל שיפורים ל- circuit-switched fall-back כדי לשפר את מהירות הגישה.
במדינות שבהן הרשתות הקיימות הן 3GPP2 cdma2000/1xEV-DO הסוגיות קשות יותר לפתרון. בעוד שיש תעבורה ב- LTE עבור איתור ומדידת תאי 3GPP2 שכנים, קיימים הבדלים מהותיים בין ליבת ה- LTE ורשתות 3GPP2. יישומי ה- LTE הראשונים יתמכו רק ב-
handovers ““ כאשר בזמן שציוד המשתמש מאבד את שירות ה- LTE הוא חייב לרכוש שירות 1xEV-DO. אם הוא חובר לפני כן לתא 1xEV-DO מקומי, תרחיש זה יכול לקרות בקלות יחסית, ואם לא, יידרש זמן ארוך יותר. במצב המתנה (Idle) אין בכך בעייה רצינית, אך תוך כדי שיחת נתונים פעילה, ייגרמו שיבושים. יישומים מאוחרים יותר יתמכו במסירת החלטות “אופטימלית” יותר כאשר ציוד המשתמש ינותב לתא שירות חדש המכיל מידע רב יותר על כך. כדי להבטיח שהציוד המשתמש מתחבר לשירות LTE כאשר הוא זמין, LTE מוגדר כ”חיבור המועדף” על ידי מפעיל הרשת. שירות שיחות קוליות יסופק על ידי רדיו cdma 2000 נפרד בתוך ציוד המשתמש וחיבור רשת נפרד שאינו מצריך interworking. תופעה זו מוכרת כשירות שיחות קוליות משולב עם LTE סימולטני (SVLTE), אין שילוב בין שיחות קוליות ושירותי העברת נתונים, וצריכת הספק הסוללה עשוי לעלות. מפרט LTE מתקדם יותר מכיל שינויים עבור ליבת רשת 3GPP2 כך שהיא תביא לשילוב של העברת נתונים ושיחות קוליות, במטרה להגיע לפתרון כמו במקרה של 3GPP..עם זאת, קיימת רמה נוספת של מורכבות כי הפתרון צריך להכיל לא רק את המעבר בין טכנולוגיות שונות עבור השכבה הפיזית אלא גם interworking בין רשתות ליבה נפרדות. כדי לתמוך בכך, נדרש “מינהור” בין רשתות ליבה מסוג 3GPP ו- 3GPP2. הדבר מאפשר לציוד המשתמש לבצע pre-registration על רשת 3GPP2 בעוד שהוא מחובר ל- LTE, ועל ידי כך להאיץ את תהליך ה- handover כאשר החלפת תא נדרשת.
איור 2 - מערכת בדיקות טיפוסית לאפיון ציוד משתמש באמצעות מערך בדיקות Agilent Wireless Communications
יש לוודא שהכל אכן עובד
המפתח לפיתוח ציוד משתמש LTE עבור השווקים ברחבי העולם, הוא היכולת לבחון את הפונקציונליות שלהם בתנאים מבוקרים הדירים. יש לשקול את שלושת השלבים האלו: ראשית על ציוד המשתמש לפרש נכונה, להגיב היטב להודעות הפרוטוקול מכל סוג של טכנולוגיית רשת בו הוא תומך. שנית, הודעות הפרוטוקול חייבות לגרום ליצירת הקשר הרצוי בין ציוד המשתמש והרשת. שלישית, החיבור חייב לספק את האמצעים כדי לגשת אל השירות הנדרש לשביעות רצונו של המשתמש. מערכת כמו זו המוצגת באיור 2 מכילה את האלמנטים הבסיסיים הנדרשים לצורך פיתוח בדיקות: סביבה להרצת בדיקות Signaling Conformance כדי לוודא עמידה בתקני המערכת, LTE ומערכות אמולציה 2/3G כדי לספק תנאים מבוקרים לסביבת ה- RF הן עבור אפיון ציוד המשתמש והן בדיקות Handover, תוך מתן אפשרות לאגור ולנתח את הודעות הפרוטוקול בין כל מערכי הבדיקה וציוד המשתמש, ושרת אפליקציות המספק את השירותים הנדרשים לבדיקות ביצועים.
מערכות מקיפות יותר יכולות לספק סיבת RF מורכבת עבור הבדיקות, למשל, מערכי בדיקה נוספים המאפשרים תאים שכנים מרובים עבור תאי 2G ו- 3G בטכנולוגיות שונות והוספת Fading Simulators יאפשרו ייצוג נאמן יותר של סביבת תקשורת סלולארית.
בדיקת Signaling Conformance (הנקראת לעיתים גם בדיקת Protocol Conformance) משתמשת בתסריטים המתארים תרחישי בדיקות ספציפיים ונתמכים על ידי ארגוני סטנדרטים מוכרים, והם מהווים את הבסיס להוכחת יכולת פעולה הדדית. המכשיר הנבדק חייב לעבור את התרחישים הנדרשים עבור כל טכנולוגיה בה הוא תומך. סביבת ה- (Test and Testing Control Notation version 3) המוצגת באיור מאפשרת בדיקת תרחישים שניתנים לניוד מפלטפורמה אחת לשנייה באמצעות ממשק שעבר סטנדרטיזציה מטעם ETSI. היצרנים מספקים את תרחישי בדיקות ה- TTCN-3 ומתאם שמתחבר לממשק שעבר סטנדרטיזציה למאפיינים הייעודיים של בדיקות המכשור. בדיקות אלו מתבצעות על פי רוב בתנאי RF טובים והמטרה היא להציג שציוד המשתמש מגיב היטב תוך שורה של הודעות פרוטוקול. תוצאת עבר/נכשל נגזרת מן ההודעות ותוכנן. לא מתבצעות מדידות פרמטריות.
בתחום ה- RF, מערך בדיקה המסוגל לספק חיקוי של תא (Cell Emulation) עבור טכנולוגיות שונות, כולל שינויים פרמטריים ומדידות נלוות, יכול לשמש לצורך חקירת התוצאה ותזמון ה- inter-RAT handovers. הסטנדרטים של 3GPP מכסים את ההתנהגות הצפוייה של
Radio Resource Management בין LTE וגרסאות קודמות. במקרה של מפעילים העוברים ל- LTE מטכנולוגיות 3GPP2 כגון cdma2000/1xEV-DO, הם יוצרים את הדרישות העצמיות שלהם, את תכנון הבדיקות עבור Handover Testing ועובדים עם הספקים שלהם על מנת להבטיח שציוד המשתמש החדש עומד בדרישות הצרכנים. סוג זה של בדיקות מסייע למפתחי ציוד המשתמש להבטיח שמכשיריהם תואמים לדרישות האחרונות של מפעילי הרשתות ומגוון של תרחישי inter-RAT מוגדרים ומיושמים.
כאשר קיימת היכולת לשנות את סביבת ה- RF בצמוד עם שרת Live Application, ניתנת האפשרות לספק תובנות חשובות בהתנהגות של האפליקציה ושל ציוד המשתמש תוך כדי שיבושים הנגרמים משינויים בחיבור הפיסיקלי: למשל, תנאי אפיק RF ,system handovers, שיחות נקטעות, שינויי מהירות בחיבור והפרעות מאפליקציות אחרות. שרת האפלקציות יכול אף הוא לשמש כאמצעי בדיקה שציוד המשתמש מטפל היטב בתהליכים מרובים ובאופן הנכון. דוגמאות עשויות לכלול שיגור הודעת SMS במהלך הזרמת וידאו, הורדת ריבוי קבצים באמצעות יישום אינטראקטיבי למשחקים. יכולת זו מאפשרת למפתחים מבט כולל על ביצועי המכשיר או האפליקציה המסייעת לבדל את המוצרים שלהם ממוצרי המתחרים.
מכשיר בדיקות לדור הרביעי ,Agilent E6621A PXT
סיכום
הטלפונים החכמים של היום הם במלוא מובן המילה פלטפורמות תקשורת ומחשוב המאפשרות חיבור לרשתות נתונים מהירות ולגשת לעולם התוכן. עם אלפי אפליקציות להורדה המכסות הכל מפרסום תלוי-מיקום, הזרמת רדיו/ אינטרנט/ טלוויזיה ומשחקי on-line אינטראקטיביים, רמת הציפיות לביצועים של הרשתות והמכשירים הניידים תלול; על המפעילים להרוויח משירותי העברת נתונים חלקה והצרכנים מצפים מן האינטרנט הנייד להשתוות עם ביצועי המחשב הביתי או המשרדי. שירות ה- LTE מתפתח ועל ידי בדיקות יסודיות ובמיוחד בשלבי השילוב בין LTE ורשתות – כל זאת, כדי להבטיח שהצרכן יקבל את מלוא רמת הביצועים והחיבוריות הרציפה שלהם הוא מצפה. הבדיקות מהוות שלב קריטי בהטמעה ושילוב של רשתות הדור החדש ושירותיהן.
