Simulatore di rete per test dei terminali mobiliNel mondo reale, a chi ha un abbonamento di telefonia mobile non importa affatto del complesso mix di fattori alla base delle performance del proprio telefonino. Generalmente, quando all’utente si interrompe la comunicazione, o la velocità di download diviene molto bassa, o ancora la qualità della conversazione è scadente, si tende a dare la colpa all’operatore di rete.

La vera causa delle scarse prestazioni potrebbe però essere quello stesso telefonino, o la rete di backhaul – fattori, questi, tutti fuori dal diretto controllo dell’operatore. Per i clienti, questo però è irrilevante: pagano per un servizio di rete mobile e, se non lo ottengono, il service provider deve essere necessariamente responsabile.

Ciò significa che l’operatore deve farsi carico di come ogni terminale ha effetto sulla rete, e del modo in cui la rete influisce sulle prestazioni dei terminali.Tuttavia, sebbene tutte le reti di telefonia mobile e i dispositivi siano conformi agli standard industriali universali, quali 3G e LTE specificati dal consorzio 3GPP, non esistono due configurazioni di rete identiche. Allo stesso modo, gli operatori non possono fare affidamento unicamente sulle specifiche del prodotto fornite dal produttore del cellulare o altra apparecchiatura terminale.

Per essere in grado di attingere a specifici dati relativi alle prestazioni del terminale, ogni operatore di rete deve quindi effettuare le proprie prove di quei terminali in un ambiente di rete realistico. Questo articolo descrive i vari metodi di collaudo dei terminali esistenti, e mostra come uno di essi – la simulazione di rete – offra alcuni importanti tipi di informazioni non ottenibili diversamente da qualsiasi altro metodo di test.

Svantaggi dei KPI tradizionali

In realtà, gli operatori di rete possono già attingere a dati ed informazioni riguardanti le prestazioni dei terminali dai sistemi informatici dedicati alla gestione della rete (OSS, Operational and Support Systems). Ciò consente agli operatori di comparare le performance di un terminale rispetto ad un set indicatori prestazionali (KPI, Key Performance Indicators) ricavati dalle misurazioni sulla rete reale.

Sebbene i sistemi di gestione siano strumenti importanti per scoprire e analizzare in tempo reale i problemi dell’utente, i risultati dei test sono generalmente irripetibili, e l’origine degli errori o guasti non possono sempre essere identificati in maniera affidabile. Potrebbero essere causati dal teminale, dalla rete, o dall’ambiente operativo: i KPI catturati da una rete reale potrebbero non rivelare all’operatore qual è il vero problema.

Al fine di identificare in maniera affidabile dati fruibili relativi all’esperienza di utilizzo del cliente, il terminale deve essere isolato, o testato in condizioni di rete note.

Il collaudo sul campo (field testing) è una delle possibilità. Tipicamente effettuato utilizzando un laptop inserito in un’automobile, il field testing offre informazioni riguardo le prestazioni dei terminali in una determinata infrastruttura di rete (in una località specifica) e in un determinato momento. I risultati ottenuti, tuttavia, sono difficili da riprodurre e, dato che le condizioni di rete cambiano continuamente, è difficile effettuare qualsiasi analisi di prestazione nel tempo dei terminali.

Inoltre, le infrastrutture all’interno delle quali lavota un terminale sono generalmente di proprietà di vari operatori, il che rende difficile ai tecnici ottenere una visibilità completa dei parametri in cui un test è stato compiuto, o accedere alle tracce dei test. Mentre il field testing aiuta gli operatori a verificare le prestazioni della rete in termini di accessibilità, mantenibilità, durabilità, mobilità, throughput, e latenza, i risultati offrono poche informazioni per favorire la risoluzione di qualsiasi problema questo dovesse rivelare.

L’utilizzo di un ambiente di test controllato (test bed) attenua alcuni di questi svantaggi. Un test bed è una esatta replica di una rete effettiva. Mantenuto come ambiente test dedicato, isolato dalla rete effettiva, offre un ambiente controllato in cui gli operatori possono verificare le prestazioni dei terminali in infrastrutture esistenti e con le funzionalità di rete correntemente supportate dalla rete effettiva dell’operatore.

Un test bed offre buoni strumenti per collaudare una infrastruttura esistente prima di distribuire nuove funzionalità su di essa, o di risolvere problemi di gestione delle risorse radio, o mancanza di interoperabilità. Tuttavia, ha delle limitazioni quando l’operatore deve collaudare un nuovo cellulare.

Il ciclo di sviluppo di un cellulare si muove più rapidamente di quello delle apparecchiature di rete. Ciò significa che i nuovi cellulari sono generalmente più avanzati dell’infrastruttura di un operatore, e quindi un test bed potrebbe non essere in grado di supportare molte delle funzioni dalle quali i cellulari degli utenti vorrebbero trarre vantaggio.

Inoltre, un test bed è composto da normali apparecchiature di rete previste per essere utilizzate in una rete reale. Ciò significa che un test bed non può offrire funzionalità che sarebbero invece utili in un ambiente di prova, quali un'interfaccia di automazione per modificare al volo parametri di funzionamento, o la capacità di catturare log completi.

Simulatore di rete MD8475A di AnritsuFig. 1: Il modello MD8475A di Anritsu è un esempio tipico di simulatore di rete in grado di supportare tutti gli standard tecnologici della telefonia mobileUn simulatore di rete è il terzo tipo di ambiente di test disponibile per gli operatori. Dato che è progettato espressamente per il testing, offre tutte le funzionalità di cui un tecnico del collaudo vorrebbe disporre, incluso un completo ambiente di automazione e log dettagliati.

Qualsiasi parametro, compresa ogni condizione RF possibile, può essere facilmente simulata. Inoltre, un simulatore supporta le più recenti tecnologie di rete; per esempio, il sistema MD8475A di Anritsu offre già un completo insieme di procedure di test per il più recente standard LTE-Advanced (ved. Figura 1).

Ciò significa che un simulatore è uno strumento ideale per una comparazione scientifica delle performance di terminali.

Infatti, ci sono cinque diversi tipi di informazioni che gli operatori di rete devono ricavare dai test condotti sui terminali con un simulatore di rete.

Benchmarking

Gli operatori possono ricavare solo un quantitativo limitato di informazioni dalle specifiche tecniche che i produttori di cellulari forniscono. Possono ricavare molto di più provando loro stessi direttamente i cellulari e confrontando le prestazioni con i benchmark di riferimento.

I risultati di questi benchmark test possono determinare decisioni di marketing, dato che possono mostrare quali cellulari possano ampliare il portfolio di dispositivi degli operatori offerti agli abbonati.

Terminali diversi possono anche essere comparati per la loro potenziale capacità di danneggiare la rete dell’operatore, attraverso taluni comportamenti come le eccessive operazioni di segnalazione, o perdite di potenza RF.

Gli operatori si affidano ai test di conformità progettati dagli organismi di standardizzaione quali PTCRB (negli Stati Uniti) o GCF (in Europa) per verificare che un cellulare funzioni adeguatamente in una rete di telefonia mobile. Tuttavia, i test di conformità generalmente mostrano solo se un cellulare raggiunge o meno un livello minimo di performance coerente con lo standard, e solo relativamente a certi aspetti delle performance del dispositivo.

Un operatore potrebbe preferire supportare terminali che offrano prestazioni che si attestino sopra il minimo stabilito dallo standard. Lo stesso operatore potrebbe anche preoccuparsi delle funzionalità utilizzate dai clienti, ma non coperte dai test di conformità, quali consumo di potenza, qualità della voce, stabilità, Wi-Fi offload e la coesistenza con più sistemi radio.

Ambiente di automazione per Carrier Acceptance TestingFig. 2: Ambiente di automazione per CAT (test batterie)Tant’è che alcuni operatori hanno fatto di questi benchmark test un formale requisito per i produttori di terminali, attraverso un modulo di certificazione denominato CAT (Carrier Acceptance Testing).

E’ necessario un simulatore di rete per effettuare un benchmark testing, essendo questa l’unica modalità per verificare più terminali in un identico ambiente di rete, onde raggiungere risultati dei test realmente comparabili (ved. Figura 2).

Il benchmark testing CAT sta diventando particolarmente importante per l’aumento del numero di dispositivi di comunicazione machine-to-machine (M2M) immessi sul mercato, dal momento che non esiste attualmente alcun test di conformità generalmente accettato per la loro validazione.

 

Regression testing

Problemi costanti sono causati agli operatori di rete per effetto degli aggiornamenti software del sistema operativo rilasciati dai produttori di cellulari; questi, talvolta, degradano profondamente l’esperienza degli utenti. Come già detto, gli abbonati tendono ad colpevolizzare l’operatore per qualsiasi problema di performance del loro cellulare, persino quando a causare il problema fosse proprio l’aggiornamento software del cellulare stesso.

I test con i simulatori costituiscono uno strumento fondamentale per garantire un roll-out out degli aggiornamenti software programmati. Utilizzando un simulatore, l’operatore può eseguire una serie di test automatizzati per misurare le performance e la stabilità del nuovo software in un'ampia varietà di condizioni di rete e condizioni di utilizzo.

I risultati ottenuti possono essere comparati con i risultati dei precedenti benchmark test per evidenziare se le prestazioni si siano ridotte a causa del nuovo software. Simili benchmark test possono essere eseguiti su scala ridotta con prove sul campo e su base statistica, prima di approvare un impiego sull’intera rete.

Application testing

Tipi di applicazioni più comunemente utilizzati su smartphone Fig. 3: Tipi di applicazioni più comunemente utilizzati su smartphoneLe prestazioni hardware sono alla base dell’esperienza di utilizzo da parte degli utilizzatori di un dispositivo cellulare. Ma ciò che l’utilizzatore vede sono applicazioni, ed il soggettivo metro di giudizio riguardo la qualità di una rete è normalmente basata sull’esperienza di utilizzo delle applicazioni preferite (ved. Figura 3).

Gli sviluppi di queste applicazioni sono solitamente platform-neutral. Ovvero, le applicazioni sono sviluppate perchè funzionino su reti core IP: è pertanto indifferente come questi pacchetti IP vengano veicolati.

Infatti, la trasmissione di pacchetti IP è fortemente influenzata dal funzionamento del physical layer Radio e MAC (Media Access Control) – ambedue facenti parte della rete cellulare. La comprensione del comportamento delle principali applicazioni all’interno di un range di condizioni radio simulate può aiutare gli operatori a ottimizzare sia le loro infrastrutture che le loro applicazioni.

Per esempio, applicazioni Voice over LTE producono uno streaming continuo di piccoli pacchetti; la trasmissione richiede una latenza molto bassa ed ha una elevata tolleranza verso i pacchetti scartati (dropped packet). Gli operatori possono ottimizzare questo tipo traffico assegnando una specifica portante radio in grado di fornire questo profilo di traffico. Per queste applicazioni, l’adattamento e l’ottimizzazione dei layer più bassi è assolutamente fondamentale per assicurare buone prestazioni e servizi di elevata qualità.

Gli operatori possono anche utilizzare un simulatore di rete per:

  • Eseguire migliaia di transazioni mobili di pagamento (che risultano protette da routine di criptate) mentre è in corso un trasferimento da una cella all’altra, al fine di misurare il tasso di errori nelle transazioni
  • Verificare il funzionamento nelle chiamate per servizi di emergenza

Troubleshooting

Il monitoring della rete effettiva può rivelare problemi relativi ad uno specifico dispositivo. Tuttavia, arrivare alla radice del problema nella rete reale è cosa difficile, a causa del continuo cambiamento delle condizioni in ciascuno dei livelli della infrastruttura di rete. Replicando una rete reale in un simulatore, l’operatore può verificare più rapidamente le ipotesi riguardo le cause alla radice e riproporre, al bisogno, le condizioni sospette.

L’operatore può utilizzare un simulatore anche per effettuare manutenzione preventiva o prevenire guasti di rete. Generando condizioni abnormi attraverso il simulatore, l’operatore può verificare come ognuno dei terminali le supera e se con successo. Tali condizioni, nè abituali nè riscontrabili o ripetibili nelle condizioni normali di una rete reale includono:

  • indisponibilità del server
  • roaming internazionale
  • connessione rifiutata

Ricerca e Sviluppo

Simlatore delle funzionalità Wi-Fi offloadFig.4: un simulatore consente all’operatore di calibrare l’implementazione della funzione Wi-Fi offload di un cellulareMolti operatori gestiscono oggi intense attività di ricerca e sviluppo. Si tratta di attività che vengono eseguite anticipando le esigenze dei loro clienti, scoprendo opportunità per ridurre i costi, e sviluppando servizi a valore aggiunto.

Ad esempio, un operatore potrebbe modellare il profilo di traffico di una nuova e diffusa applicazione, al fine di avere una proiezione delle future necessità in termini di capacità di rete per supportarla.

Il vantaggio dell’eseguire questi test su un simulatore di rete sta nel fatto che si può rivelare l’impatto sulle prestazioni di un terminale non solo nella tecnologia standardizzata implementata nella rete effettiva, ma anche nelle future generazioni di tecnologie non ancora supportate dai fornitori di apparecciature di rete, come Wi-Fi offload (ved. Figura 4), o la fornitura remota e gestione di SIM card embedded (eUICC) in dispositivi M2M (ved. Figura 5).

 

Servizi cloud e reti radiomobiliFig. 5: servizi cloud che supportano una applicazione M2M in abbinamento ad un ambiente di automazione dei test, tra cui un simulatore di rete

Anche i servizi basati sulla localizzazione possono  trarre vantaggio da ulletriori prove e misure eseguite in presenza di un segnale GPS/GNSS simulato.

Limitazioni della simulazione come piattaforma per il testing di cellulari

Dovrebbe essere sottolineato che un simulatore di rete è progettato per verificare le prestazioni di un singolo dispositivo alla volta: la simulazione normalmente non è appropriata per porre sotto stress gli algoritmi di pianificazione multiutente della stazione base.

Più simulatori possono essere utilzzati per simulare più stazioni base, e possono essere accoppiati a fader per simulare scenari di interferenza multicammino quando si utilizzando tecniche di ricetrasmissione MIMO.

Il vantaggio delle verifiche in un ambiente di laboratorio, tuttavia, è che i test sono facilmente ripetibili, e consentono all’operatore di creare qualsiasi condizione di rete per testare sotto stress un cellulare.

Ovviamente, nessun set di scenari di test può imitare esattamente ogni possibile condizione verificabile in una rete reale. Tuttavia, il simulatore gioca un ruolo determinante nella strategia complessiva dell’operatore nel valutare e validare il funzionamento dei terminali in una rete reale.

*Francois Ortolan è Regional Wireless Specialist di Anritsu (EMEA)

Categoria: Telecom

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