Вимірювання продуктивності та ключових робочих показників мереж UMTS

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest(R) з пропонованими Аналізаторами спектру, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цієї Розділу

Вступ

Контрольно-вимірювальне обладнання для виконання глибинних (або ще називають «наскрізних») аналізів мереж SS7, GSM, GPRS явно не дотягує до планки завдань, що висуваються UTRAN - підсистемою радіо доступу екосистем мобільного зв'язку третього покоління UMTS. Вперше вимірювання на UTRAN стали проводитися ще приблизно 6 років тому через процедури моніторингу, імітаційного моделювання та тестування навантаження. Моніторинг інтерфейсів (хочу дати коментарі саме за цим терміном – прим. автора) означає декодування захоплених даних на відповідних лінках та проведення аналізів на предмет того, як різні сегменти цих даних та повідомлення співвідносяться один з одним. В цілому, вимірювання на UTRAN проводилися таким чином, що здійснювалося трасування всіх повідомлень, що належать одному-єдиному виклику з метою отримання достовірної інформації про те, чи працюють всі мережеві елементи та категорії (стеки) протоколів, залучені до процесу належним чином, або відбулися деякі збої або будь-які підозрілі події негативно вплинули на плавний хід проходження виклику, що тестується, або на якість наданих оператором послуг. Усі випадки, що вказують на нормальну поведінку мережі, були задокументовані у відповідних звітах (наприклад, в аналітичних зведеннях «Сигналізація UMTS», виданих видавництвом John Wiley & Sons, Ltd, 2006), що надають чудові приклади для технічних експертів, які вивчають алгоритми проходження їм мережні процеси.

У міру розгортання мереж UMTS, пріоритети провідних експертів цієї технології стали дедалі більше зміщуватися від досліджень на функціональну поведінку мережевих елементів до проведення глибинних аналізів величезних масивів даних, що містяться в сигнальній інформації (сигналізації) та даних користувача/корисне навантаження. В результаті виникла потреба у виданні цілої низки технічної літератури на цю тему та проведенні додаткових лабораторних та науково-дослідних робіт. Справді, якщо порівняти інформацію, що відноситься до мережевих протоколів підсистем радіо доступу в архітектурах UMTS і GSM, наприклад, зміст звітів вимірювань, що передаються в мережу мобільними терміналами та базовими станціями, стає очевидним, що у випадку з UMTS здійснюються значно більш специфічні і комплексні виміри, які стосуються насамперед радіочастот. Звіти надсилаються більш часто із застосуванням більш складної методології, ніж це робиться в GSM з метою забезпечення якості послуг, яка відповідає стандартам UMTS.

Радіотехнологія, що лежить в основі UMTS, проглядається у двох різних іпостасях: дуплексний зв'язок з частотним поділом каналів (FDD, ще відомий як WCDMA), де дані висхідного та низхідного каналів транслюються у двох різних діапазонах частот і дуплексний зв'язок з тимчасовим поділом каналів (TDD) коли висхідні та низхідні канали розділені квантами часу (time slot). Ми не розглядатимемо технологію TDD, оскільки ні в Європі, ні в Америці її так і не було впроваджено. Що стосується китайського рішення, заснованого на низькій швидкості передачі елементів сигналу TDD (TD-SCDMA), то ці мережі були зовсім недавно розгорнуті і знадобиться ще достатньо часу, поки необхідність у вимірюваннях мережної продуктивності вийде для операторів TD-CDMA на перший план. А спершу вони мають сконцентруватися на проведення тестів на функціональність. Тим не менш, більшість тлумачень, що стосується вимірювальних процедур і ключових робочих показників, які будуть представлені в цьому циклі публікацій, також можуть бути прийнятні для мереж TDD крім безпосередніх радіочастотних вимірювань та аналізів м'якої естафетної передачі (хендовера), оскільки м'якого хендовера в TDD не Існує.

Більшість ідей та визначень у сценаріях вимірювання продуктивності UMTS не визначені міжнародними стандартами. Присутня величезна «сіра зона», що покриває найширший діапазон власних тлумачень, народжених операторами мереж і виробниками телекомунікаційного устаткування. У результаті три чверті змісту цих публікацій будуть присвячені описам термінів, яких не відшукати в жодному міжнародному документі зі стандартизації. З іншого боку, які завжди т.зв. «Власницькі тлумачення» здатні повністю розкрити природу та суть здійснюваних вимірювань. Тому мета справжніх публікацій – спробувати скоротити розрив між приватними визначеннями продуктивності мереж та тими, що пояснюються організацією 3GPP (міжнародний партнерський проект розвитку мереж 3-го покоління – прим. автора), а також розрив між теорією та практикою вимірювань на UMTS.

Основні положення щодо вимірювань продуктивності UTRAN – наземних мереж радіодоступу UMTS

Вимірювання продуктивності являють собою новий підхід при моніторингу даних. У минулому моніторинг мереж означав процес, при якому повідомлення декодувалися і відфільтровувалися для визначення того, які з них належали тому самому виклику. Поодинокі виклики аналізувалися і дуже часто неполадки та збої виявлялися суто випадково. Новий підхід у тестуванні – режим вимірювання продуктивності, є ефективним способом у будь-який час сканувати всю мережеву архітектуру та систематично відшукувати помилки, «пляшкові шийки» (обмеження) та підозрілі події (поведінка мережевих компонентів).

Процедури вимірювання продуктивності та відповідний інструментарій вже раніше застосовувалися на GSM та 2.5G – мережах радіо доступу GSM/GPRS, а також на опорних мережах цих поколінь мобільного зв'язку, проте, якщо розглядати сучасні завдання щодо вимірювань продуктивності UTRAN, то вимоги під 2G/2.5G виглядають дуже спрощеними. Для вирішення завдань моніторингу GSM/GPRS було цілком достатньо зібрати всі необхідні протокольні повідомлення (що було зовсім нескладно), а також розрахувати та агрегувати результати певних вимірювань. В даний час, навіть Технічні Стандарти 3GPP 32.403 (Управління роботою телекомунікаційних мереж, Управління продуктивністю (РМ), Управління продуктивністю – UMTS та комбінованих архітектур UMTS/GSM) містять лише мінімальний набір вимог, що становлять не більше ніж верхівку айсберга. Визначення та рекомендації 3GPP (Партнерський проект з розвитку мереж 3-го покоління), що наводяться в цьому циклі публікацій, ніяк не в змозі охопити найширший перелік необхідних процедур для тестування продуктивності UTRAN, деякі описи недостатньо змістовні, щоб можна було на їх основі здійснювати реалізацію яких -або програмних опцій, а окремих випадках ці визначення можуть навіть призвести до отримання неправильних результатів тестів. Підсумовуючи все вищесказане, можна з упевненістю констатувати, що специфікації вимог щодо вимірювань продуктивності UTRAN все ще незрілі і знаходяться в початковій фазі.

У першій частині наших публікацій будуть даватися пояснення, що вже визначено 3GPP, які додаткові вимоги можуть становити інтерес, які передумови та умови завжди необхідно пам'ятати, оскільки вони мають величезний вплив на отримання будь-яких результатів вимірювань, навіть якщо ці умови не завжди чітко прописані. .

Серед інженерів-експлуатаційників існує думка, що найбільшою помилкою при здійсненні вимірювань продуктивності є копіювання та внесення помилок. Ця цитата бере свій початок із практики сліпого копіювання встановлених вимог замість того, щоб самостійно розвивати власні концепції та ідеї. Таким чином, автор хоче наголосити, що справжній цикл публікацій – зовсім не готовий посібник до дії, тим більше не істина в останній інстанції щодо термінології, а скоріше спроба висвітлити суть проблем, з якими зіткнуться інженери під час розгортання підсистем радіо доступу UTRAN. Крім того, автор буде вдячний тим, хто направить на адресу редакції свої коментарі та доповнення до публікацій про мережі UMTS, а також поділиться практичним досвідом їх обслуговування.

Загальні ідеї концепції вимірювань продуктивності

Алгоритми вимірювань продуктивності певною мірою унікальні. Існує безліч параметрів і подій, які можуть бути виміряні, так само як і множина режимів вимірювань, які можуть бути співвіднесені один з одним. Кількість перестановок та комбінацій нескінченна. Таким чином, цілком резонно виникає питання: з чого починати та яка послідовність дій буде правильною?

На це питання не існує універсальної відповіді, крім, мабуть, такої: Оператор мережі повинен визначити для себе пріоритетні бізнес-мети на підставі економічних основних показників продуктивності (KPI). Саме бізнес мети мають стати наріжним каменем щодо завдань оптимізації мережі. І вже після чіткого формулювання цих завдань, мають бути ідентифіковані технічні KPI, на яких, згідно з обраною стратегією, ґрунтується належне функціонування мережевої архітектури. Відповідно до цієї концепції, поступово крок за кроком оператори приступають до впровадження нових сервісів. У самому загальному плані йдеться про голосові виклики і пакетну передачу даних. Саме ці послуги, насамперед, мають бути оптимізовані, помилки виявлені та усунені. Загалом і загалом, буде правильним стверджувати, що кінцевою метою виконання вимірювань на продуктивність є налагодження неполадок та оптимізація функціонування мережі (рис. 1)

Проте, щоб оператор комунікаційної мережі не робив, зрештою саме його абоненти оцінять, чи була насправді ця мережа оптимізована таким чином, що повністю відповідає їхнім очікуванням. Все зростаючий коефіцієнт плинності абонентської бази (кількість абонентів, які розривають договір і переходять до оператору-конкуренту) може стати наочним індикатором те, що технічно щось негаразд. На щастя, для аналітиків та фахівців з маркетингу, стурбованих причинами згаданого відтоку, є дуже добрі новини: розрахувати реальний коефіцієнт відтоку абонентської бази надзвичайно проблематично. Це тому, що більшість абонентів операторів мобільних мереж є передоплаченими (prepaid), а оскільки значна кількість таких абонентів досить часто бувають закордоном і, ґрунтуючись на тому, що тарифи з передоплати практично завжди значно нижчі від тарифів роамінгу, то передоплачених абонентів, при купівлі ними місцевої SIM-карти можна цілком назвати «тимчасовими». Як тільки вони повертаються до себе на батьківщину, їх передплачені контракти продовжують залишатися активованими, доки не закінчиться термін їх (контрактів) дії. Тому контракт, який не завжди перервався, можна назвати «відпливом». Точний коефіцієнт відтоку завжди значно менший, ніж офіційні непрямі показники. Але наскільки? А ось для того, щоб з'ясувати це, потрібна додаткова інформація.

Факт необхідності додаткової інформації для проведення розрахунків нетехнічних ключових робочих показників на основі результатів вимірювань (в даному випадку базуючись на лічильнику, що розраховує кількість анульованих та закінчених контрактів) також актуальний і при обчисленні технічних KPI та Ключових показниках якості (KQI), див. . 2

Загальна концепція згаданих вище індикаторів така, що мережеві елементи та пробники, що застосовуються як інстанції ресурсів послуг, розміщуються на певних вузлах мережної інфраструктури для захоплення даних, що належать до категорії продуктивності, наприклад, лічильники кумулятивних протокольних подій. У постійні інтервали часу або близько до реального часу, ці дані, що стосуються параметрів продуктивності, переносяться на більш високий рівень системи забезпечення якості та управління продуктивністю. Типовим прикладом такого рішення може стати програмний пакет WatchMark™ від Vallent Corporation, яка запитується даними про продуктивність мережі, що генеруються контролерами мереж радіо доступу (RNC), центрами мобільної комутації (MSC) та вузлами підтримки GPRS (GSNs). Для цієї мети, наприклад, RNC кожні 15 хвилин записує значення своїх визначених перерахункових схем за продуктивністю в певний звіт формату XML. Цей звіт у файлі XML передається через так званий «розташований» інтерфейс, що відповідає специфікаціям TMF (Tele Management Forum) CORBA. Додаткові дані, як-то: трафік та тарифні моделі надаються іншими джерелами, таким чином, на світ народжується повністю закінчене рішення для управління бізнес-процесами та якістю послуг.

Як зазначається на сайті www.watchmark.com, всеосяжне рішення: надає цілу низку переваг провайдеру послуг при керуванні всією його базою даних абонентів, включаючи категорії передплачених, франкованих (postpaid – прим. автора) та корпоративних.

• Система управління якістю забезпечує наскрізну огляд якості послуг, що надаються мережею, що є гарантією того, що кожна послуга (наприклад, MMS, Wi-Fi, iMode, SMS, GPRS, etc.) функціонує належним чином і доступна кожному абоненту мережі;

• Міжнародні домовленості та угоди про надання послуг з 3-ма сторонами (SLA), дають можливість сервіс провайдерам тестувати, оцінювати та здійснювати моніторинг рівня наданих 3-ма сторонами послуг у межах встановлених специфікацій, щоб гарантувати те, що оптимальна якість сервісу доходить до абонентів ;

• Корпоративні SLA сприяють сервісу провайдерам у встановленні специфічних угод зі своїми корпоративними абонентами, коли провайдери можуть надавати спеціалізовані, окремо обумовлені своїми абонентами послуги.      

Однак, у рамках цієї концепції присутня одна велика проблема: мережеві елементи, що наповнюють даними вищих рівнів системи управління мережевої архітектури, в основному спроектовані під комутуючі з'єднання. RNC не призначений для того, щоб вимірювати та генерувати відомості, що належать до категорії продуктивності. Точніше, це не є основним обов'язком цього мережного вузла. Відомо, що найбільш критичною частиною мереж мобільного зв'язку є радіо інтерфейс і підсистема UTRAN, контрольована RNC, є чудовою ділянкою для збору даних, надаючи загальний огляд якості функціонування радіо інтерфейсу, з урахуванням того, що методологія drive test (визначення радіо покриття з мобільного пересувного засоби), здатна виконувати ті ж завдання, досить дорога (необхідно щонайменше задіяти двох фахівців і один автомобіль для тестової сесії протягом усього робочого дня). По-друге, дані щодо функціонування мережі, одержувані протягом drive tests, не можуть часто організовуватися у формат звітів та переправлятися на вищі рівні системи управління мережевою архітектурою для подальшого аналізу. Тим самим виникає ситуація, коли великі масиви найважливішої інформації, що відносяться до продуктивності мережі, просто губляться і не доходять до призначення. Така обстановка стимулює гостру необхідність застосування нового покоління вимірювального інструментарію, здатного захоплювати терабіти даних від інтерфейсів UTRAN, здійснювати їх високопродуктивну фільтрацію і кореляцію, зберігати результати і параметри ключових робочих показників у базах даних, при цьому бути здатним відображати, експортувати та імпортувати результати вимірювань використанням стандартних компонентів та процедур.

Перед тим, як приступити до обговорення архітектур таких систем, буде корисно визначитися з деякою термінологією.

Що таке KPI?

Ключові робочі показники (KPI) є скрізь, не тільки в телекомунікаціях. KPI не можуть лише ототожнюватись з технічними термінами. Існують десятки економічних KPI, з якими ми стикаємося щодня, наприклад, Індекси Dow Jones та курси обміну валют. Оборот будь-якої компанії не можна зарахувати до категорії KPI, оскільки це величина загального характеру, проте, валовий дохід може вважатися KPI. Таким чином, що розрізняє дані, що відносяться до функціонування тієї чи іншої системи від KPI, це те, що значення KPI розраховуються за формулами. Для цих формул необхідні різні типи вхідних даних: кумулятивні величини напрацювання того чи іншого вузла, постійні значення (константи) та показання таймера, які часом вважаються найважливішими. Крім того, значення KPI, які вже були розраховані, часто зустрічаються в інших формулах розрахунку ключових робочих показників.

Більшість формул KPI досить прості. Труднощі в оцінці продуктивності мереж криються не в самих формулах, а в тому, яким чином здійснюється відфільтрування вхідних даних, а потім їх збір і сортування під певні завдання розрахунків. Наведене вище можна продемонструвати на простому прикладі. Уявімо KPI під назвою NBAP Success Rate (Коефіцієнт успішних сесій прикладної ділянки базової станції UMTS – Node B). Цей показник вказує на те, скільки процедур на NBAP (підсистема базової станції) було завершено успішно, а скільки провалилося. NBAP – протокол, задіяний зв'язку між Node B і CRNC (керуючий контролер підсистеми радіо доступу). Для розрахунків показників NBAP Success Rate необхідно вивести відповідну формулу. У стандартах 3GPP 25.433 для прикладної ділянки Node B (NBAP) наводиться опис та пояснення того, що називається процедурами сигналізації UMTS, де визначається, що в NBAP присутні лише три типи повідомлень: Вихідне Повідомлення, Вдалий Вихід та Невдалий Вихід (див. рис. 3 )

Виходячи з цього, Коефіцієнт успішних сесій (NBAP Success Rate) може бути визначений за такою формулою:

 Коефіцієнт успішних сесій NBAP = [Σ NBAP Вдалих результатів / Σ NBAP Вихідних повідомлень] x 100%       

Формула виглядає досить переконливо, але сліпе її застосування призведе до отримання недостовірних результатів вимірювань, оскільки не враховується найважливіший фактор. Існує два різні класи повідомлень NBAP. У класі 1 процедур NBAP, на Вихідне повідомлення надходить відповідь з повідомленнями Вдалих або Невдалих результатів, що відомо з загальноприйнятої теорії протоколів як Підтвердження або Орієнтований на з'єднання перенос даних. У класі 2 процедури NBAP не підтверджуються чи відбуваються без встановлення з'єднання. Це означає, що надсилається тільки Вихідне повідомлення, але від рівноправного об'єкта ніякої відповіді не очікується. Оскільки більшість повідомлень NBAP, аналізованих на інтерфейсі Iub, належить т.зв. непідтвердженим процедурам класу 2 (що особливо актуально для всіх звітів з вимірювань [звичайним, цілеспрямованим]), то Коефіцієнт успішних сесій NBAP, що розраховується із застосуванням вищенаведеної формули, може показати значення менше 10% від реального, на яке значно впливає ціла низка помилок і інших факторів впливу під час виведення цього KPI.

Таким чином, знаючи різницю між процедурами NBAP класу 1 і 2, повинен бути визначений критерій фільтрації, який можна виразити наступним:

Коефіцієнт успішних сесій NBAP класу 1 = [Σ NBAP вдалих результатів / Σ Вихідних повідомлень NBAP класу 1] х 100%

Точне визначення цього KPI зазвичай не видається у вигляді формул, а в основному в описовому вигляді. Більше прикладів на цю тему буде наведено у наступних публікаціях. Урок, який можна винести з прикладу розрахунків Коефіцієнта успішності сесій NBAP, що KPI не можна порівнювати між собою лише за одними назвами. KPI також не можна порівнювати за їх формулами. Коли відбувається порівняння різних KPI між собою, необхідно засвоїти точні визначення, особливо параметри фільтрації, що застосовуються для підбору вхідних даних і, як це пояснюється надалі, рівні агрегації і взаємозв'язок параметрів.

Ніколи не слід довіряти нескінченному переліку назв KPI, що підтримуються, що декларується в різній рекламній та маркетинговій літературі, що видається виробниками мережевого, комутаційного та контрольно-вимірювального обладнання. Насправді дуже часто такі переліки складаються з функцій простих реєстраторів подій. Тому необхідно пам'ятати, що завжди і в усіх випадках потрібно застосовувати додаткові дані, так само як і прості розрахункові значення для обчислень найбільш значущих KPI і KQI.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник Аналізаторів Спектру в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelne-pribory/analizatory-radiochastotnoho-spektra