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O artigo apresentauma forma de extrairos indicadores dequalidade de bandalarga em redes 4G(LTE) por usuário,localidade e região.Isso pode abranger100% da base declientes da operadora,com coletascentralizadas ebaseadas no CDR -Call Detail Record dedados. O CDR aquiapresentado é noformato diameter,porém a extração podeser feita nos formatosda SGW ou PGW.

Parâmetros de qualidadeem redes LTE

Luciano Henrique Duque, da LHD Engenharia

A arquitetura da rede 4G (LTE)reflete uma implementação de

serviços baseados em IP nascomunicações móveis. O aumentoda velocidade das conexões e aqualidade do acesso dessainfraestrutura são consideradosfatores importantes para odesenvolvimento de novosconteúdos e aplicações multimídia.Um fator preponderante paramanter a qualidade do serviço nasredes 4G é um monitoramentoadequado e efetivo da rede fim a fim.

A maioria dos sistemas demonitoramento de rede se baseiaem coletas SNMP - SimpleNetwork Management Protocol ecom ferramentas personalizadaspara a geração de relatórios. Acoleta SNMP pode gerar problemasde elevação de CPU nosequipamentos de rede, com perdatemporária ou total sobre a gerênciado elemento de rede e risco de nãodetectar uma falha grave noelemento por ingerência devido aoSNMP. Observa-se também que autilização de coletas SNMPnecessita de elementos coletores narede, que aumentam a possibilidadede falha e ineficiência do processode gerência. Tal estrutura degerenciamento não permite avaliar aqualidade de serviço (QoS) equalidade de experiência do usuário(QoE) final.

Nesse contexto, avaliar aqualidade da rede móvel 4G com ouso do CDR - Call Detail Record éuma alternativa interessante, poispode possibilitar uma avaliação daqualidade do serviço fim a fim eainda não onera os elementos derede envolvidos. O LTE apresentaarquitetura plana e reduz os nósenvolvidos nas ligações e tambémapresenta uma nova hierarquia, secomparada com as redes 3G e 2G.A figura 1 apresenta a arquiteturabásica de uma rede LTE.

Os elementos de rede e suasfuncionalidades são:• MME - Mobility ManagementEntity. É equivalente ao HLR -Home Location Register e ao VLR -Visitor Location Register na redeUMTS. O MME lida com asinalização e controle, a gestão damobilidade e a distribuição dapaginação das mensagens para oeNodeB. Isso facilita a otimizaçãodas redes implementadas e permiteflexibilidade total na ampliação dacapacidade. Ainda faz a gestão doacesso do UE à rede através dainteração com o HSS - HomeSubscriber Server, autenticando osutilizadores. Fornece a função doplano de controle para permitir amobilidade contínua entre o LTE eredes móveis 2G/3G e tambémsuporta as intercepções legais desinalização.

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• HSS- Home Subscriber Server ouAAA - Authentication, Authorizationand Accounting. Abrangefuncionalidades semelhantes às doHLR com informação específica doutilizador e podem ser extraídosCDRs (Radius/diameter), conformesinalizado na figura 1.• S-GW – Serving-Gateway. Atuacomo o ponto determinação entre a redede acesso rádio (E-UTRAN) e a rede denúcleo. Encaminha ospacotes de dados para oeNodeB e realiza acontabilização e ocontrole dos dados doutilizador. Também servede âncora de mobilidadelocal para os handoversentre eNodeBs ou para apassagem entre redes3GPP e informa o tráfegodo utilizador no caso deintercepção legal. NaSGW também podem ser extraídosCDRs, conforme sinalizado na figura 1.• P-GW - Packet Data NetworkGateway. Serve como ponto deentrada e de saída do tráfego dedados do equipamento do usuário ede interface entre as redes LTE e as

de pacotes de dados, como a Internetou redes fixas e móveis baseadas emprotocolo de iniciação da sessão(SIP) ou protocolo Internet desubsistemas de multimídia (IMS).Também faz a gestão da atribuição deendereços IP e suporta a filtragem depacotes para cada utilizador. Aindaoferece suporte à tarifação e serve de

âncora para a mobilidade entre redes3GPP e redes não 3GPP, além dageração de CDRs, conforme figura 1.• PCRF - Policy and Charging RulesFunction. Dá permissão ou rejeitapedidos de multimídia. Cria e faz aatualização do contexto do protocolo

de pacotes de dados (PDP) e controlaa atribuição de recursos. Tambémfornece as regras de tarifação combase no fluxo de serviços de dadospara o P-GW.

Campos CDR diameter LTEpara avaliação da qualidade

Identificação deusuário

O diagrama emblocos da figura 2 ilustraos campos mínimosnecessários paramontagem de qualquersolução LTE viaCDR-diameter.

Os campos CDRapresentados na figura 2possibilitam identificar ousuário na rede, seu endereçoIP, IMSI ou MSISDN.Esses campos mapeiamo usuário na rede LTE.São definidos como:

• User-Name - representa o nome dousuário na rede LTE em um formatoNAI - Network Access Identifier,conforme exemplo:fulano@beltrano.com.br.• Subscription-Id - identifica oIMSI - International Mobile Subscriber

Fig. 1 – Arquitetura de rede móvel 4 G (adaptado de [15])

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Identity ou o MSISDN - MobileService ISDN Number do usuário narede LTE. Exemplo 55 61 84471390.• Framed-IP-Address - contém oendereço IP do utilizador na rede4G/3G, quando o PDP é IPv4.• Origin-Host – representa o nomedo host do nó que originou asolicitação de serviço. Ele éconstruído fixando o nome do host

configurado com o nome do nó.Exemplo: gatewayservice7-10-01.my.configuration.in.dia.server.com.

Os campos apresentados sãoobrigatórios para a avaliação corretada qualidade do serviço em relação àidentificação do usuário na rede. OCDR pode ser extraído em três pontos,

conforme éilustrado nafigura 1. Noentanto, esteartigo apresentaa coleta viadiameter.

Identificaçãodo usuáriona rede

O diagrama em blocos da figura 3ilustra os campos mínimosnecessários para a identificação daconexão via CDR-diameter.• 3GGP-User-Location-Info - indicaa área geográfica do usuário.• 3GPP-GGSN-IP-Address - indica oendereço IP da rede GGSN.• 3GPP-SGSN-IP-Address - indica oendereço IP da rede GGSN interface Gn.

• 3GPP-RAT-Type - define o métodoutilizado para acessar a rede. Osseguintes valores podem serenviados: Utran (1), Geran (2),WLAN (3), HSPA evolution (5),E-Utran (6), quando for tecnologia 4G.• 3GPP-MS-TimeZone - indica adiferença entre o tempo universal e a

Fig. 2 – Requisitos mínimos para a identificação dousuário na rede LTE

Fig. 3 – Requisitos mínimos para a identificação do usuário na rede LTE

Fig. 4 – Identificação da conexão do usuário

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hora em intervalos de 15 minutosde onde o equipamento móvelreside atualmente.

Identificação da conexão dousuário na rede

O diagrama em blocos da figura 4ilustra os campos mínimosnecessários para identificar a conexãoe tráfego total upload/download.• Session-Id - indica a sessão do usuáriona rede, exemplo gatewayservice7-10-0.NG1. nokiasiemensnetworks.com;84734828.• Event-Timestamp - indica a data e ahora de início da sessão.• CC-Input-Octets - indica a taxaconsumida no uplink em bytes daconexão.• CC-Output-Octets - indica a taxaconsumida no downlink em bytes daconexão.• Called-Station-Id - contém umidentificador do ponto de acesso aoqual o usuário está conectado.• Session-Start-Indicator - o usuárioiniciou uma determinada conexão.• 3GPP-Session-Stop-Indicator(3GPP/11VM) - indica que sessão dousuário finalizou, conforme o 3GPPTS 29.061.

Os campos listados na figura 4identificam a conexão do usuário narede e a quantidade de tráfegoconsumida, ou seja, é possívelverificar para cada conexão a taxaconsumida e o tempo que cadaconexão durou. Essas informaçõespodem ser extraídas via CDRdiameter, conforme apresentado nafigura 1. Também é possível monitorarvia CDR o motivo de encerramentode uma conexão (figura 5).• Termination-Cause - indica omotivo pelo qual a sessão foiencerrada. Esse código de causa determinação é usado quando Flexi NGsatisfaz as seguintes condições: OCódigo 1 (LOGOUT) é usado se omotivo para fechar a sessão não énenhum dos listados nos códigos1,2,3,4,5 e 6. O Código 2 (diameterservice_not_provided) é o valorutilizado quando o usuário desligaantes da recepção da mensagem deresposta de autorização. O código 3(Bad_Answer) é de terminação

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usado sempre que um código ouatributo inesperado surge. O código 4(Administrative) informa o limite decrédito do usuário excedido (códigonúmero 4012) ou que a conexão dousuário não foi autorizada na rede(código número 5003).

O código 5 (Diameter_Link_Broken)é o link de comunicação com o usuárioque teve uma interrupção e o código 6

(Diameter_auth_expired) é o acessodo usuário encerrado devido aotempo de autenticação inspirado.• Origin-State-Id - infere oencerramento de sessão. É utilizadopara permitir a rápida detecção desessões terminadas (STR - Sessionterminate request), devido aoencerramento inesperado de umdispositivo de acesso.

Fig. 5 – Identificação de falha na conexão do usuário

Fig. 6 – Campos que identificam a QoS

Com os dados levantados até omomento, é possível identificar ousuário, a conexão e suascaracterísticas de banda consumida eas possíveis falhas. Porém, a análisesomente desses campos não ésuficiente para avaliar a qualidade doserviço e da experiência do usuáriona rede. Nesse cenário, torna-senecessário avaliar outros campos quenos possibilitem identificar de formaclara a qualidade da rede e do serviço.

Campos de QoS e taxanegociada

A figura ilustra a solução develocidade e QoS que pode serimplementada na rede.• Qos-information - contém ainformação de QoS aplicável para ousuário ao qual se refere a sessãodiameter.• QoS- class-identifier - identifica umconjunto de parâmetros específicosde QoS que definem a QoSautorizada, conforme 3GPP 32.299[8] e 3GPP 29.212 [13].QoS-Information:= < AVP Header:1016 > [QoS-Class-Identifier],[Max-Requested-Bandwidth-UL],[Max-Requested-Bandwidth-DL],[Guaranteed-Bitrate-UL],[Guaranteed-Bitrate-DL].• Max-requested-bandwidth-UL - de-fine a taxa de bits máxima permitidapara a informação no uplink,conforme 3GPP 29.214 [14].• Max-requested – bandwidth-DL -define a taxa de bits máximapermitida para a informação nodownlink, conforme 3GPP 29.214 [14].• Guaranteed-bitrate-UL - define ataxa de bits garantida permitida nouplink, conforme 3GPP 29.212 [13].• Guaranteed-bitrate-DL - define ataxa de bits garantida no downlink,conforme 29.212 [13].• Priority – level - indicador daprioridade de alocação e retenção dofluxo de dados de serviço, conformeo 3GPP 29.212.

Com as identificações do usuário eda conexão, QoS e velocidade,avaliar a qualidade do serviço e darede se torna uma realidade. Essaavaliação é fundamentada na análiseFig. 7 – Campos que identificam o usuário e conexão

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dos campos e relatórios podem sergerados no âmbito do usuário e da rede.A análise pelo CDR não onera oselementos de rede e possibilita umaavaliação fim a fim da arquitetura LTE.

Campos mapeados naarquitetura LTE

A figura 7 ilustra os campos deusuário extraídos via CDR diameter.

Essas informações possibilitamidentificar o usuário, conexão, tipode tecnologia, endereço IP, origemda conexão, quantidade de dadosconsumidos e informação dalocalização da célula por onde ousuário passou ou está.

A figura 8 ilustra os campos de QoSextraídos via CDR diameter. Essasinformações possibilitam, em conjunto

Fig. 8 – Campos que identificam a QoS do usuário

com os dados de usuários e conexão,avaliar a qualidade do serviço e da rede.

A coleta de CDR pode ser feita naSGW, PGW ou diameter. Os camposapresentados neste artigo se referemàs coletas via diameter. A ferramentapara tratativa de CDR não onera oselementos de rede e é capaz deavaliar a rede fim a fim.

Considerações finais

Este artigo sugere umaimplementação de um sistemacentralizado para a extração deparâmetros que podem indicar aqualidade do serviço banda larga 4Gem um ambiente diameter. Hoje jáexistem ferramentas na tratativa debilhetes CDR de voz, que podem serutilizadas na tratativa e extração deparâmetros para indicar a qualidadeda rede e do serviço banda larga 4G.

No entanto, é importante destacarque os atributos (diameter) devem serhabilitados, tornando o bilhete maisrico em parâmetros de qualidade. OVSA - Vendor-Specific Attribute podeenriquecer mais ainda o bilhete,possibilitando uma extração eficientee rica em parâmetros de qualidade.

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[1] http://tools.ietf.org/html/rfc3588.[2] 3GPP TS 23.402, Architecture enhancements for non-3GPP accesses, http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23402.htm.[3] 3GPP TS 32.240, Telecommunication management; Charging management; Charging architecture and principles, http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/32240.htm.[4] 3GPP TS 32.299 v. 7.7.0 and v.8.8.0 (2007-09), Telecommunication management; Charging management; Diameter chargingapplications.[5] http://www.3gpp.org/ftp/specs/html-info/32299.htm.[6] IETF RFC 4006, Diameter Credit-Control Application, http://tools.ietf.org/html/rfc4006.[7] 3GPP TS 23.401, General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN) access, http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23401.htm.[8] 3GPP TS 32.251, Telecommunication management; Charging management; Packet Switched (PS) domain charging, http://www.3gpp.org/ftp/specs/html-info/32251.htm.[9] 3GPP TS 29.061 v.7.8.0 and v.8.4.0, Interworking between the Public Land Mobile Network (PLMN) supporting packet basedservices and Packet Data Networks (PDN), http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/29061.htm.[10] 3GPP TS 32.215, Telecommunication management; Charging management; Charging data description for the PacketSwitched (PS) domain, http://www.3gpp.org/ftp/specs/html-info/32215.htm.[11] IETF RFC 2865, Remote Authentication Dial In User Service (RADIUS), http://www.ietf.org/rfc/rfc2865.txt.[12] IETF RFC 3162, RADIUS and IPv6, http://tools.ietf.org/html/rfc3162.[13] 3GPP TS 29.212, Policy and charging control over Gx reference point, http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/29212.htm.[14] 3GPP TS 29.214, Policy and charging control over Rx reference point, http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/29214.htm.[15] H. Holma e A. Toskala. LTE for UMTS - OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access. 2009. John Wiley & Sons, Ltd..

REFERÊNCIAS