Позвоните бабушке: как тестируют функцию CSFB, которая связывает поколения

Circuit Switched Fallback (CSFB) — это технология, которая перенаправляет вызов с телефона, подключенного к LTE-сети, в 2G-сеть.

В каких ситуациях срабатывает CSBF:

• Телефон адресата не поддерживает вызов стандарта 4G. Например, ваша бабушка использует телефон, который поддерживает только 2G, потому что такое устройство дольше держит заряд и им легко пользоваться. Когда вы звоните ей с более современного смартфона, ее телефон переключается на 2G.
• Вы используете телефон в районе с неустойчивым сигналом. За городом или в дороге, где прием сигнала работает нестабильно, устройство самостоятельно запрашивает смену технологии для обеспечения устойчивого голосового соединения.

Основная разница между 2G- и 4G-технологиями — в скорости передачи данных. Изначально в стандарте 2G для передачи голоса выделялся отдельный канал (полоса частот) для каждого пользователя, который в данный момент использует только он.

Из-за использования других видов модуляции в 4G-стандарте эту полосу можно разбить на небольшие временные отрезки, в которых IP-пакеты передаются с высокой скоростью. Также на скорость повлияло использование другие частотных диапазонов для LTE.

При этом пользовательские устройства, поддерживающие LTE-стандарт, как правило, могут работать и в 2G-сетях. Но для обеспечения скорости и качества эти устройства стандартно подключаются к LTE-сети. Для совершения звонка в 2G-сеть устройство необходимо переключить в другую сеть, желательно без потери качества сервиса. Для этого и нужен CSFB (Circuit Switch FallBack).

Еще одно отличие между 2G и 4G — оборудование, которое используется для поддержания сигнала.

Как тестировать устройства для технологий, которые отличаются не только «начинкой», но и физическими свойствами? Разделять задачу на уровни по методу пирамиды.

Базовая станция стандарта GSM/LTE — сложное, многокомпонентное устройство, непростое для тестирования. Особенную сложность представляет проверка сценариев реагирования на всевозможные сбои и отклонения от стандартного поведения как внутри системы, так и извне.

Поскольку у некоторых частей базовой станции есть внешние интерфейсы, описанные в отраслевых стандартах 3GPP, логичным решением стала проверка работы отдельных частей в соответствии со стандартами. Это позволяет лучше локализовать возможные неисправности и ускоряет разработку исправлений.

Представим, что я звоню папе со смартфона в 4G-сети на его телефон с поддержкой только 2G-сети. Что происходит в сети оператора при таком звонке:

• Телефон отправляет на базовую станцию (eNB) вызов.
• Базовая станция связывается с ядром сети (MME) и получает ответ, что вызываемый абонент находится в 2G-сети.
• Базовая станция отправляет в ядро сети запрос на изменение подключения, дожидается от ядра сети подтверждения о возможности такого перехода.
• После этого отправляет телефону информацию о новом подключении к 2G-сети, которое он должен установить.
• После этого базовая станция завершает обслуживание абонента в 4G-сети, обслуживание переходит к станции 2G.

Для тестирования такого сценария мы используем симулятор окружения базовой станции. Он имитирует обмен как с мобильным телефоном, так и с пакетным ядром сети. При этом базовая станция работает в обычном режиме, используются штатные методы управления и разъемы подключения, что позволяет нам рассматривать ее как черный ящик.

Симулятор позволяет автоматизировать этот этап тестирования и увеличить скорость тестов и повторяемость результатов. CSBF — это базовая функциональность, поэтому проверка проходит регулярно.

Критерии успешного теста:

• Формирование корректного запроса в сторону ядра с указанием необходимых ресурсов.
• Корректное завершение сессии обслуживания в LTE с освобождением ресурсов.

Также симуляторы помогают моделировать ситуации с отказом выделения ресурсов и корректную обработку разных сценариев ошибок.

В 2G-сети основная логика работы CFBS находится в области обмена между MME и SGSN — ядрами 4G- и 2G-опорной сети соответственно.

Поскольку мы не тестируем ядро сети, в 2G-сети часть этого сценария сводится к установке обычного соединения. Это происходит того, как абонентское устройство получает информацию о характеристиках подключения к 2G-сети: несущую частоту, идентификатор подключения и другие. Это тестирование также выполняется изолированно в симулированной среде, только уже с 2G-частью базовой станции.

Критерий успешного тестирование — установка соединения с различными наборами параметров подключения. Это позволяет лучше исследовать правильность работы алгоритмов.

Также данное разбиение позволяет проверить отсутствие сбоев и адекватную реакцию при получении значений, с которыми соединение установлено быть не может. Без симуляторов моделировать подобные сценарии сложно.

Тестирование на системном уровне позволяет проверить сценарии, которые наиболее часто встречаются в жизни, и использовать реальные устройства, представляющие сочетание 2G- и 4G-сетей. Подробнее о системном тестировании расскажет мой коллега.

Системное или E2E (End-to-End) тестирование — это целый комплекс проверок, цель которых убедиться, что наши продукты работают корректно и не содержат ошибок в условиях, наиболее приближенных к тем, в которых они будут эксплуатироваться у операторов сотовой связи.

О каких продуктах идет речь:

• Базовая станция стандартов 2G и 4G (BTS).
• GSM-контроллер (BSC).
• Система управления сетью (NMS).

В процессе тестирования не используются симуляторы — только настоящее телекоммуникационное оборудование, от мобильных телефонов до EPC разных вендоров

Системное тестирование включает в себя:

• Тестирование совместимости (Interoperability Testing) в лаборатории у операторов и в лаборатории YADRO.
• Тестирование решения Telecom в целом.
• Полевые испытания у операторов, которые включают функциональное тестирование и измерения KPI.

Расскажу подробнее о каждом из видов тестирования.

Тестирование совместимости (Interoperability Testing)

Цель такого тестирования — убедиться, что наши продукты успешно взаимодействуют не только с симуляторами элементов сотовых сетей (в этом мы убеждаемся на тестировании уровнем ниже), но и с настоящими элементами сетей других производителей.

Какие это элементы:

• Элементы ядра сети — EPC (4G)/MSC (2G).
• BTS другого вендора.
• BSC другого вендора.
• Мобильные телефоны разных производителей.

Такое тестирование проводится как у нас в лаборатории, так и в лабораториях у операторов — именно там есть разнообразие устройств различных вендоров, к тому же, структура сетевых подключений во многом соответствуют тем, что используются на реальных сетях операторов

Тестирование решения Telecom в целом

Цель такого тестирования — убедиться, что наши продукты успешно взаимодействуют друг с другом и успешно выполняют операторские сценарии, такие как массовое переконфигурирование, сбор статистики, аварий и других.

Здесь мы фокусируемся на сценариях, которые проводятся оператором для управления сегментом сотовой сети.

Ранее, на более низких уровнях тестирования проверили, насколько корректно функционирует каждый из элементов сети (BTS, BSC, NMS) по отдельности. Здесь же проходит валидация и верификация сценариев на уровне всего решения.

Полевые испытания у операторов

Полевые тесты проводятся для функциональности, которая содержит изменения в планировщике радиоресурсов и критична к радиоусловиям, а также для полноценной проверки работы двух технологий 2G и 4G одновременно, как в случае с CSFB.

Для проведения тестов мы оборудовали брендированный автомобиль измерительными комплексами с телефонами.

Цель таких тестов — функциональное тестирование фичей (CSFB, handover), а также измерение KPI, которые требуются операторами: количество успешных звонков, время установления звонка, время handover, количество успешных handovers).

Декомпозиция уровней тестирования и использование симуляторов позволяет несложно адаптировать существующие тесты и тестовые стенды для тестирования смежной функциональности.

Например, ту же «пирамиду» можно использовать в тестировании функции emergency call, которая позволяет совершать вызов экстренных служб при любой загрузке сети. Добавляя в первый симулированный вызов соответствующий флаг, мы проверяли приоритетность переключения вызова в 2G-сеть, даже если обычное подключение в данный момент невозможно.

Здесь разбиение на части и использование симуляторов позволяет проще адаптировать тесты и инфраструктуру для смежных задач и тщательно исследовать отдельные этапы использования многокомпонентного оборудования.

Использование симуляторов в тестировании сложных функций в телекоме позволяет разбивать задачу разработки и тестирования на логические части и упростить поиск ошибок, хотя и требует значительных усилий в их разработке и поддержке. Разработка симуляторов и адаптация их для потребностей нового функционала — важная часть работы, невидимая извне.

Это решение позволяет создать управляющие воздействия, которые сложно реализовать другими методами, и подтвердить стабильность работы тестируемого решения. Однако использование симуляторов не заменяет Е2Е-тестирования, а дополняет его и делает глубже.