Перегрузки в сетях LTE связаны с ростом объема сигнального трафика

В информационных обзорах ЦНИИС не раз говорилось о тенденции увеличения объема потребляемого трафика данных в сетях подвижной связи. С учетом этого операторы постоянно модернизируют свои сети радиодоступа и транспортные сети для повышения их пропускной способности и обеспечения пропуска возрастающего объема трафика данных, генерируемого смартфонами и планшетными компьютерами. Однако операторам необходимо взглянуть на эту проблему с другой стороны и учесть другую возможную причину перегрузок – трафик сигнализации и управления в сети.

Мобильные устройства генерируют не только трафик данных, но также и сигнальные запросы для установления сессий IP и запросы по протоколу Diameter. Например, при запуске браузера на терминале iPhone в сеть отправляется около 15-ти отдельных сигнальных запросов. Кроме того терминалы iPhone экономят заряд батареи путем разрыва соединения для передачи данных, когда оно не используется. В результате терминал iPhone периодически отправляет в сеть запросы на установление нового подключения, перегружая тем самым сеть сигнализации.

Необходимо отметить, что производители терминального оборудования, такие как Google и RIM, ответили отказом на просьбы операторов обеспечить в смартфонах поддержку стандарта, который позволит сократить объем передаваемых сигнальных сообщений в сетях подвижной связи.

Что касается протокола Diameter, то он изначально предназначался для учета потребления услуг и реализации простой политики управления. В сетях LTE сфера его применения существенно расширилась, и теперь он используется для решения дополнительных задач, таких как управление мобильностью. Однако при выборе протокола Diameter не было уделено внимания таким вопросам, как обеспечение надежности протокола на сетевом уровне (способности восстанавливать нормальный режим работы после возникновения ошибок), управление перегрузками, управление равномерным накоплением, перенаправление в случае неудачного исхода. Данные функции не были предусмотрены в протоколе Diameter и не реализуются в сетевых элементах, работающих с данным протоколом.

Главной причиной возникновения перечисленных дополнительных требований к протоколу Diameter является фрагментированная структура сетей LTE. В сетях, построенных из отдельных элементов, устанавливается слишком много соединений точка-точка между узлами сети. Это усугубляется тем, что сетевые элементы в сетях 4G поддерживают все более сложные сценарии оказания услуг подвижной связи и поэтому взаимодействуют между собой более разнообразными способами. В таких условиях при расширении сети объем сигнального трафика увеличивается в разы, что может быстро нарушить работу серверов в сети.

К увеличению объема сигнального трафика также может привести, например, использование протокола TCP в качестве транспортного для передачи сообщений протокола Diameter. Это объясняется тем. что протокол TCP требует подтверждения для каждого отправленного сообщения, и его использование, фактически, увеличит вдвое объем сигнального трафика.

В целом в сетях 4G генерируется примерно в 30 раз больше сигнального трафика, чем в сетях телефонной связи при оказании голосовых услуг на базе системы сигнализации ОКС 7. Такой объем сигнальной нагрузки может привести к остановке работы сети.

По мере расширения своих сетей LTE такие операторы, как Verizon Wireless, Telenor и

Telia Sonera, уже убедились на практике, что увеличение объема сигнальной нагрузки в сетях IP является одним из крупнейших препятствий для сохранения сетей в состоянии готовности к работе.

Ранее в этом году в сети LTE оператора Verizon Wireless был сбой, который, как выяснилось, связан с проблемой сигнализации. В сетевых элементах в ядре сети IMS оператора Verizon некорректно работало программное обеспечение, в результате чего был нанесен ущерб системам резервного копирования в ядре сети и в итоге заблокирован доступ к сетям 3G и 4G. А у норвежского оператора Telenor в сети LTE наблюдался простой продолжительностью в 18 часов. Отчитываясь перед регулятором, оператор отметил, что причиной простоя был всплеск сигнального трафика. Системы мониторинга оператора Telenor показали, что трафик между серверами в сети подвижной связи вырос существенно по отношению к его нормальному уровню. Его объем продолжал расти до тех пор, пока серверы не были заблокированы и не обеспечивали установление соединений и передачу сообщений SMS.

Для решения проблемы роста объема сигнального трафика производители, такие как Tekelec, 4G Traffix (специалисты в сигнализации) и крупные участники рынка оборудования IMS/RAN, такие как Huwaei и Ericsson, предоставляют так называемые решения для маршрутизации сообщений протокола Diameter. Такие "маршрутизаторы" устанавливаются в ядре программных элементов сети LTE и централизованно помогают распределять и регулировать трафик сигнализации в сети.

Компания Tekelec представила вторую версию своего "маршрутизатора" для протокола Diameter летом этого года и планирует выпустить третью версию к концу года. Компания Traffix модернизирует свое решение "Diameter Edge Agent", расширяя набор функций безопасности и добавляя новые возможности для поддержки роуминга, биллинга и различных сценариев взаимодействия с третьими участниками – владельцами контента.

Отметим, что сигнализация стала "горячей темой" среди операторов, поскольку уже в сетях 3G рост объема данных изменил структуру трафика в сети. Приложения, требующие загрузки большого объема данных, могут полностью занять узкий сигнальный канал постоянными тестовыми опросами сети для поддержки сессии. Представители некоторых крупнейших европейских операторов призывают к действиям для предотвращения перегрузок в их сетях, вызванных сигнальным трафиком мобильных приложений.

В дальнейшем, с развитием и внедрением услуг M2M и передачи голоса по сетям LTE (VoLTE) общий объем сигнального трафика будет только расти. При сохранении организации сетей 4G по принципу точка-точка решить эту проблему не удастся.

Источник: электронное издание Connected Planet