Neste artigo, descrevemos como implantamos nosso próprio laboratório de testes que emula uma rede de operador móvel, quais componentes utilizamos e quais cenários validamos nessa infraestrutura.
Por que precisávamos de nosso próprio laboratório
Uma verificação completa da interação entre componentes só é possível em condições o mais próximas possível da operação real — com tráfego de usuário real, um sistema de faturamento em funcionamento e interação plena entre os elementos da rede.
Na prática, testar novas funcionalidades na infraestrutura de um operador é quase sempre inconveniente. O acesso ao laboratório pode ser temporário, os recursos frequentemente estão ocupados com outras tarefas e o próprio ambiente não está disponível para depurações prolongadas e repetíveis.
Por isso, decidimos construir nosso próprio ambiente de laboratório, que nos permite reproduzir de forma independente os principais cenários, testar integrações e identificar erros antes da implantação no cliente.
Estrutura do laboratório
Arquitetura do núcleo de rede
O laboratório é baseado na arquitetura EPC clássica com separação de planos segundo o modelo CUPS (Control and User Plane Separation).
Essa separação pode ser descrita como “lógica e dados”: o plano de controle determina quais serviços estão disponíveis para o assinante, enquanto o plano de usuário é responsável pela transmissão efetiva do tráfego.
O núcleo é composto por vários componentes interconectados:
| Serviço | Função |
| MME | gerencia o registro do assinante na rede e os procedimentos de conexão |
| HSS | armazena os dados dos assinantes, incluindo perfis SIM e parâmetros de serviço |
| SGW | transfere o tráfego de usuário entre a rede de rádio e o PGW |
| PGW/PCEF | fornece acesso à internet ao assinante, atribui endereços IP e aplica as regras de tarifação |
Diagrama de implementação segundo o conceito CUPS
O plano de usuário é gerenciado pelo DPI da VAS Experts no papel de UPF (User Plane Function). Em nossa implementação, o DPI não apenas encaminha o tráfego, mas também classifica aplicações e protocolos, registra o tráfego por categoria e aplica as políticas do operador em tempo real.
Para expandir a funcionalidade do laboratório, conectamos a infraestrutura de nossos parceiros da Media-Tel, que forneceram os componentes PCRF e OCS.
Integração com o sistema de faturamento
A tarifação é gerenciada pelos componentes do parceiro Media-Tel. O PCRF é responsável pelas políticas de serviço — tarifas, restrições, QoS. O OCS fornece tarifação online e dedução de saldo em tempo real.
Nosso PCEF se comunica com ambos os sistemas via protocolo Diameter pelas interfaces Gx e Gy.
Diagrama de Call Flow, conexão e desconexão
Estações-base: emulador de software e equipamento industrial
Dois tipos de estações-base são utilizados no laboratório.
srsRAN é um emulador de software executado em um servidor padrão com módulo SDR. Essa solução open-source permite implantar um eNodeB completo e configurar de forma flexível os parâmetros de rádio: faixa de frequência, largura de canal, potência do sinal e outras características. A principal vantagem do srsRAN é a flexibilidade: a possibilidade de alterar configurações rapidamente, analisar a interface de rádio e testar cenários não convencionais.
A small cell da Baicells é uma estação-base industrial. Trata-se de um equipamento completo de operador com suporte a canais de voz dedicados. É menos flexível para configurar, mas oferece cenários próximos da produção. Utilizamos a Baicells especificamente para testar chamadas VoLTE com dedicated bearers e QCI=1.
IMS, ePDG e suporte a VoWiFi
Um elemento à parte do laboratório é o ePDG — o componente que habilita o suporte a VoWiFi. Ao se conectar via Wi-Fi, o smartphone estabelece um túnel IPSec seguro até o ePDG, após o qual o tráfego é encaminhado ao núcleo de rede da mesma forma que uma conexão LTE.
Do ponto de vista do usuário, o VoWiFi é praticamente indistinguível da comunicação móvel convencional: o mesmo número de telefone, os serviços de voz e a lógica de tarifação são mantidos. No entanto, para a rede, trata-se de um tipo de tráfego distinto que deve atravessar corretamente o DPI e o PCEF e ser processado segundo as mesmas regras das sessões LTE.
O suporte ao ePDG também nos permitiu testar cenários de handover entre LTE e Wi-Fi sem interrupção de sessão.
Dificuldades durante a implantação
Para implantar o laboratório, preparamos uma infraestrutura virtual, hospedamos nossos próprios componentes PCEF, PGW e ePDG, conectamos o DPI e integramos o PCRF e o OCS da Media-Tel. O resultado foi uma rede móvel de testes completamente funcional.
Diagrama simplificado do laboratório
A principal dificuldade surgiu durante a integração do faturamento. Para que o PCEF funcionasse corretamente com o PCRF e o OCS, foi necessário configurar em detalhes um grande número de parâmetros:
- formatos de identificadores de assinantes
- codificações MCC/MNC
- parâmetros de sessão
- regras de cotas
Mesmo pequenas divergências levavam à rejeição de requisições e a erros cujo diagnóstico exigia conhecimento aprofundado das especificações 3GPP e análise dos logs de sessões Diameter.
Uma dificuldade adicional surgiu com o srsRAN. A solução possui limitações — em particular, não há suporte a dedicated bearers, sem os quais não é possível implementar o VoLTE completo.
Para contornar essa limitação, adaptamos o servidor IMS Kamailio: mesmo que a rede de rádio não crie um canal dedicado, a chamada de voz continua sendo atendida pelo bearer padrão. Para os fins dos testes, isso se mostrou suficiente.
Cenários que testamos
Após o lançamento do laboratório — que chamamos de VAS Expert Mobile Network — começou a verificação prática dos cenários de tarifação na rede móvel.
Em primeiro lugar, reproduzimos as situações que ocorrem com mais frequência durante as integrações com operadores.
Esgotamento de cota
Um dos principais testes está relacionado ao gerenciamento de cotas de tráfego. Um pacote de 100 MB é atribuído ao assinante e, em seguida, verificamos como o DPI contabiliza o tráfego, com que precisão o PCEF solicita uma nova cota ao OCS e como o sistema responde ao esgotamento do limite. Durante o bloqueio, verificamos a lista branca — o DNS e os serviços do operador devem permanecer acessíveis.
Isenções de tarifação
Os cenários de tarifas ilimitadas e priorização de tráfego são testados separadamente: casos em que determinadas categorias de aplicações — por exemplo, aplicativos de mensagens ou serviços de navegação — não consomem o pacote principal do assinante. Nesses casos, o DPI identifica o tipo de tráfego e o PCEF decide se deve tarifá-lo ou não.
Roaming
Um telefone se conecta com um MCC/MNC diferente, após o que toda a cadeia de componentes — do HSS ao OCS — deve processar corretamente esse assinante. Para emular esse cenário, um PLMN diferente é carregado no cartão SIM.
Testes de voz e vídeo via IMS
Uma categoria separada de testes está relacionada aos serviços de voz e vídeo. O laboratório reproduz o ciclo completo do VoLTE — desde o registro SIP via IMS até o estabelecimento da sessão de mídia e a transmissão de voz entre dois assinantes dentro da rede.
Comutação entre LTE e Wi-Fi
Um cenário misto adicional é testado com o ePDG: um assinante está conectado via LTE, o outro via Wi-Fi, e ambos os dispositivos estão registrados na mesma rede IMS. A chamada deve ocorrer normalmente e o fluxo de mídia deve ser transmitido sem restrições.
Após a comutação de um dos assinantes de Wi-Fi para LTE, o handover deve ser concluído sem interrupção de sessão. Para os serviços de voz e vídeo, esses cenários são especialmente importantes, pois mesmo uma breve interrupção de conexão afeta a qualidade da comunicação.
Resultados do projeto
O laboratório implantado nos permitiu melhorar a qualidade dos testes e acelerar o desenvolvimento dos produtos móveis.
Hoje o laboratório é utilizado para verificar novas funcionalidades, testar cenários de integração, reproduzir situações de rede complexas e demonstrar soluções aos clientes.
No âmbito deste projeto, já testamos com sucesso a interação de nossas soluções com as plataformas de faturamento da Media-Tel, Bercut e FORWARD, e obtivemos um ambiente independente e completo para o desenvolvimento e a depuração contínuos dos produtos do núcleo móvel.
