Disertatie Rutaredinamicaintr Oretealte4g 20iunie2017 [615827]

Universitatea Politehnica din Bucuresti
Facultatea de Automatica si Calculatoare
Departamentul Ingineria Sistemelor
Specializarea Sisteme Informatice Integrate

Rutare dinamica intr-o retea LTE 4G

Coordonator stiintific,
Conf. Dr. Ing. Ioan Sacala

Masterand: [anonimizat], toate dispozitivele de retea pot fi considerate comutatoare ce sorteaza pachetele,
care vin de la un set de legaturi de intrare spre un set de legaturi de iesire. Problema
fundamentala este crearea unui comutator de viteza mare. Acest lucru este dificil, mai ales
daca ne gandim la cresterea diferentelor intre vitezele optice si electronice.Multe rutere ofera
azi ceea ce este deseori numit diferentierea serviciului, prin care diferite pachete pot fi tratate
diferit pentru a oferi garantii asupra serviciului si a securitatii. Din pacate, acest lucru necesita
o forma si mai complexa de cautare numita clasificarea pachetelor, unde cautarea se bazeaza
pe destinatie, sursa, si chiar serviciile pe care un pachet le ofera.
Dintre serviciile ce trebuie sa faca parte dintr-un viitor internet, bine administrat, este
includerea in rutere a unui suport pentru masurari, deoarece masurarile sunt cheia pentru a
proiecta retele care ofera garantii. Ruterele de azi asigura ceva suport pentru masurari,
contorizari si inregistrari de NetFlow.
Datorita sofisticarii crescute, agresivitatii, si ratei de atacuri asupra retelei, este
esentiala implementarea securitatii in rutere sau dispozitive de retea specializate
detectarii/prevenirii intruziunilor. Dar daca dispozitivul de securitate nu poate tine pasul cu
legaturile de mare viteza, pot fi omise informatii vitale, necesare pentru detectarea unui atac.
Anumite protocoale de retea pretind ca sursele sa nu transmita niciodata datele mai
rapid decat cu o rata impusa. In loc de a specifica rata medie pe o perioada lunga de timp,
protocolul poate deasemenea specifica volumul maxim de trafic, ​ B ​ , in biti pe care sursa-i
poate transmite in orice perioada de ​ T ​ secunde. Acest lucru limiteaza sursa la rata medie de ​ B
/ ​ T ​ biti pe secunda. De altfel, acest lucru limiteaza si “gradul de rafala” a traficului
utilizatorului la maxim o rafala de dimensiune ​ B ​ la fiecare ​ T ​ unitati de timp. Alegand, de
exemplu, o valoare mica a parametrului ​ T ​ , se limiteaza considerabil rafalele de trafic.
Rafalele fac probleme retelei, deoarece perioadele cu trafic mare si pierderi de pachete
sunt urmate de perioade de inactivitate. Daca fiecare sursa isi indeplineste contractul (nu
transmite peste volumul de trafic specificat pe o perioada data), reteaua poate oferi garantii de
performanta si sa asigure ca nimic din trafic sa nu fie pierdut, precum si livrarea la timp a
1

traficului. De cele mai multe ori regulile sunt respectate, mai ales cand discutam de o
optimizare a retelei si de un business.
Dar acest lucru nu se intampla intotdeauna, astfel ca urmarirea traficului e foarte
importanta. Fara ea, unii utilizatori ar putea profita, incorect, de banda retelelor. Presupunem
ca fluxurile de trafic sunt identificate prin adresa sursei si a destinatiei, precum si prin tipul de
trafic. Fiecare nod de retea trebuie sa sa se asigure ca nici un flux sa nu transmita mai mult de
B ​ biti in nici o perioada de ​ T ​ secunde.Pentru MME, cea mai simpla solutie este sa foloseasca
un singur timer care ticaie la fiecare ​ T ​ secunde, si sa numere bitii trimisi in fiecare perioada,
folosind cate un contor per flux. Daca la sfarsitul fiecarei perioade contorul depaseste ​ B ​ , se
detecteaza o violare de contract. Dezavantajul este ca folosind un singur timer pot fi
supravegheate doar anumite perioade.

2

Cuprins

Capitolul 1. Tehnologia LTE 4G
1.1 Caracteristici
1.2 Frecvente de operare
1.3 Arhitectura unei retele
1.4 Voce si SMS peste LTE
1.5 LTE FDD si LTE TDD

Capitolul 2 Posibile probleme ce pot aparea intr-o retea LTE 4G si solutii propuse
2.1 Problema strangularilor de retea
2.2 Stragularile la nodurile terminale si in routere
2.3 Solutii propuse/existente
2.3.1 Micronodurile
2.3.2 Imbunatatirea, densificarea si completarea retelei
2.3.3 Carrier Aggregation
2.4 Cum putem evita strangularile de retea?
2.4.1 Solutia Strawman
2.4.2 Memoriile
2.4.3 Procesarea rutei
2.4.4 Procesarea protocolului
2.4.5 Fragmentarea si redirectionarile

Capitolul 3 Handover si rutare dinamica
3.1 Generalitati
3.2 Transmiterea de date in downlink
3.3 Transmiterea de date in uplink
3.4 Tehnologia antenelor MIMO
3

3.5 Algoritmica de retea
3.6 Alocarea dinamica pe celule
3.7 Calcularea rutei folosind algoritmul lui Dijkstra
3.8 Algoritmi de nod terminal
3.8.1 Algoritmul iSLIP
3.9 Metode de control inteligent

4

Capitolul 1 Tehnologia LTE 4G

1.1 Caracteristici
4G – a patra generație de telefonie mobilă, dezvoltată în prezent, permite comunicații
de voce, video și date mult superioare comparativ cu 3G. Tehnologia 4G permite utilizatorilor
să acceseze servicii care pana nu demult erau disponibile doar PC-urilor conectate la rețele de
mare viteză. Tehnologia de generație a patra (4G) permite un transfer de date de pana la 150
Mbps download si 75 Mbps upload.
LTE a reprezentat următorul pas în dezvoltarea 3GPP (3 ​ rd Generation Partnership
Project) la nivel mondial în rețelele de telefonie mobilă de bandă largă. Standardizarea LTE a
început cu Release-ul 8 din 3GPP.
Evident că prima întrebare ce se pune în mod firesc este de ce se trece la dezvoltarea
unei noi generații de sisteme de comunicații, 4G, înainte de introducerea pe scară largă, în
exploatare, a sistemelor 3G.

Fig. 1 – LTE

Printre cracterisiticle de baza ale LTE includem:
– rate de transfer mari prin intermediul unor tehnologii de acces radio eficiente, bazate
pe tehnologii de nivel fizic ca OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) și
MIMO (Multiple Input Multiple Output);
– optimizări ale întârzierilor și o arhitectură simplificată;
5

– protocoale bazate pe IP pe toate interfețele;
Pentru 4G se pot da mai multe definiții, dintre care cea mai simplă este cea de viitoare
generație de rețele radio ce va completa și înlocui, în viitor, rețelele 2G. La începutul anului
2013, 4G reprezenta o inițiativă la nivel academic și de cercetare/dezvoltare ca și un cadru de
discuții pentru evoluții viitoare, cu scopul eliminării problemelor semnalate în dezvoltarea 3G.
În favoarea dezvoltării 4G există o serie de argumente:
– performanțele 3G s-au dovedit a nu fi suficiente pentru a satisface necesitățile unor
aplicații viitoare de înaltă performanță ca multimedia, video cu prezentare de mișcare,
teleconferințe de calitate; pentru acestea a fost necesară sporirea capacităților 3G cu un ordin
de mărime;
– in momentul de față, pentru 3G există standarde multiple și, cu tot efortul de
compatibilizarea a acestora, există dificultăți reale în asigurarea unui roaming global și a
interoperabilității precum și a portabilității serviciului;
– 3G se bazează pe conceptul de arie extinsă, in prezent sunt însă necesare rețele
hibride capabile să folosească atât LAN radio cât și rețele celulare;
– sunt necesare lărgimi mai mari de bandă iar cercetările au arătat că în structura 3G,
nu pot fi implementate scheme de modulație mai eficiente decât cele folosit deja de operatori;
– s-a dovedit necesară exitența unor rețele cu transmisie de pachete, capabile să
folosească la deplina capacitate protocoalele Internet, cu convergență între voce și date.

Fig. 2 – Evolutia GSM -> EDGE -> WCDMA -> HSPA -> LTE

Rețelele de comunicație mobilă 2G, mai ales sub forma 2+, au reprezentat o evoluție
importantă în concepția modernă a rețelelor de comunicații. Pentru rețelele de comunicație de
6

generațiile 2+, 3 și 4 se pun câteva probleme esențiale, ce marchează dezvoltarea acestora și
impun direcții de dezvoltare mai ales în sfera serviciilor. Astfel, se urmăresc o serie de
obiective majore cum sunt:
– convergența / integrarea / conlucrarea tuturor rețelelor fixe și mobile, existente sau
viitoare, fixe sau mobile (cu legătură prin cablu sau radio).
– ușurința de a selecta și folosi serviciile oferite; aceasta va determina ofertanții de
servicii la realizarea unor tehnologii de aplicație prietenoase și simplu de folosit, cu conținut
adecvat tipului de utilizatori și zonei geografice în care se desfășoară serviciile;
– realizarea de terminale universale și cu un cost cât mai scăzut, ceea ce a condus la
necesitatea unor tehnologii de reconfigurare.
Cand ne referim la B3G (Beyond 3G) si 4G toti sunt de acord ca telecomunicatiile
bazate pe B3G/4G se bazeaza pe retele IP integrate, care ofera utilizatorilor la orice ora si in
orice locatie viteze de transfer a datelor superioare celor actuale. 4G e definit ca un sistem
integrat IP care contine sisteme si retele atat cu fir cat si fara fir si care ofera capacitati de
pana la 150 Mbps. Cu un end-to-end QoS si cu o securitate foarte buna, 4G se remarca prin
faptul ca ofera orice servicii in orice locatie, la costuri acceptabile. 4G e o evolutie a
tehnologiei care nu numai ca rezolva problemele si limitarile 3G-ului, dar aduce imbunatatiri
QoS, pentru a mari latimea de banda si pentru a reduce costul resurselor.
B3G/4G/B4G pot fi mapate folosindu-se tehnologiile deja cunoscute, asa cum este
exemplificat in figura 3.

7

Fig. 3 – Maparea B3G/4G/B4G

Considerand ca 3GPP LTE, WIMAX (IEEE.16m) pot fi considerate ca 4G si IMT
Advanced ca B4G, s-a anuntat ca cercetatorii au inceput deja lucrul la 5G. Ideea de WWWW
(World Wide Wireless Web) a pornit de la tehnologia 4G. Evolutia viitoare va fi bazata pe 4G
si se doreste formarea unei retele globale wireless. Astfel, se preconizeaza deja ca 5G va avea
o importanta sporita aducand servicii suplimentare universului 4G. Va fi o tehnologie mai
inteligenta si va duce la interconectarea globala fara limite.
Voi prezenta in continuare o serie de aplicatii aduse odata cu implementarea noii
tehnologii:
– ​ prezenta virtuala ​ : ofera servicii utilizatorului la orice ora si in orice locatie;
– ​ navigare virtuala ​ : ofera servicii de navigare utilizatorului punandu-i la dispozitie o
baza de date cu strazi si cladiri;
– ​ aplicatii de procesare geografica ​ : este o combinatie de GIS (Geographical
Information System) si GPS (Global Position System) prin care utilizatorul poate afla pozitia
intreband sistemul;
– ​ medicina si educatie ​ : va suporta un sistem de monitorizare a pacientilor de la
distanta. Pentru oamenii care sunt interesatii sa acumuleze cunostinte toata viata lor 4G ofera
bune oportunitati de documentare.
8

– ​ managementul hazardurilor ​ : dezastrele naturale pot cauza caderi masive in sistemele
de telecomunicatii. La ora actuala pentru a rezolva asftel de probleme sunt necesare zile poate
chiar saptamani. Cu ajutorul 4G acest lucru se face doar in cateva ore.
Pentru a facilita un mediu si o infrastructura a comunicatiilor unde cerintele complexe
apar o data cu aplicatiile si serviciile, trebuie sa existe suport atat pentru serviciile de
platforma cat si pentru retelele inferioare, dar si pentru sistemele de acces wireless.
Urmarind evolutia sistemelor de acces wireless pentru 4G/B4G aceste sisteme vor
trebui sa aiba solutii pentru problemele tehnice care apar cu urmatoare directii :
• asteptarile utilizatorilor se schimba de la acces cu fir la acces fara fir oricand si
oriunde, convergenta serviciilor si dispozitivelor jucand un rol foarte important;
• asteptarile operatorilor de a oferi servicii de internet pe tehnologiile mobile la un
CAPEX/OPEX ( ​ Capital Expenditure/Operanting Expenditure) scazut, bazandu-se pe solutii
flexibile care vor adresa unei varietati de necesitati si scenarii posibile;
Alte cerinte ale sistemului din acesta categorie sunt acuratetea locatiei, alte informatii
contextuale, acoperire, stabilirea pachetelor canalului, colaborarea intre retele IP si sisteme de
acces. Cerintele serviciilor includ accesul la aplicatii pentru utilizatori, suportul IP-ului ca
protocol la nivel de serviciu si un QoS negociabil, care sa includa si renegocierea din timpul
unei sesiuni active. In comparatie cu sistemele 3G, B3G/4G trebuie sa ofere o scadere a
costului total pe bit si pentru implementare.
Criteriile de selecție de către utilizatori a rețelelor prin care să realizeze legătura de
comunicație trebuie să aibă în vedere:
– tipul de serviciu, caracterizat prin viteza de transmisie a datelor și calitatea necesară;
– resursele disponibile în zona de acces radio;
– contextul în care se află situat utilizatorul.
Pentru rețelele 3G și 4G sunt folosite diferite tehnologii. Deoarece aceste tehnologii
suportă diferite componente multimedia, toate acestea trebuie să fie dezvoltate corelat, altfel
calitatea serviciilor multimedia va suferi. Tehnologiile se vor maturiza. la momente diferite de
timp, de aceea operatorii vor trebui să fie capabili să aleagă, totdeauna, cea mai bună schemă
de rețea, atunci când o nouă combinație devine posibilă.
Deoarece rețelele mobile vor oferi transfer de informații cu diferite calități, aplicațiile
vor trebui, la rândul lor, să fie adaptive la noul mediu de operare. Se pare că viitorul va oferi
servicii cu parametri de calitate diferiți precum și cu modificări dinamice ale parametrilor de
9

calitate. De aceea, este esențial ca aplicațiile și sistemele adaptive să permită utilizatorilor să
isi stabilească ordinea de prioritate a importanței parametrilor.
4G are deja implicatii profunde, chiar dacă asteptările, cel putin cele locale, erau că
tehnologia nu va fi introdusa înainte de 2013. Pentru a face acest lucru cu exactitate este
necesară definirea conceptului si implementarea unor specificatii exacte, cum este în prezent
protocolul 3GPP LTE. Cele mai recente avize spuneau că reteaua se va construi in special
pentru anumite tipuri de terminale care au o viată suficient de mare a bateriei, precum
notebook-uri. Tendinta decisiva a fost indreptata spre frecvente mai mari si mai multa lătime
de bandă. Cu toate acestea, rămâne de văzut dacă avantajele si ratele enorme de transmisii de
date se vor face utile pentru operatori in ideea unei viitoare conversii totale a echipamentelor
deja existente. O alta noutate pe care a patra generatie de retele mobile o aduce este bazarea
pe protocolul IPv6.
Un avantaj major al LTE fata de WCDMA sau HSPA este posibilitatea alocării
lărgimii de bandă de spectru de diferite dimensiuni pentru utilizatorii de telefonie mobilă.
LTE oferă mai multe valori de lătime de bandă (spectru) între 1,4 ș i 20 MHz. Prin contrast,
banda canalului la WCDMA sau HSPA este întotdeauna fixată la 5 MHz. O lătime de bandă
mica permite o reconfigurare a spectrului mai usor si este benefică pentru operatorii de
telefonie mobilă in posibilitatea de achizitie a unor bucati scurte pe spectru. Pe de altă parte, o
lă ț ime de bandă de canal mare este necesara în cazul unor doze mari de date de vârf.

10

1.2 Frecvente de operare
Tehnologia de telefonie mobila si internet in banda larga de generatie a patra a ajuns si
in Romania. Noua tehnologie este justificata de cresterea numarului de utilizatori de date
mobile si de cresterea volumului de trafic realizat de acestia. Telefonia mobila 4G ofera, pe
langa serviciile de voce si date, devenite deja obisnuite, viteze de acces la internet foarte mari,
pentru a putea livra servicii precum televiziune pe celular sau transfer rapid de fisiere de mari
dimensiuni.
Pentru ca utilizeaza in special banda din frecventa de 2600 MHz, echipamentele LTE
acopera zone mai mici in comparatie cu tehnologia 3G sau HSPA, deci este nevoie de mai
multe antene radio pentru a acoperi o zona mai extinsa. Pe de alta parte, pentru ca traficul si
numarul de utilizatori creste constant, operatorii trebuie sa investeasca in performanta, iar
echipamentele LTE sunt mai ieftine decat realizarea unui swap (upgrade) de la tehnologii mai
vechi.
Re ț elele LTE pot fi utilizate în benzile de frecventă existente cat si noi, cum ar fi:
> benzile de 900 ș i 1800 MHz utilizate pe scară largă pentru GSM;
> benzile de 850 ș i 1900 MHz utilizate pentru GSM în America de Nord ș i de Sud;
> noua banda de 700 MHz utilizată anterior pentru transmisiile de televiziune
analogice;
> banda de 2100 MHz ș i banda combinat 1700/2100 MHz utilizate în principal pentru
sistemele 3G (WCDMA si HSPA) în afara si în interiorul Americii;
> noua banda de 2600 MHz, care devine disponibilă pentru sistemele mobile în multe
păr ț i ale lumii si care este preferata de o mare parte din operatori datorita maleabilitatii
spectrului.
LTE a fost implementata ini ț ial în 1800 MHz (in Romania) si mai nou si pe
frecventele de 2100 doar FDD si 2600 MHz FDD si TDD.

11

1.3 Arhitectura LTE
Long Term Evolution se referă la evolutia pe termen lung a tehnologiei de acces radio,
3GPP, si este considerata succesorul sistemului UMTS. Functionarea LTE în 3GPP este strâns
aliniată la arhitectura si evolu ț ia din cadrul sistemului 3GPP SAE ( ​ System Architecture
Evolution) ​ , care se ocupă cu arhitectura evoluata a retelei sursa, se bazeaza pe protocolul IP a
sistemului EPS (Evolved Packet System) si consta dintr-un acces la EPC (Evolved Packet
Core). Este de retinut faptul că sistemul de pachete este pur si simplu bazat pe pachete – el nu
se ocupă de traficul de circuite comutate la toate. Aplicatii cu circuite comutate (de exemplu,
voce), sunt efectuate peste IP (de exemplu, Voice over IP, VoIP).

Fig. 4 – Elemente componenete ale arhitecturii LTE

În timp ce GSM se bazează pe TDMA (Time Division Multiple Access), iar WCDMA
si HSPA se bazeaza pe CDMA (Code Division Multiple Access), stratul fizic LTE se bazează
pe OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) în downlink si SC-FDMA
(Single-Carrier FDMA) în directia uplink.
12

Fig 5 – ​ Aglomerare celulara de eNodeB
TAI (Tracking Area Identifier); BCCH (Broadcast Channel)

OFDMA este o versiune multi-user de populare ortogonala a frecven ț ei divizate pe
baza unei scheme digitale de modulare. Accesul multiplu se realizează în OFDMA prin
atribuirea de subseturi de subpurtătoare pentru utilizatorii individuali (asa cum se arată în
ilustratia de mai jos). Acest lucru permite transmiterea simultană a unei rate scazute de date
de la mai multi utilizatori.

13

Fig. 6 – OFDMA downlink si SC-FDMA uplink

SC-FDMA este un sistem de acces multiplu prin divizarea frecven ț ei. Ca ș i alte
sisteme de acces multiplu (TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA), se ocupă cu atribuirea mai
multor utilizatori la o resursă de comunicare comună. SC-FDMA poate fi interpretat ca un
sistem de OFDMA liniar-precoded, în sensul că acesta are o procesare DFT (Density
Functional Theory) suplimentara. Este vazut ca o alternativă atractivă la OFDMA, în special
în comunicatii uplink unde raportul mai mic de putere ca medie de varf aduce destule
beneficii in ceea ce privesc transmiterea eficienta de energie si costurile terminalelor.
Performanta SC-FDMA, în raport cu OFDMA a fost obiectul mai multor studii. Desi
diferenta de performantă nu este mare, avantajul suplimentar de PAPR (Peak-to-Average
Power Ratio) scăzut SC-FDMA a facut ca acesta sa devina un favorit in special pentru
transmisile wireless uplink în viitoarele sisteme de comunica ț ii mobile în care eficien ț a puterii
de emisie are o importan ț ă capitală. Interfata LTE suportă atât divizia de frecventă duplex
FDD cat si divizia de timp duplex TDD.
EPC (Evolved Packet Core) a fost introdus pentru prima dată de către 3GPP în
versiunea 8 a standardului. Nodurile de re ț ea sunt prea putin implicate în manipularea de
trafic si protocolul de conversie este adesea evitat. De asemenea, s-a decis să se separe datele
14

de utilizator si de semnalizare pentru a se face o scalare independenta. EPC este conectat la
retelele externe, care pot include si reteaua centrala IMS (IP Multimedia Subsystem).

Fig. 7 – Legatura eNodeB -> EPC

ENodeB (Evolved NodeB) este hardware-ul conectat la reteaua de telefonie mobilă,
care comunică direct cu telefoane mobile. În mod tradi ț ional, un nodeB, are o func ț ionalitate
minimă ș i este controlat de un RNC (Radio Network Controller). Cu toate acestea, in cazul
unui eNodeB, nu există niciun element regulator separat, acest lucru simplifică arhitectura si
permite timpi de răspuns mai mici.

15

1.4 Voce si SMS peste LTE
VoLTE este el mai nou concept in materie de Voice over IP pe langa Voice over Wifi.
VoLTE este o inovație de rețea ce redefinește serviciile de voce. Folosește rețelele de date 4G
pentru a transmite traficul de voce, spre deosebire de rețelele tradiționale celulare, care au
canale diferite pentru serviciile de voce și cele de date. Acest nou serviciu permite apelantului
să adauge mai multă informație pe ecranul persoanei apelate, cum ar fi prioritatea apelului,
subiectul discuției și o imagine. Când apelul este în curs, interlocutorii pot partaja conținut
multimedia, ce va fi afișat pe ambele display-uri ale celor două terminale, precum și să treacă
fără întreruperi din apel de voce în convorbire video și înapoi.

Fig. 8 – VoLTE

Cum veniturile operatorilor de telefonie mobilă provin peste 80% din traficul de date,
era necesar implementarea unui sistem viabil si standardizat pentru a furniza aceste servicii si
de a proteja aceste venituri.
Atunci când s-a incercat implementarea acestui serviciu a fost investigat un numar
destul de mare de posibile solutii, astfel ca, au fost înfiintate un numar de aliante pentru a
promova diferite moduri de prestare a serviciului.
CSFB (Circuit Switched Fall Back) este un subprotocol pentru furnizarea de Voice
over LTE ce a fost standardizat în specifica ț ia 3GPP. În esentă, LTE CSFB foloseste o
varietate de procese ș i elemente de retea pentru a permite circuitului sa faca un loopback la
16

conexiunea 3G sau 2G inainte de initierea unui apel. Se permite, de asemenea, si ca
SMS-urile să fie efectuate, lucru esential pentru foarte multe proceduri set-up in cazul
telecomunicatiilor celulare. Pentru a realiza acest proces, se foloseste o interfata care permite
mesajelor să fie trimise pe un canal LTE.
SMS-ul este posibil în LTE ș i există două modalită ț i de a pune în aplicare. Solu ț ia
ideală ar fi cu ajutorul IMS ( ​ IP Multimedia Subsystem ​ ). IMS peste LTE are rolul de a
transfera orice formă de date (de exemplu, voce, SMS-uri ș i orice altă formă de date
multimedia). Se pare că acestea nu sunt complet implementate cel pu ț in pentru moment, a ș a
că a fost gândita o solu ț ie intermediară numita SG LTE.
Logica de punere în aplicare a SG-SMS este foarte similara cu WCDMA SMS. În
WCDMA, „injectam” mesajul SMS într-un canal DCCH (Dedicated Control Channel) ș i il
trimiteam la destina ț ie. Aceasta înseamnă că am efectuat mesajul peste un canal de control.
SG SMS foloseste un concept similar si ne trimite mesajul într-un canal de control.

Fig. 9 – Apel VoLTE/VoIP/WiFi

17

SV-LTE (Simultan Voice over LTE) permite rularea de pachete de servicii LTE în
acela ș i timp cu serviciul de voce. Acesta oferă facilită ț i si pentru CSFB în acela ș i timp. Cu
toate acestea, are dezavantajul că necesită ca terminalul sa foloseasca doua servicii in acelasi
timp, dezavantajul fiind un consum mare de energie pentru respectivul dispozitiv.
Spre deosebire de standardele anterioare de telecomunica ț ii celulare, inclusiv GSM,
LTE nu are canale dedicate pentru circuite comutate de telefonie, in schimb, este un sistem
all-IP, oferind o conexiune IP end-to-end de la echipamentul mobil la re ț eaua de bază si
invers.
Scopul pentru orice serviciu de voce este de a utiliza o latentă cat mai scăzută ș i de a
indeplini caracteristici QoS. Cu toate acestea, obtinerea unei oferte complete VoIP pe LTE
ridică unele probleme importante, care vor lua timp pentru a fi rezolvate. Cum primele
implementări au avut loc în 2010, este necesar ca o solu ț ie de voce sa fie disponibila într-un
interval scurt de timp. Un profil de voce VoLTE a fost dezvoltat de o colaborare între mai
mult de patruzeci de operatori, inclusiv: AT & T, Verizon Wireless, Nokia ș i Alcatel-Lucent.
Lucrările la definirea VoLTE sunt în curs de desfă ș urare. Acesta va fi necesar pentru a
asigura continuitatea apelurilor de voce efectuate atunci când un utilizator se mută dintr-o
zonă de acoperire LTE la alta. Această formă de predare va fi realizată folosind SR-VCC
(Single Radio Voice Call Continuity). Rolul sau principal va fi acela de a asigura rutarea
optimă de purtători pentru apelurile vocale atunci când clien ț ii sunt în roaming. Un alt
domeniu de importan ț ă va fi stabilirea de cadre comerciale pentru serviciile de roaming si
interconectare pentru serviciile implementate folosind defini ț ii VoLTE, lucru ce va necesita
evident infiintarea unor eventuale noi acorduri de roaming.
Dupa cum se stie, pentru orice servicii, inclusiv LTE, este necesar să se efectueze o
securitate completă pentru a preveni intrarea hacking si neautorizata în orice zonă în cadrul
re ț elei.

18

1.5 LTE FDD si LTE TDD
Exista doua tipuri de tehnologii LTE 4G, cu anumite diferente intre aceste
doua tehnologii, de la frecventele folosite pana la modul in care practic se realizeaza
transferul.

Figura 10 – 4G LTE FDD vs TDD

FDD permite un transfer de date mai mare, pana la 300 Mbps prin 4G+, iar TDD-ul
ajunge pana la 150 Mbps. FDD-ul functioneaza in frecvente mai mici, insa TDD-ul necesita
mai multe antene dar ofera un plus de stabilitate.
Tinand seama de faptul ca cele doua tipuri de tehnologii pot transmite si primi date,
exista trei moduri de transfer al datelor:
– prima dintre ele este simplex, ceea ce inseamna ca o parte transmite celeilalte parti;
cealalta parte poate doar primi si nu poate transmite date simultan; exista doar un singur
spectru de frecventa ce este utilizat.
– a doua este half duplex, ceea ce inseamna ca ambele parti ar putea transmite si primi
date, dar nu in acelasi timp; exista doar o singura frecventa (canal) utilizata, dar exista doua
moduri.
– a treia varianta este duplex, ceea ce inseamna ca ambele parti ar putea transmite si
receptiona date simultan; comunicarea este cu doua sensuri si sunt folosite doua canale.
19

Asa cum am mai amintit, in Romania LTE 4G functioneaza pe frecventa de 800, 1800
si 2600 MHz, insa exista si exceptii, mai nou ANCOM (Autoritatea Nationala pentru
Administrare si Reglementare in Comunicatii) a oferit dreptul companiei locale RCS-RDS SA
prin brandul sau Digi.Mobil sa poata comercializa servicii LTE 4G FDD si in banda de 2100
MHz ​ ,” Licen ț a RCS&RD S din banda 2100 MHz a fost modificată ca urmare a solicitarii
titularului intemeiata pe Decizia Comisiei Europene nr. 2012/688/EU. Aceasta decizie a fost
adoptata in temeiul Deciziei Parlamentului European si a Consiliului nr. 676/2002/EC. Ca
urmare a acestor modificari, titularul licentei poate furniza servicii de comunicatii
electronice neutre tehnologic in banda de 2100 MHz, inclusiv prin intemediul tehnologiei
LTE (4G)” ​ .
Practic, s-a decis faptul ca operatorii achizitioneaza prin licitatie publica dreptul de a
folosi o anumita bucata de spectru intr-o frecventa stabilita, iar in acest spectru pot furniza
tehnologia dorita.

Figura 11 – Moduri de transmisie FDD vs TDD

Un prim beneficiu pe care il ofera TDD este acela ca energia folosita este mai mica,
costurile de transfer sunt de asemenea mai reduse fata de tehnologia 4G FDD. In lucrarile
stiintifice pe care le-am consultat in scrierea acestei lucrari am observat faptul ca dupa
anumite teste in productie s-a ajuns la estimarea ca tehnologia FDD consuma cu aproximativ
55% mai multa energie fata de TDD.
20

Un alt aspect despre care as dori sa vorbesc se refera la modul de folosire al spectrului
al celor doua tipuri de tehnologii 4G FDD (Frequency Division Duplexing) si TDD (Time
Division Duplexing), mai exact, modul prin care sunt transmise datele. In FDD exista doua
purtatoare, care ofera posibilitatea de downlink si uplink simultan, se folosesc in totalitate
bucati de spectru de 5 MHz pentru fiecare din operatie, practic, FDD transmite si
receptioneaza in doua benzi de frecventa in acelasi timp, sunt folosite doua spectre de 5 MHz,
2x5MHz.
Din punct de vedere al transferului de date TDD si FDD sunt identice, FDD foloseste
jumatate din spectru pentru de doua ori mai mult timp decat TDD, astfel ca transmisia de date
este la final aceeasi indiferent ca vorbim aici de TDD sau FDD. Neglijand pierderile de
pachete ce pot sa apara din diversi factori, si la acest capitol TDD si FDD se aseamana ca
tehnologii.

Figura 12 – FDD vs. TDD [Copyright VT Silicon]

Tehnologia 4G FDD foloseste o transmisie de trafic cu jumatate din banda alocata,
insa foloseste un timp de doua ori mai mare comparativ cu sistemul TDD. Folosind 2×5 MHz
FDD transmite trafic pentru un spectru de 5 MHz si pentru un anumit slot de timp, in timp ce
21

TDD foloseste un spectru de 10 MHz pentru de doua ori mai putin timp. Daca ambele sisteme
ar folosi o putere de 200 mW, puterea de emisie ar fi mai concentrata in cazul FDD (40
mW/MHz in cazul FDD fata de 20 mW/MHz in cazul TDD). Pentru a ajunge la un bandwith
identic, puterea de emisie la antenelor ce folosesc tehnologia TDD ar trebui sa fie cu 2 x 3 dB
mai mare decat in cazul FDD.
Pe ​ benzile FDD ​ exista o limitare la download cat si la upload, daca, sa presupunem,
operatorul de telefonie are o banda de 100Mb, el aloca, sa spunem 70Mb pentru download si
30Mb pentru upload. Cum impacteza acest aspect pe utilizatorii finali? Daca se intampla ca
utilizatorii sa faca mai mult download (de exemplu streaming) si se ajunge la puterea maxima
a benzii alocate, nu mai exista posibilitatea de a cere o redimensionare a benzii, apare
limitarea pentru ca restul de banda este alocata uploadului si o redimensiunoare automata a
benzii nu este posibila.
In schimb ​ banda TDD trebuie vazuta ca un flux continuu. Operatorul nu limiteaza
neaparat downloadul si uploadul. Aici totul este simetric, intai se intampla downloadul si apoi
uploadul pe aceeasi banda. Adica banda “stie” sa vada cat download se efectueaza la un
moment dat de catre un utilizator si se aloca in mod dinamic pana la maximul pe care
terminalul il poate suporta, la fel si in cazul upload-ului.
Sistemul FDD presupune ca transmisia si receptia sa se efectueze in acelasi interval de
timp pe frecvente diferite, operatii simultane pe diferite frecvente presupune detinerea unui
sintetizator foarte puternic sau chiar separarea fizica a transmitatorului de receptor. TDD
foloseste, in schimb, acelasi sintetizator si pentru transmisie si pentru receptie, operatiunile
avand loc in momente diferite.
Ce face TDD atat de special este tocmai aceasta asimetrie a modului in care
functioneaza, practic downlinkul si uplinkul se “asteapta” unul pe celalat. Un alt impact
pozitiv, de aceasta data resimtit chiar si de utilizatorul final este consumul mai mic de energie
electrica al echipamentelor, acest aspect duce la o durata mai mare de viata a echipamentelor
de emisie receptie folosite.
În FDD, semnalele uplink si downlink sunt realizate în diferite părti ale benzii de
frecvente pereche. În TDD, transmiterea uplink si downlink are loc în intervale de timp
diferite in aceeasi latime de banda spectrală. În practică, o bandă de frecventă este împărtită în
mai multe părti, în functie de locatia geografică. LTE oferă posibilitatea de a împăr ț i
22

procentul care le revine operatorilor într-un număr de canale, cu o varietate de lă ț imi de bandă
între 1,4 si 20 MHz.

Capitolul 2 Posibile probleme ce pot
aparea intr-o retea LTE si solutii propuse

2.1 Problema strangularilor de retea
Principala problema avuta in vedere este realizarea unor retele usor de folosit,
utilizand hardware-ul la capacitatea maxima.
Pentru a putea intelege aceasta diferenta de performanta vom examina doua categorii
fundamentale de dispozitive de retea, nodurile terminale (in tehnologia LTE poarta denumirea
de eNodeB) si ruterele (echipamentele intermediare).

Probleme ce pot sa apara la nivelul eNodeB-urilor
> Intreruperea transmisiei sau cresterea error bitrate-ului (exista produse software
specializate utilizate de operatori pentru masurarea acestor limite), o posibila cauza ar putea fi
ruperea fibrei optice de transmisie a antenei.
> Probleme de rutare, pierderi de pachete chiar inainte de a ajunge la destinatar,
practic se pierd pe legatura dintre eNodeB si UE (user equipment).
> “Pierderea vecinilor”, se foloseste ca metoda de preventie si detectie inserarea
fortata de pachete UDP (User Datagram Protocol) de la un eNodeB catre altul, acesta este
retransmis atunci cand nu exista niciun utilizator conectat la acel eNodeB receptor.

23

2.2 Strangularile la nodurile terminale si in routere
Nodurile terminale sunt punctele de final ale retelei. Ele includ statiile emitente
precum si serverele de mari dimensiuni, furnizoare de servicii. Nodurile terminale sunt
dedicate transportului si alocarii de sloturi, si de obicei sunt proiectate sa poata oferi o
capacitate cat mai mare chiar si la suprasolicitari. Astfel, strangularile nodurilor terminale
sunt de obicei rezultatul a doua cauze: structura si scala/dimensiunea.
> Structura: Pentru a putea rula orice cod, calculatoarele personale si serverele mari
au de obicei un sistem de operare care mediaza intre aplicatii si hardware (kernel). Pentru a
usura dezvoltarea software-ului, majoritatea sistemelor de operare de mari dimensiuni sunt
structurate cu grija, ca un software pe niveluri.
> Scala/dimensiunea ​ : Aparitia serverelor mari oferind servicii Web si alte servicii
duce la aparitia altor probleme, de performanta. Multe sisteme de operare folosesc structuri de
date ineficiente si algoritmi care au fost proiectati pentru o epoca in care numarul de legaturi
era mic.
Desi ne axam pe ruterele pentru internet, aproape toate tehnicile descrise pot fi folosite
la fel de bine si in cazul altor echipamente de retea, cum sunt puntile/bridge,
comutatoarele/switch, portile/gateway, monitoarele si alte dispozitive de securitate, precum si
pentru protocoale diferite de IP, ca FiberChannel. De aceea, ruterul este gandit ca un
“dispozitiv generic de interconectare a retelei”.
Problemele fundamentale pe care le intalneste un ruter sunt legate de
scala/dimensiunea si servicii.
> Scala/dimensiunea: ​ Dispozitivele de retea se confrunta cu doua tipuri de scalare:
scalarea benzii si scalarea popularii.
Scalarea benzii are loc deoarece legaturile pe cale optica devin din ce in ce mai rapide,
viteza legaturilor crescand de la 1 Gbps la 40 Gbps, astfel se ajunge la congestie privind
diferite servicii.
Scalarea popularii are loc deoarece tot mai multe noduri terminale sunt adaugate la
internet odata cu conectarea online a tot mai multor subretele.
24

> Serviciile: ​ Nevoia de viteza si dimensiune au crescut mult fata de industria retelelor
din anii ’80 si ’90, pe masura ce tot mai multe afaceri deveneau online (de ex. Amazon), si au
fost create noi servicii online (de ex. Ebay). Odata cu cresterea tranzactiilor a aparut si
necesitatea de a se oferi garantii ale disponibilitatii anumitor servicii critice.
2.3 Solutii propuse / existente
2.3.1 Micronodurile
Traficul de date in retelele mobile l-a depasit pe cel de voce si continua sa creasca
rapid. Aceasta tendinta va continua, astfel se estimeza ca traficul mediu va ajunge la valoarea
de aproximativ 1 GB pe luna per utilizator.
Aceasta crestere a traficului, este determinata de noile servicii aparute si de
capabilitatile tot mai mari la noile terminale. Cifrele reale pentru fiecare abonat pot varia
foarte mult in functie de conditiile geografice, de piata, tipul de terminal folosit si desigur de
tipul abonamentului contractat de la operator.
Aceste micro-celule sunt de putere mica si ca performanta depind evident de traficul
ce este nevoie sa il sustina, trebuie privite ca un adaos la „reteaua mama” nu ca o parte stabila.

Figura 13 – Home Femtocell / Micronod

Industria de telefonie mobila este, prin urmare, pregatita pentru rate de date de ordinul
a zeci de Mbps si trafic sustinut de zeci de GB.

25

2.3.2. Imbunatatirea, densificare si completarea retelei LTE macro
Vorbind aici de trafic sustinut de zeci de GB trebuie desigur sa luam in calcul si o
posibila problema ce poate sa apara, congestia. Exista mai multe abordari care trebuie luate in
considerare pentru a satisface rata de trafic a cererii.
La un nivel ridicat,optiunile-cheie pentru a extinde reteaua la o capacitate care sa
acopere cererea includ:
– imbunatatirea stratului macro
– densificarea stratului macro
– completarea stratul macro cu noduri de mica putere, creand astfel o retea eterogena.
– adaugarea de spectre mai largi (in functie de legislatia fiecarei tari si de
disponibilitatea oferita operatorilor)
– mai multe antene
– includerea de procese cat mai avansate in nodurile de retea.
Cresterea capacitatii si a ratei de transfer in acest mod este atractiva deoarece elimina
necesitatea unor site-uri noi.
La un moment dat, capacitatea si/sau ratele de date oferite de reteaua existenta nu vor
mai fi suficiente. O solutie necesara, este densificarea retelei macro. In zonele urbane dense,
exista retele cu inter-site-uri la distante de 100-200m care pot asigura decent o legatura intre
doua eNodeB-uri.
Printre benefiiciile densificarii putem enumera cateva:
– numarul de eNodeB-uri este mentinut relativ scazut;
– performanta retelei intr-o anumita zona este vizibil imbunatatita.
Figura de mai jos prezinta rate de date realizabile la incarcare mica cu 95 de procente
probabilitatea de acoperire. In Downlink, este atinsa o banda de zeci de Mbps. Nu acelasi
lucru putem spune si despre Uplink, aceasta rata este semnificativ inferioara (cateva sute de
kbps) si nici cresterea spectrului nu imbunatateste situatia.
26

Aceasta conditie este denumita limitarea puterii. Retelele de date sunt limitate de
puterea scazuta primita, care se datoreaza atenuarii mari intre terminale si statia de baza,
aceasta atenuare este datorata unei combinatii de distanta si propagare radio.
Se arata ca prin dublarea numarului de site-uri macro, capacitatea de DL este dublata,
capacitatea de downlink pe un eNodeB ramane mai mult sau mai putin la fel, din moment ce
exista de doua ori mai multe antene. Nu putem spune acelasi lucru si in cazul UL, o dublare a
numarului de site-uri reprezinta o crestere semnificativa a ratelor de date in uplink.
Imbunatatirea este realizata atat pe DL cat si pe UL prin simpla dublare a site-urilor
macro si/sau prin montarea de micro celule la distante aproximative de 100-200m in functie
de posibilitatile din teren.

Figura 14 – Cresterea ratelor de date in cazul dublarii eNodeB-urilor

Sistemul de referinta folosit in acest exemplu a fost de 10MHz, un sistem LTE cu o
distanta intre site-uri de 425m si un volum de trafic de date lunar realizat de un abonat de 5,95
GB Download si 0,7 GB Upload. Prin dublarea spectrului la 20MHz, volumele de date pentru
DL aproape s-au dublat.
In urma cercetarilor si studiilor pe care le-am efectuat am constatat faptul ca in urma
completarii retelelor macro cu noduri sau antene de mica putere, capacitatile retelelor LTE
27

sau HSPA au crescut, aceasta metoda dovedindu-se foarte eficienta. Aceasta abordare ofera o
capacitate foarte mare si rate de date crescute. Performanta pentru utilizatorii din reteaua
macro se imbunatateste de asemenea, antenele de mica putere putand servi ca hot-spot-uri si
avand de asemenea rolul de a acoperi micile gauri de semnal.

2.3.3 Carrier Aggregation
Odata cu evolutia conectivitatii smartphone-urilor, noile tehnologii 4G, 4G Pro, si 5G
au potentialul de a revolutiona modul de viata si de munca, modul in care siguranta publica
este asigurata si modul in care procesele industriale sunt controlate. LTE a inceput sa fie din
ce in ce mai utilizat pentru retelele private dar si pentru siguranta publica.
Carrier aggregation ofera in mod succesiv rate crescute de trafic precum si o
experienta a unei latimi de banda crescute pe intreaga zona de acoperire. Ratele de transfer de
date cresc exponential cu spectrul de frecventa detinut de operatorul final, putandu-se oferi
mai multe conexiuni simultan, atingandu-se astfel o rata de transfer per utilizator de pana la
450 Mbps. Disponibilitatea spectrului este un element cheie in 4G, in multe zone operatorii
dispun doar de benzi mici de frecvente, ca de exemplu un spectru total de 10 MHz, cum este
cazul operatorului local Digi Mobil.
Cresterea capacitatii de transfer de date nu poate fi privita decat intr-un sens pozitiv
mai ales de utilizatorul final care ar trebui sa “resimta” imbunatiri ale experientei de navigare
pentru diferite servicii, cum ar fi: navigarea web, live streaming-ul, o mai buna functionare a
aplicatiilor de social media.
Pentru a atinge aceste rate foarte mari de date este necesara cresterea latimii de banda
peste cele suportate in mod actual de un operator sau de un canal de transmisie. Metoda
descrisa aici este denumita in termeni tehnici carrier aggregation (CA) sau intr-o traducere
orientativa agregarea purtatoarei. In atingerea unei astfel de agregari a putatoarei putem lua in
calcul nu doar dublarea puterii de emisie si capacitatii retelei din partea unui singur operator
dar si de folosirea a mai mult de un utilizator in acelasi timp, scopul final fiind evident
performanta. Aceste canale ale putatoarelor pot fi invecinate ca spectru sau pot fi chiar si in
frecvente diferite.

28

Figura 15 – Carrier Aggregation

Carrier aggregation este posibil de implementat pe ambele tipuri de tehnologii LTE,
FDD si TDD, despre care am discutat anterior, de asemenea, o solutie foarte la indemana
pentru operatori si care asigura o experienta crescuta utilizatorului final este implementarea
unui sistem de CA (carrier aggregation) folosind combinatia FDD+TDD.

29

2.4 Cum putem evita strangularile de retea?
2.4.1 Solutia Strawman
Solutia strawman consta in contorizarea fiecarui pachet daunator intr-un tablou contor
si apoi in pasul final se compara valorile cu cele din tabloul de praguri.
Presupunem ca pachetele vin cu viteza mare in monitor si dorim sa terminam procesarea
pachetului inainte de sosirea urmatorului. Aceasta cerinta numita procesare la viteza liniei
(wire speed processing) este des intalnita in retele, ajuta la amanarea procesarii chiar si in cel
mai defavorabil caz. Pentru a indeplini cerintele de procesare la viteza liniei ar trebui sa faca
un numar mic de operatii pentru fiecare octet al URL-ului. Presupunem ca pasul principal de
incrementare al contorului poate fi facut pe durata receptiei octetului.
Din pacate, cele doua treceri prin tablou, pentru initializare si verificare a depasirilor
de prag, fac aceasta proiectare lenta.

2.4.2 Memoriile
In punctele terminale si rutere, inaintarea/expedierea pachetelor se face folosind logica
combinationala, dar pachetele si starile necesare inaintarii trebuiesc stocate in memorii.
Deoarece accesarea memoriilor este semnificativ mai lenta decat intarzierile logice, memoriile
sunt cele care genereaza strangulari masive in rutere si in puncte terminale.
In plus, diferitele subsisteme necesita memorii cu caracteristici diferite. De exemplu,
vanzatorii de rutere cred ca este important un buffer de 200 de msec pentru a evita pierderea
pachetelor in timpul perioadelor de congestie.
La, sa zicem 40 Gbps, un astfel de buffer de pachete necesita o cantitate enorma de
memorie. Pe de de alta parte, cautarile ruterelor necesita o cantitate mai mica de memorie,
accesata aleator. Astfel, este bine sa avem modele simple pentru memorii cu diferite
tehnologii.
30

2.4.3 Procesarea rutei
Ruterele din interiorul unor domenii implementeaza RIP si OSPF, in timp ce ruterele
care leaga domenii diferite trebuie sa implementeze si BGP. Aceste protocoale sunt
implementate in unul sau mai multe procesoare de rutare. Procesorul de rutare mentine baza
de date cu starea legaturilor si calculeaza drumurile cele mai scurte. Dupa calcul, procesorul
de rutare incarca noua tabela de rutare in fiecare dintre procesoarele de rutare, fie prin
comutator, fie printr-o cale separata din afara benzii.
La ora actuala s-a introdus comutarea multi-protocol dupa eticheta (MPLS – Multi
Protocol Label Switch) care este esentiala pentru routerele de tip core, ale retelelor de tranzit.
In MPLS, antetului IP i se adauga un alt antet care contine indici intregi simpli, care pot fi
identificati direct fara cautarea prefixului.

2.4.4 Procesarea protocolului
Toate ruterele din ziua de azi trebuie sa implementeze protocolul SNMP (Simple
Network Management Protocol) si sa furnizeze un set de contoare care sa poata fi verificate
de la distanta. Pentru a permite comunicarea la distanta, majoritatea ruterelor implementeaza
si protocoalele TCP si UDP. Pe langa acestea ele mai trebuie sa implementeze protocolul
ICMP (Internet Control Message Protocol) care este de fapt un protocol de transmisie a
mesajelor de eroare, precum „depasirea timpului de viata TTL” (TTL expired in transit).

31

2.4.5 Fragmentarea si redirectionarile
Este cunoscut faptul ca procesarea unei rute si a protocolului este indeplinita cel mai
bine de un procesor de rutare pe o asa numita „cale inceata”, dar sunt si alte cateva functii mai
ambigue ale ruterului.
De exemplu daca un pachet de 4000 de octeti trebuie transmis pe o legatura cu o limita
maxima a pachetelor MTU (Maximum Transfer Unit) de 1500 octeti, pachetul va trebui sa fie
fragmentat in doua. O alta functie este cea de trimitere de redirectionari. Daca un nod terminal
trimite un mesaj spre un router gresit, atunci ruterul trebuie sa trimita inapoi o redirectionare
spre nodul terminal.
Multe rutere manevreaza pachetele pe baza continutului sau a tipului de serviciu
(vorbim aici de o alocare a vitezei in functie de serviciul utilizat), astfel ca procesarea de
pachet se face in functie de prioritatile setate de administratorii de retele si de sirurile de
caractere din pachet.

32

Capitolul 3 Handover si rutare dinamica

3.1 Generalitati
Celulele (eNodeB) stau la baza organizarii retelei mobile LTE (celulare). O celula este
o suprafata deservita de o statie de baza (Base Station – BS). Celulele asigura reutilizarea
frecventelor, ceea ce permite acoperirea unei suprafete insemnat de mare.
Se bazeaza pe faptul ca puterea semnalului radio scade proportional cu patratul
distantei de la sursa la destinatie. Alocarea resurselor radio se face la nivel de celula, de catre
eNodeB.
Atunci cand utilizatorul mobil (User Equipment : UE) se deplaseaza, el trece dintr-o
celula in alta, in acel moment intervine procesul de handover (HO) procedeul prin care un UE
trece dintr-o celula in alta fara sa se deconecteze de la retea.
Exista doua tipuri de handover: hard si soft HO.
Hard HO: daca mobilul intai se deconecteaza de la BS-ul celulei vechi si apoi se
contecteaza la BS-ul celulei noi.
Soft HO: Echipamentul se conecteaza la noua antena inainte de a se deconecta de la
cea veche, fiind pentru o perioada de timp conectat la ambele eNodeB-uri.
Un alt mod de a imparti tipurile de HO este: HO orizontal sau HO vertical.
HO e orizontal atunci cand celulele apartin aceleasi retele (aceeasi tehnologie si
acelasi operator) si e vertical atunci cand utilizatorul schimba nu doar celula, ci si tehnologia
sau operatorul (de ex trece de la LTE la WCDMA).
Se urmareste ca utilizatorul sa beneficieze de cea mai buna conexiune, existand
notiunea de Always Best Connected – (ABC).
Criteriile de alegere a subretelei sunt (pot fi):
– Calitatea semnalului receptionat
– Acoperirea retelei
– Performanta (viteza de transfer)
– Tipul de trafic: background (SMS, MMS, e-mail, FTP), interactiv (http), streaming
(audio sau video), conversational (VoIP).
33

Algoritmii de HO sunt in general complecsi, implicand eventual tehnici de logica
fuzzy, retele neuronale, algortimi de decizie cu critetrii sau obiective multiple.

Figura 16 – Handover in reteaua LTE

Procesul de handover este controlat de catre retea, decizia este luata de catre
eNodeB-ul sursa. Exista doua faze:
● faza de pregatire a eNodeB nou pentru transferul datelor ce descriu procesul de
comunicatie inainte de comanda de HO. Tot in aceasta faza se realizeaza transferul
datelor intre eNodeB sursa si eNodeB nou.
● a doua faza se numeste “comutarea caii” si presupune comutarea UE catre un alt
eNodeB dupa stabilirea unei conexiuni noi intre UE si eNodeB final.
Rutarea dinamica este o tehnica de retea care ofera o distributie optima a datelor. Spre
deosebire de rutarea statica, aici se permite selectarea cailor in timp real. In rutarea dinamica,
protocolul de rutare care opereaza pe router este responsabil pentru crearea, mentinerea si
actualizarea tabelului de rutare dinamica, pe cand in rutarea statica, toate aceste operatii sunt
efectuate manual de catre administratorul de sistem.
34

Routing-ul este o functie de retea indispensabila menita sa asigure permanenta sesiunii
de date de la sursa pana la destinatie. Introducerea rutarii dinamice in retelele de
telecomunicatii a dus la o imbunatatire dramatica, obtinandu-se si costuri de retea mai reduse.
Rutarea dinamica utilizeaza mai multi algoritmi si protocoale. Cele mai populare sunt:
RIP si OSPF.
Costul de rutare este un factor critic pentru toate retelele. Tehnologia de rutare cea mai
putin costisitoare este cea in care rutarea dinamica este disponibila. Aceasta automatizeaza
modificari de masa si ofera cele mai bune cai de transmitere a datelor. Fiind vorba de cea mai
noua tehnologie mobila si de un mod diferit de transmitere al pachetelor.
Rutarea dinamica este usor de configurat pe retelele mari ș i este mai intuitiva la
selectarea celui mai bun traseu, la detectarea schimbarilor de ruta si descoperirea retelelor
aflate la distanta. Cu toate acestea, pentru ca actualizarile implica mai multe actiuni din partea
nodurilor terminale si a celor intermediare, consumul si nevoia de memorie RAM creste
exponential. Dar, cu toate aceste neajunsuri, rutarea dinamica este mai sigura decat rutarea
statica.
Termenul este frecvent utilizat in retele de comunicatii de date pentru a descrie
capacitatea unei retele de a “trece” peste pierderea unui nod sau a unei conexiuni intre noduri
fara ca utilizatorul final sa sesizeze intarzieri datorate acestor evenimente neprevazute.

35

3.2 Transmiterea de date in downlink
Datele sunt alocate terminalelor in blocuri de resurse. Un bloc de resurse fizic este
format din 12 / 24 sub-transportatori consecutivi. Marimea blocului de resurse este aceeasi
pentru toate largimile de banda, prin urmare, numarul de blocuri fizice disponibile depinde de
latimea de banda.
In functie de rata datelor necesare, fiecare terminal poate fi atribuit unuia sau mai
multor blocuri de resurse in fiecare interval de timp de transmisie de 1ms. Deciziile privitoare
la planificarea resurselor sunt intocmite de statile de baza (eNodeB) cu “indrumari” primite de
la MME.
Datele utilizatorului sunt transmise pe Canalul Fizic Comun de downlink (PDSCH).
Semnalizarea pe Canalul Fizic Comun de Control (PDCCH) este folosita pentru a transmite
deciziile de planificare individuale ale terminalelor.
Programarea transferului de downlink se face ​ se face in statia de baza (eNodeB).
Canalul de control PDCCH informeaza utilizatorii despre resursele de frecventa / timp
alocate acestora si formatele de transmitere utilizate.
Se evalueaza diferite tipuri de informatii, de exemplu, calitatea parametrilor,
masuratori din UE, capacitatile UE, statusul buffer-ului.
Sistemul de transmisie downlink pentru FDD si TDD, este bazat pe OFDM. Intr-un
sistem OFDM, spectrul de frecvente disponibile este impartit in mai multi transportori, numiti
sub-transportori, care sunt ortogonali reciproc. Fiecare dintre acesti sub-transportori sunt
independenti modulati de un flux de date cu rata scazuta.
OFDMA permite acces multiplu utilizatorilor pe latimea de banda disponibila.
Fiecarui utilizator i se atribuie o resursa timp/frecventa specifica. Ca un principiu
fundamental, canalele de date sunt partajate, adica pentru fiecare transmisie la un interval de
timp de 1ms, o noua decizie de planificare este luata cu privire la caror utilizatori li se
atribuite o anumita resursa de frecventa in intervalul de transmisie.
Adaptarea legaturii este deja cunoscuta de la HSDPA, in LTE adaptarea legaturii se
face in functie de calitatea semnalului radio. In acest scop, terminalul trimite in mod regulat
rapoarte de indicatii de calitate ale canalului (CQI) la eNodeB.
36

ARQ hibrid (cerere de repetare automata) pentru Downlink este de asemenea cunoscut
de la HSDPA. Este un protocol de retransmisie. Utilitatea sa consta in faptul ca terminalul
poate solicita retransmisia unui pachet de date primit incorect.
LTE este o retea de acces bazata numai pe comutatie de pachete, nu se utilizeaza deloc
comutatie de circuite. In sistemul LTE cea mai mare parte a functionalitatilor RNC sunt
mutate in eNodeB. eNodeB este conectat direct la reteaua de pachete EPC (Evolved Packet
Core).
4G permite atat in DL cat si in ULprogramare in domeniul frecventa FDS (Frequency
Domain Scheduling) si in domeniul timp TDS (Time Domain Scheduling). FDS poate
imbunatati substantial capacitatea sistemului fata de TDS, o imbunatatire ce se estimeaza a fi
de 20-30%.
Structura semnalului de referinta pentru downlink este importanta pentru cautarea de
celule, estimarea canalului si monitorizarea celulei vecine. Secventa de semnale de referinta
poarta identitatea celulei. Fiecare identitate a celulei corespunde unei combinatii unice dintre
o secventa ortogonala si o secventa pseudoaleatoare, permitand 510 identitati de celule
diferite. In timpul cautarii de celule, diferite tipuri de informatii trebuie sa fie identificate de
catre telefon: simbolul si sincronizarea cadrelor radio, frecventa, identificarea celulelor,
latimea de banda si configurarea antenei.
Pe langa simbolurile de referinta, semnalele de sincronizare sunt, prin urmare,
necesare in timpul cautarii de celule. E-UTRA utilizeaza o schema ierarhica de cautare de
celule similara cu WCDMA. Ca ajutor suplimentar in timpul cautarii de celule, este disponibil
un Canal Fizic de Control Comun (CCPCH) care transporta informatii, ca de exemplu,
latimea de banda a sistemului. Acesta este transmisa la momente de timp pre-definite.
Pentru a permite terminalului sa sprijine acest concept de cautare de celule, s-a
convenit ca acesta sa poata recepta o latime de banda cu capacitate minima de 20 MHz.

37

3.3 Transmiterea de date in uplink
Schemele legaturii ascendente (uplink) pentru MIMO in LTE vor diferi de la
sistemele legaturii descendente MIMO. Mai multe terminale utilizator pot transmite simultan
pe aceeasi resursa bloc.
Pentru a exploata beneficiul a doua sau mai multe antene de transmisie se pot folosi
antene-subset de selectie. La inceput, terminalul va avea doua antene de transmisie, dar numai
un lant de transmisie si amplificator. Un comutator va alege apoi ce antena ofera cel mai bun
canal catre eNodeB.
In timp ce OFDMA este considerata optima pentru a indeplini cerintele LTE in
downlink, proprietatile OFDMA sunt mai putin favorabile pentru uplink. Acest lucru se
datoreaza in principal raportului de putere varf-la-medie slab (PAPR – peak-to-average power
ratio) a unui semnal OFDMA, inrautatind acoperirea in uplink.
Astfel, sistemul de transmisie uplink LTE pentru FDD si TDD este bazat pe
SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access). Semnalele SC-FDMA au
proprietati PAPR mai bune in comparatie cu un semnal OFDMA. Acesta a fost unul din
principalele motive pentru selectarea SC-FDMA ca sistem uplink de acces in LTE.
Caracteristicile PAPR sunt importante pentru proiectarea eficienta a amplificatoarelor de
putere pentru UE. Totusi, procesarea semnalului in SC-FDMA are unele asemanari cu
procesarea de semnal in OFDMA.
Intr-un semnal SC-FDMA, fiecare sub-purtator folosit in transmisie contine informatii
despre toate simbolurile de modulare transmise, deoarece fluxul de date de intrare a fost
raspandit peste sub-purtatorii disponibili.
In uplink, datele sunt alocate in multipli de un bloc de resurse. Marimea blocului de
resurse in domeniul frecventa este aceeasi ca si in downlink. Cu toate acestea pentru a
simplifica procesarea semnalelor in uplink nu toti multiplii intregi sunt permisi. Intervalul de
timp pentru transmisia in uplink este de 1ms (la fel ca in downlink).
Canalul de upload poarta informatiile de control in uplink si informatiile referitoare la
pachetele de date primite in downlink.
Pentru upload urmatoarele proceduri la nivelul fizic sunt utilizate:
Accesul aleator nesincronizat, ​ poate fi folosit pentru o cerere de acces initial, ca parte
de handover, atunci cand tranziteaza din starea idle in conected, sau pentru a se restabili
38

sincronizarea in uplink. Dupa trimiterea cererii pe un canal selectat cu acces aleator, UE
asteapta mesajul de raspuns aleator. Daca nici un raspuns nu este detectat un alt canal cu acces
aleator este selectat si un nou request este transmis apoi.
Programarea de resurse in uplink se face prin eNodeB. ENodeB-ul atribuie anumite
resurse de timp / frecventa la UE si il informeaza despre formatele de transmitere ce trebuiesc
utilizate. Deciziile de planificare se pot baza pe parametrii QoS, statutul bufferului UE,
masuratori de calitate a canalului in uplink, capacitatile UE, lacunele UE de masurare, etc.
Adaptarea link-ului se poate face prin transmiterea controlata a puterii, modularea
adaptiva si canalul cu rata de codificare, precum si banda de transmisie adaptiva.
Controlul timpului in uplink este necesar pentru a alinia transmisiile de la UE diferite
cu fereastra receptorului de la eNodeB. EnodeB-ul trimite comenzile corespunzatoare la UE
prin downlink, le comanda sa isi adapteze transmisia respectiva.
Protocolul ARQ hibrid este deja cunoscut de la HSUPA. eNodeB are capacitatea de a
solicita retransmisia pachetelor de date primite incorect.

39

3.4 Tehnologia anteneor MIMO
Sistemul de Intrari si Iesiri Multiple (Multiple Input Multiple Output – MIMO)
reprezinta o parte esentiala a LTE pentru a realiza cerintele ambitioase pentru transferul si
eficienta spectrala. MIMO este o tehnologie de tip antena inteligenta si reprezinta utilizarea
mai multor antene atat la emisie cat si la receptie pentru a crea performantele sistemului radio.

Fig 17 – Tehnologia MIMO

Transmitatorul TX are mai multe antene si poate transmite un sir independent de date.
Caile de propagare ale acestora sunt independente (decorelate). Receptorul RX trebuie sa aiba
cel putin la fel de multe antene ca si transmitatorul. Termenii input si output se refera la
canalul radio ce transporta semnalul si nu la dispozitivele ce poseda aceste antene.
Tehnologia MIMO a atras atentia in comunicatiile wireless deoarece ofera o crestere
semnificativa a debitelor de date si a performantei legaturii radio. In prezent, tehnologia
MIMO joaca un rol important in cele mai recente stardarde de comunicatie radio pentru
retele: Personal, Wide si Metropolitan (PAN, WAN, MAN). MIMO este primul sistem de
comunicatii mobile ce se bazeaza integral pe interfata radio. Sunt doua tipuri de implementari
MIMO, SU – MIMO si MU – MIMO.
In functie de numarul de antene de la emitator si / sau de la receptor, putem avea
sisteme de antene Single Input Multiple Output (SIMO), Multiple Input Single Output
(MISO) sau MIMO.
Exista mai multe moduri de descarcare MIMO. Acestea se diferentiaza intre
multiplexare spatiala si diversitatea transmisiei in functie de conditiile canalului, ulterior se
decide si ce schema va fi selectata.
40

Multiplexarea spatiala permite transmiterea a diferite fluxuri de date simultan pe
acelasi bloc de resurse downlink . Aceste fluxuri de date pot apartine unui singur utilizator
(SU-MIMO) sau unor diferiti utilizatori (MU-MIMO). In timp ce SU-MIMO creste rata de
transfer pentru un singur utilizator, MU-MIMO permite sporirea capacitatii totale.
Multiplexarea spatiala este posibila numai in cazul in care echipamentul utilizatorului permite
acest lucru. Fiecare antena poate primi fluxuri de date de la toate antenele de transmisie.
Calitatea transmisiei se degradeaza in cazul in care antenele nu sunt suficient corelate
sau cand antenele sunt prea apropiate.
In timp ce castigul adus prin diversitate este fundamental pentru imbunatatirea
statisticii intr-un canal selectiv in frecventa, castigul adus de multiplexarea spatiala este de
alta natura, mai exact el permite trimiterea de fluxuri multiple de date in paralel,
diferentiindu-le pe baza unei semnaturi spatiale.
Daca separarea spatiala este suficienta, receptorul poate deosebi aceste fluxuri, vazand
canalul echivalent ca fiind alcatuit din canale separate, paralele. Diferentierea spatiala este
inrudita cu separarea utilizatorilor pe baza codurilor de impartire ortogonala in timp sau in
frecventa, dar are avantajul ca multiplexarea MIMO nu implica cresterea benzii disponibile,
dar necesita un numar de antene suplimentare si o procesare mai complexa a semnalului emis.
Singura necesitate pentru a putea aplica multiplexarea spatiala MIMO este ca diferitele
antene de emisie si de receptie sa experimenteze un raspuns al canalului diferit de la o antena
la alta. Multiplexarea spatiala poate fi folosita pentru transmisiuni simultane catre mai multi
utilizatori, tehnica de acces numindu-se Space Division Multple Access (SDMA).
Diversitatea transmisiei se bazeaza pe emiterea si receptionarea de semnale cu ajutorul
mai multor antene suficient necorelate.
In loc de cresterea ratei de date sau de capacitate, MIMO poate fi folosit pentru a
exploata diversitatea. In cazul in care conditiile de canal nu permit multiplexare spatiala, o
diversa schema de transmitere va fi folosita in loc, astfel incat comutarea intre aceste doua
moduri MIMO sa fie posibila.

41

3.5 Algortimica de retea
Internet-ul este un sistem compus din routere si legaturi, dar este mai putin vizibil
faptul ca fiecare dispozitiv de retea, de la un Cisco GSR la un server Web Apache, reprezinta
sisteme, construite prin interconectarea subsistemelor.
Comportamentul routerului depinde de decizii luate la diferite scale de timp, incepand
cu momentul producerii lor (cand parametrii impliciti sunt stocati in NVRAM) pana la
momentul calculului rutei (cand ruterele calculeaza traseul) si la momentul expedierii
pachetelor (cand pachetele sunt trimise ruterelor adiacente).
Algoritmica de retea are un rol deosebit in implementarea anumitor demersuri cu
scopul de a decongestiona o retea de telecomunicatii.
Tinand cont de constrangerile impuse implementarilor retelei la viteze mari trebuie folosit
orice artificiu, orice metoda sau resursa pentru a face fata vitezei si dimensiunii din ce in ce
mai mari ale Internetului. Proiectantul poate incerca sa plaseze problema in hardware, sa
schimbe ipotezele sistemului, sa proiecteze un algoritm nou – orice este necesar pentru a
rezolva problema.
Scopul algoritmicii de retea este combaterea strangularilor de retea cauzate de diferite
implementari. Pe langa tehnici specifice, sunt luate in calcul si crearea de tehnici pentru
evitarea strangularilor in internet, inglobate in ceea ce se numeste algoritmica de retea sau
teoria algoritmilor de retea.
Algoritmica de retea sau teoria algoritmilor de retea cuprinde urmatoarele domenii:
● arhitecturi si sisteme de operare (pentru cresterea vitezei serverului),
● proiectare hardware (pentru cresterea vitezei componentelor de retea),
● proiectarea de algoritmi (scalabili).
Problemele algoritmicii de retea sunt axate pe performanta fundamentala in raport cu
strangularile de retea (bottlenecks).
Principala problema avuta in vedere este realizarea unor retele usor de folosit,
utilizand hardware-ul la capacitatea maxima.
Pentru a putea intelege aceasta diferenta de performanta vom examina doua categorii
fundamentale de dispozitive de retea, nodurile terminale (in tehnologia LTE poarta denumirea
de eNodeB) si routerele (echipamentele intermediare).
42

3.5.1 Strangulari la nodurile terminale
Nodurile terminale sunt punctele de final ale retelei. Ele includ statiile emitente
precum si serverele de mari dimensiuni, furnizoare de servicii. Nodurile terminale sunt
dedicate transportului si alocarii de sloturi, si de obicei sunt proiectate sa poata oferi o
capacitate cat mai mare chiar si la suprasolicitari. Astfel, strangularile nodurilor terminale
sunt de obicei rezultatul a doua cauze: structura si scala/dimensiunea.
> Structura: Pentru a putea rula orice cod, calculatoarele personale si serverele mari
au de obicei un sistem de operare care mediaza intre aplicatii si hardware (kernel). Pentru a
usura dezvoltarea software-ului, majoritatea sistemelor de operare de mari dimensiuni sunt
structurate cu grija, ca un software pe niveluri.
Din pacate, utilizarea unei astfel de combinatii intre software-ul pe niveluri,
mecanismele de protectie si generalitatea excesiva poate duce la incetinirea semnificativa a
software-ului retelei, chiar si cu procesoarele cele mai rapide.
> Scala/dimensiunea ​ : Aparitia serverelor mari oferind servicii Web si alte servicii
duce la aparitia altor probleme, de performanta. Multe sisteme de operare folosesc structuri de
date ineficiente si algoritmi care au fost proiectati pentru o epoca in care numarul de legaturi
era mic.

3.5.2 Strangulari in routere
Desi ne axam pe ruterele pentru internet, aproape toate tehnicile descrise pot fi folosite
la fel de bine si in cazul altor echipamente de retea, cum sunt puntile/bridge,
comutatoarele/switch, portile/gateway, monitoarele si alte dispozitive de securitate, precum si
pentru protocoale diferite de IP, ca FiberChannel. De aceea, ruterul este gandit ca un
“dispozitiv generic de interconectare a retelei”.
Problemele fundamentale pe care le intalneste un router sunt legate de
scala/dimensiunea si servicii.
> Scala/dimensiunea: ​ Dispozitivele de retea se confrunta cu doua tipuri de scalare:
scalarea benzii si scalarea popularii.
43

Scalarea benzii are loc deoarece legaturile pe cale optica devin din ce in ce mai rapide,
viteza legaturilor crescand de la 1Gbps la 40Gbps, astfel se ajunge la congestie privind
diferite servicii.
Scalarea popularii are loc deoarece tot mai multe noduri terminale sunt adaugate la
internet odata cu conectarea online a tot mai multor subretele.
> Serviciile: ​ Nevoia de viteza si dimensiune au crescut mult fata de industria retelelor
din anii ’80 si ’90, pe masura ce tot mai multe afaceri deveneau online (de ex. Amazon), si au
fost create noi servicii online (de ex. Ebay). Odata cu cresterea tranzactiilor a aparut si
necesitatea de a se oferi garantii ale disponibilitatii anumitor servicii, in special cele critice.

44

3.6 Alocarea dinamica pe celule (eNodeB)
LTE se concentreaza pe suportul optim pentru serviciile de rutare de pachete.
Cerintele principale ale design-ului unui sistem LTE sunt amintite mai jos:
Rata de transfer ​ . Scopul este atingerea unui maxim de 150 Mbps (downlink) si 75
Mbps (uplink) pentru o latime de banda de 20 MHz, presupunand 2 antene receptoare si una
emitatoare la un terminal.
Interoperabilitatea ​ . Trebuie asigurata interoperabilitatea cu sistemele existente.
Intreruperea pentru timpul de transfer trebuie sa fie mai mica de 300 ms pentru servicii in
timp real si mai mica de 500 ms pentru servicii care nu sunt in timp real.
Mobilitate. Sistemul ar trebui sa fie optimizat pentru miscari la viteze mici (0-15 km /
h), dar si viteze mai mari trebuie sa fie sustinute, inclusiv cea a unui tren de mare viteza.
Alocarea spectrului ​ . Trebuie sa fie posibila functionarea in pereche (Frequency
Division Duplex / Modul FDD) si nepereche spectrului de frecvente (Time Division Duplex /
TDD mode).
Calitatea serviciilor. Se va asigura calitatea serviciilor de la un capat la altul. VoIP ar
trebui sa fie suportata cu o eficienta cel putin la fel de buna ca si serviciul de voce din 3G.

45

3.7 Calcularea rutei folosind algoritmul lui Dijkstra
Se pune problema cum decide un echipament de retea S asupra rutei/traseului unui
pachet spre destinația D mai ales atunci cand apare o congestive la un port/nod optic? Fiecare
legătură într-o rețea are un cost, și ehipamentele de retea trebuie să calculeze drumul cel mai
scurt catre destinatie.
Costul este un număr întreg, de valoare mică. Cel mai folosit protocol de dirijare
intradomeniu este OSPF (Open Shortest Path First), bazat pe starea legăturilor. În cadrul
rutării după starea legăturii, fiecare router dintr-o subrețea trimite un pachet care conține lista
legăturilor cu toți vecinii săi. Fiecare aceasta lista este transmisa spre toate celelalte routere
din subrețea folosind un protocol de inundare. Odată ce fiecare router a primit aceasta
informatie de la oricare din celelalte echipamente de retea/centrale, atunci fiecare element are
harta întregii rețele.
Presupunând că topologia ramâne stabilă, fiecare EPC poate acum să calculeze cel mai
scurt drum către fiecare nod din cadrul rețelei, folosind un algortim standard de cale minimă,
ca de exemplu algoritmul lui Dijkstra.
În algoritmul Dijkstra, S începe prin a se plasa doar pe el în arborele de cost minim. S
actualizează costul pentru a ajunge la vecinii adiacenți. La fiecare iterație, se adauga nodul cel
mai apropiat arborelui curent. Costurile vecinilor noului nod adăugat sunt actualizate.
Procesul se repeta până toate nodurile din rețea aparțin arborelui.
Această soluție necesită determinarea nodului cu cel mai mic cost care nu se află în
arbore la fiecare pas. Structura de date standard, pentru a ține evidența elementului de valoare
minimă, într-un mediu care se modifică dinamic, este o coadă de așteptare cu priorități.

Fig 18 – Algoritmul lui Dijkstra
46

3.8 Algoritmi de nod terminal
3.8.1 Algoritmul iSLIP
Algoritmii de nod terminal sunt o aplicație a algoritmilor de rețea, pentru a construi
implementări de protocoale rapide în nodurile terminale. Aceștia pot fi priviți ca tehnici de
construire a serverelor rapide, aplicate cu precădere în software. O mare parte dintre ele evită
structurile sistemelor de operare, pentru a permite transferuri de date de mare viteză. Astfel,
prin imbinarea puterii procesorului, prin alocarea unei prioritizari a traficului in functie de
aplicatie sa se poata oferi un QoS stabilit.
La ce este mai exact folosit acest algoritm? La limitarea intreruperilor de transfer de
date sau intreruperilor de procesare. Deși supraîncărcarea datorată întreruperilor este mai mică
decât cea apărută la planificarea proceselor, ea poate fi totuși destul de substanțială. De
fiecare dată când sosește un pachet, apare o întrerupere care are ca efect înteruperea
procesorului și o comutare de context. Nu pot fi evitate de tot întreruperile, dar se poate
reduce supraîncărcarea datorată întreruperilor prin mici artificii. Mai exact, se creeaza o coada
pentru prioritizarea proceselor in functie de criterii ce pot fi stabilite de catre operatorul
telecom.
Prioritățile sunt utile pentru a transmite traficul critic sau de timp real mai rapid prin
comutator. Operatorii permit traficului de voce VoLTE să fie planificat cu o prioritate mai
mare decat restul traficului, deoarece are o rată limitată și deci nu se pot accepta pierderi de
pachete.
Algoritmul iSLIP este modificat foarte simplu pentru a trata priorități. Pentru început
fiecare port de ieșire păstrează un pointer de alocare separate ​ gk ​ pentru nivelul de prioritate ​ k ​ ,
și fiecare port de intrare păstrează un pointer separat de acceptare ​ ak ​ pentru fiecare nivel de
prioritate ​ k ​ . In esență se aplică algoritmul iSLIP, astfel încât fiecare entitate (port de intrare,
port de ieșire) să aplice algoritmul iSLIP la cel mai mare nivel de prioritate existent la intrări.
Fiecare port de ieșire face alocarea doar pentru cererea cea mai prioritară recepționata.
Un port de intrare ​ I ​ poate face o cerere la nivelul de prioritate 1 pentru ieșirea 5, și o cerere la
nivelul de prioritate 2 pentru ieșirea 6, deoarece acestea sunt cererile de cea mai înalta
prioritate pe care le-a avut portul pentru ieșirile 5 și 6. Daca ambele ieșiri 5 și 6 fac alocări
pentru ​ I ​ , ​ I ​ nu va face selecția bazându-se pe pointerii de acceptare deoarece cele două celule
au priorități diferite, ci o va selecta pe cea de prioritate mai mare. La o acceptare, în prima
47

iterație, pentru prioritatea ​ k ​ , între intrarea ​ I ​ și portul de ieșire ​ O ​ , pointerul de acceptare a
priorității ​ k ​ la ​ I ​ și pointerul de alocare corespunzător priorității ​ k ​ la ​ O ​ , sunt incrementați.

Fig 19 – iSLIP

48

3.9 Metode de control inteligent
Viteza minima pentru transfer la punct mobil pentru o retea LTE este de 1 Mbps
download. Daca vorbim despre capacitatea teroretica a unei retele 4G+, atunci putem
mentiona de o valoare de pana la 450 Mbps prin triple-carier, sau 300 Mbps prin dual-carier,
acestea sunt valori maxime posibile din punct de vedere teoretic, in functie de aglomerarea
celulei, de capacitatea dispozitivului utilizat si de conditiile meteo aceste valori pot varia.
Internet-ul este un sistem compus din rutere și legături de interconectare a
subsistemelor. De exemplu, un nod optic este compus din carduri de linie cu motoare de
înaintare și memorii de pachete, conectate printr-un comutator crossbar. Comportamentul sau
depinde de capacitatea de transfer si de vecini, mai exact de decizii ce trebuiesc luate la
diferite scale de timp, începând cu momentul producerii lor (când parametrii impliciți sunt
stocați în NVRAM) până la momentul calculului rutei (când se calculeaza rute alternative) și
al expedierii pachetelor (când pachetele sunt trimise catre utilizatorul final).
Pentru ca utilizeaza in special banda din frecventa de 2600 MHz, echipamentele LTE
acopera zone mai mici in comparatie cu tehnologia 3G sau HSPA, deci este nevoie de mai
multe antene radio pentru a acoperi o zona mai extinsa. Pe de alta parte, pentru ca traficul si
numarul de utilizatori creste constant, operatorii trebuie sa investeasca in performanta, iar
echipamentele LTE sunt mai ieftine decat realizarea unui swap (upgrade) de la tehnologii mai
vechi.
Asa cum am mentionat exista foarte multe riscuri ca unele neconcordante sa apara in
momentul transferului de date, fie o congestie pe un nod optic, fie o suprasolictare hardware a
unuia dintre echipamente sau fie o incarcare realizata de anumite aplicatii, aici referindu-ne si
la diferitele protocoale folosite. Ceea ce leagă împreuna toate aceste probleme este
algoritmica de rețea.
Exista o tehnica ce isi propune sa analizeze toate aceste posibile probleme ce pot avea
loc la nivelul unei astfel de retele de tip „best effort”, mai exact exista algoritmi de retea.
Algoritmii de retea cuprind patru domenii diferite: ​ protoacoale ​ , ​ arhitecturi hardware ​ , ​ siteme
de operare ​ și ​ sisteme de control ​ . Trebuie sa existe o foarte stransa legatura intre aceste
elemente inca de la inceputul proiectarii retelei, sau daca astfel de posibile probleme tehnice
ce pot aparea nu au fost anticipate, este nevoie de un studiu in amanunt si de o analiza
temeinica a diferitelor componente pentru a se ajunge la o implemntare corecta a acestor
49

algoritmi, astfel ca rata lor de succes sa fie cat mai mare. Este bine sa se inceapa cu modele
simple, capabile sa semnalizeze posibillele erori de retea si sa anticipeze faptul ca pe anumite
sectoare de retea traficul realizat nu poate fi sustinut, astfel, va fi nevoie de o ruta alternativa,
fara a impacta insa utilizatorul final.

50