Quem anda por aí com seu smartphone na mão está surfando no novo mundo das redes 4G, em que uma nova infraestrutura de telecom dá vazão a um enorme tráfego de dados, muito mais do que voz. Pesquisas da Wireless Intelligence apontam para o fato de que, até 2018, as redes móveis de banda larga 3G e 4G deverão representar 50% de todas as conexões móveis do mundo. O pleno uso das redes 4G, no entanto, exige profundas mudanças nos ambientes das operadoras.
Para realizar a migração de um ambiente centralizado na voz para um ambiente centralizado em dados, as operadoras de telecomunicações enfrentam vários desafios. Um dos mais críticos é a questão do gerenciamento da sinalização, que irá crescer bastante.
Cada novo serviço adicionado ao portfólio das operadoras, de pacotes simples de dados até novas possibilidades como mobile video on-demand, irá gerar mais e mais sinalização na rede, em grande parte Diameter. Essa sinalização determinará desde a rota até o tratamento/prioridade que será dado a esse serviço, seja um simples torpedo ou um vídeo. O crescimento exponencial da comunicação de dados em redes móveis é acompanhado por igual evolução em termos de sinalização. Não há como garantir a qualidade dos serviços oferecidos pelas redes 4G sem antes equacionar o enorme desafio de gerenciar este volume de sinalização crescente. O mercado enfrenta, portanto, dois tsunamis: o enorme crescimento do tráfego de dados e do tráfego de sinalização.
Essa questão é ainda mais desafiadora quando se pensa que a sinalização está passando por uma grande revolução. Protocolos legados das décadas de 1970 e 1980 estão dando lugar a novos protocolos e interfaces, especialmente no caso do Radius, que passa a ser substituído pelo Diameter, um novo protocolo de sinalização muito mais adequado à capilaridade e variedade de novos serviços possíveis apenas nas redes 4G.
Uma análise do Diameter Signaling
Não por acaso, à medida que as redes LTE conquistam o Brasil, muitos debates estão acontecendo sobre a necessidade premente de gerenciar a sinalização, em particular o Diameter, o protocolo de sinalização que mais será utilizado nos cores das operadoras.
Antes de abordarmos os aspectos práticos do gerenciamento do Diameter em redes 4G LTE, vale à pena entender como chegamos ao momento atual.
Em 1980, o protocolo de sinalização SS7 (Signaling System Nº.7) foi lançado pela ITU (International Telecommunications Union) para controlar as sessões de chamada telefônica por meio de conectividade ponto a ponto. Somente depois que os problemas de escalabilidade e gerenciamento ficaram evidentes, a necessidade de gerenciamento centralizado ficou clara e uma nova entidade de rede chamada Signal Transfer Point (STP) foi lançada para gerenciar, conectar e rotear o tráfego SS7.
O SIP (Session Initiation Protocol), o protocolo de comunicação para dar suporte a chamadas de voz pela Internet, tem origens semelhantes. Originalmente, o SIP tinha a finalidade de conectar entidades de rede ponto a ponto, o que perdurou por algum tempo até a evolução dos requisitos de gerenciamento, interoperabilidade e roteamento e o lançamento do Session Border Controller (SBC) em 2003 para manipular e resolver problemas de gerenciamento de SIP.
Na década de 1970, o plano de dados também foi projetado inicialmente com base em conexões ponto a ponto. Na última década, essa arquitetura foi completamente superada.
Rede 4G alinhada com as melhores práticas do mercado
Quando o Diameter foi lançado pela IETF (The Internet Engineering Task Force), ele incluía os conceitos de Diameter Agents que podem representar, rotear e balancear o tráfego do Diameter para atender aos requisitos de escalabilidade e gerenciamento. No entanto, quando a 3GPP – o fórum que organiza os padrões das redes móveis 3G e 4G LTE – promoveu o Diameter como a base para sinalização nas arquiteturas IMS e EPC, deixou de fora os Diameter Agents. Isso foi corrigido anos depois, quando a 3GPP propôs o uso de um Diameter Agent para dar suporte ao tráfego do Diameter Signaling. Eles batizaram o novo agente de Diameter Routing Agent (DRA) e concordaram que sua presença em toda a rede era essencial para garantir a interoperabilidade com o PCRF (Policy Charging and Rules Function) e outros elementos, como as OCSs (Online Charging Systems).
A maior parte das operadoras já está estudando soluções de gerenciamento do Diameter Signaling em um ambiente LTE ou em qualquer rede baseada em IP. Eis aqui uma lista das razões para este movimento:
1. O crescimento do Diameter Signaling / cenários multivendors
Este fato salta aos olhos dos gestores das operadoras de telecom e coloca complexas questões para esses profissionais. É essencial, por exemplo, encontrar soluções de gerenciamento do Diameter Signaling com uma abordagem multiplataforma. Isso é importante porque a quantidade de sinalização associada às sessões de dados difere de um aplicativo/plataforma para outro e depende de padrões de configuração e uso. Além da necessidade de pontos estratégicos de controle e agregação, é essencial que os DRAs sejam capazes de normalizar o Diameter entre diferentes fabricantes. Não custa lembrar que o Diameter segue uma recomendação (RFC). E assim como o SIP, é possível encontrar diferentes "flavors" de Diameter.
2. A fragmentação das redes
As redes são muito mais fragmentadas hoje do que no passado, o que significa que são criadas com muito mais caixas. Obviamente, essa fragmentação determina a necessidade de interfaces de sinalização adicionais, o que resulta em maior complexidade. Isso tem um impacto na performance da rede. Outra tendência que influencia a fragmentação da rede é o número crescente de data centers que buscam formas de resolver a sinalização interna e externa (com outros data centers). A fragmentação crescente requer muito mais gerenciamento de sinalização para controlar o número cada vez maior de funcionalidades de rede, sites e interfaces. Isso é fundamental para proporcionar confiabilidade e segurança no desempenho de rede.
3. O crescimento dos padrões de uso
As operadoras têm de lidar com um grande número de padrões de uso da telefonia; um dos usos que está se impondo diz respeito ao fato de que smartphones e outros dispositivos de rede ficam o tempo todo conectados. Esse uso constante significa que estamos enviando mensagens de sinalização o tempo todo, por meio da rede 4G.
4. A necessidade de dar suporte a novos casos de uso
A tendência over-the-top (OTT) está dificultando a vida das operadoras. A concorrência crescente no mercado e a liberdade dos clientes de migrar facilmente entre operadoras afetam as receitas. Para compensar essa perda, as operadoras buscaram a diferenciação do serviço. Cada novo serviço requer soluções de sinalização para o suporte do próprio serviço e da sinalização adicional criada durante sua operação.
Outro fator que vale à pena mencionar é o crescimento no número de assinantes pré-pagos, uma febre no Brasil. O faturamento pré-pago cria mais sinalização, em comparação com o faturamento pós-pago tradicional.
5. Características do Diameter Signaling e a mudança para todas as redes IP
O protocolo Diameter sempre se baseia em pacotes e usa TCP ou SCTP como um protocolo de transporte para melhorar a confiabilidade. No entanto, o TCP cria o dobro de tráfego de rede devido à necessidade de realizar ACK de todas as mensagens. ACK significa que cada mensagem deve enviar um recibo. O envio de um recibo dobra automaticamente o número de mensagens de sinalização.
Todos esses argumentos deixam claro que a migração para uma rede IP aumenta significativamente a quantidade de sinalização. A entrada em cena das redes 4G gera muito mais tráfego de dados, que provocam o crescimento da sinalização. As operadoras precisam confrontar a blitz da sinalização em várias frentes. Esta batalha de gerenciamento tem de ser claramente vencida para que as redes 4G apresentem a qualidade de serviço que o mercado espera.
6. Roaming entre operadoras – DEA
Todas as operadoras realizarão roaming Diameter entre suas redes 4G. O DEA (Diameter Edge Agent) deve ser capaz de prover segurança, atuando como firewalls Diameter, realizando o topology hiding, e a normalização do Diameter entre diferentes elementos de borda (DEAs) de diferentes operadoras e IPX.