מטריצות מיתוג מסדר גבוה מקילות את ביצוע הבדיקות בתשתיות רשת
Chi Man Shum, Vice President, Test and Measurement, Mini-Circuits
הבדיקה של תשתית רשת סלולרית כרוכה לא פעם באיסוף נתונים מעשרות – אפילו מאות – תחנות בסיס (BTS) בתוך סביבת בדיקה. הנפח והמורכבות של תעבורת האותות במערכות הבדיקה האלו עם ריבוי התקנים וריבוי משתמשים, דורשים יכולת הולמת לצורך ניתוב אותות בין תחנות הבסיס ותחנות הבדיקה. על מנת להוריד עלויות ולשפר את היעילות של מערכות בדיקה לנפחים גדולים, חברת Mini–Circuits, בשיתוף עם לקוחות, פיתחה קו של מטריצות מיתוג שתומך במגוון של תצורות מיתוג ושיטות בקרה. מאמר זה מציג מקרה לדוגמה של מטריצת מיתוג לא חוסמת בגודל 20 x 6 עם גישה מלאה, המשמשת להקלת ניתוב אותות במערכת בדיקה של רשתות סלולריות עם הרחבות ליישומים נוספים.
מפעיל של רשת סלולרית בנה מערך בדיקות כדי לאמת את הפעולה של ציוד חדש של תחנות BTS בתוך הרשת שלהן. לצורך כך, מערכת הבדיקות הייתה אמורה לאפשר הערכה של כל ערוץ בצומתי תחנות BTS החדשות, על מנת לאמת שהן עומדות בדרישות המפרטים. המערכת הייתה צריכה לאשר שהציוד החדש פועל במקביל לציוד הקיים ההטרוגני, ללא פעולות גומלין בלתי רצויות, והייתה אמורה לאפשר אימות של יחידות הנייד הנתמכות בעזרת הציוד החדש של תחנות BTS.
עבור פונציונליות זו, הלקוח דרש מערכת ניתוב אותות שתשמש לחיבור שש תחנות בדיקה עצמאיות לכל אחד מבין עשרים ערוצי תחנות בסיס (BTS) או לכולם. המערך צריך היה לאפשר התחברות של משתמשים מרובים אל אותה תחנת BTS אבל נדרש לו גם מנגנון בקרה שיגביל ויקבע למי מבין תחנות הבדיקה תהיה גישה לאלו תחנות BTS. על מנת לעמוד בדרישות אלו, Mini–Circuits פיתחה את ZT–20X6NB, מטריצת מיתוג לא חוסמת בגודל 6 x 20 בעלת גישה מלאה. מטריצה דו כיוונית זו מכסה את פסי השידור החשובים בתקשורת ברחבי העולם מ- 600 מגה הרץ עד 6 ג’יגה הרץ, ואפשר לתכנת אותה לחבר את נקודות החיבור (port) B1 עד B6 (כפי שמוצג באיור) לכל שילוב של נקודות החיבור A1 – A20, כך שאפשר לנתב בו זמנית ריבוי של נקודות חיבור במבוא אל אותה נקודת חיבור במוצא. בזכות הגמישות שלה, תצורה לא חוסמת זו מתאימה במיוחד למערכות בדיקה בריבוי משתמשים ובריבוי התקנים מהסוג שהלקוח האמור בנה.
איור 1: תרשים פונקציונלי של מערכת הבדיקה לתחנות בסיס עם ריבוי משתמשים שבה משמשת מטריצת המיתוג ZT–20X6NB. שש תחנות בדיקה עצמאיות יכולות לפעול הדדית עם כל אחד מעשרים ערוצי תחנות BTS.
המערכת בנויה במארז קומפקטי בגובה 5U שניתן להרכבה במסד של 10 אינטש עם כל 26 חיבורי ת”ר (RF) (מסוג N) וגישה קלה מלוח החזית (איור 2). המערכת כוללת ממשק בקרה בחיבור USB, ממשק בקרה ברשת Ethernet וכן מסך מגע מובנה שמספק למשתמשים טווח רב תכליתי של אפשרויות בקרה. התמיכה בתוכנה נעשית באמצעות יישום ממשק GUI של Mini–Circuits, ידידותי למשתמש, שמשמש לבקרה מרחוק דרך רשת או דרך חיבור USB. אובייקטים של ממשק API – ActiveX ו-.NET לסביבות Windows – ותמיכה ב- HTTP / Telnet מבטיחים שתהיה תאימות לרוב סביבות התכנות הנפוצות.
בקרת אישורי משתמש
על מנת לאפשר ביצוע במקביל של בדיקות עצמאיות מרובות, תוך כדי מניעת האפשרות שמשתמש אחד ישבש באופן לא מכוון בדיקה של משתמש אחר, משולבת בתוכנת ממשק GUI תכונה של ממשק ניהול פרופילים, שבאמצעותה מנהל מערכת יכול ליצור ולנהל פרופילי משתמש, כדי לשלוט באפשרויות הגישה של המשתמשים אל נתיבי המיתוג. אפשר לשמור את הגדרות ההרשאות של הקונפיגורציות השונות של גישת המשתמשים כקובצי הרשאות, ולטעון אותן לפי הצורך בעתיד כדי לקצר למינימום את זמן ההקמה.
איור 3: ממשק ניהול פרופילי משתמש בתוכנת ממשק GUI במערכת ZT–20X6NB של Mini–Circuits
יכולת ‘ארגז חול’ בענן מחשוב
בנוסף לממשקי בקרה דרך חיבור USB, רשת Ethernet ומסך מגע, במערכת ZT–20X6NB משולבת גם תוכנת
‘ארגז חול בענן מחשוב’ (cloud sandbox) שמאפשרת ללקוח לשכפל רשת או סביבת ייצור מסוימות. בסביבת שכפול וירטואלית זו, (שנקראת ‘ארגז חול’), אפשר להשתמש לפיתוח, בדיקה, הדגמה, הדרכה ותמיכה. היא מאפשרת למשתמש ליצור סביבת מעבדה וירטואלית לפי דרישה שניתן לגשת אליה מתוך ענן מחשוב בשירות עצמי.
היכולת של ארגז החול בענן מחשוב מאפשרת יצירת מודלים של תשתיות רשת מורכבות ושל מערכות בדיקה אוטומטיות, באופן לא מקוון, בסביבה וירטואלית, אשר מורכבת מישויות מורכבות כגון אלמנטים וירטואליים, פיסיים ואלמנטי רשת, כל אחת מהסביבות האלו מורכבת מ’שכבות מעטפת’ (shell) שהן אבני הבניין במודל של התשתית והיישומים. שכבות מעטפת אלו דומות למנהלי התקנים (device driver) אשר משמשים לבקרה של התקן מסוים. Mini–Circuits יצרה מעטפת של ZT–20X6NB למטרה זו. בעזרת מעטפת זו, המשתמש יכול להכליל את ZT–20X6NB בסביבת המעבדה הווירטואלית שלו שנמצאת בארגז החול בענן מחשוב.
בשילוב עם אפשרות חיבור הוראות סקריפט רבות יכולת, בתיאום מערכות (orchestration) לצורך הכוונת תהליכי עבודה (workflow), אפשר ליצור שכפול של סביבה שלמה עם אותות עירור (trigger) ייעודיים. בשלב מאוחר יותר, אפשר לפרוש את סביבת ארגז החול דרך שערי החיבור וממשקי API, שאליה אנשי הפיתוח מתוך החברה ומחוצה לה יוכלו לגשת, ולאפשר בכך שיתוף פעולה בקלות, קיצור של זמני הפיתוח והפחתה של העלויות הכוללות.
איור 4: מעטפת של ZT–20X6NB בסביבה של ארגז חול בענן מחשוב
20X6NB היא רק דוגמה אחת ליכולות של Mini–Circuits לפתח ציוד לצורך ריבוב במערכות בדיקה ייעודיות ליישום, עם ריבוי של יחידות נבדקות (DUT) וריבוי של תחנות בדיקה, במגוון רחב של תצורות. מערכת זו פותחה עבור קבוצה ייחודית של דרישות עבור היישום של בדיקות הרשת המתואר כאן, אבל אפשר להרחיב מיד את היכולות האלו ליישומים רבים אחרים.
הרחבה 1: יכולת דירוג
בתלות במספר ערוצי הבדיקה הנדרש במערך בדיקה מסוים, ייתכן שלחלק מהמשתמשים תידרש גמישות כדי להוסיף מטריצות מיתוג מרובות לתוך המערכת שלהם. על מנת לתמוך בצורך זה, מערכות הבדיקה של Mini–Circuits פותחו עם ממשקי SPI ומאפשרות למשתמש לצרף באופן מדורג (cascade) יחידות מרובות בתצורה של שרשרת דייזי. כל פקודות התוכנה נמסרות ליחידה השולטת (master) (היחידה הראשונה בשרשרת) אשר מבקרת את כל היחידות הנשלטות (slave) במחוברות בהמשך בשרשרת. את תוכנת ממשק GUI אפשר להרחיב כך שתתמוך בריבוי של יחידות מצורפות במדורג שמרכיבות מאות ערוצי בדיקה, ותאפשר למשתמש להרחיב את המערך שלו תוך ניהול כל נתיבי המיתוג של כל היחידות באמצעות ממשק בקרה פשוט יחיד.
איור 5: שלוש יחידות מחוברות בשרשרת דייזי דרך ממשקי SPI בלוח החיבורים האחורי
הרחבה 2: מיתוג מהיר עם התקנים מוליכים למחצה
דרישת הצרכנים לקיבולות נתונים שגדלות באופן קבוע, מניעה את מפעילי הרשתות להשקיע מאמצים נרחבים בהאצת המחקר והפיתוח בכיוון של פרישת הדור הבא בטכנולוגיות האלחוטיות, כגון Massive MIMO ודור 5 (5G). כתוצאה ממודל הפרישה הדחוס של טכנולוגיות אלו, מערכות הבדיקה צריכות לאסוף בבת אחת נפחים גדולים ביותר של נתונים מתחנות בסיס רבות ושונות. לניתוב של אותות בדיקה במערכות אלו נדרש מיתוג מהיר מאוד.
כדי לענות על הצורך הגובר ליכולת כזו, פיתחה חברת Mini–Circuits את סדרת ZTS של מערכות מיתוג עם התקנים מוליכים למחצה. מערכות אלו משלבות מתגים מוליכים למחצה עם בידוד גבוה ביותר ומהירות מיתוג בסדר גודל של 1 מיקרו שנייה. את המתגים האלו אפשר לשלב באופן מיידי בתוך מערכת הדומה ל- ZT–20X6NB, אבל עם היתרונות הטמונים בשימוש ברכיבי מיתוג מוליכים למחצה, באותם יישומים שבהם נדרשות התכונות האלו.
מסקנות
המגוון של יישומי בדיקות שקיים בעולם הממשי הופך לבלתי אפשרי את המימוש של כל מה שדומה לפתרון סטנדרטי, לכן אנו Mini–Circuits בונים את התחום העסקי שלנו בנושא זה סביב עקרונות של יכולת טכנית, גמישות ומהירות. המפרטים של פתרונות בדיקה רבים, מוגדרים לעתים קרובות באותו זמן עם תהליך התכנון, ומאלצים אותנו להיות זריזים מבחינת התכנון והייצור של טווח גדול של פתרונות ייחודיים בהגדרת המשתמש, תוך פרקי זמן קצרים מאוד. זמני הסבבים במערכות בדיקה אלו משפיע באופן ישיר על זמני היציאה לשוק של הלקוחות, והופכים אותם תלויים בנו, כדי שאנו נספק להם במהירות פתרון שמותאם להם.
Circuits פיתחה טווח של מטריצות מיתוג, מערכות חלוקת אותות ובקרת רמה, חלקן פשוטות ואחרות מורכבות ביותר, אשר משמשות ליצירת ממשק בין יחידות נבדקות למבחר סוגים של ציוד ליצירת אותות וניתוח. השתמשנו בגישה של אבני בנייה לפיתוח של ציוד בהתאמה אישית עבור הצרכים הייחודיים של כל לקוח. העושר והמגוון של הרכיבים ושל תת המערכות שיש לנו במלאי מאפשרים לנו ליצור מכלולים משולבים עבור טווח רחב של מפרטים בהתאמה אישית בזמני סבבים מהירים באופן יוצא דופן.
ZT–20X6NB היא רק דוגמה אחת לפתרון שאותו פיתחנו עבור יישומי בדיקות של תשתיות רשת שהופכות מורכבות יותר ויותר. אנחנו חוזים שככל שהתקנים האלחוטיים והתשתיות ימשיכו להתפתח, שמספר היישומים והמגוון שלהם יתרחב, ומקווים לתמוך בלקוחותינו עם פתרונות חדשניים נוספים.
