Технологии взаимодействия Wi - Fi и UMTS

Переход к сетям 4-го поколения с точки зрения сетевых решений предполагает использование пакетной связи для всех классов трафика, универсализацию протоколов, а именно, применение, начиная с 3-го уровня стека протоколов Интернета (TCP/IP или UDP/IP). Что касается абонентов, в сетях 4-го поколения должно быть обеспечено постоянное наилучшее соединение ABC – Always Best Connection. На этапе 4-го поколения работает горизонтальная модель систем связи, когда такие разные системы, как сотовая связь, спутниковая связь, беспроводный доступ (WLAN) и кабельные сети дополняют друг друга в обеспечен и оптимального способа доставки конкретной услуги.

       К настоящему времени разработаны 2 технологии конвергенции сетей Wi-Fi и UMTS. Структура бесшовной связи (Seamless Communication) представлена на рис. 6.1 (вариант межсистемного хэндовера при передаче трафика с коммутацией пакетов).

.Мультимедийные программы для абонентов UMTS хранят на серверах IP мультимедийной подсети. Для их доставки абонентам UMTS использует пакетную передачу по трассе IP сервер – маршрутизатор – GGSN – SGSN – Node B – UTRA UE. На рис. 6.1. этот путь показан сплошной линией Одновременно на той же территории действует сеть WLAN по стандарту IEEE802.11. Абоненты WLAN выходят в Интернет через шлюзовой маршрутизатор и точку доступа АР. BSS в WLAN во многом выполняют функции UTRAN в сетях мобильной связи. В частности, АР передает системную информацию для различных классов абонентов. Точка доступа периодически передает идентификатор сети Wi-Fi SSID для регулярных абонентов WLAN. Для роуминговых абонентов SSID не передают, но эти идентификаторы сконфигурированы в АР.

Для организации альтернативного пути доставки трафика через WLAN использованы следующие функциональные элементы:

WAG – WLAN Access Gateway,

PDG – Packet Data Gateway,

AAA – Authentication, Authorization and Accounting Server

HSS – Home Subscriber Server, содержащий всю информацию, определяющие доступные абоненту сетей 3G профили услуг.

 

                                 Рис. 6.1. Seamless Communication

       Другим вариантом конвергенции сетей Wi-Fi и UMTS является технология UMA. UMA – Unlicensed Mobile Access (нелицензируемый мобильный доступ) обеспечивает альтернативный доступ к GSM/GPRS услугам через системы, работающие в нелицензируемых диапазонах частот (прежде всего, 2,4…2,283 ГГц), т.е. через Bluetooth и Wi-Fi. Эти технологии позволяют осуществлять роуминг и хэндовер между сотовыми сетями и сетями Bluetooth/Wi-Fi.

       Для развития этих возможностей в последние годы выпушены открытые спецификации, разработанные OMA (Open Mobile Alliance), и завершена разработка соответствующих стандартов.

       Принцип работы UMA поясняет рис.6.2. Сеть UMA состоит из одной или нескольких точек доступа (АР) и одного или более UMA сетевых контроллеров. В процессе сеанса связи возможен автоматический роуминг между обычным GSM/GPRS доступом и беспроводным доступом при сохранении общего подключения к ядру сети (Core Network). Все элементы UMAN являются собственными узлами оператора сотовой связи.

 

                              Рис. 6.2. Структурная схема UMA

 

Одним из препятствий широкого распространения данных технологий является низкий процент мобильных станций, поддерживающих стандарт Wi-Fi (порядка 10% от их общего числа).

Фемтосоты.

 

Большинство операторов по всему миру сталкиваются с различными проблемами при строительстве и эксплуатации сетей 3G. В основном это проблемы с покрытием сетей внутри зданий, проблемы с точечным увеличением емкости сети на ограниченных территориях, а также количество и качество предоставляемых услуг. В ближайшем будущем этих же проблем не смогут избежать сотовые операторы, внедряя в эксплуатацию сети четвертого поколения.

Фемтосоты представляют собой альтернативу стандартным микро и пикосотам. Фемтосота (femtocell) ‒ это сота небольшого размера в квартире или офисе, обслуживаемая маломощной базовой станцией сотовой связи. Соединение с сетью сотового оператора, а точнее говоря, с подсистемой коммутации происходит посредством канала широкополосного доступа какого-либо фиксированного оператора. При этом снижается плата абонентов за предоставляемые услуги. В зависимости от модели фемтосота может обслуживать от 5 до 30 сотовых телефонов. Использование фемтосоты позволяет значительно разгрузить беспроводный сегмент сети сотового оператора, поскольку основной объем мобильного пакетного трафика (видеоконференции, мобильное телевидение, скоростной Интернет) принимают на себя фемтосоты. Кроме того, улучшается и качество обслуживания телефонного трафика. Появляется возможность организации новых услуг, основанных на эффекте присутствия абонента. Например, возможен “перехват“ на фемтосоту трафика, идущего по кабельной линии.

В отличие от базовой станции, домашняя базовая станция располагается вблизи от мобильного телефона, который в свою очередь значительно медленнее расходует заряд батареи. Сотовым операторам решения на базе фемтосот позволяют увеличить число подписчиков на услуги 3G за счет локального расширения зоны действия сети в зонах сильного затухания сигнала или даже за пределами радиуса действия основной сети.

Появление фемто технологий относится к концу 2007г. Создан Femto Forum, насчитывающий более 100 участников.

Базовая модель доступа к фемтосоте представлена на рис. 6.3.

 

                   Рис. 6.3. Базовая модель доступа к фемтосоте

 

Домашняя базовая станция (CPE ‒ customer premises equipment) подключена к ядру сети (подсистеме коммутации) через фемтошлюз (Femto Gateway). Связь между CPE и шлюзом осуществляют посредством специфицированного интерфейса Iuh с использованием туннельного протокола с максимальной защитой (шифрацией). Вообще, что касается базового оборудования, то функционально согласно спецификациям его именуют домашней базовой станцией (HNB – Home NodeB) или точкой доступа (FAP – Femto Access Point). FAP, кроме собственно базовой станции UMTS, содержит модем цифровой абонентской линии (DSL). FAP также может быть дополнена функциями Wi-Fi, Ethernet и USB (Universal Serial Bus). Отметим, что выход на Iuh- интерфейс обеспечивают совместно оператор сотовой сети и интернет-провайдер, что обеспечивает при работе в фемтосоте переключение трафика с сотовой сети на Интернет. 

Кроме базовой модели доступа (рис.6.3), рассматривают и другие способы подключения FAP. На рис. 6.4 представлен вариант соединения FAP с мобильной сетью через контроллер RNC.

 

Рис. 6.4. Подключение фемтосоты через RNC

 

Рассмотрим предложение фирмы Nokia по организации фемтосети (рис.6.5).

                   

 

Рис. 6.5. Структура организации фемтосоты (фирма Nokia)

       Кроме рассмотренных ранее на рис.6.3 CPE и шлюза FGW, структура (рис.6.5) включает в себя  различные элементы, обеспечивающие выход в Интернет и поддерживающие разнообразные процедуры и услуги. В территориально распределенной подсети провайдера Интернета (WAN – Wide Area Network) установлены мультиплексор доступа DSL DSLAM (DSL Access Multiplexer) и маршрутизатор широкополосного удалённого доступа BRAS (Broadband Remote Access Server).

Сеть сотового оператора содержит сервер AAA (Authentication, Authorization and Accounting), связанный со шлюзом FGW по протоколу RADIUS. Это соединение обеспечивает выполнение процедур безопасности при работе фемтосот. Сервер NTP (Network Timing Protocol) обеспечивает временную синхронизацию пакетов, передаваемых на FAP, и стабилизацию несущих частот HNB.

Кроме этих элементов, Nokia предполагает использовать дополнительные специфические узлы, обеспечивающих высокое качество предоставляемых услуг. OMS (Operation &Management Server) оптимизирует конфигурацию и топологию сети, отслеживает и устраняет отказы в работе, поддерживает в норме качественные показатели. Networks Serve atOnce Activation Manager (SAAM) – служит шлюзом для выхода на систему управлением взаимодействия с клиентами CRM (Customer Relationship Management System). Цель – обеспечить оптимальное обслуживание абонента. Netact – специальный планировщик, разработанный Nokia для планирования телефонных сетей и сетей передачи данных.

На сетевом уровне при построении фемтосот используют 10 первичных скремблирующих кодов, выделяют один RAC (Routing Area Code), до 10 LAC (Location Area Code) и до 200 SAC (Service Area Code) для каждого фемтошлююза. Необходим также список перекрываемых фемтосот и макросот для выполнения хэндовера из фемтосоты и макросоту. Обратный хэндовер пока не предусмотрен спецификациями.

Для того, чтобы фемтосоты не ухудшали обслуживание клиентов макросети, необходимо, чтобы работал один частотный канал без фемтосот. Если на одной частоте работают макро и фемтосоты, то вблизи фемтосот должны быть “дыры“ в макросети.

Типовые характеристики терминала (FAP).

Обслуживает одну соту. Одновременно может поддерживать до 4-х соединений.

Скорости в режиме выделенного канала: 64, 128, 384 кбит/с, при использовании HSDPA до 7,2 Мбит/с, в режиме HSUPA до 1,4 Мбит/с. Автоматическая конфигурация в сети после регистрации при покупке. При включении FAP в сеть происходит ее автоматическая аутентификация. Возможность сканирования соседних сот. Возможность межчастотного хэндовера. Работа в 1 частотном диапазоне. Пиковая мощность 15 - 20 дБм.

 

 

[РА1]

[РА2]

[РА3]