К 2018 г. трафик VoWi-Fi обгонит VoLTE по числу использованных минут в год. На сегодняшний день несколько типов хендоверов могут использоваться. Выбор какого-либо конкретного типа в сети мобильного оператора должен подразумевать необходимый баланс между


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
4








5









6









7


А
ң
датпа

Бұл магистрлік жұмыста WiFi offload және Femto желілерінің
технологияларынын , олдана отырып,ұялы байланыс желісін босату әдісі
қарастырылды.Тест режімінде ғимарат ішіне Femto желісі қүрылды және іске
қосылады. Қабылданатын с
игналды өлшеу деңгейі және Femto стансасын іске
қосқанға дейінгі және кейінгі мәліметтерін тарату жылдамдығы келтірілді.
Алын
ған нәтижелерге талдау жасалды
.

Аннотация

В данной магистерской диссертации рассматриваются методы разгрузки
сетей сотовой связи с
использованием технологий
WiFi

offload

и
Femto

сетей.
В тестовом режиме настроена и запущена
Femto

сеть внутри здания.
Проведены измерения уровня принимаемого сигнала и скорость передачи
данных до и после запуска
Femto

станций. Выполнен

анализ

полученных

результатов
.

Annotation

This master’s thesis examines offload methods of cellular networks using
test mode The level of received signal code power and application throughput were


8


Содержание

Введение

................................
................................
................................
.....................

6

1 Эволюция беспроводных сетей доступа

................................
..............................

7

1.1 Первое поколение 1G

................................
................................
........................

8

1.2 GSM

................................
................................
................................
....................

9

1.3
UMTS

................................
................................
................................
................

10

1.4 LTE

................................
................................
................................
....................

11

1.5
CDMA

one
,
CDMA
2000

................................
................................
..................

15

1.6 Wi
-
Fi

................................
................................
................................
.................

15

2 Перспективы роста трафика в ближайшее время

................................
.............

17

2.1 Ключевые факторы глобального роста мобильного трафика

....................

17

2.2 Влияние межмашинных
соединений и носимых устройств

.......................

18

2.3 Рост использования технологий 4G

................................
..............................

19

2.4 Рост мобильного облачного трафика

................................
............................

21

2.5 Глобальный трафик в мобильных сетях

................................
.......................

22

2.6 Мобильный дата
-
трафик: прогноз развития
................................
.................

23

2.
7 Состояние сетей. Мировое покрытие по сетям

................................
............

27

2.8 Трансформация

M2M

(межмашинного воздействия)

................................
.

29

2.9 Распределение устройств М2М по

сетям

................................
.....................

30

3 Методы разгрузки опорной сети

................................
................................
........

31

3.1 WiFi offload

................................
................................
................................
......

31

3.2 Хотс
пот стандарта WiFi следующего поколения

(Hotspot 2.0)

..................

35

3.3 Выделенный элементы PCEF

................................
................................
.........

36

3.4 Туннели GTP в сторону традиционного GGSN

................................
...........

37

3.5 PCC Интеграция

................................
................................
..............................

38

3.6 LTE

................................
................................
................................
....................

38

3.7 Хендоверы

................................
................................
................................
........

42

3.8 Варианты для хендовера из 3G в сети стандарта Wi
-
Fi

..............................

44

3.9 Мобильность между радиосетями. Заключение

................................
..........

45

3.10 Недоверенная не
-
3GPP сеть IP
-
доступа
................................
......................

45

3.11 Femto сети

................................
................................
................................
......

46

4 Экспериментальная часть

................................
................................
....................

50

4.1 Методика проведения эксперимента.

................................
............................

50

Заключение

................................
................................
................................
..............

57

Перечень сокращений

................................
................................
................................
.


Список

литературы

................................
................................
................................
.

58

Приложение А

Используемые программы

................................
...........................

59

Приложение Б

Используемые программы

................................
............................

60

Приложение В Справка на предмет проверки плагиата

................................
.........


Приложение Г Электронная версия МД видеодемонстрационные материалы
(CD
-
R)


Приложение Д Раздаточные материалы (формат А4


10 листов)


6

Введение

Мобильные технологии связи получили
быстрое развитие ввиду
постоянно растущего спроса на все более высокие скорости передачи данных
и более высокое качество предоставляемых сервисов, а также из
-
за
стремительного увеличения трафика, особенно с появлением смартфонов.
Новые поколения IPhone,
B
lackBerry

и Андроидов одновременно с сетями
3
G
/4
G

поколения позволили получить и оценить опыт доступа к интернет
посредством мобильных устройств. Мобильный дата трафик,

передаваемый
через сотовые сети растет экспоненциально, что одновременно является
боль
шой возможностью и серьезным вызовом для всех мобильных операторов
сотовой связи. Значительное снижение средней стоимости за 1 мегабайт, а
также мобильные версии сервисов социальных сетей, приложения Whatsapp и
Instagram открыли двери для миллионов тераба
йт передаваемой информации,
что в значительной степени привело к текущей загруженности сетей 3 и 4
поколений в мире в целом и в Казахстане в частности.

Основная идея данной работу заключается в рассмотрении
возможностей, позволяющих справиться с возникшими

перегрузками,
перенаправив часть трафика в так называемые Фемто сети и использование
технологии WiFi Offload. Эта разгрузка подразумевает использование
дополнительных сетевых технологий для передачи данных, которые
первоначально должны были передаваться ч
ерез стандартные сети сотовой
связи, тем самым экономя средства и частично освобождая мобильные
телефонные сети.
Целью данной работы является развертывание тестовой
Femto

сети внутри здания, проведение измерений основных показателей радио
условий, таких ка
к
RSCP
,
Ec
/
N
0
и скорости передачи данных. Измерения
планируется проводить с использованием тестового оборудования и
программного обеспечения
Nemo

Invex
,

обработка полученных данных будет
производиться с использованием программы
Nemo

Analyze
.

7


1 Эволюция
беспроводных сетей доступа

В данной части представлено описание эволюционных трендов
технологий беспроводного доступа, основные характеристики которых
указаны в
таблице 1.
1
.

Таблица 1.1


Основные характеристики технологий

Технология

Стандарт

Технология
д
оступа

Скорость

в
DL

Скорость
в UL

GSM

ETSI

TDMA/FDMA

0.384

0.384

UMTS
-
TDD

UMTS/3GSM

CDMA/TDD

16

UMTS W
-
CDMA

HSDPA+HSUPA

UMTS/3GSM

CDMA/FDD

CDMA/FDD
MIMO

1.6

14.4

0.5

5.76

HSPA+

3GPP

CDMA/FDD
MIMO

21

42

84

672

5.8

11.5

22

168

EDGE Evolution

3GPP

TDMA/
FDD

1.6

0.5

LTE

GSM

OFDMA/MIM
O/SC
-
FDMA

100 Cat3

150 Cat4

300 Cat5

(in20 MHz
FDD)

50 Cat3/4

75 Cat5

(in 20
MHz
FDD)

WLAN

3GPP

OFDM/MIMO

300 (используя
конфигурацию 4x4 с
несущей в 20 MHz) или
600 (используя
конфигурацию 4x4 с
несущей в 40 MHz)

Wimax

802.
11

(11n)

MIMO
-
SOFDMA

128
(несущая
20MHz
FDD)

56
(
несущая
20 MHz
FDD)

8

EV
-
DO Rel.0

EV
-
DO Rel.A

EV
-
DO Rel.B

802.16

CDMA/FDD

2.45

3.1

4.9xN

0.15

1.8

1.8xN

С момента проведения первых

экспериментов с радио, проводимых
Поповым и Маркони в 1890

х годах, до б
еспроводной коммуникации
которую мы видим в настоящем, прошло много времени. Как известно, первое
поколение мобильных радио систем (1
G
), основанных на аналоговой передачи
голосовых сервисов, были представлены только в начале 1980 годов. Для
понимания всей
сложности технологий 3 и 4 поколений сегодня, необходимо
проследить весь путь развития от нескольких абонентов в прошлом, до
сегодняшнего дня, когда более половины всего населения земного шара
используют глобальную мобильную систему, и не представляют себе

нормальной жизни без всех современных гаджетов и постоянного доступа к
сети Интернет. Развитие мобильных стандартов также претерпело серьезные
изменения с уровня отдельных региональных объединений до становления
сложных организаций, таких как 3
GPP

(3
rd

Ge
neration

Partnership

Project
),
которая насчитывает тысячи работников

[1]
.

Проблема обеспечения сетевого покрытия в труднодоступных и плотно
населенных местах по мере насыщения рынка становится все более
актуальной. Новейшие системы и решения, обеспечивающи
е покрытие,
позволяют получать существенные дополнительные доходы. Качественное
покрытие радиосети помогает привлекать новых абонентов, уменьшает отток
абонентов. Значение этого фактора возрастает по мере появления новых
технологий высокоскоростной передач
и данных, а также услуг 3G
[2].

Без
с
омнения, мобильная связь на сегодняшний день является одной из

наиболее
мощных движущих сил в индустрии телекоммуникаций.
Значительный р
ост
полосы пропускания, являющийся сегодня характерным для фиксированных
сетей, ст
анет необхо
димым условием развития наземной

и спутниковых
систем подвижной связи. В развитых
странах
и

некоторых развивающихся

емкость сетей сотовой связи уже превысила аналогичный показатель для
стационарных сетей и плотность мобильной телефонной связи (
число
мобильных телефонов на 100 жителей) превышает 100

%
[3].

В данной работе будет проведен анализ целесообразности
использования фемто сот для обеспечения необходимого радио покрытия в
помещении, оценка которого будет проводиться с использованием
измер
ительного комплекса Nemo Outdoor и программного обеспечения
Nemo

Analyze
.

1.1 Первое поколение 1G

Самым известным из первого поколения стандартов является NMT
(Nordic Mobile Tele
phone System). Его конечная

спецификации
были принята

в 1978 году пятью сканд
инавскими странами (
Финляндией,Данией,

Исландией,
Швецией и Норвегией ). Поколение 1G представляет

собой набор
9

аналоговых стандартов
мобильной
сото
вой связи. Стандарт NMT работал

в
диапазоне ч
астот 453,0
-
457,5 МГц, использовал

до 180 каналов связи по 25
к
Гц каждый. Радиус действия базовой станции достигал

5
-
25 км в
зависимо
сти от нагрузки на каждую из последних
. В 1983 году была
разработана модернизированная версия NMT
-
900 (первая условно называлась
NMT
-
450),работавшая на частоте 900 МГц. Выход
этого
обнов
лённого
стандарта позволил уменьшить размеры
используемых
телефонных
аппаратов, а также д
обавить некоторые новые сервисы
. Тем не менее, спустя
некоторое время NM
T отошёл на второй план, уступая

дорогу более
прогрессивным цифровым стандартам. Вполне естеств
енно, что первое
поколение сотовой связи не смогло с ними конкурировать. Даже несмотря на
то, что качество аналоговой беспроводной связи в целом было
удовлетворительным, разговор можно было легко перехватить и
расшифровать.

В эру 1G не было необходимости з
адумываться

об услугах
передачи
данных


это были полностью аналоговые системы, спроектированные

и
разработанные исключительно для осуществления голосовых вызовов и
некот
орых других скромных возможносте
й. Модемы существовали, однако
из
-
за того, что беспро
водная связь более подвержена шумам и искажениям,
чем обычная проводная, скорость передачи данных была невероятно низкой.
К тому же, стоимость минуты разговора в 80
-
х

была такой высокой, что
мобильный телефон мог считаться роскошью.

1
.2
GSM

В Европе начале

80
-
х
годов
анал
оговые системы сотовой телефонии
находились в стадии стремительного

роста, особенно в Скандинавии и
Великобритании, а также во Франции и Германии. Каждое государство
развивало свою собственную систему, которая была несовместима с другими
п
о оборудованию и функционированию. Такая ситуация оказалась
нежелательной, не только из
-
за ограниченности действия мобильных
устройств в пределах своих стран, но и из
-
за ограниченности рынка по
отношению к каждому типу оборудования, что не позволяло создат
ь
оправданной маркетинговой политики.

В Европе это было осознано

достаточно рано, и в 1982

г.

На
Конференции

Европейских Почтово
-
Телеграфных Служб (Conference of
European Posts and Telegraphs

-

CEPT)
была сформирована группа, названная

Groupe Special Mobi
le (GSM), для изучения и развития паневропейской
наземной системы мобильной связи общего назначения.

В 1989

г. функции группы GSM были переданы Европейскому
Институту Телекоммуникационных Стандартов (European Telecommunication
Standards Institute

-

ETSI),

и фаза I спецификаций GSM была опубликована в
1990

г. Коммерческое использование началось в середине 1991

г., и к 1993

г.
уже было 36 сетей GSM в 22 странах [6]. Стандартизованные в Европе, сети
GSM стали не только европейским стандартом. Свыше 200 сетей
GSM
10

(включая DCS1800 и PCS1900) функционируют в 110 странах мира. В начале
1994

г. было около 1.3 миллиона подписчиков в мире [18], число которых
возросло до 55 миллионов к октябрю 1997г. Сейчас сети GSM существуют на
всех континентах, и акроним GSM обозна
чает теперь "Global System for
Mobile communications".

Разработчики GSM избрали не испытанный к тому времени цифровой
принцип построения, в противоположность таким признанным в качестве
стандарта системам, как AMPS в США и TACS в Великобритании. Они
рассчи
тывали, что прогресс в алгоритмах сжатия и обработчиках цифровых
сигналов позволят удовлетворить первоначальным требованиям и постоянно
улучшать систему в отношении цены и качества. Свыше 8 тыс. страниц
рекомендаций GSM рассчитаны на гибкость и изобретател
ьность
поставщиков, но в то же время обеспечивают достаточную степень
стандартизации, чтобы гарантировать взаимодействие всех компонент единой
системы. Это было достигнуто описанием функциональности и интерфейса
всех функциональных единиц, определенных в с
истеме.


Появление сервиса «General Packet Radio Service» (GPRS) в 1997 году
стало переломным моментом в истории сотовой связи, потому что он
предложил для существующих GSM сетей технологию непрерывной передачи
данных. С использованием новой технологии, вы

можете использовать
передачу данных только тогда, когда это необходимо


нет больше глупой
CSD, похожей на телефонный модем. К тому же, GPRS может работать с
большей, чем CSD, скоростью


теоретически до 100 кБит/с, а операторы
получили возможность тарифи
цироват
ь трафик, а не время на линии.
GPRS
появился в очень подходящий момент


когда люди начали непрерывно
проверять св
ои электронные почтовые ящики.

Это нововведение не позволило добавить единицу к поколению
мобильной связи. В то время, как технология GP
RS уже была на рынке,
Международный Союз Электросвязи (ITU) составил новый стандарт


IMT
-
2000


утверждающий спецификации «настоящего» 3G. Ключевым
моментом было обеспечение скорости передачи данных 2 МБит/с для
стационарных терминалов и 384 кБит/с для мо
бильных, что было не под силу
GPRS.

1.3
UMTS

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)


технология
сотовой связи, разработанная Европейским институтом стандартов
телекоммуникаций (ETSI). Сотовые сети, использующие данную технологию,
относят к сетям

третьего поколения (сетям 3G). К основным отличиям сетей
UMTS от сетей GSM относят использование широкополосных сигналов
(сигнал может занимать полосу либо 5 МГц, либо 1,6 МГц), и внедрение
широкополосной технологии множественного доступа с кодовым раздел
ением
каналов (W
-
CDMA).

Стандарты третьего поколения пришли на смену
стандартам

2G
. В первую очередь их появление обусловлено возросшими
11

потребностями абонентов в скорости передачи данных. Стандарт UMTS
(Univer
sal Mobile Telecommunications System
-

Универсальная система
мобильной связи) нашел наибольшее распространение среди других
стандартов этого поколения на территории Европы, в том числе и России.

Разработка стандарта UMTS началась в 1992 году организацией п
о
стандартизации IMT
-
2000. Впоследствии разработка этого стандарта была
поручена

3GPP
.
Первая сеть UMTS была запущена в коммерческую
эксплуатацию 1 декабря 2001 года в Норвегии. К маю 2010 года число
абонентов перева
ливает за 540 миллионов по всему миру.

Скорость передачи данны
х для сетей UMTS может иметь значения до

2

Мбит/сек. Благодаря технологии

HSDPA

-

High Speed Downlink Packet Access
(3.5G), которая была в
недрена в 2006
году пиковая

скорость возросла до 14
Мбит/сек. Эти и другие преимущества UMTS позволяют

предоставлять
абонентам широчайший

перечень

предоставляемых

услуг:
видеоконференции,


видеозвонки,

голосовые звонки

высокого качества
, загрузка файлов с высокой
скорост
ью, сетевые игры, мобильная коммерция
,роуминг

и другое.


Рисунок

1.
1
-

Архитектура сетей
GSM
/
UMTS

1.4

LTE

Технология LTE (Long
-
Term Evolution)
-

это основное направление
эволю
ции сетей сотовой связи третьего

поколения. В январе 2008 г
ода

международным

об
ъединение
м

Third Generation Partnership

Project (3GPP),
разрабатывающим

перспективные стандарты мобильной связи,
был
12

утвержден стандарт LTE следующим

после UMTS стандар
та
широкополосной сети сотовой

связи.

LTE обеспечивает теоретически возможную
пиковую
скорость передачи
данных до 326,4 Мбит/с от базовой с
танции к пользователю и до 172,8

Мбит/с
в противоположном

направлении. Сравнивая

сети второго поколения 2G

,которые
теоретически способны обеспечить пиковую скорость передачи
данных с помощью технологи
и GPRS 56
-
114 Кбит/с, а помощью EDGE до
473,6 К
бит/с. Сети третьего поколения 3G

обеспечивают скорость

передачи
данных до 3,6 Мбит/с.

По данным международной ассоциации GSМA, 26 операторов в мире
заявили о планах построения сетей LTE в ближайшие два
-
три го
да. В

их

числе

-

Vodafone, Verizon Wireless, TeliaSonera, NTT DoCoMo
и

KDDI.
По оценке
аналитиков, в коммерческую эксплуатацию в 2010 г буду з
апущены до 10
сетей LTE в мире.

Сети 4G на основе стандарта

LTE

способны

работать практически по
всей ширине спект
ра частот от 700 МГц до 2,7 ГГц.

Главное отличие сетей четвертого поколения 4G от предыдущего,
третьего, заключается в том, что эта технология полностью основана на
протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе
передачу, как голос
ового трафика в режиме коммутации каналов, так и
пакетов данных. Международный союз телекоммуникаций определяет
технологию 4G как технологию беспроводной коммуникации, которая
позволяет достичь скорости передачи данных до 1 Гбит/с в условиях
движения источ
ника или приемника и до 100 Мбит/с в условиях обмена
данными между двумя мобильными устройствами. Пересылка данных в 4G
осуществляется по протоколу IPv6 (IP версии 6). Это заметно облегчает
работу сетей, особенно если они различных типов. Для обеспечения
н
еобходимой скорости передачи используют
ся частоты от 2 до 40 и 60 ГГц.

Создатели приемопередающего оборудования для 4G применили
испытанный в цифровом вещании прием


технологию мультиплексирования
с ортогональным разделением частот (OFDM). Такая методика
манипулирования сигналом позволяет значительно «уплотнить» данные без
взаимных помех и искажений. При этом происходит разбиение по частотам с
соблюдением ортогональности: максимум каждой несущей волны приходится
на тот момент, когда соседние имеют нулевое
значение. Этим исключается их
взаимодействие, а также более эффективно используется частотный спек
тр


не нужны защитные «противо
-
интерференционные» полосы.

Для передачи сигнала применяется модуляция со сдвигом фазы (PSK и
ее разновидности), при которой п
ересылается больше информации за отрезок
времени, или квадратно амплитудная (QAM), более современная и
позволяющая выжать максимум из пропускной способности канала.
Конкретный тип выбирается в зависимости от требуемой скорости и условий
приема. Сигнал разб
ивается на определенное количество параллельных
потоков при передаче и собирается при приеме. Для уверенного приема и
13

передачи на сверхвысоких частотах планируют применять так называемые
адаптивные антенны, которые смогут подстраиваться под конкретную
базо
вую станцию. Но в условиях города таким антеннам в определении
правильного направления могут помешать замирания сигнала


его
искажения, возникающие в процессе распространения. Здесь выручает еще
одна особенность OFDM


стойкость к замираниям (для разных т
ипов
модуляции есть свой запас на замирания). Возможна и работа в условиях
отсутствия прямой видимости, что так
мешает телефонам стандарта GSM.
Недостатки ODFM


чувствительность к доплеровским искажениям и
требовательность к качеству электронных компонент
ов.

Технология LTE (Long Term Evolution)


это логическое продолжение
развития сетей 3G. В среднесрочной перспективе она будет определять
развитие систем сотовой связи в мире. Эта технология способна обеспечить
скачкообразное (теоретически, в десятки раз)

увеличение скорости передачи
данных по сравнению с действующими мобильными сетями. Внедрение LTE
теоретически позволит обеспечить скорость передачи данных до 346 Мбит/с в
полосе частот 20 МГц, а при использовании технологии LTE
-
Advanced


примерно до 1

Гб
ит/с
. в полосе 100 МГц. LTE полностью совместима с
существующими сетями: звонок или сеанс передачи данных, инициированный
в зоне покрытия LTE, технически может быть передан без разрыва в сети
GSM/GPRS/EDGE, WCDMA, CDMA2000.

LTE становится главной перспект
ивой развития телекома в мире, бизнес
приоритетом и ключевым элементом стратегий развития операторов связи.

Сегодня в мире превалирует мнение, что, если оператор не задумывается об
LTE, он ограничивает свою
жизнь на рынке. В январе 2008 года

международное
партнерское объединение Third Generation Partnership Project
(3GPP), разрабатывающее перспективные стандарты мобильной связи (GSM,
GPRS, EDGE, UMTS (WCDMA) и др.), утвердило LTE в качестве следующего
после UMTS стандарта широкополосной сети мобильной связи
.

14


Рисунок
1.2

Архитектура технологии
LTE

Главное преимущество LTE


высокая скорость. Но скорость есть и у
UMTS, и у WIMAX. Очень важным преимуществом LTE является то, что эту
технологию можно внедрять на довольно широком диапазоне частот. В мире
сущест
вует несколько частотных диапазонов, на которых можно запускать
LTE. Прежде всего, это 1800 МГц и 2,6 ГГц. Можно использовать и диапазон
900 МГц, но в настоящее время мало кто из операторов рассматривает его
сегодня для LTE. Изначально под развитие этой те
хнологии предполагались
частоты 2,6 ГГц, но из
-
за ряда трудностей (в основном связанными с
занятостью диапазона специальными пользователями) этот диапазон
практически не используется. В Европе чаще говорят о диапазоне 800 МГц,
особенно в связи с так называ
емым цифровым дивидендом или
освобождением частот этого диапазона после перевода телевизионного
вещания в цифровой формат. В настоящее время там проходят тендеры

и
аукционы на частоты 800 МГц.

Следует особо заметить, что широкое внедрение LTE зависит от
на
личия абонентских устройств и операторского оборудования, работающих
на основе этой технологии. Основные производители операторского
оборудования LTE сегодня Ericsson, Alcatel
-
Fujitsu, Motorola, Panasonic, Starent, ZTE. В на
стоящее время активность в
плане разработки чипсетов и абонентских устройств с поддержкой LTE
проявляют LG, Samsung, Huawei Technologies, Sandbridge Technologies, Altair
Semiconductor и другие крупные производители. Скорее всего, производители
пойдут по пу
ти постепенного расширения линейки абонентских устройств.
Сначала это будут USB
-
модемы и PC
-
карты (двухстандартные, с поддержкой
протоколов HSDPA и LTE), затем


встроенные модемы в нетбуках, интернет
-
15

планшетах и ноутбуках, и только потом


новые модели ко
ммуникаторов и
смартфонов с интегрированными LTE
-
чипами.

1.5
CDMA

one
,
CDMA
2000

CDMA
one

был разработан компанией QUALCOMM, а его
коммерческое применение началось в 1995 году (GSM
-

в 1991 году).
Несмотря на то, что CDMA был представлен на несколько лет по
зже своего
основного конкурента, GSM, он имеет ряд преимуществ. В первую очередь
это относится к скорости передачи данных. Если у GSM предел не превышает
9,6 кбит/с, то у CDMA скорость передачи данных до 1,23 Мбит/с. Ещё одним
важным отличием является испо
льзование распределённого спектра.Для
оборудования такой сигнал будет выглядеть небольшим возвышением над
обычным уровнем шума. В связи с этим его крайне сложно обнаружить и
идентифицировать. Подобный метод также используется в военных целях, так
что во вр
емя разговора по CDMA
-
телефону.

CDMA
2000 является основным конкурентом европейской версии
UMTS. Работа по

стандартизации CDMA2000

координируется группой Third
Generation Partnership Project 2

(3GPP2, группа развития CDMA (CDMA
Development Group) обращается

за

советами к

3GPP2).

Несмотря на

то, что стандарты «W
-
CDMA» и

«CDMA2000» имеют
общую аббревиатуру в

своих названиях, это совершенно разные системы,
использующие различные технологии. Тем не

менее, есть надежда, что
мобильные терминалы, работающие в

этих
несовместимых стандартах, когда
-
нибудь научатся «общаться» друг с

другом.

CDMA2000

имеет 2

фазы развития: первая 1XRTT, также известная как
1X, обеспечивает скорость передачи данных до

144

Кбит/с, и

может быть
усовершенствована до

второй фазы



3XRTT (или
3Х), где скорость
достигает 2

Мбит/с.

Другая эволюционная ступень подразумевает 2

стандарта
CDMA2000

1X EV («EV» = «Evolution», «эволюция, развитие»).
CDMA2000

1X EV
-
DO («Data Only»



«только данные») будет использовать
различные частоты для передачи голос
а и

данных. В

следующей ступени



стандарт CDMA2000

1X EV
-
DV («Data and Voice»



«данные и

голос»)
произойдет интеграция голоса и

данных в

одном частотном диапазоне.

1.
6 Wi
-
Fi


Wi
-
Fi

-

(англ. аббревиатура от

Wireless Fidelity

-

беспроводная высокая
точност
ь)


это
стремительно
набирающий обороты формат передачи
цифровых данных по

нелицензируемым

радиоканалам. Технология Wi
-
Fi

постоянно совершенствуется, это

позволяет передавать больший поток
данных
, обеспечивать

более надежную связь и защиту. Последнее вре
мя Wi
-
Fi
технологиями снабжаются
все
ноутбуки,

большинство сотовых телефонов
,
КПК, игровые приставки и даже компьютерные

беспроводные мыши. Wi
-
Fi
был разработан

в 1991 NCR Corporation/AT&T (впоследствии


Lucent и
16

Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды.

Инициаторо
м и координатором
работ был

комитет по стандартизации локальных сетей IEEE 802 (Institute of
Electrical and Electronic Engineers). В 1990 году по указанию
этого комитета

организована специальная рабочая группа, в задачи которой входила
разработк
а первого полноценного стандарта беспроводных локальных сетей.
Wi
-
Fi
-

технология изначально разрабатывалась для систем кассового
обслуживания.

На создание конечного продукта потребовалось семь лет, и только

в
1997 году новоиспеченный стандарт IEEE 802.1
1 был представлен широкой
публике. Впрочем, потребители встретили первую версию Wi
-
Fi без особого
энтузиазма
-

проблема заключалась в том, что на разработку технологии ушло
непростительно много времени, и к моменту презентации стандарт успел
заметно устаре
ть. Помимо весьма низкой пропускной способности, не
превышающей 2 Мбит/с (что тогда уже было просто смешно для локальной
сети), мало кого могло устроить посредственное качество связи, чрезмерная
медлительность и весьма низкая дальнобойность стандарта, при
этом цена на
оборудование могла запросто зашкаливать за несколько тысяч долларов.

Однако сама идея беспроводного доступа в Интернет и к ресурсам
локальной сети внутри офиса, гостиницы, вокзала или аэропорта была
большинством оценена по достоинству. В любом

случае, разработчики не
собирались прекращать доведение технологии до ума, и осенью 1999 года
выпустили сразу две новые спецификации, названные 802.11a и 802.11b, и
обеспечивающие максимальную пропускную способность в 54 Мбит/с и 11
Мбит/с соответственно.

Первым на прилавки поступило Wi
-
Fi оборудование,
совместимое с 802.11b, и на этот раз народного признания не пришлось долго
ждать. В рекордно короткие сроки технологии Wi
-
Fi удалось выйти на
мировую арену и составить серьезную конкуренцию классическим спо
собам
организации локальной сети, таким как Ethernet. Этому способствовало резкое
падение цен на Wi
-
Fi оборудование, и, конечно же, избавление от множества
"юношеских" проблем технологии Wi
-
Fi, присущих первой спецификации.

Реальные устройства, поддерживаю
щие стандарт 802.11a, появились в
продаже лишь в 2001 году, однако рынок был уже настолько заполнен
оборудованием 802.11b, что даже несмотря на практически пятикратно
возросшую пропускную способность, первое время новая спецификация
оставалась в тени. След
ующий виток эволюции технологий Wi
-
Fi начался
летом 2003 года, когда разработчики закончили следующую версию стандарта
-

802.11g, совмещающую в себе преимущества предыдущих двух редакций.
На данный момент большая часть современного оборудования,
ориентиров
анного на работу по Wi
-
Fi, оснащается модулями 802.11g, и при
этом готовится к выходу очередная спецификация
-

802.11n. В ней обещают
как минимум двукратное увеличение максимальной скорости по сравнению с
802.11a и 802.11g, а также введение совершенно новы
х технологий.


17


2 Перспективы роста трафика в ближайшее время

К 2019 г. на долю «умных» соединений будет приходиться 97

%
мирового мобильного трафика
.

По данным опубликованного ежегодного исследования Cisco под
названием «Индекс развития визуальных сетев
ых технологий: глобальный
прогноз по мобильному трафику на период 2014
-
2019 гг.» (Cisco VNI),
ключевыми факторами существенного роста мобильного трафика станут
увеличение числа все более мощных мобильных устройств и межмашинных
соединений в сочетании с рас
ширением доступа к высокоскоростным
сотовым сетям. Если в 2014 году мировой мобильный трафик на 88

% состоял
из «умного» трафика, обслуживающего продвинутые вычислительные и
мультимедийные сервисы при минимальных объемах трафика 3G, то к 2019
году этот пок
азатель может увеличиться до 97

%.

Тенденцию роста «умного» трафика поддерживают такие ключевые
факторы, как наблюдающийся во всем мире переход от простых телефонов к
смартфонам, возрождение ноутбуков, теперь обладающих возможностями
планшетов, и увеличени
е числа межмашинных приложений. К 2017 г.
мобильный трафик 3G обгонит технологии второго поколения и выйдет на
первое место в мире среди технологий сотовой связи по доле соединений. К
2019 г. на сети 3G будет приходиться 44

% всех мобильных устройств и
сое
динений, а на сети 4G


26

% соединений, причем последние будут
генерировать 68% трафика.

По содержащимся в Cisco VNI прогнозам, если в 2014 г. годовой объем
мирового мобильного трафика составлял 30 эксабайт, то к 2019 году этот
показатель достигнет 292 эк
сабайт. Для наглядности:

-

это в 292 раза больше, чем весь фиксированный и мобильный IP
-
трафик, сгенерированный в 2000 г.;

-

это эквивалентно передаче 65 триллионов изображений
(мультимедийных сообщений, фото в Инстаграме), т.е. 23 изображений в день
на ка
ждого жителя Земли в течение года;

-

это равнозначно просмотру 6 триллионов видеоклипов (например, на
сервисе YouTube), т.е. больше 2 клипов в день на каждого жителя Земли в
течение года.

2.1
Ключевые факторы глобального роста мобильного трафика

По прогноз
ам Cisco, с 2014 по 2019 гг. темпы роста глобального
мобильного трафика будут втрое опережать темпы роста фиксированного
трафика. Среди тенденций, определяющих рост мобильной передачи данных,
можно назвать:

-

рост числа мобильных пользователей. К 2019 г. и
х количество
достигнет 5,2 миллиардов (в 2014 г.


4,3 млрд). В 2014 г. почти 59

%
мирового населения, составлявшего 7,2 млрд человек, пользовались
18

мобильной связью. К 2019 г. таких будет больше 69

% (при том, что население

нашей план
еты достигнет 7,6 млрд

человек);

-

р
ост числа мобильных подключений. К 2019 г. количество устройств и
соединений, готовых к установлению мобильной связи, достигнет 11,5 млрд
(8,3 млрд персональных мобильных устройств и 3,2 млрд межмашинных
соединений), тогда как в 2014 г. это
т
показатель составлял 7,4 млрд;

-

у
величение скорости мобильной передачи. К 2019 г. средняя скорость
передачи в мобильных сетях мира вырастет в 2,4 раза и достигнет 4,0 Мбит/с
(п
оказатель 2014 г.


1,7 Мбит/с);

-

р
ост мобильной передачи видео. К 2019 г. моб
ильное видео будет
составлять 72

% мирового мобильного трафика (показатель 2014 г.


55

%).


Рисунок
2
.1


Прогноз изменений основных показателей

«Ключевыми факторами существенного роста мобильного трафика в
ближайшие годы станут увеличение числа все боле
е мощных мобильных
устройств и межмашинных соединений в сочетании с расширением доступа к
высокоскоростным сотовым сетям,


констатировал Дуг Уэбстер (Doug
Webster), вице
-
президент компании Cisco по маркетингу продуктов и
решений.


Эта мобильно
-
ориентиров
анная среда станет для сервис
-
провайдеров новой областью вызовов и возможностей, где они смогут на
основе инноваций предоставлять потребителям и бизнесу разнообразные
мобильные сервисы, продолжая формирование Всеобъемлющего Интернета».

2.2
Влияние межмашин
ных соединений и носимых устройств

К межмашинным (M2M) относят приложения, обеспечивающие
соединение
беспроводных систем и устройств для поддержки
функционирования глобальных спутниковых систем позиционирования и
навигации (GPS), систем отслеживания активо
в, коммунальных счетчиков,
систем обеспечения безопасности и видеонаблюдения. Для облегчения
19

прогнозирования роста Всеобъемлющего Интернета (
Internet of Everything,
IoE)

носимые устройства включены в качестве подкатегории в раздел M2M
-
соединений.

Количество носимых устройств в мире к 2019 г. вырастет пятикратно и
достигнет 578 м
ил
л
ионов

(п
оказатель 2014 г.


109 млн). При этом большая
их часть будет использоваться в Северной Америке и Азиатско
-
Тихоокеанском регионе.

В результате мобильный трафик, генерируемый носимыми
устройствами, в период с 2014 по 2019 гг. может вырасти в 18 раз, при это
м
основная его доля будет передаваться посредством смартфонов.

В 2014 г. носимые устройства в среднем генерировали в 6 раз больше
трафика, чем простые телефоны (на носимые устройства приходилось 141
МБайт мобильного трафика в месяц, тогда как на телефоны


22 МБайт).

Примером устройств
генерирующих большие объемы трафика, может
служить видеокамера GoPro (передает в сеть сотовой связи видеопоток со
скоростью около 5 Мбайт в минуту).

В 2014 г. модуль M2M в среднем ежемесячно генерировал в три раза
больше траф
ика, чем простой телефон (модуль M2M


70 МБайт мобильного
трафика в месяц, телефон


22 МБайт).

2.3
Рост использования технологий 4G

Чтобы удовлетворить оживленный спрос потребителей и бизнеса на
беспроводные сервисы и контент, многие провайдеры начинают
разворачивать технологии 4G. С их помощью сервис
-
провайдеры на многих
развивающихся рынках создают новые мобильные инфраструктуры, а в ряде
развитых регионов технологии 4G дополняют или заменяют унаследованные
решения 2G и 3G.

К 2019 г. 26

% всех устройств

и соединений в мире будут поддерживать
4G. К тому времени число соединений 4G вырастет в 18 раз и достигнет 3
млрд (показатель 2014 г.


459 млн).

К 2017 мобильный трафик 3G обгонит технологии второго поколения и
выйдет на первое место по доле соединений
среди технологий сотовой связи.

В 2014 г. на 4G
-
соединения приходилось 40

% мобильной передачи
данных. К 2019 г. их доля составит 68

%.

В 2014 каждое 4G
-
соединение генерировало в среднем 2,2 ГБайт
мобильного трафика данных в месяц. К 2019 г. этот показател
ь достигнет 5,6
ГБайт, что в 5,4 раза превысит средний объем трафика, генерируемого
соединением, не использующим технологии 4G.

Трафик Wi
-
Fi
-
разгрузки
превысит трафик сотовых сетей
.

Термин «разгрузка» используется применительно к трафику, который
генерируе
тся двухрежимными устройствами, поддерживающими Wi
-
Fi и
сотовую связь (за исключением ноутбуков), и проходит по сетям малых сот и
Wi
-
Fi
-
сетям. Разгрузка выполняется пользователем или устройством при
переходе с сотового соединения на доступ посредством сети

малых сот или
20

Wi
-
Fi
-
сети.

В прогноз трафика разгрузки, приведенный в отчете Cisco VNI, включен
трафик публичных точек доступа и сетей Wi
-
Fi жилого сектора.

В 2014 г. разгружалось 46

% совокупного трафика передачи данных
мобильных сетей. К 2019 г. этот пок
азатель достигнет 54

%.


Рисунок
2
.
2


Динамика роста трафика

Без учета разгрузки годовой прирост глобального мобильного трафика
передачи данных за период 2014

2019 гг. был бы значительно выше (65

%
без разгрузки и 57

%


с разгрузкой).

Передача голоса по
верх Wi
-
Fi (VoWi
-
Fi) обгонит передачу голоса
поверх LTE (VoLTE)

С учетом роста объемов и стратегической роли Wi
-
Fi
-
технологий в
мобильных сетях в исследование этого года был включен сравнительный
анализ технологии VoWi
-
Fi и других мобильных сервисов переда
чи голоса.
Технология VoWi
-
Fi не нова, но ее распространению среди пользователей
мешали недостатки первых решений. Сейчас начали появляться решения
VoWi
-
Fi операторского класса, которые позволяют использовать для передачи
голоса устройства без SIM
-
карт, по
ддерживающие только Wi
-
Fi (например,
планшеты). Технология VoWi
-
Fi обладает значительным потенциалом роста,
который может реализоваться в ближайшие пять лет.

К 2017 г. трафик VoWi
-
Fi (10,8 ПБайт в год) превысит трафик VoLTE
(10,7 ПБайт в год).

К 2018 г. тр
афик VoWi
-
Fi обгонит VoLTE по числу использованных
минут в год.

К 2019 г. на трафик VoWi
-
Fi будет приходиться более половины (53%)
всей мобильной IP
-
передачи голоса.

К 2019 г. число планшетов и ПК с поддержкой Wi
-
Fi (1,9 млрд) почти в
3,5 раза превысит чис
ло планшетов и ПК с поддержкой сотовой связи (542
21

млн).


Р
исунок
2
.3

Распределение трафика по технологиям

2.4
Рост мобильного облачного трафика

Такие облачные приложения и сервисы, как Netflix, YouTube, Pandora и
Spotify, позволяют пользователям преодоле
ть ограничения своих мобильных
устройств по памяти и вычислительной мощности.

Мобильный облачный трафик вырастет 11
-
кратно


с 2 эксабайт в
месяц в 2014 г. до 21,8 эксабайт в месяц в 2019 г.

В 2014 г. на облачные приложения приходилось 81

% совокупного
моб
ильного трафика данных. К 2019 г. этот показатель достигнет 90

%.

Ключевые прогнозы по регионам

В прогнозируемый период наибольшие темпы роста продемонстрируют
Ближний Восток и Африка.
Р
егиональный прогноз по

темпам роста

к 2019 г.
:

-

Ближний Восток и Афри
ка: среднегодово
й прирост 72

%, рост в 15,3
раза;

-

Центральная и Восточная Европа: среднегодово
й прирост 71

%, рост в
14,4 раза;

-

Азиатско
-
Тихоокеанский регион: среднегодов
ой прирост 58

%, рост в
9,7 раза;

-

Латинская Америка: среднегодовой прирост 59

%,

рост в 10,1 р
аза;

-

Северная Америка: среднегодов
ой прирост 47

%, рост в 6,8 раза;

-

Западная Европа: среднегодовой прирост 48

%, рост в 7,1 раза.

По общему объему мобильного трафика передачи данных на первое
место выйдет Азиатско
-
Тихоокеанский регион. Ни
же приводится
региональный прогноз по объемам трафика к 2019 г.

[
19
]
:

-

Азиатско
-
Тихоокеанск
ий регион: 9,5 эксабайт в месяц
;

-

Северна
я Америка: 3,8 эксабайт в месяц
;

-

Западная Европа: 2,4 эксабайт в месяц
;

-

Центральная и Восточная Европа: 3,5 эксабайт в

месяц
;

22

-

Ближний Восток и Африка: 3,0 эксабайт в месяц
;

-

Латинская Америка: 2,0 эксабайт в месяц.

2.5
Глобальный трафик в мобильных сетях

График,
рисунок 2.4
, демонстрирует ежемесячный объем трафика
данных и голосового сегмента. Он отражает стабильный тр
енд роста дата
-
трафика, а также почти полную стагнацию роста голосового трафика.
Количество мобильных абонентов стремительно растет, и стимулирует рост
дата
-
трафика, вкупе с продолжающимся ростом среднего объема данных на
абонента. Мобильные телефоны все ч
аще становятся инструментами для
доступа к сервисам, для которых раньше требовался компьютер. На развитых
мобил
ьных рынках голосовые звонки

и

SMS

уже не являются
доминирующими сервисами, особенно для пользователей смартфонов,
большинство которых ежедневно
пользуется сервисами, основанными на
данных.

С четвертого квартала 2013 года по первый квартал 2014 года объем
дата
-
трафика вырос на 15

%.


Р
исунок
2
.
4


Ежемесячное изменение голосового и дата трафика

Следует отметить, что существуют крупные различия меж
ду объемами
трафика на разных рынках, в разных регионах и у разных операторов. Эти
измерения были произведены

Ericsson

в течение нескольких лет с помощью
23

обширной базы коммерческих сетей, которые покрывают все регионы мира.
Они составили представительную б
азу для вычисления всего мирового
трафика в мобильных сетях.

2.6
Мобильный дата
-
трафик: прогноз развития


Р
исунок
2
.
5



Прогноз роста мобильного дата трафика

Ожидается, что совокупный среднегодовой темп роста мобильного дата
-
трафика составит около 45

% (2
013
-
2019). Таким образом, к 2019 году объем
мобильного дата
-
трафика вырастет в 10 раз. Главным драйвером такого роста
является растущее число пользователей смартфонов. Те из них, которые
потребляют больший объем трафика


в основном за счет просмотра видео



также способствуют этому росту. Итоговый мобильный трафик,
генерированный мобильными телефонными, превысил трафик мобильных
ПК, планшетов и мобильных роутеров. В основном мобильный трафик
генерируется смартфонами. К 2019 году число пользователей смартфо
нов
утроится, что также стимулирует рост объема трафика.

Итоговый
ежемесячный трафик, генерируемый смартфонами, вырастет в 10 раз за
период между 2013 и 2019 годами.


Прогнозируемые данные коррелируют со статистическими данными
реального оператора. Это б
ыло подтверждено после проведенного анализа
данных в период с 2012 года по 2015 год на сети одного из операторов РК.
Оценке подлежали индикаторы трафика сети GSM и UMTS.

Данные получены
24

с использованием программы
PRS

(
Performance

Report

System
)
компании
H
uawei
.



Рисунок

2
.6


Динамика

роста
трафика на

GSM

сети
реального
оператора

25


Рисунок
2
.
7


Динамика

роста
трафика на


сети
UMTS

реального
оператора

Из графика виден рост мобильного дата трафика в сети GSM за весь
период наблюдения. В апреле, мае 2015

года среднемесячные значения
трафика лежат в диапазоне 250 терабайт в месяц.

Аналогичная тенденция наблюдается и на сети 3
G
, объем передаваемых
данных растет с начала

наблюдения и на текущий момент достиг значений 2
Петабайт.

В тоже время

голосовой трафи
к достиг своего максимума и длительное
время находится на установившемся уровне,

а в ближайшем будущем
согласно прогнозам будет только уменьшаться. Этому будет способствовать
запуск голосового сервиса приложением Whatsapp, а также использование
технологии
VoLTE (
голос в
LTE
)
.


Наибольший спад зафиксирован в
предоставлении сериса SMS, который за последние годы уменьшился в разы.
Причины кроются в стремительной популяризации социальных сетей, а также
наличием большого парка сервисов мгновенных сообщений.

26


Ри
сунок

2
.
8


Динамика

изменения голосового трафика

За указанный период мобильный дата
-
трафик будет расти заметно
быстрее, чем фиксированный дата
-
трафик


совокупный среднегодовой темп
роста последнего составит около 25

% между 2013 и 2019 годами. Однако в
о
бщем объеме трафика фиксированный трафик будет доминировать.
Мобильный дата
-
трафик составил 5

% всего трафика в 2013 году, ожидается,
что в 2019 году его доля составит 12

%.

Следует отметить, что существуют различия в поведении пользователей
между разными
сетями, рынками и типами пользователей. Значительная часть
дата
-
трафика генерируется ограниченным числом пользователей. Такие
факторы, как ограничение объема трафика операторами, тарифные планы, а
также размер и разрешение экрана на устройстве пользователя

влияют на
объем трафика, потребляемый клиентом.

Объем трафика смартфонов вырастет в 10 раз между 2013 и 2019
годами
.

27


Рисунок

2
.
9

Количественные показатели проникновения смартфонов

2.7 Состояние сетей. М
ировое покрытие

по сетям

С созданием все большего
количества базовых станций, степень
покрытия населения мобильными сетями мира постоянно увеличивается.

Технология

GSM/EDGE

наиболее распространена, она покрывает 85

%
мирового населения. Однако в странах, использующихGSM/EDGE,

до сих
пор существуют малон
аселенные территории, не покрытые этой сетью.

К концу 2013 года

WCDMA/HSPA

покрывала примерно 60

% мирового
населения. Это


на 10

% больше, чем в 2012 году. Дальнейшее
расширение

WCDMA/HSPA

будет стимулироваться растущим спросом на
доступ к Интернету, дос
тупностью смартфонов и законодательными
требованиями по подключению тех, у кого еще нет доступа. К концу 2019
года у около 90

% мирового населения будет возможность доступа к
Интернету с помощью сетей

WCDMA/HSPA.

Сети

LTE

покрывали около 20

% мирово
го насе
ления к концу 2013 года.

По сравнению с

2012 годом покрытие удвоилось.

К

2019

году

покрытие

сетями

LTE

составит

более

65

%.

28


Рисунок

2.10

Мировое покрытие р
азличных технологий

2.7.1
LTE

Advanced

(
LTE
-
A
)
.
Агрегация несущих частот

LTE
-
A

становится все более важной для операторов. Вслед за несколькими
операторами в Южной Корее и Австралии, запустившими

LTE
-
A

в 2013 году,
шаги по запуску такой сети были сделаны в

Центральной Азии.
Первоначальной целью в 2013 году была агрегация частот от 2x10 МГц до
одной полосы диапазоном в 20 МГц, что позволило нарастить скорость
скачивания 150 Мбит/с. Теперь операторы стремятся к скорости в 300 Мбит/с.

2.7.2
LTE

Broadcast
.
LTE

Broadcast

станет ответом на растущий спрос
потребителей на видео

сервисы, эффективно предоставляя видео
-
контент с
гарантированным уровнем качества.

LTE

Broadcast

достигает такой
эффективности посредством одновременного предоставления медиаконтента
нескол
ьким пользователям через один поток

LTEданных, нежели через один
поток на каждого пользователя.

LTEBroadcast

также позволяет оператору
задать скорость потока, удовлетворяющего требованиям для различных типов
контента, то есть предопределить уровень качеств
а контента (например,
настроить разрешение изображения).

В общественных местах, например, на стадионах, плотность абонентов
может достигать крайне высокого уровня, и трансляция контента станет
действенным способом предоставления пользователю надежной и ста
бильной
связи.

LTE

Broadcast

уже запущен в Корее, тесты были успешно проведены в
Соединенных Штатах, Австралии, Германии, и Нидерландах.

2.7.3
Mobile HD voice
.
HD

voice

улучшает качество голосовых звонков,
предоставляя более натуральный звук, лучшую внятн
ость и распознаваемость
голоса, а также дополнительную ликвидацию шума в устройстве.

Использование

HD

voice

требует высокой функциональности и
пропускной способности сети, и может быть использовано

в сетях

GSM,

CDMA,

WCDMA

и

LTE.

Впервые

этот

сервис

был

ис
пользован

в
сентябре


2009

года.


Сейчас

HD

29

voice

запущен 100 операторами в 71 стране. Большинство этих запусков
произошло в сетях

WCDMA, и несколько в сетях

GSM

и

LTE

(VoLTE). В
течение только 2013 года 29 новый операторов запустили

HD

voice, и на
несколь
ких рынках устанавливается оперативная совместимость этого сервиса
между операторами.

Новые запуски подчеркивают, как важно для операторов улучшить
качество голосовых сервисов. Увеличению количества запусков послужило
растущее количество телефонов, совмест
имых с технологией

HD

voice. В
настоящее время существует, по меньшей мере, 329

таких устройств.

2.7.4
Voice

over

LTE

(VoLTE)
.
VoLTE

предоставляет пользователям
высокое качество голосовой и видео связи, а также расширенные
мультимедийные услуги, и все это

при одновременном использовании дата
-
сервисов

LTE.

VoLTE

позволяет передавать более широкий диапазон частот в
аудиоспектре, что улучшит качество голосового звонка, и быстрее передает
звонок: с момента подачи заявки на вызов абонента до момента звонка у
ад
ресат проходит всего 0,25 секунды, по сравнению с 5 секундами в 3G. Для
этого сервиса требуются смартфоны, поддерживающие

LTE. Первые
коммерческие сети

VoLTE

были запущены в августе 2012 года. В данный
момент действуют три такие сети в Южной Корее, с милли
онами
потребителей, использующих

HD

voice

на разных моделях смартфонов от
разных проихводителей. В 2014 году еще несколько операторов,
преимущественно в Азии и Северной Америке, планируют запустить
технологию

VoLTE.


2.8
Трансформация

M2M

(межмашинного во
здействия)

Межмашинная коммуникация развивается благодаря снижающейся
стоимости, улучшенному покрытию, лучшим радиотехнологиям,
законодательной деятельности и растущему объему успешного применения
устройств

M2M.

В конце 2013 года в активном использовании н
аходилось 200 млн
мобильных устройств М2М, и это количество к 2019 году вырастет в 3
-
4 раза.
Средняя доля устройств

M2M

в объеме трафика среди
измеренныхEricsson

сетей составляет около 2

%, однако она может вырасти до
20% у операторов, делающих акцент на м
ежмашинное взаимодействие.

Следует внимательно изучить характеристики устройств М2М, чтобы
лучше понять их влияние на сети.

Обеспечение дешевой и эффективной
передачи данных между сетями


это ключевой интерес формирующихся в
мире международных роуминговы
х М2М альянсов. В устройствах по
роумингу данных доля трафика М2М намного выще


около 15

%
-

что можно
объяснить роуминговым трафиком М2М, затрачиваемым на отслеживание
автомобилей и систему контроля транспортных средств.

В отличие от других типов устройс
тв, большинство устройств М2М
пока работают только в

GSM

(GSM
-
only). В данный момент в Северной
Америке почти все устройства поддерживают 3G

или 4G, а единственные,
30

работающие в 2G



это устройства

M2M. Через 2
-
3
года такая же ситуация
будет в Западной Европе. Одна из причин этому


наиболее дешевые модули
М2М работают в

GSM, что, в свою очередь, обходится дешевле для
абонентов. Вторая причина: многие М2М не требуют высоких скоростей. И
третья: М2М часто отличаются

долгими жизненными циклами. Умный
счетчик, например, может работать до 20 лет, в то время как смартфоны
обычно меняют каждые 2
-
3 года. Учитывая такую долгую жизнь устройств
М2М, инвестиции в новейшие радиотехнологии могут обеспечить будущую
потребность в
таких устройствах.

График (рисунок 2.11)
показывает, что глобально около 64

% устройств
М2М работают только в

GSM. Эти данные основаны на подсчете всех типов
устройств, потребляющих данные, за последний год по всему миру.
Устройства

M2M, работающие в 2G, 3
G

или 4G, также включены в анализ.


Рисунок
2
.
11


Распределение использований различных технологий

2.9 Распределение устройств М2М по сетям

Несмотря на то, что количество устройств М2М, работающих в

GSM
-
сетях, в целом увеличится, их доля в этой сети умень
шится до около 30

% в
2019 году. В 2016 году ожидается, что 3G/4G

будут доминирующими сетями
для всех устройств М2М. Доля устройств, работающих в

LTE, подскочит с 1

% сегодня до более 20% в 2019 году, и в том же году будет отвечать за более
чем 40

% переда
чи данных.

На данный момент межмашинное воздействие в
байтах составляет всего 0.1% общего мобильного трафика. Эта доля будет
увеличиваться по мере того, как устройства

LTE

M2M

и более сильные
процессоры будут включаться в такие устройства, как бытовая тех
ника,
автомобили и билборды.

31

3
Методы разгрузки опорной сети

3.1 WiFi offload

Стандарты 3GPP (The Third
-
Generation Partnership Project) разделяют два
типа WiFi
-
доступа, также известного как не
-
3GPP IP
-
доступ:

-

н
едоверенный доступ стандарта WiFi
;

-

доверен
ный доступ стандарта WiFi.


Недоверенный доступ
был введен на ранних стадиях работы над
спецификациями
Wi
-
Fi

в 3
GPP

Release

6 (2005 год).
Данный тип

доступ
а

включает любой тип доступа/устройства Wi
-
Fi, который не контролируется
оператором (публичный открыт
ый хотспот, домашний Wi
-
Fi маршрутизатор
абонента и тп) или варианты с недостаточным уровнем безопасности
(ау
тентификации, шифрования и тп).

Доверенный доступ относится к сетям стандарта
Wi
-
Fi, которые
построены самим оператором с обязательным шифрованием
радиоканала и
использованием сильных методов аутентификации.
Данный типа
не

-

3GPP
IP
-
доступ был введен начиная с выхода LTE в 3GPP Release 8 (2008 год). Хотя
большинство современных дизайнов WiFi оффлоада основаны на доверенной
модели, 3GPP в настоящее вр
емя не предлагает рекомендаций по интеграции с
пакетным ядром 3G и 2G сетей. Однако, как будет представлено в документе,
такой тип доступа интегрирован в пакетное ядро сети LTE EPC(Evolved Packet
Core)
.

Большинство сегодняшних мобильных сетей основаны на 3
G и
существенная часть данного документа описывает возможные методы
интерграции доверенных не
-
3GPP IP
-
сетей доступа в мобильное пакетное
ядро 3G (MPC/Mobile Packet Core) вместе с необходимыми архитектурными
компонентами полисинга и тарификации (PCC/Policy
& Charging Control).
Хотя термин "доверенный не
-
3GPP IP
-
доступ" определен только для LTE
EPC, данный документ расширяет это определение с учетом 3G контекста для
того, чтобы описать WiFi
-
сети, контроли
руемые мобильными операторами.

Документ 3GPP 24.302 име
ет следующее определение: "Для доверенной
не
-
3GPP сети IP
-
доступа коммуникации между оборудованием пользователя и
пакетным ядром сети EPC являются безопасными". Это определение дается с
учетом применения современной SP Wi
-
Fi архитектуры, использующей EAP
(
Extensible Authentication Protocol) и IEEE 802.1x аутентификацию, а также
шифрование радиоканала с помощью IEEE 802.11i и опционального
использования DTLS (Datagram Transport Layer Security) для обеспечения
безопасности каналов обмена контрольной информаци
и и пользовательских
данных. Все описанные компоненты существуют в решениях SP Wi
-
Fi, и с их
использованием такие сети могут рассматриваться, как доверенные не
-
3GPP.

Данный документ сначала рассматривает 3GPP дизайны, а затем
описывает эволюцию таких архит
ектур к интеграции в EPC, как определено в
3GPP
-
стандартах.


В спецификациях 3GPP сеть Wi
-
Fi рассматривается только как сеть
32

WiFi
-
доступа. Никаких деталей о структуре сети Wi
-
Fi не специфицируется.
Данный документ разделяет сеть Wi
-
Fi на компоненты доступа

и шлюза. Сеть
Wi
-
Fi для оффлоада мобильных данных состоит из трех частей: 1) сеть
радиодоступа WiFi
-
стандарта (Wi
-
Fi RAN); 2) шлюз доступа Wi
-
Fi (WAG/
WiFi Access Gateway) и необходимые вспомогательные системы

(документ также расширяет определение 3GPP TS

23.234


для введения не
-
3GPP WAG); 3) элементы интеграции в пакетное ядро мобильной сети.

На рисунке 3.1 п
оказана интеграция как
элементов

3G, так и LTE, чтобы
продемонстрировать общую картину всех сценариев, представленных в
данно
й работе
.




Рисунок 3.
1
-

Интеграция

сети Wi
-
Fi

Если сеть Wi
-
Fi используется для оффлоада трафика мобильных
данных, то необход
имо решить следующие задачи:

а) а
утентификация: чтобы гарантировать, что только авторизованные
пользовате
ли могут получить доступ к сети;

б)

РСС:

для об
еспечения корректной биллингации, качества
обслуживания (QoS) и применения политик к трафику, который генерируется
в сети доступа Wi
-
Fi. В идеале это должно пол
ностью соответствовать 3GPP
PCC;

в)

н
епрерывность IP
-
сессии: для обеспечения бесперебойности
пре
доставления услуг при движении между различными сетями доступа

(3G�Wi
-
Fi, Wi
-
Fi>3G, между точк
ами доступа внутри сети Wi
-
Fi).

3.1.1
Аутентификация. Для контроля доступа пользователей к сети
стандарта Wi
-
Fi может быть использовано множество методов
аутентиф
икации. Выбор метода аутентификации является критичным для
33

удобства использования в сети (и для обеспечения необходимого уровня
безопасности, прим. Wi
-
Life.ru). Чем проще и прозрачнее метод
аутентификации для конечного пользователя, тем больше вероятность
того,
что пользователь присоединится

к сети.

Метод аутентификации также определяет пользователя и тип
пользовательского устройства, которые могут быть использованы в
конкретной сети (пользователи с SIM
-
картой или без таковой, собственные
абоненты мобильног
о оператора, пользователи
-
гости в данной сети и тп).

В обычной современной сети Wi
-
Fi доступны в среднем два типа
аутентификации, чтобы обеспечить возможность доступа всех возможных
потенциальных пользователей с необходимым уровнем удобства при доступе
для

частых пользователей услуги Wi
-
Fi. Первый метод
-


это аутентифкация
через веб
-
портал, что дает возможность доступа для пользователей, не
имеющих постоянного контракта с оператором (ваучеры, доступ с
ограничением по времени, платеж через SMS и тп). Второй
типовой метод
-


это аутентификация с помощью EAP, которая обеспечивает прозрачный
доступ к услуге и простой доступ для собственных абонентов мобильного
оператора с SIM
-
картами или сертификатами.

3.1.
2

Аутентифкация через Веб
-
портал
.
Веб
-
аутентификация
пост
роена
на взаимодействии третьего уровня (L3 OSI/ISO) с сетью и использует HTTP
до того, как разрешить доступ пользователю. WISPr стандарт (Wireless Internet
Service Provider) также использует HTTP
-
коммуникации с веб
-
порталом для
автоматической аутентификац
ии с пользовательским устройством

без какого
-
либо вовлеч
ения пользователя, рисунок 3.2.


Рисунок 3.2
-

Архитектура аутентификации с помощью веб
-
портала

Данный метод использует WAG в сети Wi
-
Fi, который блокирует все IP
-
коммуникации для неизвестных (новых)

пользователей и перенаправляет все
HTTP
-
сессии на перехватывающий веб
-
портал. Перехватывающий веб
-
портал
отвечает за запрос уникальной информации по доступу у пользователя
34

(логин/пароль и тп) и инициирует фазы аутентификации, авторизации и
аккаунтинга (АА
А) для
аутентификации

пользователя. После успешного
логина WAG извещается об этом ААА
-
сервером. С этого момента
пользователь известен и находится в ААА
-
кэше, и WAG разрешает этому
пользователю отправлять и получать данные. Обычно IEEE 802.11 MAC
-
адрес
поль
зователя (например, МАС смартфона пользователя) также закэширован
на ААА
-
сервере вместе с данными пользовательской аутентификации и
разрешенного сервисного профиля пользователя. Если пользователь покидает
зону покрытия Wi
-
Fi и затем возвращается, пользоват
ельское устройство
будет распознано шлюзом WAG по МАС
-
адресу и автоматически
аутентифицировано по закешированной записи на ААА. Поэтому
пользователю не надо постоянно заходить на веб
-
портал и повторно
выполнять
аутентификацию

после потери сети Wi
-
Fi. Этот
метод
кеширования МАС
-
адреса также называется TAL (Transparent Automatic
Logon), WAG присоединяется на втором уровне.

Устройства с SIM
-
картой используют данные SIM для
информационного обмена внутри сообщений EAP, и эта информация
проксируется ААА
-
сервером
к домашнему HLR (Home Location Register)
мобильного оператора пользователя для фактической
аутентификации
. В
таком случае используются методы EAP
-
SIM (RFC 4186) и EAP
-
AKA (RFC
4187) для энкапсуляции данных в зависимости от типа SIM
-
карты и
возможностей HLR
. Очевидно, такой подход требует обеспечения соединения
между ААА
-
сервером и HLR или HSS (Home Subscriber Server),

рисунок 3.
3
.


Рисунок 3.
3

-

Архитектура ЕАР
-
аутентификации

Для пользователей с устройствами без SIM
-
карты оператор может
использовать специа
льные сертификаты для EAP
-
TLS (Transport Layer
Security) или д
ля иных схожих методов.

35

Последовательность шагов при ЕАР
-
аутентификации


инте
грированным HLR)
.
Помните, что аутентификация на основе EAP дает
значительные преимущества в части безопасности рад
иоканала. В данном
случае аутентификация выполняется на втором уровне и сообщения EAP
могут использоваться для согласования ключей шифрования радиопередачи
по стандарту 802.11i. Такой подход обеспечивает более высокий уровень
безопасности беспроводных комм
уникаций в сравнении с незашифрованным
радиообменом в случае аутентификации через веб
-
портал, а также
обеспечивает предотвращение просты
х атак по спуфингу МАС
-
адресов.

3.2
Хотспот стандарта WiFi следующего поколения

(Hotspot 2.0)

В 2010 году Cisco и другие

лидеры индустрии сформировали
специальную группу по разработке стандартов для Хотспотов следующего
поколения (Next Generation Hotspot Task Group) в организации WBA (Wireless
Broadband Alliance). Целью стало направить индустрию по пути создания
общей групп
ы стандартов, названных Hotspot 2.0, и которые смогли бы
обеспечить пользователю опыт, схожий с использованием сетей 3G, а также
сформировать модель межсетевого WiFi
-
роуминга. Результатом работы
данной группы стали рекомендации операторам связи и программа

сертификации Passpoint (Wi
-
Fi Certified Passpoint), стартовавшая летом 2012
года в WiFi Alliance. Эта программа сертификации как сетевого, так и
пользовательского Wi
-
Fi оборудования, сможет гарантировать
интероперабельность по аутентификации и роумингу дл
я операторов и
производителей

оборудования.

SP Wi
-
Fi решение от Cisco c функционалом NG Hotspot дает
возможность операторам лучше управлять и монетизировать их W
iFi
-
сети
операторского класса.

Можно выделить

три основных составляющих архитектуры сети для
Хо
тспотов стандарта WiFi следующего поколения:


-

IEEE

802.11
u
;

-

Wi
-
Fi

Protected

Access

2 (
WPA

2)
Enterprise
;

-

EAP
-
аутентификация
.

3.2.1
Краткое резюме по аутентификации в сетях WiFi
.
Учитывая
дополняющие возможности обоих описанных методов аутентификации,

мобильные операторы, которые разворачивают сети доступа стандарта Wi
-
Fi,
обычно используют как EAP и 802.1x аутентификацию, так и аутентификацию
через веб
-
портал в своих сетях.

Аутентификация

через веб
-
портал используется для привлечения
гостевых пользова
телей по отношению к данной сети и тех, которые не имеют
отношений с данным оператором связи. Такая схема дает возможность
использования обычных распространенных приложений, как, например,
платежи с помощью пластиковых карт, ваучеры и смс
-
пароли. Это прино
сит
дополн
ительный доход от Wi
-
Fi сетей.

36

EAP
-
аутентификация в основном нацелена на устройства с SIM
-
картой
оператора. Данная модель обеспечивает прозрачную аутентификацию и
безопасные коммуникации без больших усилий со стороны пользователя
(только в первый

раз необходимо выбрать или настроить идентификатор
правильной сети WiFi
-
стандарта и далее данный профиль будет
использоваться устройством автоматически). В реальной жизни
использование EAP
-
SIM и EAP
-
AKA методов ведет к значительно более
высокому уровню ис
пользования сети Wi
-
Fi пользователями и таким образом
обеспечивает значительно более высокие уровни экономии на выводе трафика
данных из мобильной сети в Wi
-
Fi (оффл
оад) для мобильного оператора.

С появлением пользовательских устройств, сертифицированных п
о
Passpoint, операторы смогут упростить доступ в сеть Wi
-
Fi еще более
значительно. Устройствам с поддержкой стандарта IEEE 802.11u не нужны
никакие воздействия со стороны пользователя для присоединения к сети Wi
-
Fi
(в отличие от обычных устройств, где необ
ходимо выбирать SSID и тп).
Межоператорские роуминговые соглашения на базе рекомендаций


NG
Hotspot (WRIX/WLAN Roaming Inter
-
Exchange)) дают возможность
устройству с 802.11u выбрать правильный SSID автоматически, даже если
пользователь находится в чужой се
ти (но имеющей роуминговое соглашение с
домашним оператором пользователя и также поддерживающей 802.11u, прим.
Wi
-
Life
.
ru
).

3.3
Выделенный элементы PCEF

В сценарии использования выделенного PCEF

(Policy and Charging
Enforcement Function)

шлюз WAG настраива
ется для отправки
пользовательского трафика данных к PCEF для интеграции с PCC. В то же
время трафику, который не требует контроля по политикам (трафик гостевых
пользователей, трафик в схеме перепродажи, трафик пользователей с
одноразовыми ваучерами и т
.
п
.
), может предоставляться прямой маршрут в
Интернет,
рисунок 3.
4
.


Учитывая, что для PCEF необходимо уметь находить соответствие
между идентификатором пользователя и соответствующим потоком данных,
проходящим через PCEF, то возникает требование наличия меха
низма,
который бы синхронизировал идентификатора пользователя с IP
-
адресом
подписчика (так, чтобы отдельные пакеты данных могли быть ассоциированы
с конкретным потоком данных пользователя и могли обрабатываться в
соответствии с этим). Обычно функция прокси
рования RADIUS
-
сообщений
используется на PCEF для создания информационной базы пользовательских
сессий, основываясь на атрибутах, включенных в сообщения аккаунтинга,
приходящие от шлюза доступа по конкретному пользователю.

Если используется данная модель,
то необходимо гарантировать
оператору, что вся обязательная информация, необходимая для PCEF,
включена в RADIUS
-
сообщения от шлюза доступа или проксируется через
37

ААА
-
сервер, где уже необходимые атрибуты добавляются в сообщение. В

дополнение

к

IP
-
адресу

пол
ьзовательской

сессии

обычно

требуются
:

-

IMSI

(
International

Mobile

Subscriber

Identity
);

-

MSISDN (Mobile Station International Subscriber Directory Number);

-

APN

(
Access

Point

Name
).


Рисунок 3.
4

-

Архитектура с выделенным PCEF

3.4

Туннели GTP в сторон
у традиционного GGSN

Если PCEF является интегральной частью GGSN, тогда опция
перекладки WiFi
-
сессий в GTP
-
туннели (пакетный протокол передачи данных,
PDP
-
контекст) может предложить наилучшее решение для интеграции PCC. В
данном случае трафик, который не п
ринадлежит мобильным абонентам
оператора и который, таким образом, не может быть обработан на GGSN,
перенаправляется напрямую в Интернет,
рисунок 3.
5
.


Данная модель решения однозначно требует поддержки GTP на WAG.
Важно также обеспечить доступность требуе
мых


атрибутов в запросе PDP
-
контекста, которые обязательны для PCC
-
системы оператора. Как уже
говорилось ранее, эти атрибуты обычно включают IMSI, MSISDN, профиль
QoS, APN,

Важно понимать, что даже несмотря на то, что все сессии (3G и Wi
-
Fi)
контролируют
ся на GGSN, данное решение не поддерживает прозрачный
хендовер IP
-
сессий между Wi
-
Fi и 3G радиосетями. Это происходит из
-
за
того, что Wi
-
Fi и 3G контексты PDP являются индивидуальными сессиями и
пользователькое устройство может открыть их одновременно. К с
ожалению,
38

стандарт 3GPP не предлагает механизма, который бы гарантировал, что один
и тот же GGSN выбран для обоих контекстов PDP.


Рисунок 3.
5


Архитектура GTP
-
к
-
Традиционному GGSN

3.5

PCC Интеграция

При выполнении PCC интеграции не
обходимо понимать след
ующее:

-

о
писанные опции применимы и необходимы для 3G. Позже будет
показано, что LTE предоставляет интеграци
ю в EPC и, таким образом, в PCC;

-

к
ритически важно, чтобы WAG мог предоставлять всю необходимую
информацию для тарификации (это особенно важно с у
четом того, что
некоторые из требуемых атрибутов не являются частью EAP
-
аутентификации
и их необходимо получать отдельно, если необходимо, например, MSISDN,
профиль QoS и, опционально, характеристики тарификации 3GPP)
;

-

о
бычно PCEF не обслуживает трафик п
ользователей, которые не
являются мобильными абонентами оператора (не
-
SIM абоненты). Такой
трафик отправляется напрямую в Интернет. Если таким сессиям необходим
полисинг и применение функций тарификации, то это обычно выполняется на
WAG и системах обеспече
ния сети Wi
-
Fi.

3.6

LTE

До того как будет представлена третья функция архитектуры WiFi
-
оффлоада
-

хендовер сессии,


будет показан сценарий интеграции PCC в LTE.
Это позволит позже разобраться с мобильностью пользовательских сессий и
их центр
ального контрол
я и терминации.

3GPP TS 23.402 описывает интеграцию доверенной и недоверенной не
-
3GPP сетей IP
-
доступа с EPC. Стандарт допускает, что сеть стандарта Wi
-
Fi
является допустимой сетью доступа, как любая другая сеть доступа на базе
39

3GPP. Это позволяет оператор
ам использовать стандартные компоненты EPC
для интеграции и, таким образом, помогает гарантировать хороший уровень
интероперабильности ме
жду различными типами доступа.

Как упоминалось ранее, документ концентрируется на доверенной части
архитектуры. Для отп
равки трафика Wi
-
Fi к EPC определены два интерфейса,
и оба терминируют сессии Wi
-
Fi на шлюзе пакетных данных (P
-
Gateway),
рисунок 3.
6
.


Рисунок 3.
6



3GPP
-
архитектура для инте
грации не
-
3GPP IP
-
доступа с EPC

Опция S2c

Интерфейс S2c основан на дву
хстековом мобильном IPv6 протоколе
(DSMIPv6/Dual
-
Stack Mobile IPv6) и требует специальной поддержки на
стороне оборудования пользователя. DSMIPv6 создает туннельное соединение
между пользовательским устройством и P
-
GW, который используется для
пересылки вс
его трафика к
-

и от устройства пользователя. P
-
GW отвечает за
назначение виртуальных IP
-
адресов для туннеля в процессе его установки.
Этот IP
-
адрес из того же IP
-
пула, который используется для LTE
-
сессий.
Учитывая, что весь трафик к
-
/от пользовательскому у
стройству отправляется
через туннель, то P
-
GW имеет полную картину трафика пользователя и может
применять функции PCC или другие требуемые функции идентично тому, как
это делается с сессиями LTE,
рисунок 3.
7
.

40


Рисунок 3.
7



3GPP
-
архитектура для интеграции

не
-
3
GPP IP
-
доступа с EPC.
Опция S2a

Другая опция, показанная на рисунке
3
.7
, говорит о выборе интерфейса
S2a для пересылки трафика из сети Wi
-
Fi к EPC. Этот интерфейс основан на
протоколе PMIPv6 (Proxi Mobile IP v6). Так же, как и S2c, этот интерфейс
терм
инируется на P
-
GW и обеспечивает получение полной картины
пользовательского трафика. Отличие между двумя описанными интерфейсами
состоит в том, что PMIPv6 не требует внесения каких
-
либо изменений в
пользовательское оборудование. WAG в доверенной не
-
3GPP IP
-
сети
предоставляет функции мобильного IP (Mobile IP) прозрачно для клиента.
WAG формирует туннель, запрашивает IP
-
адрес от P
-
GW и затем ассоциирует
этот IP
-
адрес с сессией Wi
-
Fi. В данном случае пользовательское устройство
получает IP
-
адрес из пула P
-
GW,
но это не некий виртуальный адрес, а IP
-
адрес, который физически используется радиоинтерфейсом Wi
-
Fi на
устройстве пользователя,
рисунок 3.
8
.


Были представлены для метода интеграции: через S2a и через S2c.
Каждый метод имеет различные показания к использо
ванию. Модель на
41

основе S2c требует внесения изменений в пользовательское оборудование,
таким образом, это метод с вовлечением клиента. Такой метод может быть
весьма не тривиальным при применении в мобильной сети, т.к. потребует
установки специального прог
раммного обеспечения на клиентское устройство
(это может быть специальное приложение, поддерживающее DSMIPv6 прим.
Wi
-
Life.ru). При этом мобильный оператор должен обеспечить, что такое
приложение сможет работать на большом количестве мобильных устройств и
операционных систем, а также обеспечить возможность загрузки новых
версий данного ПО впоследствии. Также важно замотивировать
пользователей использовать такое ПО.


Рисунок 3.
8



Архитектура LTE

Подход с использованием интерфейса S2a обходит проблему
необх
одимости применения специально клиентского ПО. Но возникает
ситуация, когда оператор теряет контроль активации Wi
-
Fi сессии и хендовера
сессии на пользовательском устройстве. Потеря такого контроля может вести
к непредсказуемому поведению клиентского устро
йства в процессе
переключения с сети доступа 3GPP в сеть Wi
-
Fi и обратно. На рисунке
3.
14
представлен


вход в сеть, как определено в 3GPP. Доверенная не
-
3GPP сеть IP
-
доступа представлена сетью Wi
-
Fi с WAG, как часть этой сети. Для более
детального описания

Call Flow см. 3GPP TS 23.402.

42

3.7

Хендовер
ы


3.7
.1
Хендовер

между радиоинтерфейсами WiFi и мобильной сети
.
До
начала анализа различных методов хендовера важно разобраться с терминами,
которые используются в этом контексте. Особенно важно понимать, что так
ое
хендовер сессии и какие типы хендовера могут использоваться в зависимости
от тр
ебования мобильного оператора.

В мобильных сетях (с передачей данных) хендовер является одной из
важнейших процедур
-

когда пользователь перемещается из зоны действия
одной р
адиостанции к другой (чаще всего речь о мобильных базовых
станциях или точках доступа WiFi
-
стандарта, прим. Wi
-
Life.ru). Процедура
хендовера описывает поведение сети когда пользователь переключается с
одного типа радио на другой (например с
3G на Wi
-
Fi).

Н
а сегодняшний день несколько типов хендоверов могут
использоваться. Выбор какого
-
либо конкретного типа в сети мобильного
оператора должен подразумевать необходимый баланс между ожиданиями
пользователей и сложностью архитектуры решения.

Типы хендоверов:

-

б
ез постоянной поддержки IP
-
адреса (хендовер связности с сетью)
;

-

с постоянной поддержкой IP
-
адреса (IP
-
хендовер)
;

-

с
ессионный хендовер (прозрачный хендовер)
.

Хендовер

без постоянной поддержки IP
-
адреса
: к
огда пользователь
присоединяется к сети стандарта
Wi
-
Fi, то он прозрачно аутентифицируется и
получает новый IP
-
адрес от сети Wi
-
Fi. Все новые коммуникации
пользователя могут использовать этот новый назначенный IP
-
адрес как
источник. Все ранее установленные TCP и/или UDP соединения в сети 3G,
тем не менее,

могут продолжаться через сеть 3G. Если логика,
имплементированная в пользовательское устройство, подразумевает
отключение 3G интерфейса (например, в случае входа в WiFi
-
сеть, устройство
может принудительно отключать пакетную часть 3G, прим. Wi
-
Life.ru), т
огда
уже установленные соединения должны будут автоматически
переустановиться через сеть стандарта Wi
-
Fi, но с использованием нового IP
-
адреса.

Хендовер

с постоянной поддержкой IP
-
адреса
: Когда пользователь
присоединяется к сети стандарта Wi
-
Fi, то пользов
ателю будет назначен тот
же IP
-
адрес, который он использовал в 3G или LTE сети. Если установленные
TCP и/или UDP соединения связаны с физическим интерфейсом (учитывая
обычную модель имплементации стека TCP/UDP на пользовательском
устройстве), тогда


эти со
единения все равно будут автоматически
переустановлены через Wi
-
Fi даже с учетом использования одного и того же
IP
-
адреса.

Сессионный хендовер
: д
анный тип подобен IP
-
хендоверу, но он должен
происходить во временном интервале, позволяющем работать медийным
приложениям реального времени (Голос/VoIP, Потоковое видео и т.п.).
Например, используя уже установленные сокеты: UDP для медийного трафика
43

и TCP обмена контрольными сообщениями медийной сессии, продолжать этот
процесс без прерывания или деградации в уровн
е услуги, заметной для
пользователя, когда мобильное устройство переключается между Wi
-
Fi и 3G.
(Основная идея в реализации быстрого хендовера с использованием одного
IP
-
адреса, но так, чтобы собственные механизмы буферизации в приложении
смогли успеть ком
пенсировать время переустановления UDP и TCP


сокетов
при переходе из 3G в Wi
-
Fi и наборот, прим. Wi
-
Life.ru).

Важно знать, что бесшовный хендовер может быть получен только во
взаимодействии с устройством пользователя (когда сеть может
взаимодействовать с
мобильным устройством, прим. Wi
-
Life.ru). Для этого
необходимо проводить модернизацию существующего программного
обеспечения клиентских устройств. Как минимум, необходимо ПО для
формирования виртуального интерфейсного адаптера для маскирования
структуры фи
зических интерфейсов для сокетов TCP и UDP.

3GPP определяет механизмы хендоверов для доверенной сети стандарта
Wi
-
Fi только как части LTE
-
архитектуры. Для недоверенной сети Wi
-
Fi
варианты существуют как для 3G, так и для LTE.

3.7
.2

Хендоверы на основе S2a
(без клиента/clientless)
.

Преимущество

PMIPv6, как протокола для S2a интерфейса, состоит в том, что этот протокол
был разработан для мобильности IP
-
трафика, обеспечиваемой сетью. Таким
образом, он может обеспечить, без улучшений на стороне клиента, хендове
р
IP
-
адресов между различными типами доступа. В данном дизайне P
-
GW
отвечает за закрепление и контроль сессии, назначение IP
-
адресов и
переключение PMIPv6
-

или GTP
-
туннелей между различными шлюзами
доступа в случае необходимости хендовера. Такие шлюзы дост
упа должны
поддерживать функцию MAG (Mobile Access Gateway)


для обеспечения всех
функций мобильного IP
-
узла.

Хотя хендовер на основе S2a выполняется без клиента, помните, что
основные проблемы хендовера между Wi
-
Fi и 3G лежат в плоскости
присутствия двух
радиоинтерфейсов на устройстве пользователя и роли
пользовательского устройства при принятии решения о выполнении
хендовера. Из
-
за этих двух факторов сеть ни при каком условии не может
самостоятельно гарантировать, что пользовательское устройство используе
т
корректный радиоинтерфейс. Определение того, что считать
подходящим/корректным интерфейсом, может меняться от оператора к
оператору.

Также на пользовательском устройстве стек TCP/IP должен быть связан
с двумя физическими радиоинтерфейсами, которые могут
со временем иметь
идентичные IP
-
адреса. В дополнение к этому в некоторых вариантах
имплементации стека TCP/IP сокеты приложений могут быть связаны с
каким
-
либо физическим интерфейсом. Таким образом, когда
пользовательское устройство или приложение переключ
ается между
интерфейсами, то сессии приложения должны быть прерваны и может
потребоваться переустановка сессий через новый интерфейс.

44

С учетом всех представленных зависимостей архитектура на основе
PMIPv6 не может гарантировать (без участия пользовательско
го
оборудования) прозрачный хендовер для всех типов пользовательских
устройств. Такая ситуация может быть существенно улучшена с помощью
установки на пользовательское устройство правильно спроектированного
менеджера соединений, использующего виртуальные ад
аптеры (чаще всего
такой менеджер является частью специализированного мобильного
приложения, прим. Wi
-
Life.ru).

3.
7
.3

Хендоверы на основе S2с (с участием клиента/client
-
based)
.
Для
интерфейса S2c 3GPP использует протокол DSMIPv6, разработанный IETF,
между
устройством пользователя и P
-
GW, работающего точкой привязки
сессий. Находясь в не
-
3GPP сети, мобильное устройство формирует DSMIPv6
к подходящему P
-
GW и ему назначается виртуальный IP
-
адрес, который затем
используется для коммуникаций приложений. 3GPP рас
сматривается как
домашняя сеть, и, таким образом, пользовательскому устройству нет
необходимости устанавливать DSMIPv6
-
туннель к 3GPP сети
.

Хендовер с вовлечением клиентского устройства предоставляет
возможности получить прозрачный сервис без необходимости

переустановления TCP и UDP сессий, т.к. клиентское ПО маскирует все
физические интерфейсы за одним виртуальным адаптером. Все сокеты
начинаются с этого виртуального адаптера, и нет необходимости
перезапускать стек TCP/IP.

3.8

Варианты для хендовера из 3G
в сети стандарта Wi
-
Fi

Хотя эта часть не стандартизована, существует три чаще всего
используемых дизайна для обеспечения хендовера между 3G и Wi
-
Fi сетями
доступа. Все они строятся на присутствии P
-
GW в сети и, таким образом, не
напрямую, но требуют модерн
изации мобильной сети до EPC.

Первый вариант состоит в интеграции 3G
-
сети в EPC, используя SGSN с
поддержкой S4,
рисунок 3.
9
.

Эта опция строится на возможности применения P
-
GW для управления
3G
-
соединениями с обеспечением хендовера S2a
-
типа.

Второй вариант

состоит в использовании пользовательских устройств с
поддержкой S2c. Такие устройства могут сами открывать DSMIPv6
-
туннель к
P
-
GW через любой тип сети доступа, включая 3G. В таком случае сама сеть
3G не интегрирована внутрь EPC. Однако пользовательские се
ссии сходятся
на P
-
GW и контролируются им для всех типов доступа. Такой подход может
потребовать модернизации систем полисинга и тарификации до стандартов
LTE. Также в данном сценарии параметры 3G QoS не видны на P
-
GW.

Третий вариант состоит в использовани
и S2a
-
интерфейса на
традиционном 3G GGSN. Здесь 3G соединения проходят как PMIPv6 к P
-
GW
и закрепляются на нем. Данный вариант широко не применяется из
-
за
неразвитой поддержки функционала MAG на большинстве GGSN.

45


Рисунок

3.
9

-

Архитектура интеграции 3G
-
с
ети в EPC с использованием
SGSN, поддерживающего S4

3.9

Мобильност
ь между радиосетями. Заключение

Как было показано, здесь хендовер между радиосетями
-


это не простая
задача. Сегодня стандарты существуют и улучшаются, отражая растущий
опыт индустрии. Тем
не менее, полнофункциональный прозрачный хендовер
не получил широкого распространения в реальных сетях.

Основная проблема лежит в пользовательском оборудовании, поведение
которого не предсказуемо. Также варьируются имплементации стека TCP/IP.
Решения о при
соединении к сети и рассоединении с сетью, принимаемое
устройствами различных производителей и различными типами устройств,
варьируются. В общем случае системы клиентских устройств имеют
тендецию быть закрытыми к модификации программного обеспечения уровня

драйверов и поэтому часто не разрешают установку соответствующих
программ/приложений операторами. 3GPP и другие институты
стандартизации (WBA/Wireless Broadband Alliance, OMA/Open Mobile
Alliance) занимаются решением этих проблем с менеджерами соединений
и
централизованных политик оффлоада трафика (на базе ANDSF/Access
Network Discovery and Selection Function), но это требует времени для
широкой адаптации.

3.10

Недов
еренная не
-
3GPP сеть IP
-
доступа

Первые стандарты 3GPP по интеграции WiFi
-
сети позиционирова
ли
WiFi
-
сети как недоверенный доступ. Было множество причин для этого. В
сетях не было безопасной EAP
-
аутентификации, они не имели шифрования и
46

часто принадлежали сторонним провайдерам услуг. Таким образом, стандарт
требовал, чтобы механизмы безопасности б
ыли внедрены напрямую между
оборудованием пользователя и пакетным ядром.

В общем случае архитектура для недоверенного доступа допускает, что
пользователи могут использовать любой тип доступа, к которому они могут
присоединиться. После получения соединения
клиентское ПО (программный
клиент) открывает IP Sec
-
туннель к пакетному ядру, где туннель проходит
аунтентификацию, получает IP
-
адрес. Затем весь трафик перенаправляется в
пакетное ядро. Все функции для PCC могут быть переиспользованы из
существующего паке
тного ядра. Для реализации данного типа доступа в
стандарте была введена функция пакетного ядра TTG (Tunnel Termination
Gateway). TTG отвечает за терминацию туннелей IP Sec и коммутацию
трафика из этих IP Sec
-
туннелей в GTP
-
туннели к традиционным GGSN. В
L
TE
-
архитектуре эта функция является частью функционала
ePDG

[
20
]
.

3.1
1
Femto сети

Фемтосотой

(англ.

Femtocell
)
называется миниатюрная (домашняя,
офисная, т.е. служащая для indoor
-
покрытия) базовая станция сотовой связи
малой мощности, которая подключается
к сети оператора через любой
широкополосный интернет
-
канал (ШПД). Задача фемтосоты


обеспечить
покрытие сотовой связи в радиусе своего действия.

Фемтосота чем то напоминает обычный беспроводной роутер, но
отличается от последнего тем, что работает в лицен
зированном частотном
диапазоне и поэтому может быть предоставлена Вам только сотовым
оператором. В виду этого возможна работа мобильного телефона лишь с
одним оператором сотовой связи, что в свою очередь призывает всех
пользователей в вашем доме переключат
ься на этого оператора. А это очень
неудобно!

Попав в радиус действия фемтосоты (если это не запрещено в
настройках), мобильный телефон автоматически в ней регистрируется. При
этом на телефон приходит SMS
-
сообщение о подключении. Вы точно так же
как и рань
ше можете совершать звонки и принимать вызовы, пользоваться
высокоскоростным 3G интернетом, только при этом сигнал передается с
фемтосоты через широкополосный интернет
-
канал в зашифрованном виде до
шлюза сотового оператора
.

Фемтосота
-

это самонастраивающе
еся устройство, после ее
подключения к ШПД она автоматически подключается к шлюзу фемтосот
оператора, создает защищенное IPSec туннельное соединение, получает
настройки и в течение 10 минут готова к работе. В фемтосоте стоит
технологическая SIM
-
карта, кото
рая отвечает за аутентификацию (именно на
ней прописаны ключи), поэтому не пытайтесь вставить обычную SIM
-
карту,
она не заработает.


Кроме того устройство сканирует эфир и определяет наличие соседних
фемтосот и базовых станций оператора, после чего автомат
ически
47

прописывает их к себе. Поддерживается хендовер (handover


переход
абонента от одной базовой станции к другой без разрыва соединения) при
переходе в зону действия макросоты.


Рисунок 3.1
0



Принцип организации фемто сети

Есть два режима работы фемт
осоты


открытый и ограниченный доступ.
В первом случае, все кто находится в радиусе действия устройства могут
могут пользоваться мобильным телефоном. При ограниченном доступе
разрешено работать только определенным SIM
-
картам, прописанным на
фемтосоте.

Пло
щадь покрытия одной мини
-
базовой станции 100
-
200 кв.м. в
зависимости от геометрии помещения и материалов стен. Это квартира или
небольшой офис. При необходимости можно установить несколько фемто
-
точек и увеличить радиус действия сети.

Модельный ряд фемтосо
т:

-

4
-
8 канальные устройства для домашнего использования (Home
Femto);

-

8
-
32 канальные устройства для малого и среднего бизнеса (Enterprise
Femto);

-

16
-
32 канальные устройства для использования вне помещений
(Outdoor Femto).

Сколько каналов, столько або
нентов одновременно может вести
разговоры или пользоваться интернетом на скорости до 7.2 Мбит/c.

Основное достоинство


подключение к сети сотового оператора через
любой ШПД. Это позволяет организовать с помощью фемтосот покрытие в
местах, где сотового сиг
нала попросту нет, например, в подвальных
48

помещениях кафе и ресторанов, на цокольных этажах офисов, на удаленных
объектах и т. п.

Функционал фемтосоты позволяет организовывать зоны со
специальными условиями тарификации


для этих зон оператор может
предост
авлять скидки на звонки и трафик.

В местах со слабым сигналом в радиусе действия фемтосоты
обеспечивается устойчивая связь и равномерное покрытие, соответственно
уменьшается мощность излучения мобильника, и увеличивается время работы
аккумулятора от 1
-
ой п
одзарядки.

Для корпоративных пользователей будет интересна возможность
организации функционала мини
-
АТС.

Есть правда и неудобства:

-

фемтосота ориентирована на поддержку только 3G сети и если
наружняя макросота ее не поддерживает, разговор прервется;

-

есл
и мобильный телефон не поддерживает 3G, он не сможет
подключиться к фемтосоте.

Можно заключить, что в первую очередь интерес к фемто
-
точкам может
возникнуть у корпоративных пользователей, если оператор предоставит
скидки на голосовой и интернет трафик. Воз
можно, в будущем пригодится
она и для обладателей "умных домов" для управления оборудованием с
установленной микро
-
sim
-
картой.

Конечно же, развертывание "домашних сот" выгодно в первую очередь
самому оператору, это позволяет разгрузить сеть, создав дополни
тельную
адресную ёмкость в местах с максимальной активностью абонентов.

Если на регистрацию базовой станции в среднем тратиться 18 месяцев,
то для фемто
-
баз действует упрощенная процедура регистрации и сроки
сокращены до 3 месяцев. Тем самым можно оператив
но затыкать "дыры".

Но послабления в упрощенной регистрации накладывают свои
отпечатки


это использование только внутри помещений и ограничение по
мощности в 100 мВт. Для Москвы ограничения еще жестче


25 мВт, что
связано с близостью частот 3G и частот,
на которых работает система ПРО.

Для одного голосового соединения требуется ширина канала 70
-
75
Кбит/с. Для разговора 4 человек одновременно потребуется 300 Кбит/c, а для
8


600 Кбит/с. Для Интернет
-
соединения на максимальной скорости для 3G
сети в 7.2 Мб
ит/с потребуется канал сопоставимой ширины


т.е. не менее 7.2
Мбит/с.

Надо так же понимать, что это максимально
-
возможная скорость в
интернет
-
канале и что эта скорость делится на всех пользователей,
подключенных к фемто
-
точке.

Если ШПД обладает недостаточ
ной пропускной способностью и есть
компьютеры в сети способные создавать активный трафик, необходимо
правильно расставить приоритеты (настроить QoS) на пограничном роутере.
Иначе в часы пиковых нагрузок будет деградация голоса и зависания звонков.

Для удов
летворительной работы фемтосоты ШПД должен отвечать
49

следующим требованиям


задержка до шлюза оператора
-

не более 100мс,
джиттер (колебания)


не более 50 мс, потеря пакетов не более 1,5 %.
Проверить эти параметры можно с помощью команды ping.

Ввиду того
факта, что большее время современный человек находится в
здании (в среднем соотношение 80% к 20%) обеспечение покрытия внутри
помещений является чрезвычайно важным моментом. Это может быть с
легкостью достигнуто установкой фемто сот, которые не будут подве
ржены
потерям полезного сигнала из
-
за проникновения через конструкцию строения,
ослабление для макро сот составляет от 16 до 21dB. При использовании
фемто также отпадает вопрос частотного и территориального планирования,
так как зона обслуживания таких со
т не превышает 200 метров, а маленькая
выходная мощность не создает интерференции основной сети.

Процесс запуска в эксплуатацию фемто сот довольно прост, что
несомненно является серьезным преимуществом и состоит из следующих
шагов:

-

покупка и регистрация
;

-

подключение питания и интернет доступа
;

-

процесс самостоятельной настройки
;

-

подключение к контроллеру доступа (
Access

Controller
)
.

Несмотря на всю простоту использования данного решения для
высокого уровня предоставляемых услуг необходимо тщательно
выбрать
место будущей установки соты для обеспечения наилучшего покрытия.
Ключевым моментом здесь является нахождение центральной позиции в
конкретном офисе, так как используются
однонаправленные антенны.

50


4
Экспериментальная часть

4.1 Методика проведения

эксперимента.

Целью эксперимента являлось улучшение уровня принимаемого
сигнала, увеличение скорости передачи данных и снижение уровня
интерференции
внутри

офиса, а также разгрузка секторов основной макро
сети, путем частичного перевода трафика в фемто се
ть.

Первоначально была выполнена установка и наладка контроллера
базовых станций (BSC),с интеграцией в ядро сети (NSS).


Рисунок 4.1
-

Передняя часть контроллера

После этого на территории здания были установлены 4 фемто соты.


Рисунок 4.2
-

Фемто сота I
p
-
Access

Измерения проводились с использованием измерительного комплекса
Nemo Outdoor в состав которого входили:

-

два телефона Nokia C5;

-

GPS приемник;

51

-

ноутбук с установленным прогр
аммным обеспечением Nemo Invex и
Nemo

Analyze
.


Рисунок 4.3
-

Измерите
льный комплекс Nemo Outdoor
:

а
-

телефон

Nokia C5
; б
-

GPS приемник
; в


ноутбук
с установленным
ПО


После установки и настройки фемто сот, но до их запуска были
проведены измерения внутри здания, определены обслуживающие макро
соты, с уровнями обслуживающи
х сигналов RSCP(

received signal code power),
отношением сигнал/шум Ec/N0 и скорости передачи данных.

Дополнительно
были собраны статистические данные обслуживающих секторов для
дальнейшего сравнительного анализа показателей после запуска в эфир фемто
сот.

После запуска измерения были проведены повторно с целью
подтверждения улучшения радио условий внутри помещения.


Рисунок
4.4

Скриншот программы
Nemo

Invex
.
Написание сценария
голосового

вызова

52

Тестовые мобильные станции, подключенные к программному
обес
печению
Nemo

Invex

были принудительно зарегистрированы в сети
UMTS
. Был написан сценарий голосового вызова на тестовый номер с
длительностью 1750 секунд. Столь длительное соединение необходимо для
оценки устойчивости установленных исходящий вызовов, а та
кже является
максимально возможным, так как на сети установлены параметры, по
истечению 1750 секунд (30 мин) автоматически разрывающие вызов. После
этого в сценарии прописан тайм аут в 10 секунд и алгоритм повторяется
вновь.

Для тестирования скорости перед
ачи данных также были написаны
сценарии загрузки файлов с общедоступных
ftp

серверов. Для достижения
максимальных скоростей загрузка проводилась одновременно с нескольких
адресов.
В данном случае длительность активной фазы (загрузка данных)
составляла 180

секунд. Далее происходил разрыв установленных сессий, пауза
в 10 секунд и перезагрузка радио модулей тестовых телефонов. После
происходил повторный запуск сценария.


Рисунок
4.5

Скриншот программы
Nemo

Invex
.
Написание сценария для
тестирования скорост
и загрузки.

Второй этап эксперимента заключался

в обработке полученных
результатов. Оценке подлежали основные показатели

сети
UMTS
, такие как
уровень принимаемого сигнала (
RSCP
),
отношение сигнал/шум (
Ec
/
N
0
)
и
скорость передачи данных (
A
pplication

throug
hput

downlink
).
Сравнивались
значения, полученные при измерениях до включения фемто секторов, со
53

значениями после включения. Оценивались максимальные, минимальные и
средние значения за рассматриваемый период, сведенные в общую
сравнительную таблицу. Для
обработки данных использовалось программное
обеспечение
Nemo

Analyze
.


Рисунок

4.6



Скриншот программы
Nemo

Analyze
.
Значения индикатора

RSCP

до включения фемто

Находясь внутри знания и обслуживаясь секторами основной сети
,

средний уровень
RSCP

имел сред
нее значение
-
100
dBm
.

Это

является
недостаточным для предоставления как голосового сервиса (плохое качество
речи, неразборчивость, эффект металлического голоса и
высокой
вероятность
ю

обрыва установленных соединений), так и для передачи данных
(низкие скор
ости обусловленные высоким уровнем помех и слабым
уровнем
полезного сигнала
).

При аналогичных условиях (нахождение внутри здания), но с
активированными секторами фемто сети уровень
RSCP

улучшился до
-
65
dBm
.

54



Рисунок
4.7


Скриншот программы
Nemo

Analyze
.
Значения индикатора

RSCP

после включения фемто


Рисунок
4.8


Скриншот программы
Nemo

Analyze
.
Сравнительные значения
индикатора

RSCP

(до и после включения фемто)

Из

сравнительного
рисунка

видно улучшение уровня
RSCP

от с
р
едних
значений
-

95

dBm

до
-

65

dBm

в момент активации фемто и переходом на нее
(
HO
)
мо
бильной станции. Зафиксированно улучшение на

30

dBm
.

55


Рисунок
4.9


Скриншот программы
Nemo

Analyze
.
Сравнительные значения
индикатора

Ec
/
N
0

(до и после включения фемто)

Похожая ситуация наблюд
алась и с отношением полезный сигнал/шум.
Значения
Ec
/
N
0

изменились с
-

15

dB

до
-

5

dB
, улучшение составило 10
dB
.
Улучшение радио условий внутри рассматриваемого помещения
положительным образом сказалось на качестве предоставляемых услуг в
целом и ростом

средней скорости загрузки в частности. Это четко видно на
графике, отображающем скорость загрузки в направлении Downlink
(application throughput downlink), где средняя скорость до запуска фемто
составляла 900 kbit/s, после

данное значение выросло до 4

Mbi
t/s, т.е . больше
чем в 4 раза.


56

Рисунок

4.10


Скриншот программы
Nemo

Analyze
.
Сравнительные значения
скорости передачи данных (до и после включения фемто)

Также были разгружены внешние сайты, ресурсы которых больше не
расходуются на абонентов, находящи
хся внутри рассматриваемого здания,
улучшилось покрытие на улице (
outdoor

coverage
).

Таблица

4.
1


Итоговые усредненные данные

Сеть

Ec
/
N
0
(
dB
)

RSCP
(
dBm
)

Application

throughput

downlink
(
kbps
)

Сред

Макс

Мин

Сред

Макс

Мин

Сред

Макс

Мин

Макро

-
15

-
13

-
2
5

-
9
5

-
65

-
115

928

5568

0

Фемто

-
5

-
3

-
12

-
65

-
50

-
82

4024

7312

0

Результаты эксперимента наглядно доказали улучшение радио условий
внутри здания и, как следствие, улучшение качества предоставляемых услуг
сотового оператора.

Средние значения уровня принимаем
ого сигнала
RSCP

улучшились на 30

dBm
, зафиксирован рост средней скорости передачи
данных в 4 раза с 928
kbps

до 4

Mbps
.

Также был осуществлен перевод части
трафика из макро сети в сеть Фемто, опорная сеть была разгружена.


57

Заключение

Стремительный рос
т трафика передачи данных, который согласно
прогнозам компаний Cisco и Ericsson будет только ускоряться, и к 2019 году
вырастет по меньшей мере в 10 раз
,

ставит операторов по всему миру перед
серьезной проблемой: необходимостью постоянного и значительного

расширения существующ
их сетей. Но из
-
за ограниченности

частотного
ресурса

и высоким капиталовложениям
,

необходимо рассматривать и
внедрять альтернативные методы

разгрузки основных сетей
. Некоторые из
них и были рассмотрены в данной работе. Среди них техно
логия WiFi offload
и Femto сети. Данные технологии могут быть рассмотрены отдельно, но для
преодоления возникающих вызовов следует рассматривать их вместе.

Основным преимуществом WiFi offload является возможность
использования нелицензируемого частотного
спектра, а также возможность
заключения соглашений с уже развернутыми WiFi операторами. Это улучшит
интерференционную картину и снизит затраты на расширение основной сети.
Femto сети решают вопрос покрытия внутри зданий, что является очень
важным, так как
больший процент времени абоненты находятся именно в
помещениях. Прос
тота использования, не требующая

процесса планирования
частот, списка соседей и других параметров является ценным свойством
данной технологии и также в значительной степени позволяю переве
сти
трафик из основной сети в Femto, разгрузив при этом первую.

В экс
п
ериментальной части была запущена тестовая Femto сеть,

состоящая из 4 секторов. Проводились измерения уровня принимаемого
полезного сигнала RSCP, отношения сигнал/шум Ec/N0,а также скоро
сть
передачи данных внутри здания до и после запуска Femto сети. Полученные
результаты показали значительное улучшение рассматриваемых показателей,

так уровень RSCP улучшился со средних значений в
-
95dBm до
-
65dBm, а
скорость загрузки увеличилась в 4 раза
с 928 kbps до 4Mbps. Стало
возможным разгрузить внешние сектора путем перевода части трафика в
тестовую сеть, что также улучшило по
казатели основной сети, сохранив столь
ценные

ресурсы и

увеличив покрытие.

Тем самым цели и задачи,
поставленные в начале р
аботы были достигнуты. Сбор данных происходил с
использованием программы

Nemo

Invex
, обработка полученных результатов
осуществлялась программным обеспечением
Nemo

Analyze
.
Статистические
данные реального оператора были собраны с использованием программы

PR
S

Huawei
.

58


Список

литературы

1
E. Dahlman et al, “3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband”,
Academic Press,Oxford, UK, 2007

2
Иванов

В
.
И
.,
Гордиенко

В.Н. и др. Цифровые и аналоговые системы
передачи: Учебник для вузов

/ Под ред. В.И. Иванова.


2
-
е изд.


М.: Горячая
линия


Телеком, 2003.


3
Бабков В.Ю., Вознюк М.А.,Дмитриев В.И. Системы мобильной связи.
-
СпбГТУ.
-
Спб.,1999

4

Вишневский В.М.,Широкополосные

и др. Б
еспроводные сети
передачи информации /

Учебник

/ Под ред.

В.М.Вишневского
-

М.:
Техносф
ера,2005.

5
CDMA:

прошлое, настоящее и будущее /

Под ред. Проф.
Л.Е.
Варакина
и проф. Ю.С. Шинакова.
-
М.:МАС.
-
2003.

6

Cisco: в ближайшие 5 лет мобильная передача данных может вырасти
почти в 10 раз
//

Интернет
-
страница компании «
Cisco Systems, Inc.
»,
URL
:
http://www.cisco.com/web/RU/news/releases/txt/2015/02/020515a.html

(дата
обращения:

27.02.2015)

7

Архитектура оффлоада трафика мобильных данных через сети
стандарта Wi
-
Fi

//

Ин
тернет
-
страница проекта «
Wi
-
Life.Team
»,
URL
:
http://www.wi
-
life.ru/stati/wi
-
fi/texnicheskie
-
stati/mobile
-
data
-
offload
-
architecture
-
via
-
sp
-
wifi


(дата обращения:

15.0
5
.2015)

8
Коньшин С.В. Подвижные телекоммуникационные радиосистемы:
Учебное пособи
е.
-

Алматы: АИЭС, 2003.

9
Lee W.C. Y. Mobile cellular telecommunications systems.
-

How
ard W.
Sam’s & Co., 1989.

10
Masaharu Hata. Empirical formula
for propagation loss in land mobile
radio services// IEE Tr.
VT
-
29.
-

№3.
-

1980.
-

P.

11
Лившиц Б.С., Пшеничников А.П., Хар
кевич А.Д. Теория телетрафика

М.: Связь, 1979.

12
ETSI Recommendation ETS 300 527, “Handover procedures (GS
M
03.09)”, February 19
95.

13
Быков Р.Н. Исследование возможности разгрузки сетей сотовой
связи с использованием технологии
WiFi

Offload

и
Femto

сетей //
Международный Научно
-
Педагогический Журнал
.
-

Алматы:

ВШК

№4
, 2014г.






59


Приложение

А


Используемые

программы


Рисунок

A
.
1
-

Скриншот окна программы
Nemo

Invex


60


Приложение Б


Используемые программы



Рисунок Б.1
-

Скриншот окна программы
Nemo

Analyze
61



Приложенные файлы

  • pdf 87441267
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий