 |
Структуры сетей LTE с фемтосотами
|
|
|
|
Для сетей LTE характерна неоднородность их структур. Наряду с обычными макро и микросотами, пикосот в зданиях предполагают широкое использование фемтосот и распределенных антенных систем. Фемтосота (femtocell) ‒ это сота небольшого размера, устанавливаемая в квартире или офисе и обслуживаемая маломощной базовой станцией сотовой связи (мощность передатчика до 20 мВт). Такую станцию называют домашней базовой станцией Home eNodeB (HeNB).
Архитектура сети E-UTRAN с фемтосотами приведена на рис. 1.7[5].
Рис.1.7. Архитектура E-UTRAN с фемтосотами
Так как домашняя базовая станция располагается близко от мобильного терминала, последний работает с пониженной мощностью передатчика и значительно медленнее расходует заряд батареи. Как правило, в пределах комнаты на приемники UE и HeNB приходят радиосигналы с низким затуханием, что обеспечивает высокие отношения сигнал/помеха на входах приемников. Это дает возможность использовать в радиоканале высокоэффективные модуляционно-кодирующие схемы и технологии пространственного мультиплексирования (см. далее 2.3), что позволяют увеличить число подписчиков на высокоскоростные услуги 4G. Фемтосоты также применяют для локального расширения зоны действия сети в зонах сильного затухания сигнала или даже за пределами радиуса действия основной сети.
Фемтосоты отличаются от макро – пикосот разделением абонентов на группы и категории в зависимости от их прав на подключение к HeNB. Есть фемтосоты, доступные для всех категорий абонентов, а есть фемтосоты, доступные только для закрытых групп пользователей CSG (Closed Subscriber Group). Такие фемтосоты подключают только тех абонентов, которые прописаны в их HeNB. Каждой CSG оператор присваивает специальный идентификатор CSG ID. Наконец, есть фемтосоты с гибридным доступом (Hybrid Access). Такие соты доступны всем пользователям, но абонентам, которые в них прописаны (т.е. входящим в соответствующие CSG), предоставляют приоритетное обслуживание.
|
|
|
Следует отметить, что в Rel.10 спецификаций существенно расширены возможности обслуживания абонентов в фемтосотах. Так на рис. 1.7 находящиеся рядом фемтосоты соединены между собой посредством интерфейса Х2, как и макросоты. В Rel. 8-9 этого не было (см. [1, рис. 9.3]). Появление в структуре фемтосот интерфейса Х2 позволяет осуществлять между ними хэндовер, а также балансировку нагрузки.
Существуют 2 разных способа подключения фемтосот к сети. В первом варианте фемтосоты (HeNB) соединены с ядром сети ММЕ/S-GW (ЕРС) через специальный фемтошлюз HeNB GW посредством интерфейсов S1 (рис. 1.7, 1.8).
Рис.1.8. Подсоединение HeNB к ядру сети через фемтошлюз
При этом фемтошлюз обрабатывает только сообщения сигнализации, следующие по сигнальной части интерфейса S1-MME (S1-C), а для трафика (по S1-U) фемтошлюз прозрачен. На уровне протоколов со стороны ММЕ шлюз воспринимается как eNB, а со стороны HeNB как ММЕ. Для обеспечения защиты трафика и сигнальных сообщений на S1 между UE и фемтошлюзом организуют туннель на основе протокола IPSEC, а непосредственно в фемтошлюзе или перед ним размещают шлюз безопасности SeGW.(Security Gateway). Один фемтошлюз может обслуживать десятки и сотни HeNB. Процедуры предоставление услуг при таком способе подключения фемтосот к ядру сети ничем не отличаются от аналогичных процедур в макросотах, за исключением особенностей обслуживания абонентов закрытых пользовательских групп (CSG).
Второй способ подключения фемтосот состоит в использовании локального доступа к IP-сети LIPA (Local IP Access) для передачи трафика непосредственно из HeNB. При этом с ядром сети HeNB связана посредством интерфейса S5 (рис. 1.7), а обмен пакетами трафика с сетью идет через специальный локальный шлюз LIPA L-GW (Local Gateway) (рис. 1.9) [5]. Одновременно с LIPA HeNB поддерживает связь с ядром сети через интерфейс S1 для тех абонентов и соединений, для которых доступ к сети Интернет осуществляют через PDN GW. Спецификации LTE позволяют реализовывать разные сценарии, например, когда абонент скачивает на компьютер интерактивный трафик (файлы из Интернета) через PDN GW, а через LIPA принимает видео из локальной IP-сети.
|
|
|
Рис.1.9. Использование в фемтосети LIPA
Шлюз LIPA L-GW в большинстве вариантов встроен в HeNB, но может представлять собой отдельное устройство и даже принадлежать другому оператору. Интерфейс S5 – это интерфейс, разработанный для туннельного соединения между S-GW PDN GW (рис. 1.1). В структурах с LIPA его используют в основном для сигнального обмена. Если L-GW встроен в HeNB, то HeNB и L-GW могут иметь один IP-адрес. Для защиты информации на S5 применяют протокол IPSEC.
Функциональная структура сети с LIPA показана на рис. 1.10 [6].
Рис.1.10. Передача трафика в фемтосети с LIPA
Трафик через LIPA идет в обход ядра сети, что уменьшает нагрузку на интерфейсы S1-U и S5. Абоненты также могут получить выигрыш за счет снижения тарифов при обслуживании через LIPA. Однако пользователи LIPA должны иметь подписку на эту услугу, что фиксируется в HSS. Фактически абоненты, пользующиеся LIPA, входят в определенные выделенные группы (CSG). Спецификации предоставляют возможность реализовывать LIPA и для абонентов, находящихся в роуминге, но при условии подписки на эти услуги. Пока последняя версия спецификаций LTE Rel.11 не поддерживают хэндовер UE, обслуживаемых через LIPA.
LIPA в фемтосетях можно рассматривать как специально выделенный сценарий более общей технологии SIPTO (Selected IP Traffic Offload), что предусматривает отвод части трафика через локальные точки доступа из различных сот, от пикосот до макросот. Для этого могут быть использованы локальные PDN GW, обеспечивающие кратчайший путь для трафика конкретных UE (рис. 1.11).
Рис.1.11. Вариант реализации SIPTO
Работа над развитием технологий LIPA и SIPTO продолжается. Тенденции их дальнейшего прогресса представлены в рекомендациях [7], а в [8] рассмотрены возможные пути обеспечения мобильности абонентов в этих сетях. Детали структур LIPA и SIPTO и процедур обслуживания абонентов при использовании локального доступа рассмотрены в [6].
|
|
|
Контрольные вопросы к главе 1.
1. Назовите основные элементы структуры E-UTRAN и определите их функциональное назначение.
2. Зачем в структуре E-UTRAN два шлюза? Чем отличаются функции, выполняемые S-GW и PDN GW?
3. Как построены интерфейсы в E-UTRAN для передачи пользовательских сообщений (трафика) и сигнализации?
4. Что такое туннельное соединение? Какие протокольные подуровни в нем используют? Какие функциональные узлы идентифицированы в подуровне IP и в подуровне GTP интерфейса S1-U?
5. В чем состоят структурные различия в передаче пакетного трафика в сетях LTE и GERAN/UMTS?
6. Чем отличаются фемтосети LTE от макросетей?
7. В чем преимущества использования LIPA в фемтосетях?
Технологии в сетях LTE
|
|
|
