Качество восприятия в гетерогенных сетях. HetNet – гетерогенные сети (Heterogenic Networks). Точное определение мест, где необходимы малые БС
Совместное существование различных сетевых технологий (коаксиальный кабель, витая пара(10,100 и 1000 Мбит/с)) ставит задачу их совместного использования в одной сети. Для этой цели используется новый тип сетевых устройств – коммутаторы (Switch Ethernet) .
Структурированные ЛВС строятся с использованием коммутаторов рабочих групп, то есть устройств имеющих 12-24 порта 10Base-T и 1-2 порта 100Base-T. Такие коммутаторы обеспечивают скоростной доступ, без ожидания каждому клиенту к общим ресурсам.
Увеличить число рабочих станций в сети, можно используя стековые концентраторы. При этом они могут быть объединены как через общие устройства управления, так и в цепочку. Достоинство второго решения – повышенная надежность. MAC адреса – адреса сетевых адаптеров (Media Access Control) . (10+100) – обозначения коммутатора.
Дальнейшее развитие технологии Switch Ethernet привело к появлению коммутаторов позволяющих подключать к порту рабочие станции, работающие как со скоростью 10 Мбит/с, так и 100 Мбит/с. Это достигается с помощью использования механизма Auto-Negotiation (переговоры) или Auto-Sensive. Коммутаторы 10/100 могут использоваться как коммутаторы рабочих групп, так и самостоятельно. Их достоинством является способность передавать данные только на указанный порт, не блокируя среду передачи.
Внутренняя таблица адресов:
| Адрес | Порт |
| A | 1 |
| B | 2 |
| C | 3 |
| D | 4 |
Кроме того, каждый порт коммутатора имеет свой буфер памяти и таблицу адресов (MAC-адресов), с которыми он может взаимодействовать. Этим ограничивается число WS (домен коллизий), которым рабочая станция посылает широковещательные пакеты.
В силу схожести концентраторов и коммутаторов, коммутаторы 10/100 иногда называют коммутирующими концентраторами Switched Hub.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ГЕТЕРОГЕННЫЕ СЕТИ СВЯЗИ В СИСТЕМАХ СЕТЕВОГО
МОНИТОРИНГА
Олимпиев А.А.,
ОАО «Научно-исследовательский
институт «Рубин»,
Шерстюк Ю.М., д. т. н., доцент, ОАО «Научно-исследовательский институт «Рубин», [email protected]
информационная система, объектно-ориентированный подход, обучающиеся автоматы, конечные автоматы, грамматики.
АННОТАЦИЯ
Рассмотрены общие тенденции по развитию отечественных автоматизированных систем управления связью и существующие технологии создания систем данного класса. Выделены недостатки традиционных подходов к созданию информационных моделей, являющихся основой для построения информационных систем и заключающихся в чрезмерном росте содержания и структуры модели представления и хранения информации.
Предложена формальная модель объектного представления гетерогенной сети связи, позволяющая оперативно вычислять интегральное состояние сети связи и ее элементов. Сеть связи представлена в виде коллектива объектов, взаимодействующих посредством передачи сообщений. Каждый объект является экземпляром некоторого класса и представлен в виде конечного автомата со сколь угодно сложным поведением. Содержание модели не зависит от применяемых в сети технологий передачи данных и состава оборудования, что делает ее способной к адаптации к эволюционным изменениям в сети связи.
В качестве метода оптимизации сбора данных мониторинга, предназначенных для актуализации состояния объектной модели, выбран подход, в основу которого положена система обучающихся автоматов. Данный подход позволяет достичь высокой оперативности актуализации состояния объектной модели в условиях отсутствия сведений о инфраструктуре сети за счет адаптации к времени отклика системы.
AUTOMATED CONTROL SYSTEMS
Введение
В рамках создания автоматизированных систем управления связью (АСУС) на оперативно-техническом уровне одной из наиболее актуальных задач, подлежащих решению, является задача адекватного информационного отображения управляемой сети связи как объекта мониторинга и управления (ОМУ). Информационная модель, выступающая в качестве компонента системы поддержки принятия решений в контуре управления, должна отображать состав, связи и характеристики элементов ОМУ, максимально соответствующие текущему состоянию ОМУ и его компонентов.
В настоящее время известны подходы к представлению сетей подобной природы (см. например, ), однако размерность получаемых представлений крайне высока. Кроме того, статический учет всех элементов сети не целесообразен - он крайне ресурсозатратен, и будет дублировать данные, которые можно получить от средств технологического мониторин-
Препятствием к созданию адекватной модели сети связи является существующая несогласованность понятийных и информационных моделей оперативно-технического и технологического уровней управления, заключающаяся в том, что на технологическом уровне элементы сети связи представлены своими информационными базами управления (Management Information Block - MIB) , которые учитывают их специфику в терминах программной и/или аппаратной реализации, а на оперативно-техническом особенности элементов сети связи должны быть «скрыты» от пользователя - сетевой уровень предполагает оперирование понятиями, едиными для однотипного оборудования с разными MIB .
Учитывая, что технологический уровень при создании АСУС является объективно заданным и неизменным, проблема, порождаемая указанным противоречием, не может быть решена в рамках "учетной" информационной модели - она должна быть дополнена неким вычислительным формализмом, в качестве которого может выступать объектная модель представления.
Формальная модель объектного
представления сети связи
Суть вычислительного формализма объектного представления современных сетей связи можно определить следующим образом :
1). Центральным понятием модели является понятие объекта - абстрактной сущности, характеризуемой своими параметрами и поведением:
o =
Параметр состояние объекта может принимать значение из фиксированного множества - {"норма", "авария", "предупреждение", ...}.
2). На множестве объектов существуют следующие отношения:
"целое - часть целого" (Risa);
"поставщик - потребитель" (Ruse);
"взаимодействие" (Rcon). Sd = (O, Risa, Rcon, Ruse),
где Sd - отображение множества отношений на множество объектов.
3). Каждый объект является экземпляром некоего класса. Классы образуют иерархию с возможностью наследования параметров и методов.
V o е O 3 cl е CL: o => cl, где CL - множество всех классов.
4). По своей сути классы и соответствующие им объекты могут быть условно разделены на три группы:
"терминаторы" - узлы графового представления сетей связи;
"коннекторы" - ребра графового представления сетей связи;
"агрегаторы" - абстрактные сущности - логическое объединение объектов в группу с возможностью вычисления ее интегрального состояния.
5). Множество методов объекта имеет отображение на входные сообщения.
К числу входных сообщений относятся: создание/удаление объекта; создание/удаление отношений объекта; изменение состояния взаимодействующих объектов; изменение значений параметров объекта (в том числе параметров функционирования, вычисляемых по данным мониторинга).
6). Объект рассматривается как конечный автомат, способный принимать сообщения и на их основании изменять свое состояние и/или порождать сообщения. Правила перехода и порождения сообщений могут быть сколь угодно сложными.
Функционирование автомата можно записать следующим образом:
st (tm) = v (x, st(ti)), {y} = ф (x, st(ti)), где st - состояние автомата; x - входные сообщения, y -выходные сообщения; x,y с S, где S- множество всех возможных сообщений.
7). В качестве компонента поддержки вычислительной среды выступает "менеджер объектов", который осуществляет следующие действия:
создание и удаление объектов;
анализ поступающих сообщений и передача их объектам-адресатам;
формирование сообщений для создания/удаления отношений над объектами;
формирование сообщений с учетом отношений над объектами.
"Менеджер объектов" может быть представлен как автомат с магазинной памятью:
^o (Q чо, ГМ, Гвх, Гвых, G, Ib),
где Гвх, Гвых с S - грамматики входной и выходной ленты, соответственно; ГМ = Г] с Г2, Г] с S, Г2 = {
Отображение G: Q х Гм х Гвх ^ Q х Гм х Гвых, определяет множество правил переходов между состояниями.
8). Поступающие на вход "менеджера объектов" сооб-
HIGH TECH IN EARTH SPACE RESEARCH
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
щения могут порождаться как реакция на одно из следующих событий:
изменение состояния объекта;
изменение учетных сведений;
обнаружение существенных событий на уровне сетевых элементов.
9). Актуализация состояния сети осуществляется шлюзом взаимодействия средств технологического и оперативно-технического уровней на основании множества существенных событий, происходящих в среде мониторинга.
Множество существенных событий за промежуток времени Д/ на уровне сетевых элементов можно представить следующим образом :
У(Д) = ДВшв(Ы) и УА(Д), где ДБшв - динамика параметров М1В, УА(Д/) - множество внешних воздействий на сетевые элементы, Д1=/к-/к-1 - отрезок времени между опросами средств технологического мониторинга.
ДВШв(Д0 = 1ДП„№, где т = , N = - множество всех сетевых элементов, г = , /р - количество классов оборудования, пг - количество экземпляров данного класса.
Д = ехт.Щ, j=)), 1(])=^](тхп(М]), ф, у, Щ),
где тш(Д/) - минимальное допустимое время опроса >го сетевого элемента, ф - частота опроса сетевого элемента средствами технологического мониторинга, Уj - количество внешних воздействий на j-й сетевой элемент.
Задачу оптимизации Д/ целесообразно решать посредством использования обучающихся автоматов, работу которых можно представить как:
АМ = (Щ С, 2, X, Zo, ДО), где Щ = (^1, м2, ... мп) - вектор памяти, С - матрица штрафов, 2 - оператор случайного управления,X- вектор управления, X = 2(Х-ъ ДХ), X = <Д/, П>, О" =Ф(Пшв), - условия, назначенные системой верхнего уровня или оператором, ДО, = Д^ь ДD(Xг-1), 2о).
На основании У(Д/) шлюз формирует множество сообщений, которые поступают на входную ленту менеджера объектов.
Заключение
Благодаря наличию описанных выше механизмов объектную модель можно образно рассматривать как некую нейронную сеть, в которой внешний раздражитель (учетные сведения, данные мониторинга) приводит к созданию/удалению объектов и/или выполнению затухающего процесса возбуждения нейронов, распространяющегося по информационной модели сети - процесс актуализации состояния информационной модели.
Важным результатом использования описанных механизмов является возможность оперативного получения сведений о состоянии не только отдельной единицы оборудования или линии связи, но и интегральную оценку состояния сети связи в целом.
Литература
1. Гребешков, А. Ю. Стандарты и технологии управления сетями связи [Текст] : Рукопись. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 288 с.
2. Шерстюк, Ю. М. Архитектура средств технологического управления телекоммуникациями [Текст] / Ю. М. Шерстюк,
B. Д. Зарипов, М. Д. Рожнов, И. Л. Савельев // Телекоммуникационные технологии. - 2006. - Вып. 2. С. 33-40.
3. Шерстюк, Ю. М. Архитектура и основные направления развития автоматизированной системы управления единой информационно-телекоммуникационной системы [Текст] // Телекоммуникационные технологии. - 2007. - Вып. 3.
4. Олимпиев А. А. Унификация представления сетей связи на основе объектного подхода [Текст] / А. А.Олимпиев, М. Д.Рожнов, Ю. М. Шерстюк // V Санкт-Петербургская межрегиональная конференция «Информационная безопасность регионов России-2007 (ИБРР-2007)», Санкт-Петербург, 2325 октября 2007 г.: Труды конференции. Секция: Информационная безопасность телекоммуникационных сетей. - СПб.: СПОИСУ, 2008. С. 60-66.
5. Шерстюк Ю.М. Предложение по решению задачи актуализации состояния гетерогенной телекоммуникационной сети [Текст] / Ю. М. Шерстюк, А. А. Олимпиев // Вопросы радиоэлектроники. Сер. СОИУ. - 2012. - Вып. 2. С. 5-10.
HETEROGENEOUS COMMUNICATION NETWORKS IN THE NETWORK MONITORING SYSTEM
JSC "Rubin" Research Institute, [email protected]
Sherstyuk Y., Doc.Tech.Sci., docent, JSC "Rubin" Research Institute, [email protected]
In the article are some general trends in the development of network management systems. Considered the traditional approach to the creation of such systems.
A formal model of object representation of a heterogeneous network, which allows quickly calculate the integral state of the communication network and its elements. The communication network is represented as a band machine interacting via messaging.
As an optimization method of data collection for monitoring, intended to update the state of the model is chosen approach, which is based on a system of learning automata. This approach allows us to achieve high efficiency of updating the state of the information model in the
absence of information about the network infrastructure. Keywords: information system, an object-oriented approach, learning automata, finite automata, grammars.
1. Grebeshkov, A 2003, "Standards and technologies of control of communication networks", Moscow, 288 pages.
2. Sherstyuk, Yu 2006, "Architecture of means of technological telecommunication management", Telecommunication technologies, vol. 2, pp.33-40.
3. Sherstyuk, Yu 2007, " Architecture and main directions of development of an automated control system of uniform information telecommunication system", Telecommunication technologies, vol. 3, pp. 5-14.
4. Olimpiyev, A 2008, "Unification of representation of communication networks on the basis of object approach", the V St. Petersburg interregional conference "Information Security of Regions of Russia-2007 (IBRR-2007), pp. 60-66.
5. Sherstyuk, Yu 2012, "Proposal according to the solution of the task of updating of a status of a heterogeneous telecommunication network", Radiotronics Questions, vol. 2, pp. 5-10.
Материал из Википедии - свободной энциклопедии
| Эта статья предлагается к удалению.
Пояснение причин и соответствующее обсуждение вы можете найти на странице Википедия:К удалению/15 декабря 2015 .
|
Гетерогенная компьютерная сеть - вычислительная сеть , соединяющая персональные компьютеры и другие устройства с различными операционными системами или протоколами передачи данных . Например, локальная вычислительная сеть (ЛВС), которая соединяет компьютеры под управлением операционных систем Microsoft Windows , Linux и MacOS , является гетерогенной . Термин «гетерогенные сети» также употребляется в беспроводных вычислительных сетях , где используются различные технологии для подключения. Например, беспроводная сеть, которая обеспечивает доступ через беспроводную локальную сеть и способна обеспечивать доступ, переключаясь на сотовую связь , также называется гетерогенной сетью.
HetNet
Упоминание технологии HetNet часто означает использование нескольких типов узлов доступа в сети беспроводной связи. Глобальная компьютерная сеть может использовать макросоты , пикосоты и/или фемтосоты с целью предоставить зону покрытия в среде с различными типами местности, начиная с открытых пространств и заканчивая офисными зданиями, домами и подземными помещениями. Эксперты в области сотовой связи определяют HetNet как сеть со сложным взаимодействием между макросотами, малыми сотами и, в некоторых случаях, элементами WiFi сети - все эти элементы используются совместно для обеспечения мозаичного покрытия с возможностью передачи обслуживания между элементами сети. Исследование ARCchart прогнозирует, что HetNets позволит стимулировать рынок мобильной инфраструктуры, который оценивается в примерно 57$ млрд. к 2017 году.
Семантика «Гетерогенных компьютерных сетей» в телекоммуникациях
С семантической точки зрения важно заметить, что понятие гетерогенных сетей может иметь различные значения в области беспроводных телекоммуникаций. Например, оно может означать парадигму хорошо интегрированной и повсеместной совместимости между различными протоколами, использующими различные зоны покрытия (см. HetNet ). В других случаях, это может означать неравномерное пространственное распределение пользователей или беспроводных узлов доступа (см. Spatial Inhomogeneity ). Следовательно, использование термина «гетерогенные сети» без контекста может вызвать путаницу в научной литературе во время просмотра работы другими специалистами. Фактически, путаница может усугубиться в будущем, особенно в свете того факта, что парадигма «HetNet» так же может рассматриваться с «геометрической» точки зрения.
См. также
Напишите отзыв о статье "Гетерогенная компьютерная сеть"
Литература
Отрывок, характеризующий Гетерогенная компьютерная сеть
Ростов в кампании позволял себе вольность ездить не на фронтовой лошади, а на казацкой. И знаток и охотник, он недавно достал себе лихую донскую, крупную и добрую игреневую лошадь, на которой никто не обскакивал его. Ехать на этой лошади было для Ростова наслаждение. Он думал о лошади, об утре, о докторше и ни разу не подумал о предстоящей опасности.Прежде Ростов, идя в дело, боялся; теперь он не испытывал ни малейшего чувства страха. Не оттого он не боялся, что он привык к огню (к опасности нельзя привыкнуть), но оттого, что он выучился управлять своей душой перед опасностью. Он привык, идя в дело, думать обо всем, исключая того, что, казалось, было бы интереснее всего другого, – о предстоящей опасности. Сколько он ни старался, ни упрекал себя в трусости первое время своей службы, он не мог этого достигнуть; но с годами теперь это сделалось само собою. Он ехал теперь рядом с Ильиным между березами, изредка отрывая листья с веток, которые попадались под руку, иногда дотрогиваясь ногой до паха лошади, иногда отдавая, не поворачиваясь, докуренную трубку ехавшему сзади гусару, с таким спокойным и беззаботным видом, как будто он ехал кататься. Ему жалко было смотреть на взволнованное лицо Ильина, много и беспокойно говорившего; он по опыту знал то мучительное состояние ожидания страха и смерти, в котором находился корнет, и знал, что ничто, кроме времени, не поможет ему.
Только что солнце показалось на чистой полосе из под тучи, как ветер стих, как будто он не смел портить этого прелестного после грозы летнего утра; капли еще падали, но уже отвесно, – и все затихло. Солнце вышло совсем, показалось на горизонте и исчезло в узкой и длинной туче, стоявшей над ним. Через несколько минут солнце еще светлее показалось на верхнем крае тучи, разрывая ее края. Все засветилось и заблестело. И вместе с этим светом, как будто отвечая ему, раздались впереди выстрелы орудий.
Не успел еще Ростов обдумать и определить, как далеки эти выстрелы, как от Витебска прискакал адъютант графа Остермана Толстого с приказанием идти на рысях по дороге.
Эскадрон объехал пехоту и батарею, также торопившуюся идти скорее, спустился под гору и, пройдя через какую то пустую, без жителей, деревню, опять поднялся на гору. Лошади стали взмыливаться, люди раскраснелись.
– Стой, равняйся! – послышалась впереди команда дивизионера.
– Левое плечо вперед, шагом марш! – скомандовали впереди.
И гусары по линии войск прошли на левый фланг позиции и стали позади наших улан, стоявших в первой линии. Справа стояла наша пехота густой колонной – это были резервы; повыше ее на горе видны были на чистом чистом воздухе, в утреннем, косом и ярком, освещении, на самом горизонте, наши пушки. Впереди за лощиной видны были неприятельские колонны и пушки. В лощине слышна была наша цепь, уже вступившая в дело и весело перещелкивающаяся с неприятелем.
Ростову, как от звуков самой веселой музыки, стало весело на душе от этих звуков, давно уже не слышанных. Трап та та тап! – хлопали то вдруг, то быстро один за другим несколько выстрелов. Опять замолкло все, и опять как будто трескались хлопушки, по которым ходил кто то.
Гусары простояли около часу на одном месте. Началась и канонада. Граф Остерман с свитой проехал сзади эскадрона, остановившись, поговорил с командиром полка и отъехал к пушкам на гору.
Вслед за отъездом Остермана у улан послышалась команда:
– В колонну, к атаке стройся! – Пехота впереди их вздвоила взводы, чтобы пропустить кавалерию. Уланы тронулись, колеблясь флюгерами пик, и на рысях пошли под гору на французскую кавалерию, показавшуюся под горой влево.
Гетерогенная сеть строится из подсетей, работающих в разных стандартах, по разным технологиям. При этом все они образуют единую интегрированную среду, где обеспечен бесшовный незаметный для пользователя переход из одной подсети в другую. То есть, гетерогенная сеть функционирует, как единая система.
По оценкам Ericsson, к 2018 году 30% населения земного шара будет проживать в городах и метрополиях, которые занимают лишь 1% территории планеты. На этом 1% будет генерироваться 60% мирового мобильного трафика, который, как ожидается, вырастет в 10 раз по сравнению с 2014 годом. С другой стороны, уже сегодня около 70% всего трафика по передаче данных генерируется внутри помещений. Сопоставив эти две тенденции, становится очевидным, что требования к пропускной способности сетей в крупных городах стремительно растут, как растут и ожидания потребителей относительно скорости и надежности передачи данных. Перед телекоммуникационными компаниями встает задача создания сетей, которые были бы интегрированы на самых разных уровнях, сочетали различные стандарты и технологии, обеспечивая бесшовный переход из одного стандарта к другому, от одной технологии к другой. Такие сети должны не просто сочетать разные стандарты (от GSM до LTE), но и обеспечивать полное взаимодействие между различными сетевыми уровнями, а также сетями, построенными на разных технологиях радиодоступа. Именно такие сети получили название гетерогенных.
«Все сети с момента появления базовых станций различной мощности (макро-микро-пико) и различных стандартов (2G-3G-4G) по факту являются гетерогенными, – рассуждает ведущий эксперт по планированию и развитию радиосети «Вымпелкома» Эдуард Илатовский. – Со временем это понятие трансформировалось, и сейчас гетерогенные сети обозначают совсем другой уровень интеграции и взаимодействия различных стандартов и уровней сети, чем это было 10-15 лет назад».
В качестве одного из наиболее показательных и сложных проектов гетерогенной сети компания «Мегафон» называет строительство инфраструктуры в рамках подготовки к Олимпийским играм в Сочи. «На небольшой территории олимпийского парка нужно было обслуживать абонентов на больших стадионах, в самом парке постоянно находился обслуживающий персонал, гости и участники Олимпиады. Все это было увязано с сетью в остальном городе, обеспечивая бесшовные переходы при попадании в олимпийский парк и выходе из него обратно в город, – рассказывает директор по инфраструктуре «Мегафона» Александр Башмаков. – Такой фрагмент сети дал неоценимый опыт инженерам компании, чтобы подобные участки сети появились и в остальных городах, прежде всего в двух столицах».
Гетерогенные сети не просто позволяют операторам наращивать емкость сети, отвечая требованиям абонентов. Подобные решения также являются наиболее экономически целесообразными, так как позволяют операторам решать локальные задачи, не переинвестируя средства в развитие макро-сети.
Строительство гетерогенных сетей
На сегодняшний день любой крупный город может служить примером гетерогенной сети. Специалисты Ericsson разделяют процесс создания гетерогенных сетей на три этапа: улучшение макроуровня, уплотнение макроуровня и введение микроуровня (добавление малых сот).
Наиболее эффективным с точки зрения затрат является наращивание емкости уже построенных базовых станций, поскольку площадки – это одна из основных статей расходов при строительстве сети. Кроме того, подобные решения позволяют сэкономить время, так как не требуется искать место для расположения новых станций. Улучшение существующей сети может быть реализовано за счет добавления новых полос частот, использования новых радиотехнологий на выделенной нижней полосе частот, внедрения LTE и использования различных решений разнесенного приема и передачи, а также программного повышения производительности сетей радиодоступа.
По оценкам Ericsson, на сегодняшний день технология HSPA все еще имеет потенциал увеличения емкости и средней скорости передачи данных, доступной абонентам, обеспечивая при этом высокую надежность соединений и хорошее качество голосовых услуг. Так, улучшение макросети HSPA, без добавления технологии LTE, позволяет повысить ее емкость в 4 раза (с 4G этот показатель возрастает в 10 раз).
Следующий этап наращивания емкости сети – уплотнение макроуровня. Здесь стратегии операторов во многом обусловлены регуляторными требованиями на том или ином рынке. Например, в Северной Америке расстояние между базовыми станциями макросети не должно быть менее 700 метров, в то время как в Восточной Азии и Европе этот показатель зачастую не превышает 200 метров. На сегодняшний день производители предлагают оборудование со сниженными требованиями к плотности размещения (150-200 метров), которое предлагает добиться уплотнения макросети более чем в 10 раз.
После того, как возможности уплотнения макро-сети исчерпаны, перед операторами встает задача установки микро-базовых станций в местах наибольшей концентрации пользователей и трафика – в торговых центрах, на стадионах, вокзалах, в аэропортах. Особую сложность представляют здания, где покрытие также может быть слабым из-за высокого уровня потерь при проникновении сигнала сквозь стены, в офисах или на удаленных площадках, где макро-покрытие очень слабое. В этих случаях операторы устанавливают пико- и фемто- базовые станции, которые обеспечивают локальное покрытие и фактические предоставляют выделенную емкость сети для конкретных пользователей.
Какое именно решение для малых сот подходит в той или иной ситуации, зависит от множества факторов: условия распространения радиосигнала, доступности площадок для размещения базовых станций, наличия транспортных каналов и их качества.
Ведущий эксперт по развитию решений в области мобильного ШПД Ericsson в Северной Европе и Центральной Азии Анна Королёва подчеркивает, что внедрение малых сот также позволяет более эффективно использовать имеющийся в распоряжении оператора частотный ресурс: «При должном координировании не требуется выделение частотного ресурса под малые соты, что позволяет обслужить большой объем трафика, используя ту же ширину полосы и повышая спектральную эффективность сети в целом. Кроме того, улучшается и скорость передачи данных на краю соты, а значит и пользовательский опыт».
Как правило, операторы устанавливают малые соты стандарта HSPA, т.к. наибольшая нагрузка приходится на смартфоны, работающие именно в этом стандарте, в то время как количество устройств с поддержкой LTE пока невелико (и едва ли стремительно увеличится в ближайшее время). Еще один способ расширения сети на микроуровне – строительство интегрированных сетей Wi-Fi, которые, помимо улучшения качества связи, также позволяют увеличить общую производительность сети за счет передачи части мобильного трафика в сети Wi-Fi.
В России концепция малых сот пока не получила широкого распространения в силу регуляторных требований, а также технологических трудностей, связанных с реализацией подобных проектов. Однако операторы убеждены в необходимости развития малых базовых станций различных мощностей и различных стандартов для создания многоуровневых интегрированных сетей. «В нашем портфеле есть наработки для применения этих решений как в макросетях при планировании регулярной сети, так и для точечного улучшения покрытия у корпоративных клиентов, и даже для выхода на рынок B2C с оборудованием для создания фемто-покрытия малых офисов и домашнего использования, – рассказывает Эдуард Илатовский из «Вымпелкома». – Какие из наработок будут реализовываться и в какие сроки, зависит, в первую очередь, от востребованности тех или иных услуг рынком».
Выбор вендора
Учитывая многоуровневую и многостандартную структуру гетерогенной сети, на первый план выходит обеспечение непрерывного нахождения абонента в этой сети, независимо от того, подключен он к ней через макросоту или малую соту, в каком стандарте она работает и по какой технологии. «По мере того, как сеть становится все более неоднородной, управление трафиком, распределение нагрузки, мобильность между различными уровнями сети приобретают все большее значение, - подчеркивает Анна Королёва из Ericsson. – Только общий подход, примененный ко всем уровням и технологиям, позволяет достичь непрерывности в пользовании сетью и добиться максимальной эффективности использования ресурсов».
В связи с этим встает вопрос: возможно ли добиться скоординированности на всех уровнях сети, используя оборудование от разных производителей? Следуя логике можно предположить, что моновендорные сети легче интегрировать. Эдуард Илатовский из «Вымпелкома» подтверждает, что идеальное взаимодействие возможно только в гетерогенных сетях, построенных на моновендорных решениях, однако применение для некоторых уровней сетей оборудования не основного вендора возможно. Это не оказывает негативного влияния на качество макросети, при этом улучшая качество связи внутри зданий или в местах локальной концентрации абонентов.
«К примеру, в сетях «Вымпелкома» базовые станции разных стандартов могут быть от разных вендоров: 2G сеть от вендора 1, 3G сеть от вендора 2, а 4G от вендора 3, и в этих же сетях – пико/фемто уровень может быть организован на оборудовании вендора 4, - рассказывает Эдуард Илатовский. - Это решение вполне реальное и работоспособное, однако для корректного взаимодействия всех уровней и стандартов сети необходима тонкая настройка параметров и наличие автоматизированной системы контроля сети на основе Self Organized Network решений, которая также активно применяется в сети «Вымпелкома».
По его словам, в ближайшее время «Вымпелком» планирует перейти от 3,5-вендорной модели к двухвендорной. По словам Александра Башмакова, «Мегафон» также строит сети на оборудовании различных поставщиков, и его увязка – отдельная техническая задача, с которой приходится сталкиваться инженерам оператора.
На пути к 5G
Развитие гетерогенных сетей не только позволяет обеспечивать необходимую на сегодняшний день емкость и надежность сетей мобильной передачи данных. Несмотря на то, что технологические требования к сетям пятого поколения, как ожидается, появятся только к 2020 году, уже сегодня очевидно, что обеспечить требуемые высочайшие характеристики по скорости, емкости и задержкам можно будет только в гетерогенной сети, одним из основополагающих элементов которой станут малые соты.
«Развивающиеся существующие технологии, такие как, например, LTE и новые типы радиодоступа, будут частью будущей гибкой и динамической системы 5G, – рассуждает Анна Королёва из Ericsson. – В ней будет поддерживаться междоменная интеграция и работа в нескольких технологиях радиодоступа. В этой системе станет возможным достижение очень малых значений задержки, а необходимость увеличения емкости потребует использования более высоких радиочастотных диапазонов по сравнению с теми, что применяются сейчас. И поэтому мы убеждены, что интеграция технологий и координация нескольких уровней, являющиеся ядром концепции гетерогенных сетей сегодня, станут устойчивой платформой дальнейшего развития сетей и позволят операторам максимально реализовать потенциал и использовать возможности будущих технологий».
Для пользователей повсеместный переход на гетерогенные сети останется незаметным. Ему не нужно будет вручную переключаться между стандартами, точками доступа и разными сетями. Поставщик услуг будет делать это автоматически.
Так как спрос на мобильные данные превосходит все ожидания, гетерогенная сетевая архитектура с множеством частотных диапазонов, применением различных технологий радиодоступа и использованием базовых станций с различной величиной зон покрытия, является единственным решением, позволяющим операторам двигаться вперед.
В области телекоммуникаций широко известны пугающие статистические данные, касающиеся спроса на передачу данных, особенно в местах наибольшего скопления людей. Высокий спрос заставляет операторов увеличивать плотность размещения базовых станций (БС) и повышать спектральную эффективность через MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output) и другие LTE технологии. Однако рано или поздно возможность развертывания новых базовых станций достигнет предела из-за переиспользования частот и дороговизны, и их установка станет нецелесообразной в крупных городах. Поэтому возникает необходимость установки точек доступа Wi-Fi , малых базовых станций и других элементы для «заполнения пробелов», образующих вместе гетерогенную сеть (HetNet).
Ключевые технологии HetNet
Одной из ключевых задач является «бесшовная» (незаметная) интеграция малых БС в сети: их установка может оказать негативное влияние на ключевые показатели эффективности, такие как падение скорости передачи в результате интерференции макро и микро БС.
Для разгрузки макро БС потребуется довольно большое количество малых БС, устанавливаемых в местах наибольшего скопления людей, однако требования для их развертывания и затраты могут оказаться невысокими благодаря подведению уже имеющейся на сайте трансмиссии и встроенным источникам питания.
1. Точное определение мест, где необходимы малые БС.
Малые БС эффективны для разгрузки макро БС тогда, когда они устанавливаются в местах крупного скопления людей. Операторы могут создавать карты сетевого трафика путем сбора информации о местоположении микро и макро БС, объеме циркулирующего трафика и местоположении абонентских терминалов (UE) в сети в данный момент. Учитывая размер зоны охвата микро БС, рекомендуемая точность для карты трафика составляет 50 × 50 метров. Операторы могут оценивать эффективность работы микро БС, сравнивая карты трафика, генерируемого до и после развертывания, которые помогут осуществить дальнейшую оптимизацию в будущем.
2. Интегрирование микро БС.
Приобретение целого нового сайта с большим количеством оборудования становится дорогим и неэффективным, что вызывает необходимость развертывания малых БС на опорах и стенах. Для достижения этой цели элементы трансмиссии, блоки питания и защиты от перенапряжения могут быть интегрированы вместе со всем остальным в удобном форм-факторе БС (сферическом или прямоугольном), не превышаем 8 кг (так, что один человек может с легкостью его установить).
3. Гибкая трансмиссия.
Трансмиссия является серьезным вопросом при развертывании микро БС. Для ее подведения может использоваться как фиксированный, так и беспроводной способы.
Волокно является основным средством для БС с фиксированным подведением трансмиссии через соединение типа точка-точка (P2P) или через пассивную оптическую сеть (xPON).
Беспроводное соединение малых БС является более гибким, но менее надежным. Типичными решениями в данном вопросе являются использование микроволн 60 ГГц, LTE TDD, микроволн eBand, или подключение через Wi-Fi, каждое из которых имеет свои преимущества.
Нелицензированные 60 ГГц оказываются выгодными по стоимости, если предполагается передача на короткие расстояния с высокой пропускной способностью; в то время как использование LTE TDD будет эффективным в условиях отсутствия прямой видимости, а Wi-Fi пригодится предоставления недорогих услуг.
4. Использование возможностей SON (самоорганизуемые сети).
Для удовлетворения потребностей в мобильном широкополосном доступе в ближайшие пять лет, количество малых БС должно неизменно превышать количество макро БС. Простое развертывание и техническое обслуживание, которые имеют место в SON, играют важную роль в сокращении затрат на эксплуатацию в долгосрочной перспективе.
Самоорганизующаяся микро БС может автоматически сканировать условия окружающей ее радиосреды, благодаря чему она автоматически планирует и конфигурирует параметры, такие как частота, код скремблирования и мощности передачи. Традиционная БС не может этого делать, и именно поэтому микро БС с функциями SON экономит 15% человеко-часов для планирования сети.
Более того, такая микро БС может автоматически обнаруживать изменения в радиосреде; когда рядом с ней разворачивают еще одну микро БС, она может автоматически оптимизировать параметры сети. Для традиционных сетей оптимизация сети является важнейшей частью обслуживания сети. А когда она становится автоматической, затраты рабочей силы уменьшаются от 10 до 30%.
5. Координация макро-микро БС
Одним из ключевых преимуществ архитектуры HetNet является то, что она позволяет постепенное и гибко наращивать емкость сети, основываясь непосредственно на необходимости, а не на прогнозах. Для Hotspot’ов, встречающихся на территории нечасто, требуется только несколько микро БС, и они могут использовать одни и те же частоты так же, как это делают макро БС. Тем не менее, для уменьшения помех между ними необходима координация. Когда количество трафика в Hotspot увеличивается и развернуто достаточное количество микро БС, инженеры могут гибко распределять несущие среди микро БС, чтобы максимизировать емкость.
При развернутых микро БС их координация с макро БС увеличивает общую пропускную способность соты на 80 - 130%.
Сценарии развертывания
1. Indoor
Indoor-покрытие классифицируется по разделению (множественный или нет) и в зависимости от размера покрытия (малых, средних или больших). Типичным местом для размещения БС с малым и средним размером покрытия и множественным доступом будет жилой дом, супермаркеты, метро и средние конференц-залы, а также другие области с низкими потолками, двигающимися пользователями и с высокими требованиями емкости. К данному типу относят пикосоты LTE и использование Wi-Fi.
Большие многопользовательские Indoor точки доступа включают большие офисные здания, отели и другие места, где наблюдается высокая плотность пользователей с высоким спросом. Однако оба эти требования, и емкость, и востребованность, должны рассматриваться совместно с учетом наличия лифтов и большого количества этажах (по вертикали охват макро БС часто плохой).
2. Outdoor
Outdoor-покрытие делятся на три категории - мелкие, независимые Hotspot’ы ("HotDots"), уличные Hotspot’ы ("HotLines"), и большие зональные Hotspot’ы ("HotZones").
В "HotDot” (кафе) спрос высок, но охват довольно мал, и пользователи в основном находятся на месте. В "HotLine" плотность абонентов и потребности высоки, а охват сравним с городской улицей, причем “HotLine” активно взаимодействует со всеми услугами и бизнесами на этой улице, что должно учитываться при развертывании. "HotZone", как правило, относится к крупным площадям и другим общественным местам, в которых плотность пользователя и спрос высоки, но только при определенных обстоятельствах, которые чаще всего довольно хорошо предсказуемы.
Outdoor-покрытие может использовать микросоты LTE, при чем небольшие соты Indoor-покрытия должны в основном дополнять outdoor-покрытие, используясь с ним в связке.
Заключение
Мобильным сетям будущего понадобятся значительные емкости и пользовательский опыт, и это будет достигнуто именно с помощью HetNet. Микро БС должны быть размещены в местах массового скопления людей и большого количества трафика для разгрузки макро БС. Необходима надлежащая координация: макро и микро БС должны минимально влиять друг на друга. Любая микро-БС должна интегрировать в себе элементы питания, фидер и защиту от перенапряжения, чтобы свести к минимуму требования к месту размещения и затраты на развертывание. Оптимизированное Indoor-покрытие нового поколения должно предусматривать гибкое и универсальное размещение БС, возможности для постепенного наращивания емкости, а также возможности для удаленного обслуживания. Некоторые сценарии развертывания уже готовы, и теперь операторы должны согласовывать их с собственными потребностями.
Подготовил: Романшенков Н.О.