HetNet – гетерогенные сети (Heterogenic Networks)

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.