В телекоммуникациях фемтосота — это небольшая маломощная базовая станция сотовой связи , обычно предназначенная для использования дома или в малом бизнесе. Более широкий термин, который более распространен в отрасли, — это малая ячейка , с фемтосотой в качестве подмножества. Обычно она подключается к сети поставщика услуг через Интернет через проводную широкополосную связь (такую как DSL или кабель ); текущие конструкции обычно поддерживают от четырех до восьми одновременно активных мобильных телефонов в жилых помещениях в зависимости от номера версии и оборудования фемтосоты, и от восьми до шестнадцати мобильных телефонов в корпоративных условиях. Фемтосота позволяет поставщикам услуг расширять покрытие услуг в помещениях или на границе соты, особенно там, где доступ в противном случае был бы ограничен или недоступен. Хотя большое внимание уделяется WCDMA , эта концепция применима ко всем стандартам, включая решения GSM , CDMA2000 , TD-SCDMA , WiMAX и LTE .
Использование фемтосот позволяет обеспечить покрытие сети в местах, где сигнал основных сетевых ячеек может быть слишком слабым. Кроме того, фемтосоты снижают конкуренцию в основных сетевых ячейках, формируя соединение от конечного пользователя через интернет-соединение с частной сетевой инфраструктурой оператора в другом месте. Снижение конкуренции в основных ячейках играет роль в дыхании , где соединения разгружаются на основе физического расстояния до вышек сотовой связи.
Потребители и малый бизнес получают выгоду от значительно улучшенного покрытия и мощности сигнала, поскольку у них есть фактическая базовая станция внутри их помещений. В результате того, что мобильный телефон (пользовательское оборудование) находится относительно близко к фемтосоте, он потребляет значительно меньше энергии для связи с ней, тем самым увеличивая срок службы батареи. Они также могут получить лучшее качество голоса (через HD voice ) в зависимости от ряда факторов, таких как поддержка оператора/сети, контракт клиента/ценовой план, поддержка телефона и операционной системы. Некоторые операторы также могут предлагать более привлекательные тарифы, например, скидки на звонки из дома.
Фемтосоты являются альтернативным способом предоставления преимуществ конвергенции фиксированной и мобильной связи (FMC). Отличие заключается в том, что для большинства архитектур FMC требуется новый двухрежимный телефон, который работает с существующими нелицензированными спектральными точками беспроводного доступа для дома/предприятия , в то время как развертывание на основе фемтосот будет работать с существующими телефонами, но потребует установки новой точки доступа, которая использует лицензированный спектр.
Многие операторы по всему миру предлагают услугу фемтосот, в основном ориентированную на бизнес, но также предлагаемую индивидуальным клиентам (часто за единовременную плату), когда они жалуются оператору на плохой или отсутствующий сигнал в их местоположении. Операторы, которые запустили услугу фемтосот, включают SFR , AT&T , C Spire , Sprint Nextel , Verizon , Zain , Mobile TeleSystems , T-Mobile US , Orange , Vodafone , EE , O2 , Three и другие.
В терминологии 3GPP Home NodeB (HNB) — это фемтосота 3G. Home eNodeB (HeNB) — это фемтосота LTE 4G .
Теоретически радиус действия стандартной базовой станции может достигать 35 километров (22 мили), а на практике может составлять 5–10 км (3–6 миль), микросота имеет ширину менее двух километров (1 мили), пикосота имеет ширину 200 метров (218,72 ярда) или меньше, а фемтосота имеет радиус действия порядка 10 метров (10,94 ярда), [1] хотя AT&T называет свой продукт с радиусом действия 40 футов (12 м) «микросотой». [2] AT&T использует «AT&T 3G MicroCell» в качестве торговой марки, а не обязательно технологию «микросоты». [3]
Фемтосоты продаются или сдаются в аренду оператором мобильной связи (MNO) своим частным или корпоративным клиентам. Фемтосота обычно имеет размер домашнего шлюза или меньше и подключается к широкополосной линии пользователя . Существуют также интегрированные фемтосоты (которые включают в себя как маршрутизатор DSL, так и фемтосоту). После подключения фемтосота подключается к мобильной сети MNO и обеспечивает дополнительное покрытие. С точки зрения пользователя, это plug and play , не требуется специальной установки или технических знаний — любой может установить фемтосоту у себя дома.
В большинстве случаев [4] пользователь должен затем указать, каким номерам мобильных телефонов разрешено подключаться к его фемтосоте, обычно через веб-интерфейс, предоставляемый MNO. [5] Это нужно сделать только один раз. Когда эти мобильные телефоны попадают в зону покрытия фемтосоты, они автоматически переключаются с макросоты (наружной) на фемтосоту. Большинство MNO предоставляют пользователю возможность узнать, что это произошло, например, отображая на мобильном телефоне другое имя сети. Затем все коммуникации будут автоматически проходить через фемтосоту. Когда пользователь покидает зону покрытия фемтосоты (будь то во время вызова или нет), его телефон плавно переходит в макросеть. Для фемтосот требуется определенное оборудование, поэтому существующие маршрутизаторы WiFi или DSL не могут быть обновлены до фемтосоты.
После установки в определенном месте большинство фемтосот имеют защитные механизмы, так что об изменении местоположения будет сообщено MNO. Позволяет ли MNO фемтосотам работать в другом месте, зависит от политики MNO. Международное изменение местоположения фемтосоты не допускается, поскольку фемтосота передает лицензированные частоты, которые принадлежат разным сетевым операторам в разных странах.
Основными преимуществами для конечного пользователя являются:
Фемтосоты могут использоваться для обеспечения покрытия в сельской местности.
Органы по стандартизации опубликовали формальные спецификации для фемтосот для самых популярных технологий, а именно WCDMA , CDMA2000 , LTE и WiMAX . Все они в целом соответствуют архитектуре с тремя основными элементами:
Ключевым интерфейсом в этих архитектурах является интерфейс между точками доступа фемтосот и шлюзом фемтосот. Стандартизация позволяет использовать более широкий выбор продуктов фемтосот с любым шлюзом, увеличивая конкурентное давление и снижая затраты. Для обычных фемтосот WCDMA это определяется как интерфейс Iuh. В архитектуре Iuh шлюз фемтосот находится между фемтосотой и базовой сетью и выполняет необходимые преобразования, чтобы гарантировать, что фемтосоты отображаются как контроллер радиосети для существующих центров коммутации мобильной связи (MSC). Каждая фемтосота общается со шлюзом фемтосот, а шлюзы фемтосот общаются с элементами базовой сети (CNE) (MSC для вызовов с коммутацией каналов , SGSN для вызовов с коммутацией пакетов ). Эта модель была предложена 3GPP и Femto Forum. [8] Были выведены новые протоколы ( HNBAP и RUA [9] [Адаптация пользователя RANAP]); HNBAP используется для управления сигнализацией между HNB и HNB-GW [10], в то время как RUA [9] представляет собой облегченный механизм для замены части управления сигнальным соединением (SCCP) и протоколов M3UA в контроллере радиосети (RNC); его основная функция — прозрачная передача сообщений RANAP. [11]
В марте 2010 года Femto Forum и ETSI провели первый Plugfest для продвижения совместимости стандарта Iuh. [12]
Стандарт CDMA2000, выпущенный в марте 2010 года [13], немного отличается принятием протокола инициации сеанса (SIP) для установки соединения между фемтосотой и сервером конвергенции фемтосот (FCS). Голосовые вызовы маршрутизируются через FCS, который эмулирует MSC. SIP не требуется и не используется самим мобильным устройством. В архитектуре SIP фемтосота подключается к базовой сети мобильного оператора, которая основана на архитектуре SIP/IMS. Это достигается за счет того, что фемтосоты ведут себя по отношению к сети SIP/IMS как клиенты SIP/IMS, преобразуя сигнализацию 3G с коммутацией каналов в сигнализацию SIP/IMS и передавая голосовой трафик по RTP, как определено в стандартах IETF .
Хотя большая часть коммерческого внимания, похоже, была сосредоточена на Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), эта концепция в равной степени применима ко всем радиоинтерфейсам. Действительно, первым коммерческим развертыванием был CDMA2000 Airave в 2007 году компанией Sprint.
Фемтосоты также находятся в стадии разработки или уже доступны для коммерческих сетей GSM , TD-SCDMA , WiMAX и LTE .
Функциональность и интерфейсы H(e)NB в основном такие же, как и для обычных базовых станций High Speed Packet Access (HSPA) или LTE, за исключением нескольких дополнительных функций. Различия в основном заключаются в поддержке различий в управлении доступом для поддержки закрытого доступа для жилого развертывания или открытого доступа для корпоративного развертывания, а также функциональности хэндовера для активных абонентов и процедур выбора соты для неактивных абонентов. Для LTE дополнительная функциональность была добавлена в 3GPP Release 9, которая обобщена в. [14]
Размещение фемтосоты имеет решающее влияние на производительность более широкой сети, и это ключевой вопрос, который необходимо решить для успешного развертывания. Поскольку фемтосоты могут использовать те же диапазоны частот, что и обычная сотовая сеть, возникло беспокойство, что вместо улучшения ситуации они могут потенциально вызвать проблемы.
Фемтосоты включают методы подавления помех — обнаружение макросот, регулировку мощности [15] и скремблирование кодов соответственно. Ральф де ла Вега, президент AT&T, сообщил в июне 2011 года, что они рекомендовали не использовать фемтосоты, где уровень сигнала был средним или сильным из-за проблем с помехами, которые они обнаружили после широкомасштабного развертывания. [16] Это отличается от предыдущих мнений, высказанных AT&T и другими.
Хорошим примером являются комментарии Гордона Мэнсфилда, исполнительного директора RAN Delivery, AT&T, выступившего на конференции Femtozone на выставке CTIA в марте 2010 года:
Мы развернули фемтосоты как с каналами скачкообразного изменения для макросот GSM, так и с макросотами UMTS. Помехи не являются проблемой. Мы провели обширные испытания фемтосот в реальных клиентских развертываниях многих тысяч фемтосот, и мы обнаружили, что реализованные методы смягчения успешно минимизируют и исключают помехи. Чем больше фемтосот вы развернете, тем больше помех восходящей линии связи будет снижено.
На Femto Forum есть несколько обширных отчетов по этой теме, которые были подготовлены совместно с 3GPP и 3GPP2. [17] [18]
Цитата из Резюме доклада — Резюме результатов :
Моделирование, проведенное в Femto Forum WG2 и 3GPP RAN4, охватывает широкий спектр возможных сценариев развертывания, включая развертывание общего канала и выделенного канала. Кроме того, исследования рассматривали влияние в различных морфологиях, а также в закрытом и открытом доступе. Ниже приведены общие выводы из исследований:
- 1. При использовании фемтосот в зонах со слабым покрытием или его отсутствием помехи от макро- и фемтосот вряд ли станут проблемой.
- 2. Если фемто-сеть делит канал (совместный канал) с макросетью, могут возникнуть помехи. Однако, если будут приняты методы управления помехами, рекомендуемые Femto Forum, в большинстве случаев возникающие помехи можно будет смягчить.
- 3. Сеть фемтосот, развернутая на соседнем выделенном канале, вряд ли создаст помехи для макросети. Кроме того, влияние макросети на производительность фемтосоты на соседнем канале ограничено отдельными случаями. Если используются методы смягчения помех, рекомендуемые Femto Forum, то влияние еще больше маргинализируется.
- 4. Закрытый доступ представляет собой наихудший сценарий создания помех. Открытый доступ снижает вероятность того, что пользовательское оборудование (мобильные телефоны, 3G-модемы и т. д.) в макросети будет мешать близлежащей фемтосоте.
- 5. Те же выводы были сделаны для исследованных развертываний на частотах 850 МГц (3GPP Band 17) и 2100 МГц (3GPP Band 1).
Выводы являются общими для диапазонов 850 МГц и 2100 МГц, которые были смоделированы в исследованиях, и могут быть экстраполированы на другие мобильные диапазоны. При успешной реализации методов подавления помех моделирование показывает, что развертывание фемтосот может обеспечить очень высокую пропускную способность сетей, обеспечивая от 10 до 100-кратного увеличения пропускной способности с минимальным влиянием мертвой зоны и приемлемым ростом шума.
Фемтосоты также могут создать гораздо лучший пользовательский опыт, обеспечивая существенно более высокую скорость передачи данных, чем можно получить с помощью макросети, и чистую пропускную способность, которая в конечном итоге будет ограничена транзитной связью в большинстве случаев (более 20 Мбит/с в 5 МГц).
Базовые станции точек доступа, как и все другие системы связи общего пользования, обязаны соблюдать требования законного перехвата в большинстве стран.
Другие нормативные вопросы [19] связаны с требованием в большинстве стран, чтобы оператор сети мог точно показать, где находится каждая базовая станция, и с требованиями E911 предоставлять зарегистрированное местоположение оборудования службам экстренной помощи. Существуют проблемы в этом отношении, например, для базовых станций точек доступа, продаваемых потребителям для установки дома. Кроме того, потребитель может попытаться перевезти свою базовую станцию с собой в страну, где она не лицензирована. Некоторые производители используют GPS в оборудовании для блокировки фемтосоты при ее перемещении в другую страну; [20] этот подход оспаривается [ требуется ссылка ] , поскольку GPS часто не может получить местоположение в помещении из-за слабого сигнала.
Базовые станции точек доступа также требуются, поскольку они передают голосовые вызовы, для предоставления экстренной службы 911 (или 999 , 112 и т. д. ), как это происходит с поставщиками телефонии VoIP в некоторых юрисдикциях. [19] Эта служба должна соответствовать тем же требованиям к доступности, что и текущие проводные телефонные системы, например, функционирование при отключении питания. Существует несколько способов добиться этого, например, альтернативные источники питания или возврат к существующей телефонной инфраструктуре.
При использовании домашнего обратного соединения Ethernet или ADSL базовая станция точки доступа должна либо совместно использовать полосу пропускания обратного соединения с другими службами, такими как просмотр Интернета, игровые консоли, приставки и оборудование triple play в целом, либо напрямую заменять эти функции в интегрированном блоке. В подходах с общей полосой пропускания, которые являются большинством проектов, разрабатываемых в настоящее время, влияние на качество обслуживания может быть проблемой.
Использование услуг фемтосот будет зависеть от надежности и качества как сети сотового оператора, так и стороннего широкополосного подключения, а также от понимания абонентом широкополосного подключения концепции использования полосы пропускания различными приложениями, которые может использовать абонент. Когда что-то идет не так, абоненты обращаются за поддержкой к сотовым операторам, даже если основная причина проблемы заключается в широкополосном подключении к дому или рабочему месту. Следовательно, последствия любых проблем широкополосной сети стороннего интернет-провайдера или политик управления трафиком должны очень внимательно отслеживаться, а последствия быстро сообщаться абонентам.
Недавно выявленная ключевая проблема – активное формирование трафика многими интернет-провайдерами на основе базового транспортного протокола IPSec . [ требуется ссылка ]
Чтобы соответствовать требованиям Федеральной комиссии по связи (FCC) / Ofcom к спектральной маске , фемтосоты должны генерировать радиочастотный сигнал с высокой степенью точности. Делать это в течение длительного периода времени является серьезной технической проблемой. Решение этой проблемы заключается в использовании внешнего точного сигнала для постоянной калибровки генератора, чтобы гарантировать, что он сохраняет свою точность. Это не просто (широкополосный транзитный канал приводит к проблемам сетевого джиттера/блуждания и восстановленной точности часов), но такие технологии, как стандарт синхронизации времени IEEE 1588, могут решить эту проблему. Кроме того, некоторые разработчики рассматривают сетевой протокол времени (NTP) в качестве возможного решения для обеспечения стабильности частоты. Обычные (макросотовые) базовые станции часто используют синхронизацию по GPS для синхронизации, и это можно было бы использовать, [20] хотя есть опасения по поводу стоимости и сложности обеспечения хорошего покрытия GPS.
Органы по стандартизации признали сложность этого и последствия для стоимости устройства. Например, 3GPP ослабил точность 50ppb частей на миллиард до 100ppb для внутренних базовых станций в Release 6 и еще больше ослабил до 250ppb для Home Node B в Release 8.
На хакерской конференции Black Hat 2013 года в Лас-Вегасе (штат Невада) трио исследователей безопасности подробно рассказало о своей возможности использовать фемтосоту Verizon для тайного перехвата голосовых вызовов, данных и текстовых SMS-сообщений любого телефона, подключенного к устройству.
Во время демонстрации своего эксплойта они показали, как они могут начать записывать аудио с мобильного телефона еще до начала звонка. Запись включала обе стороны разговора. Они также продемонстрировали, как это может обмануть iMessage от Apple, который шифрует тексты, отправляемые по своей сети, используя SSL, чтобы сделать их нечитаемыми для шпионов, SMS, что позволяет фемтосоте перехватывать сообщения.
Они также продемонстрировали, что можно «клонировать» сотовый телефон, работающий в сети CDMA, удаленно собрав его идентификационный номер устройства через фемтосоту, несмотря на дополнительные меры безопасности, предотвращающие клонирование телефонов CDMA. [21]
Влияние фемтосоты чаще всего заключается в улучшении сотового покрытия, без необходимости сотового оператора улучшать свою инфраструктуру (сотовые вышки и т. д.). Это чистая выгода для сотового оператора. Однако пользователь должен предоставить и оплатить подключение к Интернету для маршрутизации трафика фемтосоты, а затем (обычно) заплатить дополнительную единовременную или ежемесячную плату сотовому оператору. Некоторые возражают против идеи, что потребителей просят платить, чтобы помочь устранить недостатки сети. [22] С другой стороны, домашние фемтосоты обычно предоставляют «личную ячейку», которая дает преимущества только семье и друзьям владельца. [23]
Разница также в том, что в то время как мобильное покрытие предоставляется через подписки оператора с одной бизнес-моделью, фиксированное волокно или кабель могут работать с совершенно другой бизнес-моделью. Например, операторы мобильной связи могут подразумевать ограничения на услуги, которые оператор фиксированной связи может не подразумевать. Кроме того, WiFi подключается к локальной сети, такой как домашние серверы и медиаплееры. Эта сеть, возможно, не должна быть в пределах досягаемости оператора мобильной связи.
По данным исследовательской компании Informa и Femto Forum [24] , по состоянию на декабрь 2010 года 18 операторов запустили коммерческие услуги фемтосот, а в общей сложности 30 операторов взяли на себя обязательство по их развертыванию.
В конце 2011 года поставки фемтосот достигли примерно 2 миллионов единиц, развертываемых ежегодно, и ожидается, что рынок будет быстро расти с отдельными сегментами для потребительских, корпоративных и операторских развертываний фемтосот. [25] По оценкам, поставки фемтосот достигли почти 2 миллионов к концу 2010 года. [26] Исследовательская фирма Berg Insight оценивает, что поставки вырастут до 12 миллионов единиц по всему миру в 2014 году. [27]
В Соединенных Штатах Cellcom (Висконсин) был первым оператором CDMA в США, который стал членом некоммерческой организации, основанной в 2007 году для содействия всемирному развертыванию фемтосот. В 2009 году Cellcom получил первую премию Femtocell Industry Award за значительный прогресс или коммерческий запуск небольшим оператором на Всемирном саммите фемтосот в Лондоне. Дополнительные значительные развертывания в Соединенных Штатах были осуществлены Sprint Nextel , Verizon Wireless и AT&T Wireless . Sprint начал в третьем квартале 2007 года как ограниченное развертывание ( Денвер и Индианаполис ) домашней фемтосоты, созданной Samsung Electronics под названием Sprint Airave, которая работает с любым телефоном Sprint. [28] С 17 августа 2008 года Airave был развернут на общенациональной основе. Другие операторы в Соединенных Штатах последовали его примеру. В январе 2009 года Verizon развернул свой беспроводной сетевой расширитель, основанный на той же конструкции, что и система Sprint/Samsung. [29] В конце марта 2010 года AT&T объявила о общенациональном развертывании своей 3G MicroCell, которое началось в апреле. Оборудование произведено Cisco Systems и ip.access , и это была первая 3G фемтосота в США, поддерживающая как голос, так и данные HSPA . [30] И Sprint [31] , и Verizon [32] обновились до 3G CDMA фемтосот в 2010 году, с возможностью большего количества одновременных вызовов и гораздо более высокой скоростью передачи данных. В ноябре 2015 года T-Mobile US начала развертывание 4G LTE фемтосот производства Alcatel Lucent .
В Азии несколько поставщиков услуг развернули сети фемтосот. В Японии SoftBank запустил свою домашнюю услугу фемтосот 3G в январе 2009 года [33] с устройствами, предоставленными Ubiquisys. В том же году оператор запустил проект по развертыванию фемтосот для предоставления услуг на открытом воздухе в сельской местности, где существующее покрытие ограничено. В мае 2010 года SoftBank Mobile запустил первое бесплатное предложение фемтосот, предоставив фемтосоты открытого доступа бесплатно своим частным и корпоративным клиентам. В Сингапуре Starhub развернул свои первые общенациональные коммерческие услуги фемтосот 3G с устройствами, предоставленными Huawei Technologies , хотя уровень внедрения низок, в то время как предложение Singtel ориентировано на малые и средние предприятия. В 2009 году China Unicom анонсировала собственную сеть фемтосот. [34] NTT DoCoMo в Японии запустила собственную услугу фемтосот 10 ноября 2009 года.
В июле 2009 года Vodafone запустил первую фемтосотовую сеть в Европе [35] , Vodafone Access Gateway, предоставленную Alcatel-Lucent. [36] В январе 2010 года она была переименована в SureSignal, [37] после чего Vodafone также запустила услуги в Испании, Греции, Новой Зеландии, [38] [39] Италии, Ирландии, [40] Венгрии [41] и Нидерландах. [42] С тех пор за ней последовали и другие операторы в Европе.
Начиная с 2019 года все три французских оператора, по-прежнему предлагавших фемтосоты, отказались от своего предложения, сосредоточившись вместо этого на использовании технологии Voice Over Wifi , когда развертывание лучшего покрытия 3G/4G становится нецелесообразным.
Ссылку 8 можно найти по адресу: https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/125400_125499/125467/08.02.00_60/ts_125467v080200p.pdf существует новая версия: https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/125400_125499/125467/10.06.00_60/ts_125467v100600p.pdf