Heterogene mobilne mreže

Način planiranja i dizajniranja mobilnih mreža neminovno će se promeniti u bliskoj budućnosti. Data-zahtevne aplikacije i održanje performansi mobilne mreže traže promenu pristupa prilikom proširenja kapaciteta. Da li su heterogene mreže (HetNet) tamni vilajet za mobilne operatore?

U eri kada data saobraćaj eksponencijalno raste, a cene servisa padaju, mobilni operatori su prinuđeni da traže različite načine za održanje profitabilnosti. Kontinuirane zahteve korisnika za kapacitetima pokušavaju da održe uvođenjem HSPA+ i LTE tehnologija ili kupovinom dodatnih segmenata frekvencijskog spektra. Mnogi od njih pribegavaju mogućnostima offloada saobraćaja kroz WiFi mreže ili korišćenje femto ćelija u zatvorenom prostoru.

Današnje 2G/3G mreže su pretežno homogene i u njihovoj topologiji dominiraju makro ćelije. Taj način planiranja mreže primarno vodi računa o pokrivenosti i interferenciji (tj. međusobnom uticaju baznih stanica), a ne o kapacitetu mreže i efikasnom iskorišćenju spektra. Jedan od faktora koji tera mobilne operatore da razmišljaju o drugim načinima prenosa podataka kroz svoju mrežu je veličina ćelije. Što je veća ćelija bazne stanice, imate manje kapaciteta po korisniku. Ako smanjite oblast pokrivenosti, ukupan kapacitet bazne stanice deliće manji broj korisnika koji će samim tim imati veći bitski protok. Za dobar bitski protok i veću brzinu prenosa dobro je da se korisnici nalaze što bliže baznoj stanici. Dakle, potrebne su male ćelije. Ali, sa druge strane, veće tj. makro ćelije su bolje za slabo naseljena područja i za korisnike koji su u kretanju (potreban tzv. handover pri prelasku iz polja jedne bazne stanice u drugu).

Hetero je straight

Heterogene mreže (skraćeno HetNet) predstavljaju „iznuđeno“, ali i atraktivno rešenje za poboljšanje pokrivenosti i povećanje kapaciteta mobilnih mreža. Rešenja za heterogene mreže podrazumevaju mix različitih tehnologija, frekvencija, ćelija i mrežne arhitekture. Istraživanja pokazuju da oko 80% mobilnog data saobraćaja potiče iz unutrašnjosti objekta (indoor saobraćaj). Zato je logično da seoba saobraćaja u unutrašnjost objekata izazove i seobu baznih stanica unutar objekata. Veliki tornjevi i stubovi za bazne stanice postaće, izgleda, prošlost! U mobilne mreže se sve više uvode femto/piko/mikro ćelije (indoor i outdoor), distribuirani antenski sistemi (DAS), ripiteri, releji. U narednih 5 godina očekuje se rast broja implementiranih malih ćelija od čak 3000% (biće oko 35 miliona femto i 100 miliona ostalih malih ćelija). Treba sve to nekako i kontrolisati, tako da operatore očekuju novi izazovi, ali i problemi. Pitanje kapaciteta mobilne mreže i pokrivanja neminovno nameće potrebu za uvođenjem koncepta malih ćelija koje omogućavaju i bolje iskorišćenje raspoloživog spektra. Podsetimo se da je internet saobraćaj takvog karaktera da ne mora baš da putuje kroz mobilnu core mrežu i da može biti offload-ovan kroz fiksnu broadband mrežu. Time se smanjuju troškovi neminovne nadogradnje mobilne core i backhaul mreže usled rasta data saobraćaja.

Heterogene mreže imaju tri osnovne komponente: (1) mrežu makro baznih stanica; (2) male ćelije, npr. femto, piko, WiFi hotspotovi; (3) mrežni softver (network intelligence), kao ključni element koji obezbeđuje međusobni rad i integraciju makro i malih baznih stanica. 

Osnovna ideja je da pored bežične mreže makro ćelija imate i upravljive male (piko) ćelije koje rade saradnji sa makro mrežom. Time se značajno povećava stepen pokrivenosti i prosečan kapacitet mreže. Uvođenje piko ćelija u makro mrežu može se rešiti eventualni problem zagušenja u mreži (tzv. air interface congestion). Ali sledeće „usko grlo“ u mreži može postati tzv. backhaul mreža, koja povezuje bazne stanice sa core mrežom, ili sama core mreža. Operatori dakle, u celini moraju voditi računa o performansama mreže, kašnjenju i bitskim protocima nakon uvođenja koncepta heterogenih mreža u delove svoje mreže.

Suština je da se na ekonomičan i što efikasniji način omogući isporuka novih mobilnih data servisa. Ekonomičnost se ogleda i u tome što su male ćelije energetski efikasnije. Ipak, uvođenjem malih ćelija, WiFi offloada i ostalih tehnika, znatno se povećava kompleksnost mreže i održavanja, upravljanje mrežom, billing, kontrola. U takvoj mreži i osoblje mora imati viši nivo znanja i stručnosti. I međunarodna tela za standardizaciju (3GPP) se zalažu da male ćelije postanu legitiman deo mobilne mrežne arhitekture. Treba definisati uslove interoperabilnosti, specificirati interfejse i neophodne testove. Male ćelije se takođe mogu koristiti i za poboljšanje pokrivenosti i povećanje kapaciteta mreže unutar zgrada (indoor). Poznato je da je u 3G/4G tehnologijama indoor pokrivanje prava noćna mora za operatore. Femto ćelije, kao male portable kućne bazne stanice povezuju se na postojeće fiksne broadband linije čime ne opterećuju samu mobilnu mrežu i korisniku omogućavaju bolji mobilne data signal u kući ili kancelariji.

Realno i moguće

Jedan od mogućih problema uvođenja heterogenih mreža je interferencija i upravljanje saobraćajem. Nije baš jednostavno upravljati mrežama malih ćelija unutar makro mreže odnosno generalno, mrežom u kojoj broj ćelija rapidno raste. Zbog toga takva mreža mora biti tzv. samoorganizujuća mreža (SON-Self Organizing Network), sa mogućnostima auto detekcije i automatske optimizacije malih ćelija. Ovo je naročito važno jer se predviđa da će za nekoliko godina polovina malih ćelija biti u vlasništvu samih korisnika. Koncept SON je već implementiran u LTE mrežama. SON automatizuje mnoge do sada manuelne operacije, poslove i procese prilikom implementacije mreže, čime se smanjuju troškovi i operatoru omogućava da brže ponudi svoje servise. Najverovatnije je da će se HetNet najpre implementirati u zonama velike gustine data korisnika, korišćenjem plug-and-play malih ćelija i ekonomičnim izborom tačke za agregaciju saobraćaja. Očigledno, povećana tražnja za bitskim protokom je odlučujući faktor u opredeljivanju za HetNet, uz fleksibilnost koju one nude za povećanje kapaciteta mreže.

Da li će HetNet postati realnost zavisi od troškova implementacije. Prednosti su jasne: bolje pokrivanje, povećan kapacitet mreže, veće brzine protoka, veće zadovoljstvo korisnika. Ali cene opreme moraju još da se smanje. Uvođenje većeg broja manjih elemenata mreže povećava i troškove održavanja i troškove upravljanja mrežom, uz dodatnu problematiku uvođenja (pre)više vendora u mrežu. Biće interesantno posmatrati kako će se razrešavati ovo pitanje u nastavku sve žešće konkurentske trke i vendora i mobilnih operatora.