Особенности построения частных LTE-сетей

Строим частную сеть

Существует два способа построения сети LTE на предприятии: операторский и само­стоятельный. В первом случае компании необходимо арендовать частоты и обору­дование у оператора сотовой связи (Private LTE as a Service). До 2022 г. частные сети LTE строились преимущественно на оборудовании зарубежных вендоров, а сейчас используются комбинированные решения отечественного и иностранного производства.

Если компания решит строить частную LTE-сеть своими силами, то она должна будет са­мостоятельно закупать оборудование для ядра сети, базовые станции, сим-карты и оконечные устройства. В этом случае потребуется арендо­вать частоты у оператора сотовой связи.

Структура частных сетей

Теперь рассмотрим, как строятся частные сети с технической точки зрения. По своей струк­туре они делятся:

• на изолированные, когда все эле­менты сети располагаются внутри контура предприятия;
• распределенные, когда одна или несколько радиосетей подключены к удаленному ЦОД, в котором рас­полагается оборудование опорной сети и серверы бизнес-процессов компании.

Сеть сотовой связи состоит из четырех ком­понентов:

• абонентские устройства с сим-картами;
• радиосеть;
• транспортная сеть;
• опорная сеть.

К абонентским устройствам относятся всевоз­можные датчики, IP-камеры, беспилотный транс­порт (автоматический или с удаленным управле­нием), рации и прочее. Они позволяют выполнять бизнес-процессы компании через выделенную сеть связи. Помимо самих оконечных устройств, сюда же относятся и серверы в ЦОД, которые отве­чают за реализацию тех или иных сервисов и биз­нес-процессов компании через частную сеть LTE.

Радиосеть состоит из базовых станций, кото­рые располагаются на территории предприятия и обеспечивают сплошное бесшовное покрытие радиосигналом. Под бесшовностью подразумева­ется возможность получения сервиса передачи голоса или данных без его прерывания при пе­ремещении из зоны действия одного сектора ба­зовой станции в зону действия другого.

Базовая станция состоит из опоры (башня, столб, крыша и пр.), на которой размещаются антенны и приемопередатчики сигнала (RRU), аппаратной или термошкафа около опоры, где размещаются модуль цифровой обработки сиг­нала (BBU), модуль транспортной сети, модули питания и аккумуляторы. Исполнение базовых станций может быть как совмещенным (в одном корпусе находятся антенна + RRU или антенна + RRU + BBU), так и распределенным. Базовые станции работают на одной или нескольких частотах, выделенных оператором сотовой связи (владельцем частот).

У каждой БС есть от одного до трех сек­торов со своими направлениями излучения сигнала, которые имеют кодовое разделение и частичное пересечение. С одной стороны, это обеспечивает отсутствие помех и взаимной интерференции, а с другой ― бесшовность пе­рехода абонента (мобильность) и возможность резервирования при выходе из строя одного из секторов.

Сигналы, которые идут от базовой станции к абоненту и обратно, разделяются по времени передачи (Time Division Duplex, TDD) или по ча­стоте (Frequency Division Duplex, FDD). После то­го как сигнал от абонентского устройства был получен приемопередатчиком на БС и обра­ботан на цифровом модуле, его необходимо передать на ядро сети (или опорную сеть, Core Network). Для связи базовой станции и ядра строится транспортная сеть с резервирова­нием (топология «кольцо») на базе оптических или радиорелейных линий связи. Для упроще­ния построения релейных линий с точки зре­ния затрат и частотного спектра используется оборудование E-band, которое работает в нели­цензируемом диапазоне, а значит, не требует разрешения на использование частот (РИЧ).

В ключевые компоненты ядра сети входят:

• MME (Mobility Management Entity) ― узел, отвечающий за мобильность абонентов;
• HSS (Home Subscriber Server) ― сервер або­нентских данных;
• SGW (Serving Gateway) ― сервер объединения пакетных данных от сети радиодоступа;
• PGW (Packet Gateway) ― пакетный шлюз для маршрутизации трафика от абонентов;
• PCRF (Policy and Charging Rules Function) ― платформа управления абонентскими сер­висами и тарификацией.

Ядро сети отвечает за мобильность або­нентов между базовыми станциями и досту­пом к сервисам (передача данных внутри се­ти, выход в интернет, передача SIP-трафика и пр.). Через ядро осуществляется стык с ИТ-ин­фраструктурой, серверами корпоративных бизнес-процессов и внешними сетями за пределами контура предприятия. Чаще ядро реализуется физически, обычно на тер­ритории заказчика, реже — виртуально, в облаке. Для обеспечения надежности вы­полняется его физическое или виртуальное резервирование.

Поверх всех систем (радио, транспорт и ядро) устанавливаются системы контроля и мониторинга (NMS, OSS), которые позволя­ют управлять сетью, отслеживать и устра­нять аварии на оборудовании, получать и анализировать статистику качественных показателей эффективности (КПЭ, KPI) ра­боты сети.

Частотами владеет оператор сотовой свя­зи, и, согласно закону, он должен контроли­ровать весь передаваемый трафик. Поэтому самый распространенный сценарий ― ког­да БС подключены к ядру предприятия, а система мониторинга расположена у опера­тора, предоставляющего доступ заказчику.

Частная LTE-сеть: роли операторов и ИТ-интеграторов

Технологию LTE используют все мобильные операторы «большой четверки». По данным аналитического агентства ONSIDE, в 2022 г. российский рынок частных LTE-сетей вырос до 1,5 млрд руб., что на 20% больше, чем в 2021 г. Один из ведущих игроков на рын­ке частных сетей LTE ― компания «МТС», которая занимает 37% рынка Private LTE в России.

Когда речь заходит о частных сетях со­товой связи, заказчики чаще всего вспоми­нают о мобильных операторах и считают, что строительство таких сетей — это исклю­чительно их история. Операторы сотовой связи берут на себя функцию внедрения и ввода в эксплуатацию частной сети LTE или предоставляют услугу выделенной сети сотовой связи под ключ. Однако сама по себе сеть Private LTE не представляет высокой ценности. В реальности заказчику необходима работа конкретных сервисов, возможности и специфика которых разли­чаются в зависимости от отрасли.

К примеру, в горнодобывающей про­мышленности и на производственных предприятиях часть технологических процессов автоматизируется при помо­щи датчиков и телеметрии. Это позволяет снимать минимальный спектр данных с работающего оборудования. Использова­ние частной сети LTE расширит диапазон возможностей и позволит применять ре­шения для проведения диагностического техобслуживания и ремонта оборудования, а также удаленно управлять производственными процессами.

Частичная цифровизация уже наблюда­ется и в сфере автотранспорта, где исполь­зуются системы видеоаналитики и цифро­вые датчики, собирающие данные о работе транспортных средств. Переход на частные LTE-сети позволит настроить обмен дан­ными между автомобилями или автобу­сами в реальном времени.

В здравоохранении врачи уже применяют мультимедийные решения для ком­муникации, а искусственный интеллект помогает им распознавать патологии на снимках и более точно ставить диагноз. LTE-сеть в крупном медицинском центре позволит в автоматическом режиме кон­тролировать состояние здоровья и прием лекарств пациентами.

Сейчас операторы из обычных провай­деров услуг сотовой связи трансформиру­ются во владельцев цифровых экосистем и берут на себя большую часть задач по по­строению частной сети LTE. Однако именно у системных интеграторов есть широкий спектр цифровых решений и опыт реали­зации сложных бизнес-задач заказчиков. При этом ИТ-компания не ограничена в вы­боре конкретной технологии и способна пред­ложить решение исходя из потребностей и возможностей предприятия.

Системные интеграторы могут провести независимую оценку выбора опе­ратора сотовой связи, на чьих частотах будет реализована сеть, рассказать о плю­сах и минусах частных сетей, а также вы­брать техническое решение с точки зрения стоимости владения (ТСО). У крупных ИТ-компаний есть разнообразный опыт внедрения и поддержки сетевого оборудо­вания, а в существующих реалиях рынка они смогли нарастить свои компетенции в области планирования, оптимизации и эксплуатации сетей сотовой связи.