Рынок частных мобильных сетей активно растет в рамках цифровой трансформации предприятий в различных отраслях. В отличие от публичных, частные сети LTE позволяют компаниям организовать автономную инфраструктуру связи — с минимальными задержками и полным контролем над данными. Это особенно важно для «умных» фабрик, автономного транспорта, автоматизированных производственных линий и других сценариев, где нестабильная связь напрямую влияет на операционные риски.
Такая сеть остается внутри периметра компании, не зависит от внешнего оператора и может быть развернута даже в местах без инфраструктуры — например, в удаленных районах, где нет покрытия сотовых операторов.
Привет, Хабр! На связи Михаил Бухтеев, ведущий технический менеджер продукта в YADRO. Сегодня предлагаю разобраться, что такое частные сети LTE, как они устроены и где применяются.
Преимущества частных мобильных сетей LTE
Для начала определимся с терминами, в чем нам поможет РБК. Частная мобильная сеть LTE — это сеть, созданная в пределах одной организации. Она основана на той же технологии, что и общедоступные сети этого стандарта, но не присоединена к инфраструктуре общего пользования. Все ее элементы — от датчиков до центра управления — находятся в закрытом контуре.
По данным аналитического агентства Oneside, в России чаще всего частные сети LTE применяются в горнодобывающей, нефтегазовой и нефтехимической промышленности, транспорте и логистике, металлургии, машиностроении и электроэнергетике. Почему компании выбирают для построения частных сетей именно LTE?
Использование одной технологии для разных сценариев: подключение персональных мобильных устройств (смартфоны/планшеты) сотрудников, умных устройств, автономного транспорта, развертывания голосовых сервисов и так далее.
Различные варианты передачи голоса: OTT (Over-The-Top), MCPTT (Mission Critical Push-To-Talk), VoLTE (Voice over LTE).
Подключение устройств узкополосного интернета вещей (NB-IoT).
Совместное использование радиосети для частной сети и для сети оператора связи.
Хорошее покрытие, поддержка мобильности и высокая пропускная способность сети.
Безопасность, автономность и изолированность сети.
Совместимость решений от разных поставщиков оборудования благодаря использованию стандартизированных интерфейсов, описанных спецификациями 3GPP.
Недостатки других популярных беспроводных технологий по сравнению с LTE:
TETRA (TErrestrial Trunked RAdio) и DMR (Digital Mobile Radio) обеспечивают голосовые сервисы, но относительно невысокие скорости передачи данных.
Wi-Fi отличается высокими скоростями передачи данных, но не обеспечивает покрытие на большие расстояния.
LPWAN (Low-Power Wide-Area Network), например технология LoRa, подходит только для сценариев подключения устройств с небольшими объемами передаваемых данных.
Обзор типовых архитектур
Для предоставления базовых услуг, таких как доступ к сети и передача голоса поверх IP-сети, достаточно базовой архитектуры LTE. Она включает устройства, базовые станции, а также ключевые компоненты ядра сети LTE:
Расшифровка названий основных компонентов сети
HSS (Home Subscriber Server) — сервер базы данных пользователя.
MME (Mobility Management Entity) — узел управления мобильностью.
S-GW (Serving Gateway) — обслуживающий шлюз.
P-GW (Packet Data Network Gateway) — шлюз взаимодействия с пакетными сетями.
На радиоинтерфейсе вещается PLMN ID частной сети — уникальный идентификатор, включающий коды MCC (Mobile Country Code) и MNC (Mobile Network Code). Обычно в качестве MCC для частной сети используют код 999, следуя рекомендации МСЭ-T E.212 (09/2016) Международного союза электросвязи по использованию идентификаторов. Так частные сети отличают от публичных сетей операторов связи в России, которые используют MCC 250. Приведем рекомендации одного из известных производителей мобильных устройств по поддержке MCC 999.
Дивизион Телеком компании YADRO разрабатывает ряд собственных продуктов, в том числе базовые станции GSM/LTE. Присоединяйтесь к нашей команде:
→ Архитектор безопасности (RAN).
→ TechLead / Lead SW developer (Platform).
→ Component Architect.
Технология LTE работает в лицензионных диапазонах, таких как 800, 900, 1800, 2100, 2300, 2600 МГц, поэтому при внедрении предприятию нужно получить разрешение на использование частот. В большинстве случаев частную сеть запускают в партнерстве с мобильным оператором. В отдельных случаях частотным ресурсом для LTE-сетей может владеть не оператор связи, а крупное ведомство — например, РЖД.
Стоит учитывать, что часть устройств по умолчанию использует режим Combined Attach (одновременная регистрация устройства в доменах пакетной (EPS) и голосовой (CS) коммутации). Однако в частных мобильных сетях, как правило, реализован только пакетный домен, что может вызывать отказ в подключении. Эту проблему можно решить двумя способами.
Первый — настроить на стороне устройства регистрацию только в пакетном домене (EPS-only Attach), ориентируясь, к примеру, на рекомендации одного известного производителя мобильных устройств.
Второй — добавление функционала в опорную сеть для поддержки ответа на Combined Attach-запрос, даже при отсутствии голосового домена. В этом случае сеть возвращает успешный ответ на Combined Attach, но фактически обрабатывает только пакетную часть подключения.
Разобраться в архитектурах сетей сотовых операторов в России, которые обеспечивают работу более 260 миллионов абонентских устройств, поможет предыдущая статья автора. А еще вы узнаете, почему 3G уходит, а 2G и 4G — с нами надолго.
Если в частной мобильной сети LTE нужно реализовать узкополосный интернет вещей (NB-IoT), то дополнительно к системам, описанным выше в базовой архитектуре, требуется:
устройства с поддержкой NB-IoT,
поддержка функционала NB-IoT на базовой станции и в опорной сети.
Использование системы SCEF (Service Capability Exposure Function) — опционально, может потребоваться в следующих сценариях:
передача non-IP трафика (Non-IP Data Delivery, NIDD) по пути UE → MME → SCEF → приложение,
поддержка специальных функций контроля состояния UE (MONTE – Monitoring Events),
триггеринг устройств.
Если в частной мобильной сети LTE нужно реализовать передачу голоса с помощью технологий MCPTT, то дополнительно к системам, описанным выше в базовой архитектуре, требуются:
Устройства с поддержкой MCPTT.
Поддержка на базовой станции и в опорной сети идентификаторов класса качества (QCI) — 65 для передачи MCPTT-данных и 69 для передачи сигнализации.
Система PCRF с Rx-интерфейсом в опорной сети, так как в соответствии со спецификацией 3GPP TS 23.379 система MCPTT должна запрашивать ресурсы у PCRF по интерфейсу Rx. В запросе ресурсов через Rx нужно указывать приложение MCPTT с соответствующим идентификатором, чтобы PCRF мог назначить корректный QCI.
Сервер MCPTT.
Если в частной мобильной сети LTE нужно реализовать передачу голоса с помощью технологий VoLTE, то дополнительно к системам, описанным выше в базовой архитектуре, требуются:
устройства с поддержкой VoLTE;
поддержка на базовой станции и в опорной сети QCI 1 для передачи голоса и QCI 5 для передачи сигнализации IMS;
система PCRF с Rx-интерфейсом в опорной сети;
сервер IMS.
При использовании частных сетей часто нужен не только доступ к собственным сервисам через выделенную сеть, но и подключение к публичной сети оператора связи. Такой сценарий может быть реализован через архитектуру совместного использования сети.
Ниже показан вариант совместной работы частной сети и оператора мобильной связи по модели MOCN (Multi-Operator Core Network). На сотах базовой станции (БС) настраивается список из двух PLMN ID: один для частной сети, второй — для публичного оператора. При этом БС одновременно подключается к двум опорным сетям: предприятия и оператора связи. Технология LTE позволяет базовой станции одновременно транслировать до шести PLMN ID на одной соте.
Возможен вариант совместного использования по архитектуре MORAN (Multi-Operator Radio Access Network), при котором каждому PLMN ID назначается отдельный частотный канал.
Заключение
LTE, в отличие от конкурирующих технологий, максимально универсальна для построения частных мобильных сетей: передача голоса и мобильных данных без заметных ограничений, поддержка разных технологий и устройств благодаря соответствию спецификациям 3GPP, а также возможности развертывания узкополосных IoT-сетей. Конкретная архитектура зависит от требований заказчика.
В России крупные предприятия уже запустили несколько десятков частных сетей LTE, и их число будет только расти — ведь построить такую сеть можно, используя решения от отечественных производителей.
Все спецификации 3GPP, которые упомянуты в статье, можно найти на портале консорциума.
