Несмотря на то, что операторы связи постоянно наращивают количество установленных базовых станций, даже в крупных городах все еще остаются зоны с нестабильным приемом.



Абоненту, волею случая оказавшемуся в такой зоне, приходится либо смириться и ждать, пока о покрытии задумается оператор, либо исправить ситуацию собственными силами. Не будем рассматривать способы «обхода» своего оператора за счет сторонних сервисов, а поговорим о том, как могут быть организованы услуги тем же поставщиком в таких «мертвых» зонах.

Понятно, что на пустом месте связь организовать нельзя. Когда нет покрытия базовыми станциями, приходится задействовать другую среду передачи. И сегодня самая доступная - интернет.

Идея звонков через интернет без переключения к другому поставщику услуг витает в отрасли давно. Сначала она была реализована в виде дополнительного устройства — фемтосоты, позволяющей через публичный интернет любого провайдера создать своего рода «мост» между пользовательскими устройствами и сетью сотового оператора. Такой «мост» помогает локально улучшить качество приема. Единственное ограничение заключается в том, что пользовательское устройство должно поддерживать стандарт связи, используемый фемтосотой (в общем случае он может и не совпадать со стандартом, используемом в операторской сети).

Фемтосоты так и не вышли на массовый рынок, когда им на смену пришел Wi-Fi calling — технология, позволяющая просто звонить через Wi-Fi, используя свой смартфон, но не задействуя дополнительные устройства-посредники. Но поговорим обо всем по-порядку.

Фемтосоты — рождение идеи

Концепция фемтосот развивается с 2001 года как часть идеи малых сот. Среди «собратьев» фемтосоты выделяются тем, что являются именно абонентскими, а не операторскими устройствами, и работают через канал, неподконтрольный оператору — обычный канал интернет.


Мысль о создании «миниатюрной соты» возникла еще раньше: параллельно с развитием мобильной связи появлялись интересные решения, однако в 1990-х им было далеко до современных фемтосот. Первый продукт, напоминающий сегодняшнюю фемтосоту (самоконфигурирующаяся домашняя GSM-базовая станция), был анонсирован компанией Alcatel в 1999 году, но так и не вышел на массовый рынок, поскольку получился достаточно объемным и дорогим. Потребовалось пять лет миниатюризации компонент и дальнейшего технологического роста, чтобы фемтосотами плотно занялись одновременно несколько компаний, включая picoChip и Ubiquisys, которые по сей день спорят, кто же из них является автором популярного сегодня термина.

С 2007 года развитием концепции занималась международная организация Femto Forum, куда вошли несколько производителей оборудования (теперь это Small Sell Forum, в сферу ответственности которого входят все малые соты, как пользовательские, так и операторские). В 2008 году мир увидел несколько решений, позволивших построить коммерческие услуги на базе фемтосот. Стоимость и потребительские характеристики этих устройств уже не препятствовали внедрению концепции в массы. В том же 2008 году при непосредственном участии Femto Forum фемтосоты были стандартизованы. Документ стал частью стандарта 3GPP, а самой темой заинтересовались десятки производителей оборудования и операторов по всему миру.

Первые операторские сервисы, подразумевающие аренду или продажу фемтосот, были запущены в США и Японии в 2009 году. К 2011 году концепция пришла и в Россию, несмотря на определенные ограничения законодательства, о чем подробнее далее.

Современная фемтосота

Сейчас фемтосота — это устройство размером с привычный Wi-Fi-роутер, распространяемое операторами сотовой связи. Фемтосоты могут отличаться по исполнению — для домашнего, офисного использования или для размещения вне помещений. Они могут включать в себя набор функций роутера или иных сетевых устройств. Правда, в отличие от тех же роутеров, на данный момент в России фемтосоты нельзя приобрести у независимого поставщика без привязки к оператору.

Зона обслуживания

Мощность фемтосоты — не более 100 мВт. Таким образом, они рассчитаны на обслуживание небольших помещений — например, офиса или квартиры. Зона покрытия зависит от типа помещения (конфигурации и материала стен), электромагнитной обстановки, в частности, наличия других источников сигнала, работающих в том же диапазоне. В среднем она имеет радиус 10 — 30 м.

Частотный диапазон

Наиболее распространены устройства стандарта UMTS («Мегафон» и другие российские операторы, к примеру, используют UMTS2100), однако существуют фемтосоты, поддерживающие и другие стандарты связи. Но разговоры об экзотике выходят за рамки этой статьи.

В России фемтосота работает в лицензируемом частотном диапазоне, но для ее установки пользователю не нужно получать разрешение (по примеру радиолюбителей, которые раньше возили в подразделения Минсвязи даже рации, работающие на частоте 27 МГц). Данные вопросы решает оператор, а от абонента требуется лишь не менять «адрес прописки» устройства.

Перемещения устройства отслеживается оператором по IP-адресу. Некоторые производители даже встраивают в фемтосоты GPS (используется он или нет — зависит от оператора). Но иногда небольшие перемещения все же возможны — в частности, «Мегафон», используя блокировку по окружающим сотам, допускает перемещения фемтосоты в радиусе 250 метров. А с уведомлением поставщика услуги можно перенести фемтосоту внутри лицензионной территории филиала оператора.

Описанные сложности с переездами связаны с обязательствами оператора в определенных ситуациях предоставлять информацию о звонках в МЧС и МВД, а также обслуживать экстренные вызовы, чего требует законодательство.

Эти же требования ранее сдерживали развитие фемтосот в направлении частных пользователей: юридически «операторское» оборудование нельзя было передать в аренду домашним пользователям, только бизнесу. С 2013 года некоторые фемтосоты наконец-то перестали считаться «операторским» оборудованием (Правила применения абонентских терминалов систем подвижной радиотелефонной связи стандарта UMTS с частотным дуплексным и частотно-кодовым разделением радиоканалов, работающих в диапазоне частот 2000 МГц, утвержденные Приказом министерства информационных технологий и связи Российской Федерации от 27.08.2007 г. № 100 (Приказ министерства информационных технологий и связи Российской Федерации №147 от 25.06.2013)). Для этого должна быть ограничена ее мощность, а производитель должен пройти процедуру сертификации устройства как домашнего. Правда, пока массового спроса на «домашние» соты даже в крупных городах нет. Попытки некоторых операторов ввести такую услугу пока не увенчались успехом. Лицензируемость радиодиапазона также не позволяет создавать и продавать независимые от оператора фемтосоты, т.е. привозить из-за границы (заказывать из Китая) более интересные или дешевые аналоги, как пользователи привыкли делать с другой «сетевой» электроникой.

Требования к интернету

Для работы фемтосоте необходимо подключение к электросети и интернету. Минимальная скорость интернет-соединения, обеспечивающая передачу технической информации и обслуживание одного клиентского устройства в 3G, — не менее 500 Кбит/с (лучше 2 — 5 Мбит/с), но при увеличении количества подключенных пользователей и задействованных ими услуг требуемая скорость, естественно, пропорционально растет.

Качественная передача голоса дополнительно требует стабильности соединения
(без кратковременных обрывов, колебаний jitter более 50 мс и потери более 1,5% пакетов) и отсутствия блокировки используемых фемтосотой портов и протоколов.

Настройка

В отличие от масштабной базовой станции, фемтосота устанавливается и запускается не оператором, а конечным абонентом, соответственно, здесь несколько иной подход к настройке: все работает «из коробки» и управляется со стороны оператора. Все, что нужно от пользователя, — задать сетевые параметры для подключения к интернету и список «разрешенных» для обслуживания номеров (т.е. указать SIM-карты, которым будет разрешено использование устройства). Все это можно сделать через веб-интерфейс по аналогии с настройкой того же сетевого роутера.

Безопасность

Авторизация в операторской сети выполняется при помощи технологической SIM-карты. Подключение к ней осуществляется через шлюз безопасности (SeGW) — фемтосоте при этом не важно, используется статический или динамический IP-адрес. Для передачи пакетов голосовых звонков организуется защищенный канал связи с оператором с использованием протокола IPsec.

Хотя в сети периодически появлялась информация об обнаружении уязвимостей некоторых фемтосот, позволяющих злоумышленникам совершать звонки за счет абонентов, обслуживаемых устройством, и даже «клонировать» их телефоны, все эти инциденты относились к определенным версиям прошивки конкретных устройств (привязанных к определенным операторам) и позволяли мошенничать только в радиусе действия фемтосоты. Сама по себе фемтосота по уязвимости сопоставима с пользовательским смартфоном. Известные проблемы с фемтосотами в большинстве ситуаций решались обновлением прошивки; более того, российские операторы до сих пор в подобных сообщениях не засветились.

Непрерывность сервиса

После установки и простейшей настройки фемтосота ведет себя практически как «большая» базовая станция: при входе в зону ее приема (когда ее сигнал оказывается сильнее, нежели сигнал базовой станции) пользовательское мобильное устройство переключается на нее, вне зависимости от режима ожидания / разговора. Сеть получает уведомление об этом событии, что может использоваться для отслеживания посетителей через сторонние инструменты или SMS-сообщения (доступность этого сервиса зависит от политики оператора).

Устройство может поддерживать 4 — 32 одновременных голосовых вызова и 4 — 16 каналов пакетной передачи данных (в зависимости от конфигурации и настроек оператора). В случае с фемтосотами UMTS для подключения к сети конечные устройства должны поддерживать 3G.

Практика

Для оператора фемтосота — способ расширить покрытие сети, не устанавливая «полноценные» базовые станции, а также частично снизить нагрузку с существующих сегментов за счет подключения части абонентов на фемтосоты. Ну и о дополнительной монетизации предоставляемых услуг забывать не стоит.

Да, и с точки зрения пользователей фемтосотам можно придумать довольно много сфер применения.

Во-первых, это организация мобильной связи там, где ее нет или качество оставляет желать лучшего (но где присутствует канал ШПД). Актуально это в первую очередь для офисов на территории промзон и в производственных помещениях, где ограждающие конструкции экранируют сигнал «обычных» базовых станций или покрытие сотовой связи отсутствует, а также для тех, кто разворачивает свою деятельность в прямом смысле «в поле».

Фемтосота может работать и через спутниковый интернет, что обеспечивает обслуживание сотовых телефонов хоть в дремучем лесу. Правда, спутниковый интернет отличается большими задержками, соответственно, задержки / обрывы связи будут и в разговоре. Фемтосота через спутник — скорее экзотика.

При использовании более стабильного проводного интернета фемтосоты позволяют не только повысить качество голосовых услуг, но и снизить общий электромагнитный фон, поскольку телефон, находясь в непосредственной близости от соты, автоматически снижает мощность излучения (устанавливая его на уровне, достаточном для устойчивой передачи сигнала).

Во-вторых, фемтосота может стать инструментом слежения, как в хорошем, так и в плохом смысле.

Простейший инструмент отслеживания телефонов — уведомления о появлении в зоне действия фемтосоты определенного абонента. С его помощью беспокойные родители могут настроить оповещение о регистрации в «домашней сети» телефонов своих детей, чтобы знать, что те вернулись домой из школы; начальники тем же способом могут контролировать время прихода на работу сотрудников. За оповещениями может следить и автоматика, запуская, к примеру, синхронизацию данных на смартфоне с офисным сервером.

Иной уровень слежки может быть достигнут за счет использования «модифицированных» фемтосот, например, шпионского оборудования InfoWatch. Анонсированное компанией устройство перехватывает и записывает разговоры абонентов, подключенных к фемтосоте, защищая интересы государства или отдельно взятого бизнеса. Технологии можно придумать массу применений, как «честных», так и не очень, от банального анализа эффективности работы колл-центра до тотального контроля над сотрудниками, даже использующими личные смартфоны.

Вообще функциональные возможности фемтосоты зависят от тарифной политики оператора, поддерживаемых им опций и принятых принципов расширения сети.

К примеру, фемтосоты могут использоваться для борьбы с перегрузкой сети, а именно — сравнительно быстрой реакции на повышение количества подключенных устройств. Это актуально, например, для мероприятий, проводимых в нестандартных местах (вне выставочных комплексов, заточенных на большой поток посетителей). Организаторам может быть важно, чтобы участники мероприятия в любой момент могли связаться друг с другом или с внешним миром. Распределить нагрузку можно как для всех аппаратов, находящихся в зоне действия фемтосоты, так и только для «своих» (SIM-карт из «белого списка»). Хотя в «Мегафоне» такие решения и не применяются.

Wi-Fi calling

Фемтосоты не успели массово выйти на российский потребительский рынок, а им на смену уже пришел другой способ организовать связь в зонах, не покрытых базовыми станциями — Wi-Fi calling. Это сервис, позволяющий совершать звонки со смартфонов через доступную Wi-Fi сеть в отсутствии GSM связи.

Технология

Wi-Fi calling также является частью более широкого понятия — так называемого нелицензируемого мобильного доступа (Unlicensed Mobile Access — UMA) — способа подключения внешних IP-абонентов к операторской сети. Этот доступ обеспечивает Generic Access Network (GAN), а передача IP-пакетов из неуправляемого интернета в операторскую сеть осуществляется соответствующим контроллером — GAN Controller (в этом смысле фемтосота — стандартное GAN-оборудование).

Методология предоставления такого доступа была описана в документе 3GPP Release 6. А первые коммерческие воплощения UMA появились еще в 2005 — 2006 годах.

Со стороны абонента функция должна быть реализована в ПО смартфона (в виде встроенного или дополнительно устанавливаемого программного модуля). Она активируется через настройки аппарата и работает, если ее поддерживает сотовый оператор.


Технология Wi-Fi calling поддерживает бесшовную передачу вызова из сотовой сети в Wi-Fi и обратно, так что это не похоже на привычные Skype или Viber (правда, могут случаться обрывы связи при переходе из зоны обслуживания одного Wi-Fi роутера к другому — это определяется самой технологией Wi-Fi). При включении опции ПО смартфона позволяет выбрать приоритет — куда отправлять вызов, если доступны обе сети; далее аппарат и операторская сеть будут управлять тем, как именно идет вызов, самостоятельно.

С точки зрения любого другого абонента вызов Wi-Fi calling выглядит, как обычный звонок. Звонить можно на номера любых операторов. При поступлении такого вызова на экране аппарата собеседника высветится номер звонящего в сети оператора, а оплачивается звонок в соответствии с выбранным тарифом.

Надо отметить, что Wi-Fi calling не позволяет обойти дорогостоящий международный роуминг. Частью стандарта является поиск существующих GSM-вышек любых операторов при включении аппарата, что автоматически дает информацию о местоположении абонента. Таким образом, возможность экономии на звонках через Wi-Fi calling полностью определяется политикой оператора.

Российская реальность

Wi-Fi calling уже сертифицирована в России. Ее введение еще пару лет назад тормозила законодательная коллизия, запрещающая в соответствии с лицензией предоставлять абонентам местной телефонии доступ в сеть передачи голоса. Но вопрос решился еще в прошлом году.
Услуги Wi-Fi calling уже доступны абонентам российских операторов (по крайней мере в некоторых регионах). Тестирует эту возможность и «Мегафон».

Преимущества по сравнению с фемтосотой

С пользовательской точки зрения технология имеет целый ряд преимуществ на фоне фемтосоты. Основное — отсутствие дополнительного оборудования, т.е. дополнительных затрат и бюрократических сложностей, связанных с лицензированием частот. Промежуточные устройства вообще не используются, а значит нет и разговора о том, чтобы получать какие-то разрешения, привязывать что-то к «месту прописки» и т.п. (о чем мы говорили выше применительно к фемтосотам).

Единственное «но» заключается в том, что звонки Wi-Fi calling доступны не на всех аппаратах. Для поддержки Wi-Fi calling (и UMA в принципе) необходимо, чтобы телефон был оснащен не только GSM, но и Wi-Fi модулем, что изначально дороже — т.е. самые дешевые «звонилки» никогда не получат поддержку этой технологии.

Отсутствие промежуточных устройств ведет к тому, что Wi-Fi calling, в отличие от фемтосоты, не позволяет развернуть никаких дополнительных услуг. Таким образом, для фемтосоты все равно остается место на рынке. Поэтому эти устройства продолжают активно развиваться. Потребность в них есть в первую очередь в корпоративном секторе, где важно предоставить связь всем посетителям определенной зоны. Эту задачу через Wi-Fi calling пока не решить.

Таким образом, условно старая и новая технологии дополняют друг друга, совместно решая вопрос предоставления голосовых услуг там, где покрытие GSM оставляет желать лучшего.