GSMが存在しない地域におけるセルラー通信の過去と未来

電気通信事業者は設置された基地局の数を絶えず増やしているという事実にもかかわらず、大都市であっても受信が不安定な地域がまだあります。







偶然、そのようなゾーンにいることに気付いた加入者は、オペレータがカバレッジについて考えるまで調整して待つか、自分で状況を修正する必要があります。 サードパーティのサービスを介してオペレーターを「バイパス」する方法については検討しませんが、このような「デッド」ゾーンで同じプロバイダーがサービスを編成する方法について説明します。



コミュニケーションをゼロから整理できないことは明らかです。 基地局によるカバレッジがない場合、異なる伝送媒体を使用する必要があります。 そして今日、最も手頃な価格はインターネットです。



別のサービスプロバイダーに切り替えることなくインターネット経由で電話をかけるというアイデアは、長い間業界にありました。 最初は、追加のデバイス-フェムトセルとして実装されました。これにより、ユーザーデバイスと携帯電話事業者のネットワークの間に、プロバイダーのパブリックインターネットを介した一種の「ブリッジ」を作成できます。 このような「ブリッジ」は、受信品質をローカルで改善するのに役立ちます。 唯一の制限は、ユーザーデバイスがフェムトセルで使用される通信規格をサポートする必要があることです（一般に、キャリアネットワークで使用される規格と一致しない場合があります）。



フェムトセルは、Wi-Fi通話に置き換えられたときに大衆市場に参入することはありません。Wi-Fi通話は、追加の中間デバイスを使用せずに、スマートフォンを使用してWi-Fi経由で簡単に通話できる技術です。 しかし、すべてについて順番に話しましょう。

フェムトセル-アイデアの誕生

フェムトセルの概念は、スモールセルのアイデアの一部として2001年から発展しています。 「兄弟」フェムトセルは、オペレータデバイスではなく加入者であり、オペレータによって制御されないチャネル（通常のインターネットチャネル）を介して動作するという事実によって区別されます。









「ミニチュアセル」を作成するというアイデアはさらに早く生まれました。モバイル通信の開発と並行して、興味深いソリューションが登場しましたが、1990年代には現代のフェムトセルとはほど遠いものでした。 今日のフェムトセル（自己構成ホームGSM基地局）を連想させる最初の製品は、1999年にアルカテルによって発表されましたが、大量かつ高価であることが判明したため、大衆市場には参入しませんでした。 picoChipやUbiquisysを含む複数の企業が、フェムトセルと密接に連携するために、今日人気のある用語の著者であると主張している5年のコンポーネントの小型化とさらなる技術の成長が必要でした。



2007年以来、このコンセプトは複数の機器メーカーを含む国際組織Femto Forumによって開発されました（現在は、Small Sell Forumであり、その責任はすべてのスモールセル（ユーザーとオペレーターの両方を含む）です）。 2008年、世界はフェムトセルに基づいた商用サービスの構築を可能にするいくつかのソリューションを見ました。 これらのデバイスのコストと消費者の特性は、大衆へのコンセプトの導入をもはや妨げませんでした。 同じ2008年、フェムトフォーラムの直接参加により、フェムトセルが標準化されました。 この文書は3GPP規格の一部となり、世界中の数十の機器メーカーとオペレーターがこのトピックに興味を持つようになりました。



フェムトセルのリースまたは販売を含む最初のオペレーターサービスは、2009年に米国と日本で開始されました。 2011年までに、法律の特定の制限にもかかわらず、この概念はロシアに伝わりました。

現代のフェムトセル

現在、フェムトセルは、モバイルオペレータによって配布されている使い慣れたWi-Fiルーターのサイズのデバイスです。 フェムトセルの性能は、家庭用、オフィス用、屋外用などさまざまです。 これらには、ルーターまたは他のネットワークデバイスの機能セットが含まれる場合があります。 確かに、同じルーターとは異なり、現時点ではロシアではフェムトセルを事業者に言及せずに独立したサプライヤーから購入することはできません。

サービスエリア

フェムトセルの電力は100 mW以下です。 したがって、彼らは小さな部屋にサービスを提供するように設計されています-例えば、オフィスやアパート。 カバレッジエリアは、部屋のタイプ（構成と壁の素材）、電磁環境、特に同じ範囲で動作する他の信号源の存在に依存します。 平均して、半径は10〜30 mです。

周波数範囲

最も一般的なデバイスはUMTS（MegaFonおよび他のロシアのオペレーター、たとえばUMTS2100を使用）ですが、他の通信規格をサポートするフェムトセルがあります。 しかし、エキゾチックについて話すことは、この記事の範囲外です。



ロシアでは、フェムトセルは認可された周波数範囲で動作しますが、その設置のために、ユーザーは許可を取得する必要はありません（27 MHzで動作する無線さえも通信省に輸送した無線アマチュアの例に従って）。 これらの問題はオペレーターによって解決され、加入者はデバイスの「登録アドレス」を変更しないことだけが要求されます。



デバイスの動きは、オペレーターがIPアドレスで監視します。 製造元によっては、GPSをフェムトセルに統合することさえあります（使用されるかどうかはオペレーターに依存します）。 しかし、時々小さな動きがまだ可能です-特に、メガフォンは、周囲のセルのロックを使用して、フェムトセルを250メートルの半径内で動かすことができます。 また、サービスプロバイダーの通知により、事業者の支店の認可された地域内でフェムトセルを転送できます。



説明されている移転の難しさは、緊急事態省および内務省への呼び出しに関する情報を提供する特定の状況でのオペレーターの義務と、法律で義務付けられている緊急呼び出しに関連しています。



これらの同じ要件により、以前は個人ユーザーの方向でフェムトセルの開発が妨げられていました。法的に「オペレーター」の機器はホームユーザーにはリースできず、ビジネスにのみリースできました。 2013年以降、一部のフェムトセルはついに「オペレータ」機器と見なされなくなりました（ロシア連邦情報通信省の承認を受けた周波数範囲2000 MHzで動作する無線チャネルの周波数デュプレックスおよび周波数コード分割を備えたUMTS標準の移動無線電話システムの加入者端末の使用に関する規則2007年8月27日連盟第100号（2013年6月25日のロシア連邦情報技術通信省第147号の命令）。 そのためには、電力を制限する必要があり、メーカーは家庭用としてデバイスの認証手順を実行する必要があります。 確かに、これまでのところ、大都市でも「ホーム」セルに対する大量の需要はありません。 このようなサービスを導入しようとする一部のオペレーターの試みは、まだ成功していません。 無線ライセンスでは、事業者に依存しないフェムトセルの作成と販売も許可されていません。 ユーザーが他の「ネットワーク」エレクトロニクスを使用することに慣れているため、海外から（中国から注文）より興味深いまたは安価なアナログを持ち込む。

インターネット要件

フェムトセルを機能させるには、主電源とインターネットに接続する必要があります。 技術情報の転送を提供し、3Gで1つのクライアントデバイスにサービスを提供する最小インターネット接続速度は、少なくとも500 Kbps（2-5 Mbpsより優れています）ですが、接続ユーザー数と使用するサービスの増加に伴い、もちろん必要な速度は、比例して成長します。



高品質の音声伝送には、さらに接続の安定性が必要です

（短い中断、50 msを超えるジッタ変動、およびパケットの1.5％を超える損失なし）、およびフェムトセルによって使用されるポートとプロトコルのブロックがないこと。

カスタマイズ

大規模なベースステーションとは異なり、フェムトセルは、オペレーターではなくエンドユーザーによってそれぞれインストールおよび起動されます。ここでは、構成に対するわずかに異なるアプローチがあります。すべてが箱から出して動作し、オペレーターによって制御されます。 ユーザーに必要なことは、インターネットに接続するためのネットワークパラメータと、メンテナンス用の「許可」番号のリストを設定することです（つまり、デバイスの使用を許可するSIMカードを指定します）。 これはすべて、同じネットワークルーターをセットアップするのと同様に、Webインターフェースから実行できます。

安全性

オペレータネットワークでの承認は、技術的なSIMカードを使用して実行されます。 接続はセキュリティゲートウェイ（SeGW）を介して実行されます-フェムトセルは重要ではなく、静的または動的IPアドレスを使用します。 音声通話パケットを送信するために、IPsecプロトコルを使用して、オペレーターとの安全な通信チャネルが編成されます。



一部のフェムトセルの脆弱性検出に関する情報がネットワークに定期的に表示されたため、攻撃者はデバイスが提供する加入者を犠牲にして電話をかけたり、電話を「クローン」したりすることができますが、これらのインシデントはすべて特定のデバイスの特定のファームウェアバージョン（特定のオペレーターに関連付けられている）に関連し、詐欺を許可しましたフェムトセルの範囲内でのみ。 フェムトセル自体の脆弱性は、ユーザーのスマートフォンに匹敵します。 ほとんどの状況でのフェムトセルの既知の問題は、ファームウェアを更新することで解決しました。 さらに、ロシアのオペレーターはそのようなメッセージにはまだ登場していません。

サービス継続性

インストールと最も簡単なセットアップの後、フェムトセルはほぼ「大きな」基地局のように動作します。受信ゾーンに入ると（その信号が基地局の信号よりも強い場合）、ユーザーのモバイルデバイスはスタンバイ/トークモードに関係なく切り替えます。 ネットワークはこのイベントに関する通知を受け取ります。この通知を使用して、サードパーティのツールまたはSMSメッセージを介して訪問者を追跡できます（このサービスの可用性は、オペレーターのポリシーによって異なります）。



このデバイスは、4〜32の同時音声通話と4〜16のパケットデータ送信をサポートできます（構成とオペレーターの設定によって異なります）。 UMTSフェムトセルの場合、エンドデバイスは3Gをサポートしてネットワークに接続する必要があります。

練習する

オペレータにとって、フェムトセルは、「本格的な」基地局を設置せずにネットワークカバレッジを拡大し、加入者の一部をフェムトセルに接続することにより、既存のセグメントからの負荷を部分的に減らす方法です。 さて、提供されるサービスの追加の収益化を忘れないでください。



はい、そしてユーザーの観点から、フェムトセルはアプリケーションのかなりの数の領域を思い付くことができます。



第一に、モバイル通信の組織であり、存在しないか、品質が望まれるものが多くあります（ただし、ブロードバンドアクセスチャネルがある場合）。 これは、主に工業地帯の領域にあるオフィス、および建物のエンベロープが「通常の」基地局の信号をシールドするか、携帯電話のカバレッジがない工業施設のオフィス、および文字通り「現場」の意味で活動を拡大しているオフィスに関連します。



フェムトセルは衛星インターネットを介して動作することもできます。これにより、鬱denseとした森の中でも携帯電話のメンテナンスが可能になります。 確かに、衛星インターネットはそれぞれ大きな遅延によって特徴付けられ、遅延/切断は会話になります。 衛星経由のフェムトセルはかなりエキゾチックです。



より安定した有線インターネットを使用している場合、フェムトセルは音声サービスの品質を向上させるだけでなく、セルのすぐ近くにある電話が放射電力を自動的に低減するため、全体的な電磁バックグラウンドも低減できます（安定した信号伝送に十分なレベルに設定します）。



第二に、フェムトセルは、良い意味でも悪い意味でも、追跡ツールになる可能性があります。



最も簡単な電話追跡ツールは、フェムトセルカバレッジエリア内の特定の加入者の出現の通知です。 これにより、落ち着きのない親は、子供が学校から帰宅したことを知るために、自宅のネットワークに子供の電話を登録するようにアラートを設定できます。 監督者は、従業員が同じように働く時間を管理できます。 オートメーションは、アラートを監視することもできます。たとえば、スマートフォン上のデータをオフィスサーバーと同期するなどです。



InfoWatch スパイウェアなど、「変更された」フェムトセルを使用することで、異なるレベルの監視を実現できます。 同社が発表したデバイスは、フェムトセルに接続している加入者の会話を傍受して記録し、州または個々の企業の利益を保護します。 テクノロジーは、コールセンターの効率の一般的な分析から、個人のスマートフォンを使用する従業員の完全な制御まで、「正直な」ものからそうでないものまで、多くのアプリケーションを考え出すことができます。



一般に、フェムトセルの機能は、事業者の料金ポリシー、それによってサポートされるオプション、および受け入れられているネットワーク拡張の原則に依存します。



たとえば、フェムトセルを使用して、ネットワークの輻輳、つまり接続されたデバイスの数を増やすことに対する比較的迅速な反応に対処することができます。 これは、たとえば、非標準の会場で開催されるイベント（大規模なビジターの流れに合わせた展示複合施設外）に関連しています。 主催者にとって、イベントの参加者がいつでも相互に、または外の世界と通信できることが重要です。 負荷は、フェムトセルの領域にあるすべてのデバイスと、「自分の」（「ホワイトリスト」のSIMカード）の両方に分散できます。 Megafonでは、このような決定は適用されません。

Wifi通話

フェムトセルには、ロシアの消費者市場に大量に参入する時間がありませんでした。また、基地局でカバーされていないエリアで通信を編成する別の方法、Wi-Fi通話に置き換えられました。 これは、GSM接続がなくても、利用可能なWi-Fiネットワークを介してスマートフォンから電話をかけることができるサービスです。

テクノロジー

Wi-Fi通話は、より広い概念の一部であり、いわゆるUnlicensed Mobile Access（UMA）と呼ばれます。これは、外部IP加入者をキャリアネットワークに接続する方法です。 このアクセスはGeneric Access Network（GAN）によって提供され、管理されていないインターネットからオペレーターネットワークへのIPパケットの送信は、対応するコントローラー-GANコントローラー（この意味で、フェムトセルは標準GAN機器です）によって実行されます。



このようなアクセスを提供するための方法論は3GPPリリース6で説明されました。UMAの最初の商用実装は2005-2006に登場しました。



加入者側では、機能をスマートフォンソフトウェアに実装する必要があります（統合または追加インストールされたソフトウェアモジュールの形式で）。 デバイスの設定を介してアクティブ化され、モバイルオペレーターによってサポートされている場合は機能します。





Wi-Fiコーリングテクノロジーは、セルラーネットワークからWi-Fiへのシームレスな通話の転送をサポートするため、通常のSkypeやViberのようには見えません（ただし、Wi-Fiルーターのサービスエリアから別のサービスエリアに切り替えると、切断される場合があります） Wi-Fiテクノロジー自体によって決定されます）。 スマートフォンソフトウェアオプションを有効にすると、優先順位を選択できます。両方のネットワークが利用可能な場合、どこに電話をかけるか。 さらに、デバイスとオペレータネットワークは、通話の進行方法を個別に制御します。



他の加入者から見ると、Wi-Fi通話は通常の通話のように見えます。 任意の演算子の番号を呼び出すことができます。 このような通話が着信すると、発信者の電話番号が対話者のデバイスの画面に表示され、選択した料金に従って通話が支払われます。



Wi-Fi通話では、高価な国際ローミングをバイパスできないことに注意してください。 標準の一部は、デバイスの電源を入れたときにオペレーターの既存のGSMタワーを検索することです。これにより、加入者の位置に関する情報が自動的に提供されます。 したがって、Wi-Fi通話を介した通話の節約の可能性は、事業者のポリシーによって完全に決定されます。

ロシアの現実

ロシアでは、Wi-Fi通話が既に認証されています。 数年前の導入は、ライセンスに従って、地元の電話加入者に音声ネットワークへのアクセスを提供する立法上の衝突が禁止されていました。 しかし、この問題は昨年解決されました。

Wi-Fi通話サービスは、ロシアのオペレーターの加入者がすでに利用できます（少なくとも一部の地域では）。 この機会とメガホンをテストします。

フェムトセルを超える利点

ユーザーの観点から見ると、この技術にはフェムトセルの背景に対して多くの利点があります。 主なものは、追加の機器の不足です。 ライセンスの頻度に関連する追加費用と官僚的問題。 中間デバイスはまったく使用されていません。つまり、アクセス許可を取得したり、「登録の場所」に何かをバインドしたりすることについては話しません。 （フェムトセルに関して上記で説明したように）。



唯一の「しかし」のは、Wi-Fi通話がすべてのデバイスで利用できるわけではないということです。 Wi-Fi通話（および原則としてUMA）をサポートするには、電話機にGSMだけでなく、Wi-Fiモジュールも装備する必要があります。 最も安価な「ダイヤラー」はこのテクノロジーのサポートを受けられません。



中間デバイスがないため、Wi-Fi通話は、フェムトセルとは異なり、追加のサービスを展開できません。 したがって、フェムトセルにとって、市場にはまだ場所があります。 したがって、これらのデバイスは急速に開発され続けています。 それらの必要性は主に企業部門であり、特定の地域へのすべての訪問者にコミュニケーションを提供することが重要です。 この問題は、Wi-Fi通話ではまだ解決されていません。



このように、比較的古い技術と新しい技術は互いに補完し合い、GSMのカバレッジが望まれている音声サービスを提供するという問題を共同で解決します。