Современный этап развития систем связи с подвижными объектами. Краткий обзор.

Современный этап развития ССПО

Современные сетевые технологии

Сети произвольной структуры

Мультмедийные приложения и необходимые скорости

Увеличение скорости передачи каналов связи в существующих стандартах

Два пути перехода к системам третьего поколения

Радиоинтефейсы IMT2000

Смена поколений ССПО

Технология I-Mode

Технология EDGE

Системы 3.5G

Технология HSDPA

Технология HSUPA cистем 3.75G

Системы четвертого поколения 4G

Современные сетевые технологии

Можно выделить несколько основных разновидностей сетей связи использующихся для обслуживания мобильного абонента, которые показанны на рис. 1.1:

Рис. 1.1. Основные разновидности сетей связи, используемые для обслуживания мобильного абонента

В последнее время появились гибридные сети различной конфигурации и протяженности. Примером таких сетей могут быть, например, беспроводные сети масштаба города WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) стандартов WiMAX.

 

Сети произвольной структуры

Одной из открывающихся в связи с этим возможностей является создание сетей ad hoc (сетей произвольной структуры, сетей ПС), которые позволяют устанавливать соединения между терминалами отовсюду и в любой момент времени без помощи фиксированной, а на практике часто жестко определенной и централизованной сетевой инфраструктуры.

Мобильная сеть произвольной структуры (mobile Ad Hoc network) - это сеть, спонтанно или произвольно сформированная без какой-либо центральной административной системы и жесткой структуры, состоящая из мобильных узлов, использующих беспроводной интерфейс для передачи пакетных данных.

Для обозначения таких сетей используются также термины сети произвольного доступа или эпизодически создаваемые сети. Узлы в сети такого типа могут служить как маршрутизаторами (router), так и хост-узлами (host), и они могут пересылать пакеты данных для других узлов и поддерживать выполнение приложений пользователя.

Мультмедийные приложения и необходимые скорости

Программа IMT-2000 базируется на ряде признаков, определяющих принципы построения систем 3-го поколения и их архитектуру. Уже на первом этапе развертывания они должны обеспечивать определенные значения скорости передачи для различных степеней мобильности абонента (т.е., разных скоростей его движения) в зависимости от величины зоны покрытия:

Уже на первом этапе развертывания они должны обеспечивать определенные значения скорости передачи для различных степеней мобильности абонента (т. е. разных скоростей его движения) в зависимости от величины зоны покрытия:

Услуги систем связи 3-го поколения

Вид услуги

Услуги

Скорость, кбит/с

Режим работы, трафик

Голосовая связь

Речь, голосовая почта

8-32

Коммутация каналов, симметричный

Низкоскоростной обмен данными

SMS, определение местоположения

9,6-14,4

Коммутация пакетов, асимметричный

Интерактивный обмен мультимедиа-данными

Видеотелефонная связь, передача изображений и больших объемов информации

128-384

Коммутация каналов и пакетов, асимметричный

Асимметричная передача мультимедийных данных

Передача видео, изображений, работа с сетями (Internet)

384-2048

Коммутация каналов и пакетов, асимметричный

Увеличение скорости передачи каналов связи в существующих стандартах

В рамках эволюционного перехода существующих систем связи к более скоростным технологиям используется несколько приемов.

Одним из методов увеличения скорости передачи каналов связи является введение новых прогрессивных, более высокоскоростных видов модуляции в уже развернутых системах. Примером такой технологии является концепция EDGE. Введение технологии EDGE позволяет в три раза увеличить скорость передачи данных в системах стандарта GSM. Это происходит за счет передачи в каждом символе не одного информационного бита, а трех.

Увеличение скорости передачи каналов связи в существующих стандартах может быть произведено за счет использования одним абонентом не одного таймслота, а нескольких.

Два пути перехода к системам третьего поколения

В рамках концепции IMT-2000 используются две стратегии перехода к 3G-системам: эволюционное (постепенное) и революционное (одномоментное).

Две стратегии внедрения услуг 3-го поколения мобильной связи

Определяющий фактор

Эволюционный путь

Революционный путь

Метод использования частотного ресурса

Работа в старых диапазонах

Освоение новых диапазонов

Принцип предоставления услуг

Постепенно расширяемый ассортимент услуг

Новые услуги с начала развертывания

Пропускная способность

Пропускная способность Постепенно наращиваемая

Пропускная способность Изначально высокая

Стратегия создания сетевой инфраструктуры

Медленный и постепенный переход от 2G к 3G по мере появления спроса на услуги

Создание опытных районов ("островков") с полным набором услуг

Технологический уровень

Новые технологии в отдельных сетевых элементах

Все главные сетевые технологии новейшие

Архитектура сети

Максимальное использование существующей сетевой инфраструктуры

Новая архитектура сети

Коммерческий риск

Низкий

Высокий

Состав операторов

В основном те же, что и в 2G

Операторы, купившие лицензии на услуги 3G

Глобальный роуминг

С ограничениями

Без ограничений

Капитальные затраты

Капитальные затраты незначительные

Капитальные затраты значительные

 

Радиоинтефейсы IMT2000

Международный Союз Электросвязи (ITU) утвердил сразу пять различных спецификаций радиоинтерфейсов для систем третьего поколения. Часть из них (IMT-DS/UMTS, IMT-MC/cdma2000, IMT-TC/UTRA TDD) базируются на технологии CDMA, часть – на совершенно новых решениях и разработках, а часть представляет собой эволюционное развитие предыдущих стандартов, используемых в сетях сотовой связи второго поколения (2G).

Для создания наземных сетей подвижной связи Международным Союзом Электросвязи было рекомендовано использовать пять типов радиоинтерфейсов:

Смена поколений ССПО

Главной особенностью современного этапа развития систем сотовой связи является переход к системам третьего поколения 3G. Основным отличием систем 3G от эксплуатируемых сейчас сетей второго поколения (2G) является возможность передачи больших объемов информации с высокими скоростями. В системах третьего поколения появляются возможности для предоставления так называемых мультимедийных услуг: передачи изображений, в том числе и организация видеоконференций, телемедицины, мобильной электронной коммерции, обеспечения безопасности абонентов и услуг, связанных с определением местоположения абонента.

Рис. 1.2 . Смена поколений систем связи

Технология I-Mode

I-mode - технология предоставления абонентам дополнительных информационных услуг, в частности доступа в Интернет, в существующих сетях второго поколения. Основу технологии, разработанной японской компанией NTT DoCoMo (Nippon Telephone and Telegraph DoCoMo), составляет использование компактной (усеченной) версии языка HTML - так называемого cHTML (Compact HTML).

Технология EDGE

Технология EDGE (Enhanced data rates for GSM and TDMA/136 evolution) принята Институтом ETSI и Всемирным консорциумом по универсальным беспроводным коммуникациям (UWCC) в качестве основы для эволюционного развития сетей GSM/GPRS. Соответствуя требованиям IMT-2000, EDGE способна обеспечить развертывание служб передачи данных со скоростями до 384 Кбит/с и поэтому может служить хорошим дополнением к сетям радиодоступа UMTS. Реально достижимая средняя скорость передачи данных составляет 100–120 кбит/с, с пиковыми значениями до 230 кбит/с. Во многом скорость передачи данных в сети с поддержкой технологии EDGE зависит от класса используемого абонентского устройства, качества и развития сети.

Процесс стандартизации EDGE был разделен на два этапа. На первом акцент был сделан на разработку технологий EGPRS (Enhanced GPRS) и ECSD (Enhanced Circuit-Switched Data). Соответствующие стандарты появились в 1999 году. На втором этапе определены шаги по усовершенствованию реализации служб мультимедиа и реального времени. Кроме того, планируется согласовать приложения и интерфейсы EDGE и UMTS, что позволит системам обоих типов использовать единую магистральную инфраструктуру.

Системы 3.5G

Иногда термин 3.5G используется, для описания усовершенствованных 3G мобильных сетей передачи данных, в которых достигнуты более высокие, чем 2 Мбит/с, скорости передачи данных, типично порядка 3 Мбит/с. Следует однако, отметить, что этот термин имеет достаточно условное применение. Первая страна, которая вводит 3.5G сети в большом национальном масштабе - Япония, и первый мобильный оператор - японская компания KDDI. KDDI ввел сеть множественного доступа с кодовым разделением каналов 2000 1x-EVDO в декабре 2003. Одной из самых популярных услуг в 3.5G сетях KDDI является загрузки музыки.

 

Технология HSDPA

Технология высокоскоростного пакетного доступа по каналу связи вниз (нисходящему каналу) HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), которую относят к поколению 3.5G, позволяет внедрять услуги, требующие высоких скоростей передачи информации, повышает скорость передачи данных и расширяет емкость сетей третьего поколения. Она обеспечивает плавное, эволюционное повышение производительности сетей третьего поколения, подобно тому, как это делает технология EDGE в сетевой среде GSM.

Технология HSDPA основана на использовании высокоскоростного общего нисходящего канала HS-DSCH (High-Speed Downlink Shared Channel) систем 3G, способного поддерживать высокие скорости передачи данных; она позволяет обслуживать разных пользователей, осуществляя мультиплексирование с временным и кодовым разделением. Благодаря этому данная технология идеально подходит для обработки прерывистого пакетного трафика в многопользовательской среде.

Технология HSUPA cистем 3.75G

Высокоскоростной пакетный доступ по каналу связи вниз HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) является протоколом доступа к данным для сетей мобильного телефона с высокой скорости загрузки, достигающей 5,8 Мбит/с. Подобно HSDPA, HSUPA считают эволюционной технологией поколения 3.75G. Предполагается введение HSUPA в мобильные телефоны в 2007 или 2008 годах.

Системы четвертого поколения 4G

Термин 4G используется для краткого обозначения технология беспроводного доступа четвертого поколения (Fourth-Generation), являющихся преемниками 3G. Концепция 4G описывается двумя различными, но во многом накладывающихся идеями:

1. Высокоскоростной мобильный беспроводной доступ с очень высокой скоростью передачи данных, того же самого порядка как подключение по медленным местное локальным сетям - до 20 мегабит в секунду. Это использовалось, чтобы описать технологии беспроводного доступа WLAN, таких как WiFi, WiMax, а так же другим потенциальным преемникам нынешних 3G стандарты мобильного телефона.

2. Всепроникающие сети (Pervasive networks). Аморфное и сегодня полностью гипотетическое концепция, где пользователь может быть одновременно связан с несколькими технологиями беспроводного доступа и может бесшовно перемещаться между ними. Эти технологии доступа могут быть Wi-Fi, UMTS, EDGE или любой другой будущей технологией доступа. В эту концепцию включают также технологии интеллектуального радио (Smart-Radio), для эффективного управления использованием спектра и передаваемой мощностью а так же использование протоколов ячеистой маршрутизации (Mesh Routing Protocol) с несколькими различными путями между парами узлов, чтобы создать всепроникающие сети.