نسلها و فناوريهاي شبکههاي تلفنهمراه
نسلها و فناوريهاي شبکههاي
تلفنهمراه
مقدمه :
رشد سامانههاي تلفن سيار، افزايش كاربران اينترنت و بالا رفتن انتظار و نيازهای کاربران مثل تقاضاي دسترسي به اينترنت با كيفيت بالا از طريق سامانههاي بيسيم، منجر به طراحي سامانههايي شده است كه بتوانند اين نيازها را برآورده كنند. کاربران خدمات مخابراتي در آينده، ترجيح ميدهند که خدمات مشابهي را که از شبکههاي ثابت دريافت ميکنند از يک محيط بيسيم نيز در اختيار داشته باشند. البته انتظار نميرود که کاربران تمايل داشته باشند که عملکرد بهتر را قرباني حرکت پذيري بيشتر نمايند زيرادر هرصورت از ابزارهاي مخابراتي ساکن هم استفاده خواهند کرد. بنابراين بهترين راهکار اين استکه سامانههاي بيسيم با شبکههاي ثابت نيز مجتمع شده باشد، به همين منظور شبکههاي بيسيم به سرعت در حال تکامل و حرکت به سمت شبکههاي تماما" IP هستند.
شبکههاي نسل 1 ، 2 و 5/2 :
امروزه شبکههاي گوناگون بيسيم با ويژگيهاي مختلف درحال ارائه خدمات به مشترکان هستند که هريک از آنها مزايا و معايب خاص خود را دارند. (اولين سامانه مخابرات سلولي جهان در سال 1983 در آمريکا با نام AMPS شروع به کار کرد؛ اين سامانه که آنالوگ بود به تدريج در اکثر مناطق جهان مورد استفاده قرار گرفت و از آن به عنوان نسل اول مخابرات سيار ياد ميشود). شبکههاي تلفن همراه GSM که در سال 1990 در اروپا آغاز به کار کرد نسل دوم مخابرات سيار بودند. در اين شبکهها زمان برقراري تماس با شبكه تا چندين ثانيه طول ميكشد و سرعت آن به Kbps 6/9 محدود است. اما درGPRS زمان دسترسي، كمتر از يك ثانيه است و سرعت انتقال دادهها تا مرز kbps170 نيز ميرسد. همچنين سرعت انتقال دادهها درEDGE (يکي ديگر از شبکههاي گسترشيافته GSM)، به kbps370 ارتقاء يافته است. در نسل سوم سرعت انتقال اطلاعات به2 تا Mbps 10 و در نسل چهارم به ٢٠ تا Mbps١٠٠ خواهد رسيد. به همين دليل از ديدگاه كاربران شبکههای GSM، سرعت انتقال داده بسيار پايين، برقراري تماس بسيار دشوار و زمان آن طولاني است.از نظر فني مشكل از اينجا ناشي ميشود كه خدمات بيسيم موجود براساس سوئيچينگ مداري كار ميكنند.
شبکههاي سلولي نسل دوم مانندGSM، که فقط براي انتقال صوت مورد استفاده قرار ميگيرند، ذاتا" داراي فناوري سوئيچ مداري هستند و شبکههاي نسل 5/2 مانند GPRS، مدل گسترش يافته شبکههاي نسل دوم هستند که از فناوري سوئيچ مداري براي انتقال صوت و از سوئيچ بستهاي براي تبادل داده استفاده ميکنند.
در بخش رابط هوايي سوئيچينگ مداري، در كل طول تماس، يك كانال ترافيكي كامل به مشترك اختصاص داده ميشود. اين در حالي است كه در موارد ترافيك خوشهاي نظير اينترنت، اين كار بسيار ناكارآمد است. ولي در سامانههای سوئيچينگ بستهاي، يك كانال تنها در زمان مورد نياز به كاربر اختصاص داده ميشود و بلافاصله بعد از هر ارسال بستهاي، آزاد ميگردد بنابراين كاربران مختلف ميتوانند از يك كانال فيزيكي بطور مشترك استفاده كنند. فناوري بستهاي GPRS برمبناي سامانه GSM موجود براي رفع اين مشكل ابداع شده است بنابراين كاربران GPRS از سرعت دسترسي و نرخ داده بالاتري برخوردار ميشوند.
نکته ديگر اينکه در سامانههاي مبتني بر سوئيچينگ مداري، كاركرد بر اساس مدت زماني كه كاربر به شبكه متصل است، محاسبه ميشود چراکه پهناي باند فقط براي کاربر اختصاص داده شده است، بنابراين يك كاربر حتي براي زماني كه اطلاعاتي مبادله نميكند هم بايد هزينه بپردازد. به همين دليل اين خدمات براي بيشتر مشتركين هزينه بسيار بالايي درپي دارد. اما در GPRS كه مبتني بر سوئيچينگ بستهاي است، كاركرد بر اساس حجم اطلاعات مبادله شده محاسبه ميشود و مشترك ميتواند مدت زيادي بدون اينكه بستهاي ارسال يا دريافت كند متصل باقي بماند و فقط هزينه مربوط به بستههاي ارسالي و دريافتي را بپردازد زيرا فناوري سوئيچ بستهاي، پهناي باند را بيشتر مورد استفاده قرار داده و به بستههاي هر کاربر اجازه رقابت براي بدست آوردن پهناي باند را ميدهد بنابراين خدمات مختلف GPRS مثل دسترسي به پست الكترونيكي، وِب و ساير خدمات داده اي در کنار خدمات صوتي براي كاربران مقرونبهصرفهتر خواهد بود. با اين تفاصيل، ميتوان گفت که حرکت به سمت استفاده از سوئيچ بستهاي و به تبع آن شبکههاي IP يک امر طبيعي است.
شبکههاي نسل 3 و 4:
شبکههاي نسل سوم مانند UMTS قصد داشتند مشکلات متعددي را که نسلهاي 2 و 5/2 با آن روبرو شده بودند برطرف کنند. همان طوري که گفتيم، از جمله اين مشکلات، سرعتهاي پايين ارسال، قيمت زياد و وجود فماوري هاي ناهمخوان و سازگارناپذير (TDMA/CDMA) در کشورهاي مختلف است. بنابراين، به منظور فعالسازي استفاده از خدمات چندرسانهاي جديد، حتي پهناي باندها نيز بايد با کمترين هزينه نسبت به سامانههاي پيشين ارائه شوند.
انتظاراتي که از نسل 3 وجود داشت، افزايش پهناي باند بهKb/s 128 در ماشينها وMb/s 2 در کاربردهاي ثابت بود. ولي در واقعيت، خروجي نسل سوم نه روشن بود و نه مشخص. البته يک قسمت از اين مشکل به استفاده تامين کنندگان و ارائه دهندگان شبکهها از استانداردهاي مجزا براي نگهداري و پشتيباني سامانهها برميگردد زيرا بدنه اين استانداردها باعث ايجاد تفاوتهايي در فناوري واسطهاي هوايي ميشود. در ضمن سوالات مالي متعددي هم وجود دارد که باعث ترديد در مرغوبيت شبکههاي نسل 3 ميشود و اين نگراني وجود دارد که در بسياري از کشورها، نسل 3 مورد توجه واقع نشود. اين نگرانيها در نهايت باعث ايجاد رقابت و تمايل به استفاده از فناوريهاي بيسيم نسل چهارم شد. شبکههاي نسل چهارم يا G4، نامي است که به سامانههاي سيار مبتنيبرIP که دسترسي را از طريق يک مجوعه از واسطههاي راديويي تامين ميکنند، داده شده است. اين شبكهها متکي بر فناوريهاي سوئيچ بستهاي هستند و به طور کلي مبتني بر مجموعه پروتکل IP در هر دو بخش شبکههاي باسيم و بيسيم هستند. شبکه G4 برقراري بهترين خدمات اتصال فراگشت بيسيم را تعهد ميکند و از طرف ديگر چندين واسط دسترسي راديويي مانند:HIPERLAN ،WA ، GPRS وBLUETOOTH را به يک شبکه واحد که کاربر از آن استفاده ميکند تبديل خواهد کرد.
با اين ويژگي، کاربران خواهند توانست به خدمات مختلف دسترسي پيدا کرده و پوشش بيشتري داشته باشند در ضمن، راحتي استفاده از يک وسيله واحد را نيز تجربه کنند. از طرف ديگر يک صورتحساب را با کاهش کل هزينة دسترسي داشته و دسترسی بيسيم قابل اعتمادي را حتي در صورت از دست دادن يک يا چند شبکه، داشته باشند. در حال حاضر G4 يکي از ابتکارات مراکز R&D براي فائق آمدن بر محدوديتهاي موجود و برطرف کردن مشکلات G3 است که نتوانسته به وعدههاي خود در زمينه عملکردها و خروجي های مختلف عمل کند.
جايگاه مديريت حرکت پذيري در شبکههاي بيسيم:
بحث مديريت حركتپذيري بهواسطه تامين يك ارتباط مستمر براي گرههايي كه نقطه اتصال خود به شبكه را تغيير ميدهند، مطرح شده است. با توجه به رشد روزافزون پايانههاي همراه و احتياج به جابهجايي بين شبكههاي بيسيم با فناوريهاي مختلف، پشتيباني از حركتپذيري (در يك شبكه و بين شبكههاي مختلف) تبديل به يكي از خدمات موردنياز و ضروري براي شبكههاي تجاري و نظامي شده است. بنابراين در سالهاي اخير، تلاشهاي زيادي در جهت توسعه طرحهاي مديريت حركت پذيري موجود و ارايه روشهاي جديد با در نظر گرفتن استانداردهايي از جملهIETF ، 3GPP و IEEEانجام گرفته و روشهاي متفاوتي براي محيط هاي مختلف پيشنهاد شده است كه اين روشها براي همسازي بين درجههاي مختلف حركتپذيري گرهها، مشخصات ترافيكي و احتياجات Qos طراحي شدهاند.
شبکههای بيسيم، حرکت پذيري و IP :
از آنجايي کهIP با هدف حرکتپذيري طراحي نشده بود، مشکلات زيادي براي پيادهسازي شبکههاي بيسيم تماما" IP به وجود آمد. اولين مشکل اين بود که در داخل يک شبکه IP يک آدرس IP هم براي شناسايي گره و هم براي شناسايي محل آن استفاده ميشود. بنابراين وقتي که يک گره سيار در داخل يک شبکه حرکت ميکند، آدرس IP آن بايد تغيير کند که اين مشکل در طرحهاي متعددي از جمله MIP عنوان شده است.
طرحMIP سازوكاري را پيشنهاد ميکند که در آن به گرههاي سيار اجازه ميدهد که نقطه اتصال خود و در نتيجه آدرس IP خود را در داخل شبکه تغيير دهند. البته بايد توجه داشت وقتي که MIP طراحي شد، شبکه هاي بيسيم تماما" IP در نظر گرفته نشده بودند و برخي از سازوكارهايي که به وسيله MIP استفاده ميشود، مناسب اين گونه شبکهها نيست. به عنوان مثال قابل پيش بيني بود که صدا به عنوان يک سرويس مهم در شبکههاي بيسيم باند پهن همچنان مطرح باشد و به منظور پشتيباني مناسب صدا بر روي IP ، شبکه بايد تاخير کم و تغييرات تاخير کم را بر بستههاي صدا داشته باشد که اين تاخيرهاي کم حتي در صورتيکه كاربرتلفن همراه قصد فراگشت داشته باشد نيز بايد تامين شود (يعني وقتي که از يک ايستگاهBS به ايستگاه ديگري ميرود) بنابراين گره سيار بايد قادر باشد که بهسرعت، آدرس IP خودش را در حين انجام فراگشت تغيير دهد.
در حال حاظر رهيافتهاي زيادي براي پشتيباني مناسب حرکتپذيري در شبکههاي IP پيشنهاد شده است که به عنوان پروتکلهايMicro Mobility شناخته ميشوند البته گاهي اوقات مشخصات و ويژگيهاي ناهمگن آنها، بدست آوردن يک تصوير کلي از مشکلات را به سختي امکانپذير ميسازد.
سناريوهاي آينده شبکههاي بيسيم:
سناريوهاي منطقي و معقولي که دور نماي مخابرات در سال 2010 را توصيف ميکنند، برمبناي موضوعات مختلف فني، اقتصادي و سياسي موجود طراحي شدهاند. براساس اين گرايش ها، سه سناريوي پويا به نامهاي: «برادر بزرگتر از شما در مقابل برادران کوچکتر محافظت ميکند», «همه چيز پيش ميرود» «محاسبة بستهاي», ارائه شده که تلويحاً موضوعات اصلي را در نظر داشته و در راستاي معيارهاي مطرح شدة آنها حرکت مي کنند.
البته با توجه به اينکه انتظار نميرود فناوري منابع تغذيه در دهة بعد پيشرفت زيادي داشته باشند، بنابراين مصرف توان در سامانهها بايد کاهش پيدا کند. در مجموع اگر تمامي عامل هاي محدود کننده را بتوان کنار گذاشت، هيچ محدوديت و نگراني اساسي ديگري در مورد ظرفيت کاربرهاي بيسيم و تأمين پهنايباند مورد نياز کاربرها وجود نخواهد داشت. به عنوان نمونه با محدود کردن سرمايه گذاريهاي زيرساخت (مثلاً درمورد تعداد نقاط دسترسي بيسيم به شبکههاي ثابت) تأثير طيف کم شده و مصرف توان در صورت نامساعد بودن شرايط انتشار، افزايش مييابد.
