Сымсыз байланыс технологиялары

Home » Рефераттар » Сымсыз байланыс технологиялары
Рефераттар Комментариев нет

Кіріспе

Әлемде сымсыз байланыс технологиялары шапшаң екпіндермен дамиды, берілетін қызметтердің көлемі мен сапалығы толассыз кеңееді, бұқаралық,  арзан (общедоступный) және жеке пайдаланушының қажеттілігіне лайықтанады.  Жаңа мүмкіндіктердің қазіргі  желілердің жетілдіруі мен үшінші ұрпақты жылжымалы байланыс стандарттарының базасында құрастырылған глобалдық желілік инфраструктурасымен байланысты жаңа техникалық шешулер нәтижесінде орындалады.

Сымсыз байланыс нарығының сауалын революциялайтын жаңа өңдеулердің енгізуі және жаңа қолданулар санының әрдайым өсуі қосымша сыймдылық пен радиожиіліктердің диапазондарының жаңа иеленуіне төтенше қажеттіліктерге әкеп соғады. Құрлықтық сымсыз байланыстың алғашқы тәжірибелері 20-шы жылдардың басында Детройте болды.

30-шы жылдардың басында алғашқы екіжақты сымсыз байланыс жүйесі Нью-Джерси штатының Бейонна қаласында полиция департаментімен енгізілді. Арбиған радиожабдық жай автомобильдің жүк салғышының көп бөлігін алып жатты. Дәл осы уақытта операторлар алғаш рет радиотолқындардың жылжымалы байланыс шарттарында таралу қыңырықтарымен кездесті. Тәжірибелер нәтижесі бойынша бұл проблемалар жарым-жарты қабылдағыштың қозғалуымен және берілу трассасының құбылмалық табиғатына байланысты. 30-шы жылдардың ортасына дейін барлық жылжымалы радиостанциялар амплитудалық модуляцияны қолданды (АМ). 30-шы жылдардың аяғында Коннектикут штатының полиция департаменті алғашқы екіжақты жиіліктік модуляциялы (ЖМ) жылжымалы радиобайланыс жүйесін енгізді, бұл байланыс жылжымалы радиоберілу сигналының спецификалық таралу шартына қалыпты болды. 1940 жылға орай Құрама Штаттарының барлық дерлік полициялық жүйелері ЖМ көшті.

Екінші дүниежүзілік соғыстың соңы комерциялық аренадағы сымсыз байланыс экспансиясымен сәйкес келді. Сауал үлкен болды және көп кешікпей спектрдің хроникалық асыла тиелгендігінің белгілері пайда болды. Техникалық жетілдірулер екі басты мақсатқа жетуіне көзделген: арналардың жарылуы көмегімен берілу жиілік жолағының азаю және автоматтық транкингтық жүйелердің немесе мультиплексиялауы бар жүйелерді енгізу. 1948 ж. Индиана штатының Ричмонд қаласында алғаш толық автоматтандырылған жылжымалы телефондық байланыс жүйесі эксплуатацияға енгізілді. Екінші дүниежүзілік соғысының соңы мен 60-шы жылдардың арасындағы уақытта аналогтық ЖМ жүйелердің спектралдық нәтижелігі төрт есе өсті.

1978 ж. бастап әлемде аналогтық ұялық жүйелердің эксплуатациясы басталды, ал 1992 ж. Еуропада сандық ұялық байланыс GSM істей бастады. 2005 жылдың аяғында Қазақстанда 4 ұялық байланыс операторы бар болды. GSM-900 стандартты алғашқы ұялық байланыстың операторы «GSM Казахстан» компаниясының «K-cell» сауда белгісімен коммерциялық бастауы 1999 жылдың 6 ақпанында болды. Компанияның тағы бар сауда белгісі «Activ» карталық байланыстың жіберілуі 1999 жылдың 9 қыркүйекте болды. «КаР-Тел» компаниясы – GSM-900 стандартты екінші операторы, оның нарықтағы сауда белгілері «K-mobile», «EXCESS» және «Beеline». «K-mobile» 1999 жылдан бастап істейді. Қазақстандық «Алтел» компаниясы CDMA2000 1X стандартында жұмыс істейді. 1994 жылы «Алтел» ұялық байланыстың алғашқы қазақстандық операторы болды, ол қызметті AMPS аналогтық стандартта көрсетті. Сонымен қатар «Алтел» компаниясы prepaid-брендтің коммерциялық эксплуатациясын жүзеге асырады (ТОО «Телеком Сервис») – «PAThWORD». Ол CDMA2000 1X стандартты, карталық жүйеде қызмет көрсетеді. «Сымсыз байланыс технологиясы» тәртібі  профильдік тәртіптер циклнің міндетті сабағы болып келеді. Курс мақсаты – студенттерді ұйымдастыру принциптері және сымсыз байланыс технологияларын оқыту (СБ), арналарды бөлу әдістерін көрсету; оптикалық және радиобайланысты қолдана отырып сигналдарды кеңіту әдістеріне, СБ жүйелерін құрудың техникалық концепцияларына үйрету; спектрі кеңейтілетін жүйелерді, сонымен қатар сымсыз локалдық желілерді құрастыру принциптерін қарастыру.

Сымсыз байланыс жүйелері. Дара радиобайланыс. 

Соңғы жылдары телекоммуникациялық радиожүйелердің дамуы көшкін түрінде болады. Әсіресе бұл жылжымалы жүйелерге қатысты. Қазір кең таралым алған әлемде арналарды уақыттық, жиіліктік және кодтық бөлудегі мобильді жүйелер эксплуатацияланады (ұялы байланыстың AMPS, GSM, CDMA, транкингтік EDACS, MPT1327 және т.б. стандарттар).  Және де жылжымалы телекоммуникациялық радиожүйелер қызметінің пайдаланушылары әрдайым өсіп жатыр.  Бұл пайдаланушылық терминалдың және қызмет ету тарифтер бағасының күрт төсуімен байланысты.

Бірақ, бұл жүйелер бір-бірімен сәйкес келмейді және пайдаланушы әртүрлі жағдайда әртүрлі терминалдарды қолдануға міндетті (ұялық, пикоұялық DECT, транкингтік, спутниктік, пейджер). Сонымен қатар глобалдық роумингті қамтамас ете алмайтын әртүрлі мемлекеттерде әртүрлі сымсыз радиобайланыс стандарттары қолданылады.

Сымсыз байланыс жүйелері келесі белгілер бойынша классификацияланады: а) ұрпақ бойынша: бірінші ұрпақтық аналогтық; екінші ұрпақтық сандық; үшінші ұрпақты әмбебап; төртінші ұрпақты кеңжолақты мультимедиалық; б) тағайындауы бойынша: ұялық; пикоұялық (сымсыз телефондық); транкингтық; спутниктық; оптикалық; пейджингтік; в) көпстанциялық рұқсат ету әдістері бойынша: арналарды жиіліктік бөлу арқылы FDMA; арналарды уақыттық бөлу арқылы TDMA; арналарды кодтық бөлу арқылы CDMA; қиыстырылғандар; г) байланыс каналының ұйымдастыру әдісі бойынша: симплекстік; дуплекстік; жартылайдуплекстік.

Барлық технологияларды бір терминалда сыйстыру үшін 1998-1999 жылы жасалынған жаңа әмбебап мобильді телекоммуникациялық жүйелер стандарты (UMTS) қолданылады. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) концепциясы қазіргі кезде 3-ші дәуірлі жылжымалы телекоммуникациондық радиожүйесінің пайда болу шегінде іске асады. Бір диапазоннан екінші диапазонға өту, стандарттан стандартқа өту немесе серікті арнадан ұялы арнаға өту мүмкіншілігі абонентке өзіне ыңғайлы келетін қызмет түрін таңдауға мүмкіншілік береді. Сондықтан UMTS терминалдар бірнеше стандарттарда жұмыс істейтін, көпрежимді болып келеді. GSM сияқты UMTS-ке және басқа да сымсыз байланыс жүйелеріне қосылу мүмкіншілігі бар көпрежимді абоненттік аппараттар UMTS абонентттеріне UMTS қызметтерге қосылу мүмкіншілігі болмаған жерлерде GSM  стандартты ұялы байланысқа қосылу мүмкіншілігін сақтайды.

Транкингтік жүйесінің ерекше айырмашылығы бұл- бір-бірімен ортақ басқару шина көмегімен байланысқан, бірнеше ретрансляторлардан тұратын ретрансляциондық пункттің ортақ жиіліктік ресурсына қосылу мүмкіншілігін ұйымдастыруы арқылы жиілік жолағын эффективті түрде пайдалану мүмкіншілігі болып табылады. Транкингтік жүйесінің икемді архитектурасы жеке, әрі бірнеше абоненттердің немесе барлық абоненттердің шақыруларын өткізуге мүмкіншілік береді. Мұндай жүйелерде сәулеленуде станция жұмысы үзіліссіз емес, тек эфирдің аса жүктелуін азайтатын радиотелефонның тангентін басқанда ғана іске асады.

Бірақ бірінші дәуірлі  профессионалды транкингтік жүйесінің желілері жоғары конфиденциалдылыққа жауап бере алмайды және абоненттік құрылғылардың идентификациясын, абоненттердің аутентификациясын қамтамасыз ете алмайды. Бұл тапсырмалар бір-біріне сәйкес келмейтін аналогты стандарттардың үлкен санының орнын баса алатын, екінші дәуірлі (АРСО, TETRA) профессионалды байланыстың цифрлық жүйелерінде шешілген. TETRA-ға байланыс протоколдары ерекше болатын және түрлі жиілік диапазондарда жүйені минималды шығынмен іске асыра алатын универсалды техникалық шешімдер кіргізілген. Сонымен бірге, TETRA техникалық мүмкіншіліктерді көбейтудегі саласының мүмкіншіліктерін қамтамасыз етеді. Бірінші дәуірлі (Inmarsat-A стандартты)  сымсыз серіктік байланыстың жер станциялары негізінен үлкен орталық станциялары бар, радиалды-түйінді корпаративті желілерді істеу үшін арналған.Мобильді серіктік байланыста революциялық түрлендірулер 90-шы жылдарда болды. Олар келесі үш  фактормен шартталған: космостық программалардың коммерциализациясымен, төмен және орташа орбиталарды қолданумен, цифрлық сигналдық процессорлардың қолдануы арқылы цифрлық байланысқа өтумен. Нәтижесінде төменгі орбиталарда (Iridium, Globalstar), орташа биік (ICO) орбиталарда серіктік байланыстың глобальды жүйелердің бірнеше жобалары іске асырылды, және екі регионалды жүйелер (AceS и Thuraya).

Транкинг – бұл көптеген абоненттердің шектелген арналар санына еркін қосылу мүмкіншілігінің тәсілі. Қандай-да бір уақытта барлық абоненттер белсенді болмағандықтан, керекті арналар саны жалпы абоненттер санынан анағұрлым аз. Мысалы, арналар саны 5 болғанда(4 сөйлеу арнасы және 1 басқару арнасы), транкингтік жүйе 300 абоненттке қызмет ете алады.

Ұялы жүйелермен салыстырғанда транкингтік радиожүйелерінің артықшылықтарына мыналарды жатқызуға болады:

  1. шақырулардың икемді жүйесі– индивидуалды, топтық, аварийді және басқалар;
  2. нөмірлеудің икемді жүйесі– екімәнділерден бастап толық дыбыс нөмірлеріне дейін;
  3. байланысты орнатудың аз уақыты- ұялы жүйелердегі бірнеше секундына қарсы секундтың бір бөлігі;
  4. экономдау – құрылғылар және оларды пайдалану шығыны бойынша ұялы жүйелерге қарағанда транкингтік радиожүйелер бірнеше есе экономды.

Абоненттер арасында байланыс ретрансляторлар арналарын автоматты түрде орналастыруды іске асыратын жылжымалы жер радиобайланыстың радиалды- аумақтық  жүйелердің принципі SmarTrunk, MPT 1327- тан бастап жаңа TETRA-ға дейін барлық транкингтік жүйелерді біріктіреді.

TETRA – бұл цифрлық радиобайланыстың еуропалық стандарты болып табылады. Бұл стандарт қоғамдық қауіпсіздік, көлік және коммуналдық қызмет саласындағы қолданушыларға негізделген. Уақыт арқылы бөлетін көпшілік қосылу мүмкіншілігі бар технологиясын қолданатын TETRA  стандарты көбінесе адамдар саны үлкен болатын қалалық жерлер байланысында қолданылуы керек(мысалы, Еуропаның солтүстік-батыс елдерінде). Ол тек шектеулі деңгейлі қуаттарды және жиіліктердің тар диапазонын қолданып, транкингтік байланыс режимінде ғана жұмыс істеуді қалайды.

Жеке радиобайланыстың жүйелері (пейджингтік жүйелер)  қазіргі кезде негізінен екі негізгі стандартта жұмыс істейді: POCSAG  және FLEX. Қазақстан және ТМД елдерінің пейджингтік компаниялардың көбісі мәліметтерді тарату жылдамдығы 512 немесе 1200 бит/сек тең POCSAG стандартын пайдаланады. Бұл компанияларының пайдаланатын жиілік диапазоны — 138-174 MГц, бірақ 435-480 MHz жиілік диапазонында жұмыс істейтіндері де бар. Алыс орналасатын шетел елдерде 929-932 MHz диапазоны кең таралған. Пейджингтік жүйелерің үлкен артықшылығы – спектрді экономды түрде қолдану — бір жиілікте 10 мың абоненттерге қызмет етіледі. Бірақ цифрлық ұялы жүйелердің арзандауы және дамуына байланысты пейджингтік жүйелерге сұраныс төмендеп жатыр.

Мобилді компьютерлер- бұл офистік үстел компьютерден ара қашықтықта пайдаланатын үлкен емес, портативті құрылғылар. Олар компьютерлік индустрияның тез өсетін сегментін көрсетеді. Олардың бәрі минимумше инфрақызыл байланыспен қамтамасыз етілген. Laptop классының компьютерлерінен де кіші, әрі мобилді компьютерлер бар. Органайзер, пейджер және ұялы телефон функцияларын біріктіретін ноутбуктар, субноутбуктар, қол (palmtops) және қалталы (handholds) компьютерлер және персоналды компьютер секретарьлары (personal digital assistants) – танымалы модернизацияланған компьютерлер.

Аналитиктер PDA деп аталатын коммуникаторлар немесе смартфондар жаңа мобилды персоналды құрылғылар рыногының күрт өсуін көздейді. Laptop классының компьютерлері портативті болса да, ыңғайсыз болып келеді және де олар негізінен үстел компьютерлер түрінде қолданылады, ал жаңа компьютерлер жұмыс процессінде орнын ауыстыратын адамдардың ыңғайлылығына арналған. Мобилды компьютерлер көбінесе адам тұрған кезде немесе келе жатқан кезде жұмыс істейді. Қолданушы папка, ұялы телефонды ұстағандай компьютерді бір қолымен ұстап, екінші қолымен жұмыс істей алады. Laptop классының компьютерімен бұл мүмкін емес. Мобилды компьютерлер олармен жұмыс істейтіндердің талаптарын қанағаттандыру үшін жәнеыңғайлы болу үшін одан да кішілеу, жеңілдеу және жұмыста қарапайымдау болу керек. Қолданушыларға националды және халықаралық коммутацияланатын жалпы қолданушы телефондық желілермен біріктірілген,жылжымалы радиожелілер формасындағы сымсыз желілер көмегімен орталық ЭВМ,мәліметтер базасына жылжымалы және икемді қосылу мүмкіншілігі қажет болады.

Мобилды компьютерлерді ыңғайлы болып істеу үшін көптеген компьютерлік және аралас (компьютер — жылжымалы байланыс) технологиялар қолданылады: сөйлеуді тану клавиатураны айырбастауға және компьютерді ыңғайлы, әрі функционалды болуына әкелуі мүмкін; радиобайланыс қолданушыларға бөлмеде, ғимараттың ішінде, қалада,елдердің ішінде немесе бүкіл дүние жүзінде ақпаратты алуға мүмкіншілік береді; ақпаратты сақтауға арналған сыйымды, әрі формасы кішілеу болып келетін қазіргі жаңа микропроцессорлар және радиобайланыстың цифрлық жүйелер мәліметтерді одан да эффективті түрде тарата және өңдей алады; қоректену элементтерді жасау технологиясының дамуы компьютерлерге және смартфондарға батареяның бір зарядкасында ұзақ уақыт периодында жұмыс істеуге мүмкіншілік береді.

Сымсыз байланыстың ұялы желілері

Ұялы жүйелерде ұяшықтың өлшемі абоненттердің тығыздығына және қызмет етілетін территорияда абоненттерді орналастыруына байланысты болады. Абоненттер тығыздығы үлкен болатын жерлерде радиусы 100м тең пикоұяшықтар, ал адамдардың саны одан да жоғары және құрылысы интенсивті болатын жерлерде микроұяшықтар(0,1-0,5 км) қолданылады. Қаланы және қала шетіндегі аумақтарды қамтитын микроұяшықтық аумақтардың істеу радиусы 30-35 км аспайды.

Ұялы жүйелер және сымсыз қосылу мүмкіншілігінің жүйелері абоненттер саны шарты километрге 10 000 Эрлангқа тең аудандарда қызмет ете алады. График ауданы 2 Эрл/кв.км-ден аспайтын жағдайда транкингтік жүйелер эффективті болады. Ұялы жүйелерде спектралды эффективтілікті жоғарлату үшін кеңжолақаты TDMA или CDMA, ал транкингтік желілерде негізінен таржолақты  TDMA или FDMA қолданылады. Ұялы жүйелер және сымсыз қосылу мүмкіншілігінің жүйелері абоненттер арасында индивидуалды шақырулар іске асады. Сөйлесудің ұзақтығы бірнеше минутқа дейін созылуы мүмкін. Транкингтік жүйелердің типтік режимінің жұмысы ұзақ емес шақыруларға негізделген (1 минуттан аспайтын), олар индивидуалды түрде немесе диспетчер арқылы іске асады. Транкингтік жүйелерде байланысты орнатудың уақыты 0,3 с- аспайды.

GSM ұялы байланыстың желісі үш негізгі бөлікке бөлінеді: мобилды станция (Mobile Station), радио мен мобилды станция арасында қосылуды басқаратын базалық станцияның жүйе асты (Base Station Subsystem), негізгі бөлігі коммуиацияның орталығы және байланыстың мобилды құрылғылардың басқарылуы (Mobile services Switching Center) болып келетін желінің жүйе асты (NetWork Subsystem).

Мобилды станция (MS) мобилды құрылғылардан (терминал) және абоненттің идентификациондық модулі деп аталатын  (SIM — Subscriber Identity Module) карточкадан тұрады. Базалық станцияның жүйе асты негізгі екі бөліктен тұрады: базалық станцияның трансивері (BTS — Base Transceiver Station) және контроллер (BSC — Base Station Controller). BTS ұяшықтың өлшемін және MS-пен хабарламаларды айырбастайтын протоколдарды басқаратын радиотрансиверлардан тұрады. BSC біреу немесе бірнеше BTS радиоресурстарын және радиоарнаның орнатуын, жиіліктің ауысуын, ұяшықтың немесе арнаның ауысу процессын қадағалайды. BSC MS пен басқару және коммутацияның орталығы (MSC) арасындағы аралық элементі болып келеді.

Желінің орталық, әрі компонентті жүйе астысы басқару және коммутацияның орталығы (MSC) болып табылады. MSC коммутацияның жай түйіні сияқты жұмыс істейді, бірақ ол абоненттің регистрациясы (registration), абоненттің авторизациясы (authentication), арнаның және ұяшықтың ауысу процедурасы  (handover), орнын ауыстыратын абонентке шақырудың бағытталуы (call routing) сияқты абонеттің мобилдігін басқару үшін қажетті функцияларды қосып алады. MSC белгіленген желілерге қосылуға мүмкіншілік береді. Сигналдарды айырбастау протоколы басқа желілерде кең таралған SS7 (Signalling System Number 7) протоколға негізделген.

Өз абоненттердің және қонақтардың реестрлары (HLR — Home Location Register и VLR — Visitor Location Register) коммутация мен басқару орталығымен бірге GSM желінің абоненттердің орнын ауыстыру мүмкіншілігін, бағытталуын қолдайды. HLR құрамына белгілі GSM желісінде регистрацияланған барлық абоненттер туралы, сонымен бірге, өтпелі орналасуы (location) туралы ақпарат кіреді. Әдетте орналасу орны осы сәтте мобилды станциямен ассоциацияланған VLR сигналды адрес формасында беріледі. VLR құрамында берілген географиялық облыста қонақ- абоненттер туралы административті ақпарат бар. Бұл ақпарат абонентке қажетті сервисті беру және шақыруды басқару үшін керек. Әрбір функционалдық құрылғы тәуелсіз түрде іске аса алса да, өндірушілер VLR-ды MSC-мен бірге іске асырды. Яғни  MSC-мен қадағаланатын географиялық облыс және VLR-мен қадағаланатын географиялық облыс түсінігінің мәндері бірдей, және де олар VLR мен MSC арасында сигналдарды айырбастау протоколын жеңілдетеді. MSC-дің құрамында қандай-да бір мобилды станция туралы нақты ақпарат жоқ, барлық ақпарат белгілі реестрларда сақталады.

Басқа екі реестр авторизация және құпияшылықтың мақсаттары үшін қолданылады. Құрылғыларды идентификациялау реестрі (EIR — Equipment Identity Register)  деп құрамында берілген желіде керекті мобилды құрылғылар тізімі бар мәліметтер базасын айтады. Бұл құрылғыларда мобилды станция  мобилды құрылғылардың халықаралық идентификаторымен (IMEI — International Mobile Equipment Identity) идентификацияланады. Егер де мобилды станцияның ұрланғаны немесе бұл станция түрі апробацияланбағаны туралы хабарлама қабылданса, онда IMEI корректі емес деп қабылданады. Қосылу мүмкіншілігінің авторизация орталығы (AuC — Authentication Center) деп радиоарна бойынша ақпаратты жіберу кезінде шифрлау әдісін анықтау мен абоненттің қосылу мүмкіншілігінің авторизациясы үшін қызмет ететін, әрі әрбір абонентте болатын SIM-картада сақталынатын құпиялы кілттің копиясын сақтайтын және қорғау деңгейі жоғары болатын мәліметтер базасын айтады.

Аутентификация – бұл эфирде хабарламаның пайда болуының және автордың идентификациясының заңдылығын тексеретін процедура. Жіберу  заңдылығын хронологиялық бүтінділік, хабарламаның бүтінділік сияқты сипаттамалар арқылы орнатуға болады. Бүтіндікті тексеру – ол өзі бір процедурадан тұрады, бұл процедура — қабылданған хабарлама толығымен алынғанына, әрі ол өзгермегеніне және алдында алынған хабарламалардын біреуінің көшірмесі емес екеніне көз жеткізуге мүмкіндік береді. Шифрлау және аутентификация функциялары шифрлау кілттерін қолдануға негізделген. Сондықтан да байланыс жүйесінде осындай функциялардын біреуі қамтамасыз етілсе, онда осы кілттерді басқаратын құралдар қажет. Бұл құралдар шифрлау кілттердің «өмірлік циклынын»  барлық  деңгейлерін қамтиды, яғни генерация, тасымалдау, абоненті қолдану, сақтау, жою және архивтеу.

Аутентификация сеансы кезінде базалық станция аутентификациялық кілтті тексереді, әрі осы кезде оны  эфирге таратпайды. Базалық станция тұтқаға кез-келген санды жібереді, ол «сұраныс» деп аталады. Тұтқа алынған кез-келген санды аутентификация кілтімен комбинациялай отырып, «жауапты» есептейді де, базалық станцаға «жауапты» жібереді. Базалық станца да күтіп отырған «жауапты» есептейді, әрі оны алынғанмен алыстырады.Салыстыру нәтижесінде байланыс орнату не жалғасады,  не тоқтатылады.

Қазір ұялы байланыстың цифрлық жүйе жобаларын екінші кезеңге жатқызу қабылданған. Олардың аналогтық жүйелерден екі принципиалдық ерекшіліктері бар:

а) аналогтық жүйелерде қолданылатын арналарды жиіліктік бөлу ( FDMA) тәсілдің орнына арналарды уақыттық (TDMA)және кодтық (CDMA) бөлумен үйлесілген модуляцияның спектрлік-тиімді тәсілі қолданылады.

ә) дауысты таратуды және мәліметтерді шифрлау ( белгісіздеу) мүмкіндігі бар мәліметтерді интеграциялау арқасында қолданушыға қызметтердің кең спектрін ұсынады.

20 ғасыр соңында әлемде цифрлық жүйелердің үш стандарты іске асып жатты – GSM, D-AMPS ( IS-54, соңында IS-136) және PDC. Кең қолданысты жалпыевропалық стандарт GSM ие болды, ол ETSI шеңберінде ұйымдастырылған, Group Special Mobile (GSM) арнайы жылжымалы байланыс тобынын қолдауымен құрылған.  GSM стандартында жұмыс істейтін алғашқы коммерциялық желі Германияда 1992 жылы іске асты. Содан бері стандарт үзіліссіз даму үстінде. Ол Европада жиіліктік ауқымы 1800 МГц (GSM-1800) және 450 МГц (GSM-450) жұмысқа, әрі АҚШ-та 1900МГц (PCS) негізделген. IS-54 стандарты АҚШ-тағы AMPS аналогтық жүйелердін көлемін арттыру мақсатында жасалған, әрі 1989 жылы қолдау тапты. Европадан АҚШ-қа тараған ұялы байланыс Жапонияны да қалдырмады. Жапония 1994 жылы өзінің ұлттарына қолдануға арналған PDC ( Personal Digital Cellular ) стандартын жасап шығарды.

CDMA технологиясына негізделген жылжымалы байланыстың алғашқы коммерциялық ұялы жүйесінің эксплуатациясы Гонконгте 1995 жылдың қыркүйегінде басталды. Ол  кезге дейін IS-95 стандарты ITU қолдауын алған болатын. CDMA (IS-95) негізіне құрылған және фиксирланған, әрі жылжымалы байланыс қызметтерін көрсететін ұялы желілердің саны өсіп келеді.

Цифрлық технологияларды енгізгеннен кейінгі ұялы байланыстың дамуындағы келесі маңызды кезең – ол микроұялы және пикоұялы құрылымды желіге көшу болып табылады. Бұндай желілерді пайдалану — қалалы жерлердегі тығыз құрылыстардағы және жабық аймақтардағы ( кеңселер, жерасты гараждары және т.б.) абоненттерге қызмет көрсету үшін арналған. Микроұялы жүйелерді құру принциптері макроұялы жүйелерден ерекшеленеді. Оларда жиіліктік жобалау жоқ, хэндовер қамтамасыз етілмейді, әрі сигналдың деңгейін өлшеу іске асырылмайды.1992 жылы DECT (Digital European Cordless Telecommunications) европалық стандарт бекітілді. Бұл стандарт аз қуатты шағылуы (10-25 мВт) бар радиоқатынау  технологиясын іске асырады, әрі 1880-1900 МГц жиілік ауқымында абоненттік қондырғылардың орналасуының өте жоғары тығыздығын қамтамасыз етеді.

Жиілікпен бөлінген 40 дуплексті арнасы бар 900 МГц жиілік жолағындағы сымсыз телефон жүйесіне арналған алғашқы СТ1 стандарты байланыстың төменгі сапасына ие болды және онда дауысты хабарламаларды таратудың құпиялығы болмады. СТ2 белгілеуін алған жаңа стандарт Ұлыбританияда жасалып шығарылды. Ол сөйлесудін құпиялығын қамтамасыз етті, әрі СТ1–мен салыстырғанда, дауысты хабарламаларды қабылдауы жақсырақ болды. СТ2 стандартында 864-868 МГц жиілік ауқымы қолданылады және арналарды уақыттық бөлуы бар дуплексті байланыс ұйымдастырылған. АҚШ-та Belcore компаниясымен жалпы қатынаулы PACS сымсыз байланыс жүйесі жасалды. Ол дербес байланыс жүйесі үшін ерекшеленген жиілік ауқымы 1850-1910 МГц және 1930-1990 МГц бөліктерге арналған. Өзінің функционалды жағынан PACS DECT –тің жақын аналогы болып табылады, бірақ ол АҚШ-та қабылданған жиілік спектрін тарату шеңберінде ғана қолданылады, әрі европалықтардан өзгешеленетін дербес байланыс концепциясын дамытуға бағытталған. Жапониялық PHS сымсыз телефония жүйесі микроұялы архитектуралы желі шеңберінде екіжақты сымсыз байланысты қамтамасыз етеді. PHS радиоинтерфейсі арналардың уақыттық бөлінуіне және қабылдау мен тарату режимдерінің уақыттық дуплексті бөлінуіне негізделген. Жұмысты жиілік ауқымы 1895-1918 МГц.

Ұялы байланыстың үшінші кезеннің қызметтер жиынтығы фиксирланған байланыс желісіне өте жақын. Үшінші кезең жүйелерінде қызметтерді екі топқа бөлу қалыптасқан: мультимедиялы емес (дауыс таржолақты, мәліметтерді тарату жылдамдығы төмен, желілер трафигі арналар коммутациясымен) және мультимедиялы (асимметриялы және интерактивты). Мультимедияның интерактивты қызметтері алыстағы абонентерге нақ осы уақытта сөйлесуді қамтамасыз етеді, яғни олар бір-бірімен сөйлесіп қана қоймай, бірін-бірі көре алады.

Сигналдарды алшақтату әдістері

Таратқыштың қуаты және жиіліктің қайта қолдану интервалы сияқты тым үлкейтусіз деректерді таратудағы жоғарғы сенімділікті қамтамасыз ету үшін басқа да әдістерді қолдану керек. Бұл тапсырманы орындау үшін алшақтату әдісі ең әсерлі әдістердің бірі болып саналатыны белгілі. Алшақтатудың әр түрлі әдістері КВ жүйелер, тропосфералық байланыс және де тура көрініс шегінде жұмыс істейтін микротолқындық радиорелейлі жүйелер үшін ұсынылған және анализденген. Алщақтату әдістері ОВЧ, УВЧ және микротолқындық жылжымалы радиобайланыс жүйелері үшін қолданылады. Ол соңғы 20 жыл ішінде анализденген. Олардың көбі аналогты жылжымалы радиобайланыс жүйелері үшін қолданылатын болғанымен, оларды цифрлы ұялы жүйелер үшін қолдануға болады. Алшақтату әдісі үшін алынатын ұтыс цифрлы жылжымалы радиобайланыс жүйелерінің қызмет көрсетуіне қойылатын талаптардың сапасы үшін үлкейеді. Себебі көпсәулеленудің тез тынуы цифрлы тарату кезінде маңызды байқалады.

Алшақтату әдістері сигналдарды тарату кезінде көптеген жолдарды талап етеді. Алшақтату тармақтары деп аталатын және олардың комбинациалау сұлбалары немесе олрдың ішінен біреуін таңдау болып табылады. Жылжамалы раиобайланыс жүйелеріндегі радиотолқынның таралу сипаттамаларына байланысты алшақтату тармақтарын құрудың бірнеше әдістері белгілі. Олар келесі топтарға жіктеледі:

  1. кеңістіктік;
  2. бұрыштық;
  3. поляризациалық;
  4. жиіліктік;
  5. уақыттық алшақтату;

Кеңістіктік алшақтату. Бұл әдіс өзінің қарапайымдылығы мен арзан бағасы үшін кең қолданылады. Ол бір ғана таратушы антеннасын және бірнеше қабылдаушы антеннасын талап етеді. Қабылдаушы көршілес антенналардың арасы көпсәулелер үшін өшуі алшақтатудың әр тармағы корреляциаланбаған болуы керек.

Бұрыштық алшақтату. Бұл әдіс бағыт бойынша алшақтату деп аталған бірнеше бағытталған антенналарды талап етеді. Әр антенна тәуелсіз бір белгілі бұрышпен немесе белгілі бір бағытпен келетін толқыннан әер алады және корреляциасыз өшетін сиганады құрайды.

Поляризациалық алшақтату. Бұл тек қана алшақтатудың екі тармағын іске асыруға мүмкіндік береді. Ол екі ортогоналды-поляризациалық радиотолқын көмегі арқылы жіберілетін сигналдар шартын іске асыруға мүмкіндік береді.

Жиіліктік және уақыттық алшақтату. Таратудағы жиілік және/ немесе  уақыт бойынша айырмашылықтары алшақтатудың тармақтарын құруға мүмкіндік береді.

Қажетті уақыт және жиілік бойынша таратуды уақыттық алшақтату мен доплерлік жиіліктің максималды мәндерінің сипаттамаларынан анықтауға болады. Осы екі алшақтату әдістерінің негізгі артықшылығы, басқа әдістеріне қарағанда кеңістіктік, бұрыштық, поляризациялық, оны іске асыру үшін тек қана бір таратқыш және бір қабылдағыш антенналары қажет. Негізгі кемшілігі кең жиілік жолағының қажеттілігі. Цифрлы тарату жүйелерінде қатені түзетуімен кодалауды алшақтатудың тағы бір қосымша әдісі ретінде қарастыруға болады. Поляризациа әдісінен басқасында алшақтату тармақтарының санына шек қойылмайтынын атап өткен қажет. Мысалы, 2,4 ГГц диапазонында жұмыс істейтін кейбір радиобайланыс жүйесінде, кеңістіктік алшақтатуды құру кезінде беске дейін қабылдағыш антенналарын пайдаланады.

Цифрлы радиобайланыс жүйесінің сенімділігі мен қабылдаудың бөгеуіл тұрақтылығының сипаттамаларын алшақтату жақсартуға мүмкіндік береді. Алшақтатудың екі тармағының болуы 30дБ С/І мінін төмендетуге мүмкіндік береді. Сәйкесінше алшақтату жоқ болған жағдайда (BER) битке 15 дБ жиілік қателігінің мәні 10-3  тең. BER төменгі мәндерінде мысалға BER = 10-6 алшақтатудың әсерінен алынатын ұтыс 30 дБ құрайды. Қазіргі заманда ықшам радиобайланыс, ұялы телефония және деректерді тарату жүйелерінде кішкентай көлемді және салыстырмалы түрде қымбат емес алшақтату жүйелері пайдаланады.

Сымсыз жергілікті желілер

1999 жылы IEEE сымсыз желі өнімдері үшін 11 Mbps жылдамдықпен жұмыс жасайтын IEEE 802.11b стандартын (Ethernet-ке ұқсас ) бекітті. Әртүрлі өндірушілердің өнімдерінің жинағы Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) деп аталынатын тәуелсіз ұйыммен кепілдендіріледі. Бұл ұйым 1999 жылы сымсыз байланыс өнеркәсібінің басшыларымен құрылған.Қазіргі уақытта 80-нен аса компания WECA-ның мүшесі болып келеді. Соның ішінде Cisco, Lucent,IBM, Apple, Dell, Siemens, AMD және т.б сияқты атақты өндірушілер де бар. Wi-Fi (WECA термині  IEEE 802.11b үшін) талаптарын қанағаттандыратын өнімдермен WECA сайтында танысуға болады.

Барлық стандарттар секілді IEEE 802, 802.11 стандарттары ISO/OSI үлгісінің төменгі екі деңгейінде, яғни физкалық және арналық деңгейде жұмыс жасайды. Кез- келген желілік қосымша, желілік операциялық жүйе немесе протокол (хаттама) ( мысалы, TCP/IP) 802.11 желісінде Ethernet желісіндегідей жақсы жұмыс жасайды. 802.11b стандартының алғашқы архитектурасы, ерекшеліктері және қызметі  алғашқы 802.11 стандартында анықталады. 802.11b спецификациясы рұқсаттың жоғарғы жылдамдығын қосып, тек физикалық деңгейді ғана анықтайды.

802.11 стандарты құрылғының екі үлгісін анықтайды. Біріншісі, сымсыз желілік интерфейстік картамен жабдықталған компьютерді ұсынатын клиент (Network Interface Card, NIC) және екіншісі, сымсыз және желілік желілердің арасында көпір ролін атқаратын рұқсат нүктесі (Access point, AP). Әдетте, рұқсат нүктесінің құрамында қабылдап- таратушы, желілік желі интерфейсі (802.3) және деректерді өңдеумен айналысатын программалық қамтамасыз ету кіреді. Сымсыз станция ретінде ISA, PCI және 802.11 стандартындағы  PC Card желілік картасы немесе нақты шешімдер, мысалы 802.11 телефондық гарнитурасы  қолданылуы мүмкін. Физикалық деңгейде таратудың екі кең жолақты радиожиіліктік әдісі және оның біреуі инфрақызыл диапазонда анықталады.

Радиожиіліктік әдістер ISM-де 2,4 ГГц диапазонында жұмыс істейді және 83 МГц тен  2,400 ГГц  пен 2,483 ГГц-ке дейінгі жолақты қолданады. Радиожиіліктік әдістерде қолданылатын кеңжолақты сигнал технологиялары сенімділікті, өткізгіштік қабілетті арттырады және көптеген  бір- біріне байланысы жоқ құрылғылар үшін бір- біріне өте аз бөгеуілдері болатын бір жиілік жолағын қолдануға мүмкіндік береді.

802.11 стандарты түзу тізбектік әдісті (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) және жиіліктік секіріс әдісін (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) қолданады. Бұл әдістердің бір- бірінен координальды айырмашылығы болады және бір- біріне сәйкес келмейді. 802.11 стандартында инфрақызыл диапазонда (IR) тарату әдісін орындау бағытталмаған сигналдың  (diffuse IR) хабарлағышпен ИК сәулеленуіне негізделген. Қабылдағыш пен сәулелендіргіштен сәйкес хабар талап ететін бағытталған тапсырма орнына берілген ИК сигнал төбеге сигнал таратады. Содан кейін, сигналдың қайтарылуы және оның қабылдануы жүзеге асады. Бұл әдістің бағытталған сәулеленулерді қолданумен салыстырғанда көптеген артықшылықтары бар, сонымен қатар кемшіліктері де бар. Олар: толқын ұзындығы берілген (850 – 950 нм) диапазонда ИК  сәулеленуді қайтаратын төбе қажет және барлық жүйелердің әрекет радиусы 10 метрмен шектелуі керек. Сондай- ақ, ИК сәулелері ауа- райы жағдайын сезгіш келеді, сондықтан бұл әдісті ғимарат ішінде қолдану ұсынылады.

Деректерді таратудың екі жылдамдығы — 1 және 2 Mbps қолданылады. 1 Mbps жылдамдықты қолданған кезде деректер тобы модуляция уақытында әрқайсысы 16 импульстің біріне кодаланатын квартеттерге  бөлінеді. 2 Mbps жылдамдық кезінде модуляция әдісі өзгешелеу болады. Деректер тобы әрқайсысы төрт импульстің біріне модуляцияланатын биттік жұптарға бөлінеді. Жиіліктік секіріс FHSS әдісін қолданған кезде 2,4 ГГц жолағы  1 МГц –тен 79 арнаға бөлінеді.  Таратушы және қабылдап алушылар арналарды ауыстырып қосу схемасына алдын-ала келісіп алады (таңдауда 22 схема бар ) және деректер осы схеманы қолданып, әртүрлі арналармен жүйелі түрде жіберіледі. 802.11 желісінде әрбір деректі тарату әртүрлі қосылу схемаларымен жүреді, ал схемалардың өздері екі таратушының да біруақытта бір арнаны қолдану мүмкіндігін азайту үшін өңделіп шығарылған. FHSS әдісі қабылдап- таратушының өте қарапайым схемасын қолдануға мүмкіндік береді, бірақ та ол 2 Mbps максимальды жылдамдықпен шектелген. Бұл шектеу FHSS жүйесінің 2,4 ГГц диапазонды әрбір арнаға 1 МГц-ке тең етіп бөлуінен шығып отыр. Бұл арналарды жиі ауыстырып қосу жүретіндігін білдіреді ( мысалы, АҚШ- та секундына ең минимальды 2,5 ауыстырып қосу жылдамдығы орнатылған) және бұл өз кезегінде шығындардың артуына алып келеді.

DSSS әдісі 2,4 ГГц диапазонды 14 бөліктелген арналарға бөледі. Бірнеше арналардың біруақытта және бір жерде қолданылуы үшін, сонымен қатар өзара бөгеуілдерді болдырмау үшін олар бір- бірінен  25 МГц  жерде тұруы керек. Осылайша, бір жерде және бір уақытта ең көп дегенде 3 арна қолданылуы мүмкін. Деректер басқа арналарға қосылмай тек бір арна бойымен жіберіледі. Бөгде шуылдарды компенсациялау үшін қолданушының деректерінің әрбір биті таратылған деректердің 11 битіне ауысқан кезде Баркердің 11 биттік тізбегі қолданылады. Әрбір бит үшін мұндай артықтылық таратылатын сигналдың қуатын төмендете отырып таратудың сенімділігін арттыруға көмектеседі. Егер де сигналдың бір бөлігі өшіп қалатын болса, ол көптеген жағдайларда қалпына келтіріледі. Осылайша, деректерді қайтадан тарату саны азаяды.

802.11b негізгі стандартына енгізілген негізгі толықтыру ол- 5,5 және 11 Mbps деректерді таратудың екі жаңа жылдамдығын қолдану. FCC- пен шектелген жиіліктік секірістер әдісі өте жоғары жылдамдықтарды қолдай алмайтындықтан, осы жылдамдықтарға жету үшін DSSS әдісі таңдалып алынған. Бұдан көретініміз, 802.11b жүйесі  802.11-дің DSSS жүйелерімен сәйкес келеді., бірақ FHSS 802.11 жүйелерімен жұмыс жасамайды.

802.11b өте шулы орталарды қолдау, сонымен қатар өте үлкен қашықтықтағы жұмыстар үшін радиоарна қасиеттеріне тәуелді деректерді тарату жылдамдығын автоматты түрде өзгертуге мүмкіндік беретін жылдамдықтың динамикалық ығысуын қолданады. Мысалы, егер бөгеуілдер деңгейі жоғарыласа, онда қолданушы 11 Mbps максимальды жылдамдықпен қосыла алады немесе қолданушы үлкен қашықтыққа ауысады және осы кезде мобильді құрылғы 5,5, 2 және 1 Mbps жылдамдықта тарату жүргізе алады. Егер де өте жоғарғы жылдамдықта тұрақты жұмыс мүмкін болса, онда мобильді құрылғы автоматты түрде өте жоғарғы жылдамдықпен тарату жүргізе бастайды.Жылдамдықтың  ығысуы физикалық деңгей механизмі және қолданушы мен жоғары деңгейлер үшін мөлдір болып келеді.

802.11 арналық деңгейі екі деңгейәшеден тұрады: логикалық байланыспен басқару (Logical Link Control, LLC) және тасымалдаушыны рұқсатпен басқару (Media Access Control, MAC).802-нің  басқа да желілері секілді 802.11 сымсыз және желілік  желілерді оңай байланыстыратын логикалық байланыспен басқаруды (LLC ) және 48- биттік бағыттауды қолданады, бірақ тасымалдаушыны рұқсатпен басқару (MAC) деңгейінің кардиналды айырмашылығы болады. 802.11  MAC деңгейі қолданушы тасымалдаушылар рұқсатын тексеретін кезде ортақ тасымалдаушыларда көптеген қолданушыларды қолдайтын 802.3- те іске асырылған деңгейге ұқсайды. 802.3 Ethernet желілері үшін Ethernet станцияларының  желілі станцияларға қалай рұқсат алатынын және бірнеше құрылғы желі бойынша біруақытта байланыс орнатуға тырысса, олар коллозияларды табуын және өңдеуін анықтайтын Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) протоколы қолданылады. Коллозияларды анықтау үшін станция біруақытта қабылдау және тарату қабілеттеріне ие болуы керек. 802.11 стандарты жартылай дуплексті қабылдап- таратушышыны қолдануын қарастырады, сондықтан сымсыз желілердегі 802.11 станциясы тарату кезінде коллозияларды анықтай алмайды.

Бұл айырмашылықты ескеру үшін 802.11 Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA), немесе Distributed Coordination Function (DCF) деп аталынатын танымал модификацияланған протоколды қолданады. CSMA/CA пакетті  айқын  растауды қолдау (ACK) жолымен коллозиядан құтылуға тырысады, бұл қабылдаушы станциялардың жіберілген пакетті ақаусыз қабылдағаны туралы ақпарат алуы үшін ACK  пакетті жіберуін білдіреді.

Арнаның бостығын анықтау үшін арнаның тазалығын бағалау алгоритмі  (Channel Clearance Algorithm, CCA) қолданылады. Оның мәні антеннадағы сигналдың энергияларын өлшеу және қабылданған сигналдың қуатын (RSSI)  анықтау болып табылады. Егер қабылданған сигнал энергиясы анықталған мөлшерден төмен болса, онда арна бос болып табылады және MAC деңгейі CTS статусына ие болады. Егер қуат анықталған мәннен жоғары болса, онда протокол ережелеріне сәйкес деректерді тарату кідіреді. Бұл стандарт арнаның бостығын анықтау үшін тасымалдаушыларды тексеру әдісін RSSI өлшеумен бірге немесе бөлек қолдануға мүмкіндік береді. Бұл әдіс сол тасымалдаушы типіне тексеру жүргізу көмегімен және 802.11 спецификациясымен ішінара қолданылады. Қолдану үшін жақсы әдіс жұмысшы облыстағы бөгеуілдер деңгейіне тәуелді болып келеді.

Осылайша, CSMA/CA радиоарна бойынша рұқсатты бөлу әдісін көрсетеді. Айқын растау механизмі бөгеуіл проблемаларын нәтижелі шешеді. Бірақ та ол 802.3- те жоқ кейбір қосымша шығындарды қосады, сондықтан 802.11 желілері әрқашанда Ethernet жергілікті желілерімен эквивалентті баяу жұмыс жасайды.

Сонымен, 802.11 MAC деңгейі CRC есептеуі мен пакеттер фрагментациясына  мүмкіндік береді. Әрбір пакеттің өзінің есептесетін және пакетке бекітілетін  CRC бақылау сомасы болады. Бұл жерде қателерді өңдеумен айналысатын өте жоғарғы деңгей протоколдарының ( мысалы, TCP)  Ethernet желілерінен айырмашылығы байқалады. Пакеттер фрагментациясы радиоарна бойымен тарату жүргізген кезде үлкен пакеттерді кішкеентай пакеттерге бөлуге мүмкіндік береді.Бұл бөгеуілдер болған жағдайда пайдалы, себебі кішкентай пакеттердің ақаулы болу үміті аз. Бұл әдіс қайта тарату қажеттілігін азайтады және барлық сымсыз желілердің өнімділігін жоғарылатады. MAC деңгейі қабылданған фрагменттердің жинағына жауапты және осы процестерді жоғарғы деңгей протоколдары үшін « мөлдір» етеді.

LEAVE A COMMENT

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.