Мобильная связь 21-го века.
data-ad-format="link">
10.5. Мобильная связь 21-го века.
Перспективные рынки можно рассматривать в контексте возможностей и ограничений мобильных систем 3-го поколения, которые в обобщенном виде определены на уровне концепций UMTS и IMT-2000. Сценарии развития рынков мобильной связи определяются в основном уже разработанными технологиями связи и обработки информации, внедрение которых в широких масштабах произойдет в течение ближайших десяти лет, то есть до 2015 года.
Целевые установки сетей 3G формулируются многими экспертами в конкретных технических критериях, например следующим образом:
- мобильные мультимедийные услуги для всех пользователей на уровне сегодняшних цен для фиксированной телефонии;
- высокоскоростные услуги доступа к Интернет-ресурсам при помощи персональных мобильных терминалов, работающих с производительностью до 2 Мбит/с;
- глобальная мобильная связь, доступная на массовых рынках для 15...20% всего населения Земли, то есть для общей абонентской базы численностью 1...1,2 млрд человек в большинстве стран мира.
Вопрос о мобильной связи 21-го века уже начинает обсуждаться специалистами в контексте беспроводных сетевых инфраструктур 4-го поколения 4GW. Проекты сетей 4GW определяются на перспективу в 15...25 ближайших лет, то есть на уровне развития мобильной связи до 2025 года.
Естественно, что сейчас речь идет не о разработке конкретных технических проектов и технологических стандартов, а о возможных сценариях развития будущей связи и тех мегатрендах, за которыми необходимо внимательно наблюдать при выработке стратегических решений и направлений перспективных исследований и разработок. В настоящее время еще нет точных прогнозных методик и надежных аналитических исследований, позволяющих дать полную картину состояния будущей мобильной связи через 15...25 лет. Можно говорить лишь о применении общих методов сценарного моделирования, то есть построения достаточно вероятных сценариев развития мобильных сетей 4-го поколения. Методологической основой построения таких сценариев могут служить следующие базовые идеи.
A. Сценарии развития на основе определяющих изменений глобального характера.
Так, например, в Королевском Технологическом Институте (Стокгольм, Швеция) разрабатываются три базовых сценария 4GW: а) сценарий «Anything Goes — Все движется»; б) сценарий «Pocket Computing — Карманные вычисления»; в) Сценарий «Integrity — Целостность». Основой построения этих трех сценариев служит методика обработки экспертных оценок вероятных дат наступления ключевых событий типа: «В каком году все бытовые электронные приборы будут оснащаться адаптерами локальной радиосвязи» или «В каком году все автомобили будут иметь встроенные системы глобального позиционирования и радиосвязи».
Б. Сценарии развития на основе анализа рынка мобильных услуг и бизнес-интересов главных действующих сил на мировых рынках.
В 1995 г. компания Ericsson предприняла многолетнее исследование «2005 — Ericsson Entering the 21st Century» (Ericsson вступает в 21-й век). Целью подобных исследований является определение наиболее важных для конкретной компании рыночных секторов и потенциальных позиций, наиболее выгодных для данной компании на этих рынках.
B. Сценарии развития на основе анализа будущих сетевых инфраструктур, отвечающих целевым критериям производительности и эффективности.
Примером этого подхода может служить исследование в форме «мозгового штурма», проведенное в ноябре 1998 г. под эгидой Национального научного фонда NFS (США) по проблеме построения беспроводных сетей с производительностью ТЗ — 44,736 Мбит/с. Результаты этого исследования кратко излагаются в [10.7].
Потенциальные области применения сетей 4G.
В исследовании NFS концепция мобильных сетей 4G определяется в соответствии с общей схемой, в которой рассматривается движение от 2G и далее к 4G при росте скорости передачи от 0,01 до 100 Мбит/с. Основной показатель производительности сетей 4G определен согласно классификации цифровых линий связи, применяемой в США Национальным институтом стандартов (ANSI) для оценки магистральных линий и сетей связи. Различаются четыре класса цифровых линий связи: Т1 — 1,544 Мбит/с, Т2 — 3,152 Мбит/с, ТЗ _ 44,736 Мбит/с, Т4 — 274,760 Мбит/с.
Стандартные цифровые линии ТЗ соответствуют по своей производительности 672 каналам голосовой связи, каждый из которых обеспечивает скорость передачи 64 кбит/с по одному каналу, то есть линия ТЗ эквивалентна 672 В-каналам ISDN. Достижение в канале беспроводной связи производительности ТЗ означает, что такой канал обеспечит широкополосную цифровую связь, высокоскоростную передачу мультимедийной информации, интеграцию с сетями фиксированной связи ISDN, реализацию перспективных протоколов связи типа ATM, SDH, MPEG и т.п.
В табл. 10.6 приведены сравнительные характеристики четырех поколений мобильной связи.
В строке «производительность» указаны максимальные значения скорости передачи данных, достигаемые в стационарных или низкомобильных приложениях. Как следует из этой таблицы, переход к следующему поколению требует повышения канальной производительности примерно в 15-20 раз. Канальная производительность — это базовый параметр связи, определяющий другие сетевые характеристики: качество связи QoS, время установления соединения, задержки сообщений, параметры мультимедийных данных.
Высокопроизводительные каналы ТЗ мобильной связи позволяют реализовать ряд новых классов приложений, существенных для сетей 4-го поколения. К таким новым приложениям исследование NFS относит следующие.
Виртуальная навигация — абоненты мобильной связи имеют интерактивный доступ к географическим базам данных (информация по городским районам, улицам, зданиям и другим объектам).
Телемедицина — мобильный доступ к базам медицинских записей, рентгенограмм, токсилогическим данным и т.п. Также могут использоваться услуги видеоконференцсвязи, передачи мультимедийной информации.
Телегеоинформация — комбинация мобильной связи, услуг доступа к географическим информационным системам (ГИС) и системам глобального позиционирования (GPS). Подобные приложения могут использоваться в геологоразведочных работах, экологических исследованиях, мониторинге сельскохозяйственных урожаев.
Управление кризисными и чрезвычайными ситуациями — быстрое развертывание мобильных сетей в условиях обширных катастроф, аварий протяженных электросетей, спасательных операций и т.п.
Образовательные сети в малонаселенных районах — беспроводной доступ к учебным базам данных, мультимедийная электронная почта, видеоконференцсвязь и другие приложения в условиях слаборазвитой и ненадежной телефонной сети.
Мультимедийные групповые коммуникации — обеспечение проектных групп, ремонтных и строительных бригад, хирургических бригад, служб оперативной помощи мобильной видеосвязью и доступом к мультимедийной информации. Члены группы при решении общих задач могут находится в движении, на большом удалении друг от друга и использовать различные вещательные, групповые и адресные режимы связи.
Быстро развертываемые локальные мобильные сети — домашние сети бытовой электроники, мобильные медицинские лаборатории, локальные сети для полевых агротехнических работ и т.п.
Для приложений класса ТЗ основными режимами являются: передача больших файлов в реальном времени, поддержка высокоскоростных потоков видеоданных, интерактивный доступ к Web-серверам, адаптация и перенастройка различных радиоинтерфейсных параметров мобильных терминалов.
Исследования, необходимые для создания сетей 4G
В рамках исследования NFS определены основные направления исследований будущих систем мобильной связи. Выделены следующие направления:
- модели физических радиоканалов для широкополосной связи;
- интеллектуальные адаптивные антенны;
- разделение канальных ресурсов между различными типами трафика;
- механизмы взаимодействия и оптимизация совместной работы системных компонентов;
- процедуры хендовера для высокоскоростных потоков абонентских данных;
- адаптация и механизмы настройки приложений для изменяющихся канальных условий;
- динамическое распределение ресурсов;
- совместные процедуры кодирования входного и канального потоков информации. Исследовательские проблемы были обсуждены в пяти фокус-группах:
1) физические каналы;
2) обработка сигналов;
3) мобильные и сетевые протоколы;
4) общесистемные архитектуры и протоколы;
5) приложения и услуги.
Например, предложены следующие направления исследований мобильных приложений в сетевой среде класса ТЗ:
- кэширование данных и репликация баз данных (оптимизация распределения прикладных данных в динамических режимах связи, например, кэширование данных в мобильном терминале в ходе сеанса связи);
- адаптивные режимы широковещания с использованием профилей абонентов и муль-тивещательных сетевых протоколов;
- управление транзакциями (восстановление транзакций, моделирование, авторизация транзакций);
- адаптивные методы использования программных компонентов (включая оптимизацию запросов к базам данных);
- методы обеспечения защиты данных;
- архитектуры информационного доступа с учетом широкополосных каналов ТЗ (модели клиент-сервер, клиент-агент-сервер, фильтры);
- методы обработки ошибок и восстановления с учетом повышенной вероятности сбоев и ошибок в широкополосных высокоскоростных каналах;
- методы обработки динамической геоинформации (индексация геоконтекстов, геоза-просные языки, нечеткие поисковые критерии);
- организация данных и приложений, чувствительных к абонентским контекстам (местоположение, скорость и направление движения абонента).
Сетевые инфраструктуры сетей 4G.
Сетевые инфрастуктуры 4G будут строиться на базе высокоскоростных магистральных и абонентских линий связи. Однако определяющим направлением развития сетевых инфраструктур станет не переход к более мощным транспортным механизмам, а глубокая структурная перестройка сетей. Сетевые инфраструктуры будут развиваться под влиянием следующих главных тенденций.
Глобализация продуктов, услуг и корпораций. Глобализация происходит уже сегодня на основе развития международной торговли, внедрения новых форм электронного бизнеса и сетевой Интернет-экономики, расширения масштабов производства товаров и услуг. Сетевые инфраструктуры мобильной связи постепенно преобразуются в глобальные «трубопроводы данных», чему будут способствовать создание сетей типа «Интернет в небе» на базе широкополосных технологий спутниковой связи.
Массовое распространение беспроводных потребительских электронных приборов. Практически все бытовые приборы, измерительные устройства, сенсоры, портативные компьютеры, биомедицинские датчики, видеокамеры, электромеханические механизмы различного назначения и другие устройства будут оснащены встроенными микропроцессорами и системами радиосвязи. Носимые компьютеры и персональные беспроводные сети станут повсеместно применяться многими людьми в их повседневной жизни. Сетевая иерархия структурных компонентов позволит строить сети связи различной размерности на основе универсальных протоколов межсетевого взаимодействия.
Разделение сетевых инфраструктур на независимые уровни по функциональным принципам. Сетевые инфраструктуры различного масштаба и целевого назначения будут все более разделяться на отдельные функциональные уровни: серверы и провайдеры услуг, транспортные и шлюзовые механизмы, управление вызовами и качеством предоставления сервиса. Стандартизация межуровневых интерфейсов позволит операторам связи и провайдерам услуг выйти на новые уровни сетевой специализации и межсетевого взаимодействия.
Появление новых функциональных элементов в сетевых инфраструктурах. Возрастающее значение информации и мультимедийного контента в сетевых услугах, все большая персонализация услуг связи, нарастающее многообразие Web-сервиса постепенно приведет к появлению новых инфраструктурных элементов (сетевых узлов и специализированных подсетей). К таким элементам можно отнести: информационные брокеры, семантические фильтры для селекции качественных или узкоцелевых потоков данных, мультимедийные шлюзы и буферные накопители больших медиафайлов, серверы локализации для обслуживания запросов на координаты мобильных абонентов и транспортных средств.
IP-агрегация подсетей и инфраструктурных элементов. Технологии радиопередачи в сотовых сетях, обмена мультимедийными данными между различными сетевыми узлами, абонентского обслуживания и сетевых процессов постепенно модернизируются на базе IP-протоколов. В сетевых инфраструктурах появляются новые шлюзовые узлы, выполняющие функции агрегации подсетей IP. Пакетная коммутация становится универсальной сетевой технологией, реализующей широкий диапазон параметров производительности и межсетевую связность различных типов сетей (фиксированных, беспроводных, абонентского радиодоступа и т.п).
Мультирежимные точки доступа. Различные точки доступа (базовые станции, шлюзы, IP-порты) будут развиваться в направлении поддержки множественных радиоинтерфейсов и подключения широкого спектра терминалов и электронных приборов различного назначения. Стоимость этих точек доступа значительно снизится, что обеспечит повсеместное распространение мультирежимных «радиорозеток» для беспроводного подключения терминалов и организации локальных сетей. Адаптивные самонастраивающиеся антенны будут использоваться операторами мобильной связи для обслуживания абонентов и межсетевого взаимодействия с мобильными локальными сетями.
Терминалы. Разнообразие абонентских устройств и электронных приборов с интерфейсами возрастет по сравнению с терминалами 3G в несколько десятков раз. Значительно расширится также диапазон скоростных параметров трафика: от 10 кбит/с для простых приборов и датчиков до 100 Мбит/с для мультимедийных персональных компьютеров. Терминалы смогут использовать новые частотные диапазоны 5 и 60 ГГц. Для работы на высоких частотах терминалы будут оснащаться адаптивными антеннами.
Новые радиочастотные ресурсы. Операторам связи будут предоставляться новые широкополосные радиоресурсы как в лицензированных, так и в нелицензированных полосах. Диапазоны 5, 20, 40 и 60 ГГц начнут играть важную роль во многих применениях: высокоскоростная передача данных, спутниковая связь, интерактивное телевидение, сбор телеметрической информации, сотовое широковещание, научные и медицинские измерения. Будут разработаны методы совместного использования радиоспектра операторами.
Краткое рассмотрение инфраструктурных тенденций, приведенное выше, позволяет сделать вывод о больших или, возможно, радикальных изменениях сетевых структур при переходе к поколению мобильной связи 4G. Понятно, что когда речь идет о процессах долгосрочного действия, наиболее важно учесть макротенденции и характеристики развития, определяющие общие целевые установки.
Основы сотовой связи стандарта GSM.
1. ВВЕДЕНИЕ В СТАНДАРТ GSМ.
2. ОРГАНИЗАЦИЯ СОТОВОЙ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSМ.
3. АНТЕННЫ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
4. МОБИЛЬНЫЕ СТАНЦИИ
5. БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ.
6. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM.
7. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
8. УСЛУГИ, ФРОД И БЕЗОПАСНОСТЬ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
9. УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ СВЯЗИ В СТАНДАРТЕ GSM.
10. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
10.1. Системы мобильной связи 2-го поколения.
10.2. Эволюция сетей GSМ к 3-му поколению систем мобильной связи.
10.3. Третье поколение систем мобильной связи.
10.4. Особенности услуг 3-го поколения систем мобильной связи.
10.5. Мобильная связь 21-го века.