ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Коммерциялық емес акционерлік қоғам
Алматы энергетика және байланыс институты
Б.Б. Агатаева, С.В. Коньшин
Мобильдік телекоммуникациялар және цифрлық тарату жүйелері
Оқу құралы
Алматы 2010
УДК 621.396
ББК 32.973я73
К65 Мобильдік телекоммуникациялар және цифрлық тарату жүйелері
Оқу құралы / Б.Б. Агатаева, С.В. Коньшин;
АЭжБИ. Алматы, 2010. – 75 б.
ISBN 978-601-7098-71-1
Оқу құралында мобильдік байланыс жүйесінің және цифрлық тарату жүйелерінің теориялық сұрақтары мен осы жүйелердің құру практикалық үлгілері баяндалған.
Бұл оқу құралы «Радиотехника, электроника және телекоммуникация»,
«ақпараттық жүйе», «ғарыштық техника және технология» мамандығы бойынша оқитын студенттерге арналған.
Кесте 3, Ил.33, Библиогр. - 18 атау.
ББК 32.973я73
РецензентТЕР: КазРПНТОРЭС, техн. ғылм. канд., доц. А.Д.Сартбаев.
АЭжБИ, доц. Е.В.Ползик.
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігінің жоспары бойынша 2010 жылға басылымға шығарылады.
ISBN 978-601-7098-71-1
© Коммерциялық емес АҚ «Алматы энергетика және байланыс институты», 2010 ж.
Мазмұны
Кіріспе
1 Мобильдік телекоммуникациялардың дамуының техникалық аспектілері
1.1 IMT-2000 желісінің интерфейстерін стандарттау
1.2 IMT-2000 үшін жиілік жолағының бөлінуі
1.3 UMTS желісінің негізгі жүйе астылары
1.4 UMTS желісінің жүйелік архитектурасы
1.5 UMTS желілік архитектурасының дамуы
1.6 UTRAN радиорұқсат желісінің құрылу ерекшеліктері
1.7 UE-BS «жоғары» линиясындағы WCDMA радиоинтерфейсінің арналары
1.8 Арналарының кодтық бөлінуі бар көптік қол жеткізу
1.9 ZTE компаниясының CDMA құрылғысы
1.10 Арналардың кодтық бөлінуі бар кеңжолақты рұқсат (WCDMA) үшін ZTE компаниясының шешімдері
1.11 802.11х байланысының жергілікті сымсыз желілерінің теориялық негіздері
1.12 Сымсыз желіні орнатудың кейбір нұсқалары
2 Таратудың цифрлық жүйелері
2.1 Тарату және мультиплекстеу жүйелері
2.2 Айрықша сызықтың белгісі бойынша циклдық синхрондау
2.3 Шеттен алып пайдаланылєан битпен синхрондау
2.4 Статистикалық циклдық синхрондау
2.5 Кодектер және кофидектер
2.6 Синхронды цифрлық телекоммуникациялық желілер
2.7 Синхронды-цифрлық желілердің моделі
2.8 Цифрлық телекоммуникациялық желінің элементтері
2.9 Цифрлық телекоммуникациялық желінің синхронизациясы
2.10 Толқын ұзындығымен бөлу арқылы мультиплекстеу
2.11 Бөгеуілге орнақтылық қодтауы
2.12 Асинхронды таратудың әдістері
2.13 HONET қызметімен интеграцияланған абоненттік рұқсаттың оптикалық желісі
2.14 Транспорттық желілерді «Huawei Technologies Co., Ltd» компаниясының құрылғылары негізінде құру
Кіріспе
XXI ғасырда глобальды ақпараттық қоғам (ГАҚ) атанған дүниежүзілік бірлестік даму жаңа дәуірге кірді. ГАҚ-тың негізгі ерекшелігі оның білімі мен ақпараты сыртқы өндіріс факторларының рөліне ие болады және қоғамның бар болуының материалдық негізі болып табылады.
Жоғары технологияларды қолдануды мамандырудың көптеген салалары қалыптасуда. Оларға біріншіден «ақпараттық өнімдер» (программалық) және олардың телекоммуникациялық ортада нәтижелі бөлінуі жатады.
ГАҚ-тың тағы бір сипаттамалық ерекшелігі телекоммуникациялық қызметтің жоғарғы көлемді өсуі болып табылады. Яғни, телефондық абоненттердің, теле-радиотыңдаушылардың қызмет көрсетуінің бір жылдық айналымы 800 млрд. доллардан жоғары, ал телекоммуникациялық нарықтың қызметімен (Интернет, локальды компьютерлік желі, жылжымалы байланыс желісі және т.б.) 1,5 трлн. долларға дейін жетіп әлі де дамып кеңейтілуде. Дүниежүзілік телекоммуникациялық желіде жыл сайын 200 млрд. доллар соммасына телекоммуникациялық құрылғылар орнатылады [1].
Дүниежүзілік бірлестік қазіргі кезде мәні бойынша үшінші революцияны бастан кешіруде. Егер де ауылшаруашылықтың негізі адамы-жер қожасы, ал негізгі ресурс-жер болса, онда екінші индустриалдықта-капитал меншік иесі және негізгі ресурсы-капитал, онда үшінші ақпараттықта- үстемдік етуші әлеуметтік топпен хабар меншік иесі тұрады, ал негізгі ресурсы-білім және хабар болып табылады.
ГАҚ құрылымында жоғарыда көрсетілген барлық ақпараттарды бөлу және тиімді тарату үшін байланыстың Дүниежүзілік желісі (World wide communication network) құрылды және ол үздіксіз дамуда. Бұл желі жер шарындағы өзара байланысты ұлттық желілердің қосындысынан тұрады. Кез келген байланыстың жаңа желісінің техникалық негізі ақпараттық транспорттық желілер болып табылады. Олар өндірушіден қолданушыға ақпараттарды цифрлық ағындардың стандартталған немесе нормаланған түрінде сапалы және қауіпсіз тарату үшін арналған.
Мультиплекстеу дегеніміз - ақпараттарды бір немесе одан да көп көздерден бір тарату ортасы арқылы бір немесе одан да көп қабылдағыштарға тарату. Тарату ортасы болып металды симметриялы немесе коаксиалды кабелдер, ұялы телефон байланысының соталары, радиорелейлік сызықтар, жерсеріктік жүйелер немесе талшықты-оптикалық кабелдер табылады.
Сигналдардың бөліну құбылысы жүретін кеңістіктердің бірнеше түрі бар. Олар-геометриялық, фазалық, уақыттық, жиіліктік кеңістіктер және толқындар ұзындығының кеңістігі.
Арналардың кеңістіктік бөлінуі - бұл әр түрлі көздерден таратылатын сигналдардың бір жырада орналасқан кабелдерге бөлінуі. Бұл жағдайда жыра таратылатын орта түрінде қарастырылады.
Негізінен сигналдарды мультиплекстеудің үш түрі қолданылады: арналардың уақыттық бөлінуі (АУБ), жиіліктік (АЖБ) және толқындардың ұзындығы бойынша арналардың бөліну әдістері. Бұл бөлімнің қалған бөлігі арналардың уақыттық, жиіліктік және толқындық бөлінулеріне, яғни мультиплекстеуге арналған.
Арналардың уақыттық бөлінуі (АУБ) кезінде сигналдардың таратылуы бір техникалық әдістер арқылы жүреді.
Әртүрлі көздердің таратылуы уақыт бойынша бөлінеді. Импульстік-кодтық модуляция (ИКМ) сигналдарды кодтаудың кең таралған әдісі болып табылады. Ол цифрлық сигналдардың уақыттық бөлінуін қолданады. АУБ бар ИКМ жүйелерінде екі немесе одан да көп арналар дискреттеледі, ИКМ кодына түрленеді, содан кейін бір металдық немесе талшықты оптикалық кабел арқылы тізбектеліп таратылу үшін уақыт бойынша мультиплекстенеді.
Таратудың цифрлық жүйесі-бұл байланыс тарату үшін цифрлық импульстарды қолданатын электрбайланыс жүйесі.
1 Мобильдік телекоммуникациялардың дамуының техникалық аспектілері
4G желісінің енуі - әлемдік ақпараттық қауымдастыққа кірудің ең негізгі факторы. Бұл жағдайға әлемдік экономикалық империясы, жалпы ақпарат құралдары, телекоммуникациялық операторлар, мәдениет пен білім ұйымдары, сонымен қатар политикалық институттар да дайындалуда. Болашақ ұялы желінің қолданушылары қарапайым дауыстық байланыстан басқа жоғары жылдамдықта мультимедиялық қызметтерді де ала алады.
Ұялы желілерді дамытудың жалпы принципі – қолданыстағы желілерді 3G, 4G және WLAN желілеріне ақырындап ауыстыру. Даму барысында мәліметтерді таратуда тиімді ортақ параметрлерге және мультимедиялық қосымшалардың қызметтік сапалығына көп көңіл бөлінеді. Ұялы байланыс жүйесі мультимедиялық қызметтерді 2 Мбит/с тен 40 Мбит/с ке дейінгі жылдамдықпен тарату қарастырылады.
1.1 IMT-2000 желісінің интерфейстерін стандарттау
XX ғасырдың қол жеткізулерінің бірі - Халықаралық ұялы байланыс концепциясының (International Mobile Telecommunications-2000, IMT-2000) іске қосылуы. Оның мақсаты: сымсыз рұқсат, жергілікті ұялы және жер- серіктік технологиясын қамти алатын жылжымалы байланыс тобының жаңа ұрпағын жасап шығару. IMT-2000 ХЭБ орталығының екі бағдарламасын да қамтиды: ортақ қолданыстың жылжымалы телекоммуникациялық жүйесі (Future Public Land Mobile Telecommunications System, FPLMTS) және жер- серіктік байланыстың әлемдік жеке жүйесі (Global Mobil Personal Communications by Satellite, GMPCS). IMT-2000 шығару туралы ХЭБ орталығының шешімі телекоммуникациядағы жаңа бағыттың, яғни жылжымалы байланыстың үшінші ұрпағының дамуына ықпал етті. Жылжымалы байланыс жүйесінің үшінші ұрпағын IMT-2000 дамыту ХЭБ орталығына (Международному союзу электросвязи International Telecommunications Union, ITU) тиесілі.
IMT-2000 жүйе тобының интерфейс стандартталу жұмысы радиобайланыс пен телекоммуникацияны стандарттау секторында аяқталған. Жаңа стандартты өңдеуде ITU мынадай мәселелерге көңіл бөледі: IMT-2000 жүйе тобының сипаттамаларын максималды ықшамдау кезінде, ITU 5 радиоинтерфейсті қосты.
Сурет 1де 3G топ желісі мен басқа радиорұқсат байланысының әртүрлі интерфейстерінің әрекеттесуі көрсетілген.
Сурет 1 - 3G топ желісінің әрекеттесуі
3GPP және 3GPP2 әрекеттесуіне қарамастан әртүрлі жүйенің радиоинтерфейстерін IMT-2000 жүйесі үйлестіре (унифицировать) алмайды, бірақ әртүрлі радиотехнологиялардың радиоинтерфейстерінің негізгі кілттер ұқсастығын көбейте алады.
3GPP және 3GPP2 әрекеттесулері техникалық спецификаны алдыңғы технологияның тек жалғасы болатындай құрылады. 1999 ж. жоғарыда аталған мекемелер 3G жүйесіне өз спецификасының бірінші релиздерін шығарды. Сосын, ITU мандатына сәйкес телекоммуникациялық стандарттардың европалық институтында (Европейский институт стандартов телекоммуникаций, European Telecommunications Standards Institute, ETSI), Телекоммуникация өндірушілер Ассоциациясы (Ассоциация промышленников телекоммуникаций, Telecommunications Industry Association, TIA), Жапондық радиохабарлау ассоциациясы (Японская ассоциация радиовещания, Association Radio Industry and Broadcasting, ARIB) ұжымдарында 3G жылжымалы байланыс жүйесіне аймақтық және ұлттық стандарттау басталды.
1.2 IMT-2000 үшін жиілік жолағының бөлінуі
Үшінші ұрпақ желілірі үшін жиілік жолағын бөлу 1980 ж. ортасынан басталды. 1992 ж. ХЭБ орталығы үшінші ұрпақ жүйесіне жиілік жолағын бөлу туралы ITU-R М.687-2 ұсынысымен дайындады. Осы ұсынысқа негізделе Әлемдік радиобайланыс административті конференциясы
( Всемирная административная конференция радиосвязи) 1992 ж. (ВАКР-92) IMT-2000 жүйесі үшін жалпы ұзындығы 230 МГц болатын 1885...2025 МГц және 2110...2200 МГц жиілік жолағын бөлді. Сонымен қатар, 1885...1980 МГц, 2010...2025 МГц және 2110...2170 МГц жиілік жолақтары тек жергілікті сегменте жұмыс істеу үшін, ал 1980...2010 МГц және 2170...2200 МГц - IMT-2000 жүйесінің жерсеріктік сегментіне арналды. Бұл жолақтар ол кезде «түбірлі жолақтар» деп аталған, алайда бұл термин қазір қолданылмайды.
3G желісінің жолағын «кеңейту» туралы ВАКР-2000 шешімі. Техникалық себептерге байланысты 3G жүйесінің жұмысы үшін спектр ауқымы 3 ГГц тен төмен болуы қажет. Конференцияда жиілік жолағын «кеңейтуге» байланысты жаңа екі ескерту қабылданды, IMT-2000 желісінің жергілікті сегменті үшін (сурет 2): S5.XXX - 806...960 МГц жолағы және S5.AAA - 1710... 1885 және 2500...2690 МГц жолақтары [3]. Көрсетілген жолақтар IMT-2000 жүйесін енгізушілермен қабылданған. Алайда бұл жолақтарды басқа да радиобайланыс жүйелерінде қолдануға мүмкіндік бар, және ол IMT-2000 жүйесінің дамуына кедергі етпейді.
Сурет 2 - 3G желілерінің кеңейтілу жолақтары
«кеңейтілу» жолақтарының қолдануға тиімді жақтары:
- IMT-2000 желілеріне кеңейтілу жиілік жолағында көрсетуі қажет болатын, ұлттық деңгейдегі спектр мөлшерін анықтау құқығы;
- IMT-2000 жүйесіне басқа байланыс жүйелерінен ауысудың өзіндік жоспарлары. Онда жүйелерде қолданылатын жиілік жолақтарының тиімділігі көрсетілуі қажет;
- IMT-2000 жүйесіне бөлінген жиілік жолақтарын басқа да жүйелерде қолдану мүмкіндігі;
- IMT-2000 үшін жиілік жолақтарының қолдану уақытын тәуелсіз анықтау.
Негізінде, 1710... 1885 МГц және 2500...2690 МГц (немесе олардың бөліктері ) жиілік жолақтары IMT-2000 жүйесіне бөлінген. Кейбір ұлттық байланыс администраторлары IMT-2000 жүйесі үшін 698...806 МГц, 2300...2400 МГц және 806...960 МГц жиілік жолағының жартысын қолдануды анықтаған.
ВАКР-2000 байланыс Регламентінде бекітілген жеке ескерту IMT-2000 базалық станцияларының жиілік жолағына арналған, себебі олар жоғарғы платформаларда орналасып (High Altitude Platform Station, HAPS), максималды қамту аймағымен қамтамасыз етеді. HAPS станциясы үшін 1 және 3 аймағында 1885...1980; 2010...2025 және 2110...2170 МГц , ал 2 аймақта - 1880... 1980 және 2110...2170 МГц жиілік жолақтары қолданылуы мүмкін.
1.3 UMTS желісінің негізгі жүйеастылары
2-ші ұрпақ желілірінен 3-ші ұрпақ желілеріне өту дестелік мәліметтерді сымсыз тарату технологиясын (General Packed Radio System, GPRS), кейінгі модернизациясын (Enhanced Data rates for GSM Evolution, EDGE) және 2 Мбит/с тарату жылдамдығын қолданатын радиорұқсат технологиясын қолдана отырып жүзеге асады.
Таңдалған мұндай жол 2 ші ұрпақ желісіндегі құрылғылардың және бағдарламалық қамтамасыз етудің модернизациясын іске асыртады. Қосымша құрылғыларды енгізу ұялы байланыс жүйесіне дестелік коммутация функциясын енгізуге мүмкіндік береді. Бұл көрсетілетін қызметтер қатарын көбейтті. Келесі қадам дестелік коммутация қызметтерінің радиоинтерфейсінің өткізу қабілеттілігімен байланысты.
3 суретте UMTS жүйесінің жүйеастылары көрсетілген.
UMTS жүйесінің құрылу принципі жүйенің физикалық деңгейлерінің доменді жүйе асты негізінде қосылуды және функционалды деңгейдің горизонталды және вертикалды деңгейлерінің қабаттарға бөлуді көрсетеді.
Сурет 3 – UMTS жүйеастылары
UMTS жүйелерін домендерге бөлу (құрылымдық жүйе асты), 3 суретте көрсетілген. Базалық желінің домені инфрақұрылымның қорытындысы болуы мүмкін, мысалы ұялы байланыстың глобалды жүйесінің инфраструктурасы (Global System for Mobile Communications, GSM), интегралды қызмет көрсету цифрлық желісінің инфрақұрылымы (Integrated Services Digital Network, ISDN), жеке байланыс желісінің инфраструктурасы (Personal Communications Network, PCN).
UMTS желісінің домендерінің өзара әрекетесуі тірек нүктесі арқылы жүзеге асады. Тірек нүктесі әрекет етуші домендердің кірісі мен шығысындағы нүктелер болып табылады.
UMTS желісінің тірек нүктесінің құрамына:
Си – абонент идентификациясы модулінің домені мен (Universal Subscriber Identity Module, USIM) жылжымалы байланыс құрылғысының домені (Mobile Equipment, ME) арасындағы тірек нүктесі;
Uu – абоненттік құрылғы мен инфрақұрылым доменінің арасындағы тірек нүктесі;
lu – рұқсат желісінің домені мен қызмет көрсету желісінің домені арасындағы тірек нүктесі;
Yu – қызмет көрсету желісінің домені мен транзиттік желі доменінің арасындағы нүктесі;
Zu - қызмет көрсету желісінің домені мен үй желісінің домені арасындағы тірек нүктесі.
UMTS желісінің үлкейтілген декомпозициясын оны абоненттік құрылғыға және желілік инфраструктураға бөлу арқылы жүзеге асыруға болады. Бұл бөлулерден UMTS негізгі домендері: абоненттік құрылғы домені мен инфраструктура домені болып екі түрге бөлінуін байқаймыз.
Абоненттік құрылғы – қолданушының UMTS қызметіне қосылуы үшін қолданатын құрылғысы.
Абонент желілік инфраструктураға UMTS радиоинтерфейсі арқылы (UMTS Terrestrial Radio Access, UTRA) қосылады. Желілік инфрақұрылым 3G байланысының қызметтерін көрсетуге арналған әртүрлі функцияларды орындайтын жүйе асты домендерден тұрады. Желілік инфрқұрылым UMTS желісінің ресурстарын қолданушылар арасына бөледі және қамту аймағындағы барлық қолданушыларды байланыспен қамтамасыз етеді. Абоненттік құрылғы домені мен инфрақұрылым доменінің арасындағы тірек нүктесі Uu деп аталады (UMTS радиоинтерфейсі).
1.4 UMTS желісінің жүйелік архитектурасы
IMT-2000 концепциясына байланысты 3G жүйесінің жүйелік архитектурасы негізгі екі бөлікке бөлінеді: радиорұқсат желісі және базалық желі.
Жүйе элементтерінің функционалды әрекеттесуі интерфестер қатарымен жасалынады. Бұл интерфейстер ETSI негізінде стандартталған, сондықтан желіні телекоммуникациялық құрылғы өндірушілердің әртүрлі элементтерін қолданып құруға мүмкіндік туады. Интерфейстер UMTS желісі мен сыртқы желілердің төменде айтылған негізгі жүйе асты доменімен әрекеттестіреді:
- Gb-интерфейс (SGSN-BSS);
- Gn-интерфейс (GSN-GSN);
- Gp-интерфейс ( PLMN үшін желіаралық интерфейс);
- Gi-интерфейс (GGSN - сыртқы IP-желі);
- Gr-интерфейс (SGSN-HLR);
- Gs-интерфейс (SGSN-MSC/VLR);
- Gd-интерфейс ( SGSN нен SMS-GMSC/SMS-IWMSC).
Абоненттік құрылғы (User Equipment, UE) деген жылжымалы, алып жүруші немесе тасымалдаушы терминалдарға бөлінеді. Олар радиоинтерфейстер арқылы базалық желілермен әрекеттеседі. UMTS абоненттік құрылғысының екінші желі ұрпағының аналогты желі құрылғыларынан айырмашылығы: ақпаратты таратудың жоғары жылдамдығының арқасында көп әрекеттілігі. Болашақта жеке UMTS абоненттік станциялары мен екі режімдегі GSM/UMTS терминалдарын қолдану қарастырылған. Базалық станциялар (Base Station, BS) ұялы абоненттердің немесе сыртқы шақырулар арқылы радиоарналарды құрады. BS функциясына радиосигналдарды қабылдау/тарату, оны өңдеу және мәліметтердің транспорттық ағынын құру жатады. Стандартты конфигурацияда базалық станция үш секторға дейін қызмет көрсетеді және әр секторға үш тасушы ұсынады. Оның қызметіне жүмсақ хендовер жасау да кіреді. Базалық станциялар радио желінің контроллерімен әрекеттесіп, желілік деңгейде АТМ-интерфейсі (2 Мбит/с жооғары, G.703) мен IP-интерфейсін қолдайды. Әлемнің ірі фирмалары UMTS базалық станцияларын GSM желісіне қосу үстінде:
- коммутатор деңгейінде біріктіру. Бұл біріктіру түрі базалық станция TDD және FDD режімінде және UMTS контроллері коммутаторға қоса отырып жасалынады;
- контроллерлер деңгейінде біріктіру. TDD режіміндегі базалық станциялар GSM желісінің BSC контроллеріне қоса отырып жасалады. Ал контроллерлер коммутаторға қосылады.
Радиорұқсат желісінің контроллері (Radio Network Controller, RNC) lub интерфейсі көмегімен базалық станцияларды басқарып, BSS базалық станциясының жүйе асты желісін құрайды, ал lu интерфейсімен 3G-MSC/VLR желісінің коммутатор орталығымен әрекеттеседі. RNC нің негізгі функциялары радиоарналарды бөлуді басқару, байланысты бақылау, олардың кезектелуін реттеу, қашықталған динамикалық коммутация және жүктемені бөлуді баақылау. Әлемнің ірі телекоммуникациялық құрылғыларды өндірушілерінің контроллерлері АТМ-коммутаторының негізінде құрылады.
3G желісінің ұялы коммутация орталығы (Mobile Switching Center/Visitor Location Register, MSC/VLR) желінің орталық элементі болып табылады. Ол BSS жүйе асты базалық станцияның үлкен тобына қызмет көрсете алады, абоненттік жылжымалы станцияның жұмысына керекті байланыстың барлық түрін ұйымдастырады. 3G-MSC/VLR әртүрлі желілік элементтерді, сондай ақ BSS жүйе асты желісін қосу арқылы UMTS желісінің ішіндегі алмасуды жүзеге асырады. Жылжымалы байланыс желісі, ОҚТЖ, мәліметтерді тарату желісі үшін шлюз ретінде жұмыс істейді. 3G-MSC/VLR коммутация орталығы MSC және GMSC қызметтерін қосады. Өндіруші фирмалардың коммутаторлары радиотаратудың TDD/FDD UTRA екі режімін қолдап, GSM желісінің коммутаторының және GPRS дестелі тарату режімінің функциясын орындайды.
Абоненттердің орналасуының мәліметтер базасы (Home Location Register, HLR) желіде тұрақты жазылған абоненттердің мәліметтерінің анықтамалық базасы. Онда айқындаушы нөмірлер мен мекен - жай, сондай ақ абоненттердің дұрыстылық параметрі, байланыс қызметтерінің құрамы, маршруттаудың арнайы ақпараты және абонент роумингі туралы мәліметтер болады.
Мәліметтерді дестелік тарату (Packet Switching, PS) желіде келесідей негізгі элементтермен қамтылады- SGSN (GPRS дестелік трафиктің сервистік тіректік түйіні) және GGSN (GPRS дестелік трафиктің шлюздық тіректік түйіні).
GPRS сервистік тіректік түйіні (Serving GPRS Support Node, SGSN) абоненттердің идентификациясы мен ұялықты бақылау, IP-желісінің протоколдарын протоколдарға конверттеу жәнге мәліметтерді маршруттау мәселелерін шешеді. GPRS шлюздық тіректік түйіні (Gateway GPRS Support Node, GGSN) GPRS желісі мен сыртқы желінің арасындағы базалық интерфейс, ол жүйе асты маршрутизатор рөлінде болады. Егер GPRS қабылдаған мәліметтер арнайы қолданушылармен жіберілсе, оларды тексеру және адресат іздеу жүргізіледі. GGSN мәліметтер дестелерін ұялы абоненттерге қайта бөліп, сыртқы желілердің дұрыс қосылуын бақылайды.
1.5 UMTS желілік архитектурасының дамуы
3GPP аумағындағы UMTS желілік архитектурасымен жұмыс істеу барысында Релиз 99 (R99) жасалынды, ол берілген жүйенің даму жолдарын анықтайды.
UMTS жүйесінің архитектурасына қойылған талаптар:
- GSM желісімен сәйкестігі;
- Мәліметтерді жоғары жылдамдықта тарату қызметіне қосылуын қолдау;
- Көрсетілетін қызметтердің сапасын басқару.
Сонымен қатар, Релиз 99 дың негізгі талаптары [4]:
- UMTS желісінің негізі ретінде GSM желісі таңдалды, оның дамуы MSC және SGSN жүйеастыларының жақсартылуымен жасалады;
- Желілік архитектура және UMTS/IMT-2000 стандарттары (R99), 3G операторларына базалық желіні (интегралданған базалық желі немесе CS- және PS-домендеріне бөлінген базалық желі) таңдау мүкіндігін беруі;
- Транскодерлер орналасуы талаптарға сәйкес келуі қажет:
- Техникалық спецификация TS 23.930 «GSM платформасының UMTS бағытында дамуы»;
- Абоненттік құрылғы базалық желінің CS және PS жүйе астын қолдап таңдау мүмкіндігін беруі қажет;
- UMTS жүйесінің дамуы қызмет бөліктерін базалық станцияның CS-домендерінен PS-домендеріне қарай бағытталып таратылуы қажет және жоғары деңгейлі ауысу протоколдарын және олардың функцияларының өзгеріссіз қалдыруы керек;
- R99 талаптары желінің жақсы дамуын және абоненттік құрылғымен сәйкестігін қамтамасыз етуі керек.
Арналар коммутациясымен мәліметтерді таратуды қамтамасыз ететін базалық желі жүйе асты базалық желінің CS-доменін қолдап, онымен 100%-дық сәйкестілікті қамтамасыз етуі керек. PS-домені IP-протоколды қолдау қажет, сонымен қатар базалық желінің дестелік коммутация жүйе асты мультимедиялық қызметтер үшін модернизациялау мүмкіндігін беруі кажет. Қосымша IP-жүйеастылары CS-доменімен қамтамасыз етілетін жаңа мультимедия қызметтерін ұсынуы керек. UMTS жүйесінің желілік архитектурасының дамуының мақсаты: арналардың дестелік коммутациясына негізделген интегралданған желілік платформа жасау, ал көрсетілетін қызметтердің даму мақсаты: көп қолданушылардың IP-мультимедиа қызметтеріне қосылу және бұл қызметтерге UMTS желісінен тыс қосылу мүмкіндігінің болуы.
1.6 UTRAN радиорұқсат желісінің құрылу ерекшеліктері
UMTS радиорұқсат жергілікті желісінің архитектурасы (UMTS Terrestrial Radio Access Network, UTRAN). Интегралданған басқару жүйесімен басқарылатын UTRAN радиорұқсатының желісі мынадай техникалық және бағдарламалық құралдардың қосындысынан тұрады:
- базалық станциялар, В түйіні деп аталады;
- ұялардың техникалық құрылғылары (антенналар, қоректену блоктары т.б.);
- радиорұқсат желісінің контроллерлері (Radio Network Controller, RNC);
- UTRAN бағдарламалық қамтамасыз етуі (радиожелілер және BS);
- Радиорұқсат желісінің пайдалану жүйесі.
3G RAN радиорұқсат желісінің төрт негізгі интерфейстері:
- lu - RNC және базалық желі арасындағы интерфейс;
- Uu - абоненттік құрылғы мен базалық станция арасындағы интерфейс;
- lur – радиорұқсат желісінің контроллерлері арасындағы интерфейс;
- lub – радиорұқсат желісінің базалық станциялары мен контроллерлер арасындағы интерфейс.
Олар орындайтын негізгі функциялар:
- базалық станция мен абоненттік құрылғы арасындағы арнаның қателерін есептеу және бақылау;
- ұялық функциясын қамтамасыз ету (хендовер, іздеу және ұялылықты анықтау, іздеу мен абоненттің орналасуын бақылау);
- желінің сыйымдылығын басқару;
- радиошақырулар мен интерфейсті арналарды бақылау.
Lu интерфесінің көмегімен UTRAN желісіндегі бірнеші радиорұқсат жүйе асты (RNS) базалық желімен (CN) бірігеді. Бұл интерфейс 3G желісінің базалық станцияларын арналар коммутациясымен (CS) немесе дестелер коммутациясымен (PS) логикалық таңдауына мүмкіндік береді. Физикалық деңгейде бөлу негізінде:
- lu-CS – арна коммутациялануымен мәліметтер ағынының интерфейсі, ол ATM транспорттық протоколдарын қолдануға негізделген;
- lu-PS – дестелер коммутациясымен мәліметтер ағынының интерфейсі, ол IP транспорттық протоколдарын қолдануға негізделген.
Радиорұқсат жүйе асты құрамына радиорұқсат желілерінің контроллері (RNC) және бір немесе одан көп BS (В түйіндері) кіреді. BS радиожелінің контроллеріне lub интерфейсі көмегімен қосылып, FDD немесе TDD режімінде жұмысты немесе араластырылған жұмыс режімін қамтамасыз етеді. Радиожелінің контроллері RNC хендоверді және қызметтік пен ақпарат алмасу сигналын абоненттік құрылғымен (UE) қамтамасыз етеді. Ол қосылу/біріктіру функциясын біріктіріп, қабылданатын BS (В түйіндері) түрлілігін қамтамасыз етеді. Радиожелі контроллерлері бір бірімен lur интерфейсі арқылы әрекеттеседі.
UTRAN желісіндегі ақпарат тарату Uu интерфейсін, қызмет көрсетуші (Serving RNC) деп аталатын активті RNC интерфейстер тізбегін қолдана отырып жүзеге асады. Олар арқылы абоненттік құрылғыға қызметтік ақпаратпен бірге трафик те таратылады. Бұл уақытта МТге қызмет көрсетпейтін RNC тізбегін пассивті деп атайды (Drift RNC). Пассивті RNC базалық желіге тікелей байланыспайды, бірақ қызмет көрсетуші RNCпен әрекеттесіп Ue-мен байланыс орнату қажет болғанда өз радиоресурсын беруі мүмкін.
Ақпараттық кодтар және UTRAN функциялары. Контроллерлердің арнайы ақпараттық кодтары оператормен анықталып, басқару және қызмет көрсету жүйесі арқылы контроллерге орнатылады. Бұл кодтар UMTS жүйесінің басқару алгоритмін қолдау үшін қолданылады.
Желіге енуге рұқсатты басқару. 3G абоненттері UMTS желісіне жүйелік рұқсат жолдары арқылы қосылады. Желіге абоненттік рұқсат абоненттік құрылғыны немесе базалық станцияның желілік құрылғысын қолдану арқылы жүзеге асады.
Желіге рұқсатты және желі жүктемесін бақылау. Желіге рұқсатты бақылау жүйесі жаңа абоненттердің желіге енуін қамтамасыз етіп, BS жағдайына байланысты жаңа байланыс линияларын құруды бақылайды. Рұқсатты бақылау жүйесі желі жүктемесінің асып кетуінен сақтайды. Жүйе желідегі бөгеуілдер деңгейінің, шығаратын қуаттың және радиорұқсат желісіндегі бос ресурстардың мәліметерін қолданады. Сонымен қатар бұл жүйе абоненттердің желіге біріншілік енуінде және RAB арнасындағы қателер деңгейін есептеу мен жаңарту, хендоверді қолдану кезінде қолданылады. RNC қызмет көрсетуші контроллері lu интерфейсін қолдану арқылы рұқсат бақылауын жүргізеді.
Бақылау жүйесі желіде жүктемені тауып, оның пайда болу себебін анықтап, оларды басқарады. Егер желі жүктемесінің асуы байқалып, ал желіде қолданушылар қалса, жүйе желідегі радиожиіліктерді бөледі және қызмет көрсету сапасын шектеп жоғалған байланысты қалпына келтіреді
Цифрлық кең жолақты стандартының радиоинтерфейстерінде арналарды кодтық бөлуді қолдану, Интернетті, видео, мультимедия және басқа жоғары сыйымдылықты қосымшаларды (Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA) қамтитын осы радиоинтерфейстерге сай арналарды және олардың желілік деңгейде әрекетесуін қамтамасыз етеді. WCDMA арналарының ұйымдастырылуы үш деңгейлер арналары түрінде болады: логикалық арналар, транспортты және физикалық арналар. Осы бөлулердің нәтижесінде, логикалық арналар желіде таратылатын ақпараттар типін анықтайды, ал транспорттық арналар логикалық арналарда айналатын желі элементтерінің арасындағы ақпарат алмасуларының жолдары мен түрленулерін анықтайды, ал физикалық арналары абоненттік құрылғы мен UMTS радиорұқсат желісінің базалық станциясының арасындағы сигналдар таратылуы жүргізілетін радиоинтерфейс платформасын береді.
Физикалық деңгейде жұмыс жасайтын базалық станцияларға қарағанда, RNC радиорұқсат желісінің контроллерлері тек қана транспорттық арнада жұмыс жасайды. Транспорттық арналар әртүрлі ақпараттарды МТ және BS желілері арасында құрылатын физикалық арна элементтерін қолдана отырып Uu интерфейсі арқылы таратады. Логикалық арналар қажет жағдайда ғана желіде құрылады. Төменде UE-BS және BS-UE байланыс линияларында қолданылатын WCDMA радиоинтерфейсінің негізгі арналары сипатталады.
1.7 UE-BS «жоғары» линиясындағы WCDMA радиоинтерфейсінің арналары
Белгіленген арна (Dedicated Channel, DCH):
- орта және жоғары көлемдегі мәліметтерді тарату үшін қолданылады (нақты уақыт масштабындағы мәліметтер: мағлұмат, видеобайланыс, видеоойындар);
- жоғары деңгейлердің басқару ақпараттарын тарату үшін қолдануы;
- импульстік сипаттамадағы мәліметтерді тарату үшін қолданылуы;
- мәліметтерді таратудың жоғары жылдамдығы үшін кеңейту коды қолданылуы;
- мәліметтерді тарату жылдамдығы кадрларға байланысты өзгеруі мүмкін;
- қуатты жылдам басқарудың қолданылуы;
- жұмсақ хендовер қолданылуы;
-
транспорттық арнаның қолданушылық мәліметтері
белгіленген физикалық арналар (Dedicated Physical Data
Channel, DPDCH) арқылы таратылады, ал транспорттық
арнаның DCH басқару ақпараты физикалық
басқару арнасы (Dedicated Physical Control Channel, DPCCH) арқылы таратылады;
- ұяшықтың барлық ауданын қамту қажеттігі.
DPDCH арнасы арқылы мәлімет таратылғанда DPCCH арнасының қуаты DPDCH арнасының қуатынан аз болады. Кесте 1де DPCCH және DPDCH арналар қуатының айырмашылықтары берілген.
Кесте 1 –арналар қуатының типтік айырмашылықтары
DPCCH арнасының қабылдау қуаты жоғары жылдамдықты қызметтерде жоғары болады. DPCCH арнасының қуаты көп болса, қабылдауға арналған DPDCH арнасының сипаттамаларын анытауға болады.
Ортақ транспорттық арналар.
Кездейсоқ рұқсат каналы (Random Access Channel, RACH):
- байланысты орнатуға сұраныс жіберетін МТ басқару ақпаратын тарату үшін қолданылады;
- импульстік сипаттағы орта және жоғары көлемдегі мәліметтерді тарату үшін қолданылады (қысқа тексттік хабарлама, тексттік электрондық пошта, web-беттерін қосуға рұқсаттар);
- әрбір ұяшықта белгілі бір кодтар қолданылады;
- Ақпаратты таратудың тіркелген жылдамдығы (10 мс ұзақтықты тасымалдау үшін 16 кбит/с, 20 мс ұзақтық үшін 8 кбит/с );
- Қуатты жылдам басқару қолданылмайды;
- Жұмсақ хендовер қолданылмайды;
- Қолданушылар мәліметтері кездейсоқ рұқсаттың физикалық арнасы арқылы таратылады (Physical Random Access Channel, PRACH);
- Ұяшықтың барлық ауданын қамту қажет.
Белгіленген арнадағы байланыс сапасын қамтамасыз ету үшін ұяшықтың кез келген радиоқамту аумағындағы байланысты ұйымдастыру үшін RACH арналары талаптарға сай келуі қажет. Төмен жылдамдықты мәліметтерді таратуға арналған RACH арналары, жоғары жылдамдықты мәліметтерді таратуға арналған белгіленген арналарымен салыстырғанда аз камту аумағын қажет етеді. Сондықтан RACH арнасының қамту аумағы төмен жылдамдықты қызметтердің қамту аумағымен салыстырылғаныз жөн.
Радиоқамту аумағының сәйкестілігі үшін RACH арналары 1 кестеде көрсетілген сипаттамаларға ие болуы керек.
Желіде төмен жылдамдықтағы қызметтер үшін жалпы радиоқамту ойластырылған жағдайда RACH арнасы үшін радиоқамту өте маңызды болып табылады. Ал егер жоғары жылдамдықтағы қызметтер үшін радиоқамту ойластырылса, RACH арнасы шектеуші болып табылмайды.
Дестелік мәліметтердің ортақ арнасы (Common Packet Channel, CPCH):
- импульстік сипаттағы орта және жоғары көлемдегі мәліметтерді тарату үшін қолданылады (қысқа тексттік хабарлама, тексттік электрондық пошта, web-беттерін қосуға рұқсаттар);
- әрбір ұяшықта белгілі бір кодтар қолданылады;
- қуатты жылдам басқаруы қолданылады;
- жұмсақ хендовер қолданылмайды;
- қолданушылар мәліметтері дестелік мәліметтердің ортақ физикалық арнасы арқылы таратылады (Physical Common Packet Channel, PCPCH);
- Ұяшықтың барлық ауданын қамту қажет.
BS-UE «төмен» линиядағы WCDMA радиоинтерфейс арнасы
Белгіленген арна (Dedicated Channel, DCH):
- Орташа және үлкен көлемді мәліменттерді тарату үшін қолданылады (нақты масштаб уақытының мәліметтері: мағлұмат, видеобайланыс, видеоойындар);
- Жоғары деңгейдегі басқару мәліметтерін тарату үшін қолданылады;
- Импульстік сипаттамасы бар мәліметтерді тарату үшін қолданылмайды;
- Мәлімет таратудың максималды жылдамдығы үшін кеңейтілген код қолданылады;
- Мәліметтерді таратудың жылдамдығы кадрлар бойынша өзгеруі мүмкін;
- Қуатты жылдам басқаруды қолданады;
- Жұмсақ хендовер қолданылады;
- DCH транспорттық арнаның қолданушы мәліметтері DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) мәліметтерінің бөлініп алынған физикалық арнасы арқылы таратылады;
- Ұяның барлық ауданын қамту қажет.
Желінің ортақ транспортты арнасы
Хабарламалық арна (Broadcast Channel, BCH):
- Желі мен ұяшығы жөніндегі ақпараттан тұрады: кездейсоқ рұқсатқа қол жеткізетін кодтар, рұқсат слоттары, таратудың қолданыстағы әдісінің түрі мен басқа арналармен әрекеттесуі;
- Ұяшықтың шекарасында орналасқан бұл арнаның әртүрлі терминалдармен декодталынуының тіркелген төмен жылдамдықтағы ақпараттарды тарату қолданылады;
- Қолданушылар мәліметтері басқарудың біріншілік ортақ физикалық арнасымен таратылады (Primary Common Control Physical Channel, PCCPCH);
- Ұяшықтың барлық ауданын радио байланыспен қамту қажет.
Тікелей қол жеткізу арнасы (Forward Access Channel, FACH):
- Нақты ұяшықтағы орналасуы алдын ала белгілі абоненттерге ақпарат тарату үшін қолданылады;
- Импульстік сипаттамасы аз көлемді мәліметтерді тарату үшін қолданылады (қысқа жазбаша хабарлама, жазбаша түрдегі электрондық пошта);
- әрбір ұяшықтағы белгілі бір кодтар қолданылады;
- қуатты жылдам басқаруды қолданылмайды;
- қолданушылар мәліметтері басқарудың екіншілік ортақ физикалық арнасымен таратылады (Secondary Common Control Physical Channel, SCCPCH);
- ұяның барлық ауданын қамту қажет, сондықтан ұядағы FACH арнасының біреуінің тарату жылдамдығы аз болуы керек.
Шақыру арнасы (Paging Channel, PCH):
- басқа транспорттық арналармен байланысуын құру ақпараттарынан тұрады;
- әрбір ұяшықтағы белгілі бір кодтар қолданылады;
- қуатты жылдам басқаруды қолданылмайды;
- Жұмсақ хендовер қолданылмайды;
- Абоненттің орналасқан жері сол аумақты қамтитын радиоқамту жерінде ғана қолданушы мәліметтері сол ұяларға таратылады (бірден жүз ұяға дейін);
- ұяның барлық ауданын қамту қажет;
- басқарудың екіншілік ортақ физикалық арнасымен таратуды қажет етеді (Secondary Common Control Physical Channel, SCCPCH).
Тікелей бөлінген арна (Downlink Shared Channel, DSCH):
- басқару ақпаратын тарату үшін қолданылады;
- орта және үлкен көлемді импульстік сипаттамасы бар мәліметтерді тарату үшін қолданады (қысқа жазбаша хабарлама, жазбаша түрдегі электрондық пошта);
- әрбір код бірнеше абоненттерге қолданылады;
- мәліметтерді тарату жылдамдығы кадрлар бойынша өзгеруі мүмкін;
- қуатты жылдам басқаруды қолданады;
- Жұмсақ хендовер қолданылмайды;
- әрқашан DCH бөлініп алынған тікелей арнасымен байланысты;
- қолданушы мәліметтер тікелей бөлініп алынған физикалық арнасымен таратылады (Physical Downlink Shared Channel, PDSCH);
- ұяның барлық ауданын қамту қажет емес.
Желі үшін негізгі ортақ транспорттық арна болып RACH, FACH және РСН табылады. DSCH және СРСН арналары қажетті болып табылмайды, және олардың қолданылуы өзінің конфигурациясымен анықталады.
Транспорттық арнаның ортақ (RACH және FACH) басқаруы қуаты мен жұмсақ хендовер қолданады, сондықтан бөлініп алынған арналарға қарағанда олардың сипаттамасы нашарлау, бірақ олар осы арналардың радиоқамту жоспарлауы кезінде есептелуі қажет.
Мәліметтерді тарату үшін арнаны таңдап алу келесі RNC дестелерді бөлу блогында қабылданған. Ол келесі ақпараттарда негізделген:
- қызмет түрі және физикалық арнаның параметрлері, мысалы кідіріс бойынша талаптар;
- мәліметтер көлемі;
- ортақ және бөлінгіш арналардың жүктеуі;
- радиоинтерфейстегі бөгеуілдердің деңгейі;
- әртүрлі транспорттық арнаның сипаттамасы.
Басқа физикалық арналар
UMTS (WCDMA) желісінде дабылдың функциясын орындайтын физикалық арналардың түрлері қарастырылған және оларды ешқандай транспорттық арналардың ақпараттары болмайды. Олардың арасындағы ең маңыздысы мыналар:
Синхрондау арнасы (Synchronization Channel, SCH). Берілген арнада базалық станция мен абоненттік станция синхрондамасына үшін қолданылады. Бұл арна АҚ ны қосқан кездегі мәліметтердің декодталуы және арнаның трафигі үшін радиоқамту аумағына кіру үшін қолданатын бірінші арна болып табылады. Сондықтан оның радиоқамту аумағы басқа арналарға қарағанда көп болуы тиіс.
Ортақ пилот арна (Common Pilot Channel, CPICH). Бұл арнаның функциясы басқа бөлініп алынған арналардың сипаттамасын, хендовер орындау үшін шешім қабылдау кезіндегі берілген арнаның қуат деңгейін өлшеу және рұқсат ұясының бастапқы таңдауын орындау болып табылады.
Оның радиоқамту аумағы көрші ұяның жүктеу түзелуі үшін динамикалық түрде реттелуі мүмкін.
UMTS (WCDMA) желісіндегі физикалық арнаның мәліметтерінен басқа келесі физикалық арналар көрсетілген:
- орналасу индикация арнасы (Acquisition Indication Channel, AICH), RACH арнасы үшін қажет етілген арнаны керек етеді;
- шақыру индикация арнасы (Paging Indication Channel, PICH), РСН арнасы үшін қажет етілетін радиоқамтуды қажет етеді;
- СРСН (СРСН Status Indication Channel CSICH) статусының индикация арнасы СРСН арнасына қажет радиоқамтуды қажет етеді;
- Коллизия/ арнаны
иемденуді табатын индикатор арна (Colli
sion Detection/Channel Assignment етеді. Indicator
Channel CD/CA-ICH), СРСН арнасына
қажет етілген радиоқамтуды береді.
1.8 Арналарының кодтық бөлінуі бар көптік қол жеткізу
Арналарды бөлудің кодтық әдістері бұрыннан белгілі болғанымен, Qualcomm (АҚШ) фирмасымен өңделген, арналарының кодтық бөлінуі бар жылжымалы байланыстың цифрлық жүйесі тек 1995 жылы пайдалануға ұсынылды.
Кодтық бөлінуі бар CDMA (Code Division Multiple Access) жүйелерінің артықшылығы болып кең жолақты сигналдарды (КЖС) қолдану болып табылады. Оларды тағы да үлкен базалы сигналдар немесе шуыл тәрізді сигналдар деп атайды.
Сигнал базасы AFC сигналында орын алатын спектрдің енін оның ұзақтығына х0 көбейткенге тең екенін ескере кетейік:
v = AFct0.
v = AFcx0 Ф1 > таржолақты сигналдары бар байланыс жүйелерінде v
«1-ді То» т0 (ДРс = AFC кезінде) немесе AFc » AFC (То = т0 кезінде) бар сигналдарды қалыптастыру жолымен алуға болады. Сигналдарды жай ғана ұзарту тарату жылдамдығының То-ге дейін төмендеуіне алып келуі мүмкін. Мұндай жағдайды болдырмау үшін, S(t) сигналдары уақыт бойынша таралады, ал кірісте оларды бөлу үшін, олар ортогоналды болуы керек, яғни
Qualcomm фирмасымен өңделген, арналарының кодтық бөлінуі бар жүйеде То»т0 «ұзын» сигналдарын қолдану бөгеуілдердің арналарда әсерлесу шарттарында сапалы кірісті қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
Qualcomm фирмасымен өңделген, арналарының кодтық бөлінуі бар жүйеде AFc алуға мүмкіндік беретін жиіліктердің спектрін кеңейтудің тәсілі қолданылады. Жиіліктердің спектрін кеңейтудің мәні тасушыны кездейсоқ тізбекке көбейту болып табылады (сурет 4).
Сурет 4 – КЖС таратқышы
Бұл жағдайда КЖС базасы ПСП элементтерінің v =to/To=Л санына тең. Кездейсоқ тізбектер ретінде ортогоналды болып табылатын Уолш функциясы негізіндегі тізбектер қолданылады.
КЖС кірісі оптималды қабылдағышпен жүзеге асырылады. Ол мына интегралды есептейді
мұндағы S(t) – пайдалы сигнал мен бөгеуілдердің қосындысы; S0(t) – тіректі сигнал, i-ші арна үшін Si(t) түрінде анықталады.
КЖС спектрі 5 суретте көрсетілген. Корреляциялық кірісті орындайтын қабылдағыштың сұлбасы 6 суретте келтірілген.
Абоненттің адресі жиіліктердің спектрін кеңейтуге арналған кездейсоқ тізбектер формасымен анықталады (бұл жағдайда Уолш функциясының бір нұсқасы).
Сурет 5 – КЖС спектрі Сурет 6 – КЖС қабылдағышы |
Бөгеуілдер базалық станцияның тарату арналары арқылы тек көршілес базалық станцияларды құрайды. Бұл станциялар сондай жиіліктер жолағында жұмыс істейді және сол ПСП-ны қолданады.
Жылжымалы станцияларда Уолштың ортогоналды функциялары тарату үшін қолданылады, бірақ арналарды бөлу үшін емес, бөгеуілге тұрақтылығын арттыру үшін қолданылады. Бұл жағдайда әр топтағы 6 биттен тұратын ақпараттық тізбекке Уолштың 26 = 64 ортогоналды тізбектерінің біреуі сәйкес келеді. Тарату кезінде әрбір жылжымалы станция әртүрлі циклдық жылжулары бар ПСП-ны қолданады. Бұл базалық станцияға сигналдарды қабылдаған кезде, оларды жылжымалы станциядан бөлуге мүмкіндік береді.
Қазіргі кезде арналардың кодтық бөлінуімен қол жеткізу тәсілі үшінші ұрпақтың ұялы жылжымалы байланыс жүйелеріне қол жеткізу тәсілі ретінде қарастырылады. СDMA технологиясы шифрлау үшін арнайы құрылғыны қажет етпейтінін ескере кеткен жөн.
CDMA Qualcomm стандартындағы арналардың кодтық бөлінуі бар жүйелерді қолданатын қызықты және пайдалы техникалық деталға тоқталып өтейік.
Стандартта әртүрлі кідірістермен келетін шағылған сигналдардың өңделулері мен олардың салмақтық қосылыстары қолданылады. Бұл сәулелену шарттарында сапалы қабылдауды жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Сәулеленудің жеке өңделуі кезінде, базалық станциядағы әрбір қабылдау арнасында 4 параллель жұмыс істейтін коррелятор, ал жылжымалы станцияда 3 коррелятор қолданылады. Параллель жұмыс істейтін коррелятордың болуы ұядан ұяға өткен кезде «эстафеталық таратудың» оңай режімін қолдануға мүмкіндік береді. Ол үшін жылжымалы ұялы байланыс жүйесінде екі базалық станциядан қабылданатын сигналдардың сапасын бағалау жүргізіледі, бұл кезде жоғары сапалы кадр таңдалады.
Қорытындыда CDMA технологиясының артықшылықтарына тоқталайық.
CDMA стандарты бүкіл желіде, барлық ұяда бір жиілікті қолдануға мүмкіндік береді. Бұдан шығатыны, CDMA үшін жиіліктерді қайталап қолдану коэффициенті с = 1. Осыдан, AMPS-ке қатысты сыйымдылық 7-10 есе көбейеді.
CDMA тәсілін қолданатын ұялы байланыс желілері дәстүрлі цифрлық ұялы байланыс желілерімен салыстырғанда, екі есе үлкен өткізу қабілеттігін қамтамасыз етеді.
Бұдан басқа, шуыл тәрізді сигналдарды қолдану негізінде CDMA тәсілі кең жолақты жеке байланыс (Personal Communication Services -PCS) орнатуда басты рөл атқарады. Бұл байланыс жылжымалы радиобайланыс желілері мен стационарлы тeлефон желілерінің мықты бәсекелесі болып табылады. CDMA жылжымалы радиобайланыс желісінің жалпыланған құрылымдық сұлбасы 7 суретте көрсетілген.
Сурет 7 – CDMA жылжымалы радиобайланыс желісінің жалпыланған құрылымдық сұлбасы
CDMA трафигінде сегіз арнаға дейін бірігу мүмкіндігі арқасында мәліметтерді тарату жылдамдығы 115 кбит/с (8x14,4 кбит/с) болуы мүмкін, оған қоса құрылғыны өндірушілер біртіндеп біріктірілетін арналардың санын көбейте алады.
Qualcomm компаниясы бастапқы кезеңде екі немесе төрт біріктірілген арнаны тура бағытта қолдануды болжайды (БС-дан АС-ға). Бұл сәйкесінше 28,8 немесе 57,6 кбит/с жылдамдықтарын және кері бағытта бір арнаны қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, электронды почта мен Интернетке қол жеткізу сияқты қызметтерге тән асимметриялық трафикті көрсетеді.
Стандарттың келесі нұсқасы (IS-95C) CDMA жүйесінің жиіліктік тиімділігі мен сыйымдылығын арттыруға бағытталған. Бұл үшін Уолштың 64 кодынан тұратын тобы квадратты арнамен таралатын 64 кодты топпен біріктіріледі. Өзгерістерге қарамастан, жүйе IS-95A және В стандарттарымен кері сәйкестілікті сақтайды және 1,25 МГц-ке тең жиіліктер жолағында орналасады. Алдыңғы стандарттармен салыстырғанда, спектрді қолдану тиімділігі 1,5-тен 2-ге дейін өседі. Сондай-ақ өзгерістер энергияның азаюына әкеліп соғады, бұл 200 c-қа дейін күту режімінде абоненттік станцияның жұмыс уақытын ұлғайтуға мүмкіндік береді. Нәтижесінде IS-95C стандарты үшінші ұрпақ үшін ХЭБ қалыптастырған талаптардың көп бөлігін қанағаттандыратын болады.
1.9 ZTE компаниясының CDMA құрылғысы
ZTE әлемдегі компаниялардың алғашқысы болып НИР/НИОКР-ге енді және арналарының кодтық бөлінуі бар жүйелерді құруды зерттейтін телекоммуникациялық құрылғыларды шығаратын қытай компанияларының арасында бірінші орынды алады.
Қазіргі уақытта ZTE компаниясы CDMA желілерінің толық өнімдерін, коммутациялық құрылғыларды, базалық станцияның құрылғыларын және қол жеткізу құрылғыларын өңдеп шығарды; қысқа хабарларды тарату жүйелерін, желіні басқару жүйелерін және 450 МГц, 800 МГц, 1900 МГц және 2100 МГц жиіліктер диапазонында жұмыс істейтін терминалдарды құрды.
Мынаны ескере кетейік:
- IS-95A және IS-95B, негізінен, екінші ұрпаққа қатысы бар мағлұматтарға қызмет көрсетуді қолдау үшін арналған.
- CDMA 1X мағлұматтарды тарату және ақпараттарды тарату қызметтерін қолдайды. Ақпараттарды таратудың максималды жылдамдығы 153 кбит/с-ке дейін жетеді. Бұл стандарт 3-ші ұрпаққа жатады;
- cdma2000 1XEV-DO стандарты cdma2000 1X стандартының 1-ші кезеңінің жетілдірілген версиясы болып табылады. Ақпараттарды таратудың максималды жылдамдығы 2,4 Мбит/с-ке дейін жетеді;
- cdma2000 1XEV-DV стандарты cdma2000 1X стандартының 2-ші кезеңінің жетілдірілген нұсқасы болып табылады. Мағлұматтарды және ақпараттарды тарату қызметтерін қолдайды. Ақпараттарды таратудың максималды жылдамдығы 4 Мбит/с.
8-суретте ZTE корпорациясының CDMA құрылғыларын жыл сайын өңдеу кезеңдері көрсетілген.
Сурет 8 – CDMA-дің өңделу кезеңдері.
CDMA нарығының талдауы
Қазіргі таңда әлемде жиырмадан аса CDMA жүйесін жабдықтаушылар және елуден аса ұялы телефондарды өндірушілер бар. ZTE компаниясы CDMA-IS95 және cdma2000 жүйесін ойдағыдай өңдеп шығарды және оларды коммерциялық пайдаланымға енгізді.
Әлемдегі CDMA-дің даму тенденцияларын ескере отырып, CDMA технологиясының 3G ұялы байланысына өтуі әлдеқайда өседі деп айтуға болады. Қазіргі уақытта әлемнің 56 елінде CDMA технологиясының 180 желісі қолданысқа енді. Олардың 41%-ы азия-тынық мұхит аймағында, 38% -ы Солтүстік Америкасын, 19%-ы Латын Америкасында және 2% -басқа аймақтарда орналасқан. 2011 ж. CDMA-ді қолданушылардың жалпы саны 900 млн-ге дейін жетеді. Олардың 70%-ы cdma2000 ұялы байланысының желілерін қолданушылар болады. Әрбір қолданушының ақпараттарды таратудағы айлық көлемі 200 Мбайт-тан асады және ол Интернеттегі ақпараттарды тарату деңгейіне сәйкес келеді. Оңтүстік Корея, Индия, Жаңа Зеландия және Австралия сияқты елдерде CDMA нарқы өте жылдам дамып келе жатыр. cdma2000-1x жүйесі Оңтүстік Кореяда үлкен жетістікпен енгізілуде. Оны қолданушылардың жалпы саны 78 млн-нан асты. Оңтүстік Кореядағы үш негізгі оператор-SK, KTF және LG -cdma2000-1x қызметін жандандырды. SK және KTF компаниялары желіні ұйымдастыру үшін желілік қабаттасу режімін қолданды, ал LG telecom компаниясы IS-95 желісін модернизациялады.
Оңтүстік Корея -cdma2000 1 XEV – DO синхрондау байланысының коммерциялық қызметін көрсететін әлемдегі бірінші ел болып табылады. 2001ж 17 қарашасында SK Telecom компаниясы эксперименталды қызметін жандандырды, ал 2002ж 28 қаңтарында бұл компания Инчхоне қаласында IMT - 2000 (cdma2000 1 XEV -DO) синхрондық байланыстың коммерциялық қызметін өрістетті. Осы кезден бастап синхронды ұялы байланыстың жаңа дәуірі басталды. 2002 жылдың ақпан айында IMT - 2000 (cdma2000 1 XEV - DO) синхронды байланыстың коммерциялық қызметі Сеулге, ал 2002 жылдың сәуірдің соңында тағы 26 қалаға, соның ішінде Пусан, Дегу, Гванджу және футболдан әлем кубогы матчы өткен қалаларға ұсынылды. Алғашында бұл қызметке PCMCIA ұялы телефонын қолдану арқылы қол жеткізілді. PCMCIA-мәліметтерді сымсыз тарату үшін PDA-ге немесе ноутбукке қосылатын арнайы ұялы телефон. 2002 жылдың сәуірде қарапайым ұялы телефондар қолданылды. 2002 жылдың мамырда сұраныс бойынша видео (VOD) және ұялы видео телефондар қолданыла бастады. Футболдан әлем кубогының матчы өтіп жатқан кезде әлемнің барлық жанкүйерлері таратудың максималды жылдамдығы 2,4 Мбит/с-тан болатын IMT – 2000 ұялы байланысының қызметін қолданды. Бұл қазіргі кездегі cdma2000 1X желісіндегі 144кбит/с жылдамдықтан 16 есе көп. Бұл қызметті саяхатқа шыққанда қолдануға болады. Ол VOD және почта арқылы фотосуретпен суретті тарату сияқты сымсыз мультимедиялық қызметтерді көрсетеді.
Datacomm Company болжамына сүйенсек, жуырдағы бес жылда әлемде CDMA қолданушыларының саны ұялы байланысты қолданушылардың жалпы санының 75%-нан асады. Ұялы байланыс дамымаған көптеген дамыған елдерінде CDMA технологиясы ұялы байланыстың желілерін құрған кезде GSM технологиясына қарағанда көбірек қолданылады. Дамыған елдерде ұялы байланыс нарығының өте тез өркендеуіне байланысты CDMA желісі кең қолданылысқа енді.
Қазіргі таңда CDMA желісі әлемнің 80-нен астам елінде қолданылады және АҚШ, Оңтүстік Корея, Жапония және Австралия, сондай-ақ Оңтүстік Американың кейбір аймақтарында ұялы байланыстың негізгі желісі ретінде қолданылады. CDMA-ді өндірушілер өздерінің зерттеулерінде келесі мәліметтерді келтірді. Соңғы жылдары CDMA-дің көрсететін қызметінің көлемі әлдеқайда өсті, әсіресе Азияда.
Халықаралық нарықта ZTE компаниясы өндірген CDMA өнімдері басқа өндірушілердің өнімдерімен толығымен бәсекеге түсе алады.
ZTE құрылғылары туралы жалпы мағлұматтар. CDMA-ді өңдеу кезінде ZTE компаниясында зерттеу, өңдеу және тестілеумен 1500-дей қызметкер және жобаны ұйымдастырумен 400-дей қызметкер айналысты. Бұл қызметкерлердің 80%-ы магистр дәрежесі бар жоғары білімді адамдар.
Қазіргі кезде ZTE компаниясы IS-95 және cdma2000 1X ұялы телефон байланысының жүйелері (WLL; Wireless Local Loop) және 450 МГц, 800 МГц және 1,9 ГГц жиіліктер диапазонында қолданылған CDMA сымсыз рұқсат жүйесі үшін желілердің толық сұлбасын құруды қамтамасыз етеді.
cdma 2000 1x EV-DO (HDR) жүйесі 2002 жылы Гонконгте ұйымдастырылған 3G жәрмеңкесінде көрсетілді және сонымен қатар, Гуйчжоу мен Гуанси-Чжуаньск ауылдарына енгізілді.
1.10 Арналардың кодтық бөлінуі бар кеңжолақты рұқсат (WCDMA) үшін ZTE компаниясының шешімдері
3GPP және 3GPP2 жобасының белсенді мүшелері бола тұра, ZTE компаниясы WCDMA спецификациясын өңдеуге қатысты. ZTE компаниясы R99, R4 және R5 стандарттарына сәйкес орындалған құрылғыларды жабдықтай алады. Осы шешімге сәйкес құрылған желілер 9, 10, 11 суреттерінде көрсетілген.
Осы бөлімде келтірілген кейбір қысқарған сөздердің мағынасын түсіндіріп кетейік:
- ОМС (Operations and Maintenance Center) – техникалық қызмет көрсету және эксплуатация орталығы;
- GGSN (Gateway GPRS Support Node) - GPRS шлюзін қолдау түйіні;
- MSC (Mobile Switching Center) – ұялы байланысты коммутациялау орталығы;
- SGSN (Serving GPRS Support Node) - GPRS қызметін қолдау түйіні;
- RNC (Radio Network Controller) – радиожелі контроллері;
- BTS (Base Transceiver Station) – базалық қабылдау-таратқыш станциясы;
- BSC (Base Station Controller) - базалық станция контроллері;
- PLMN (Public Land Mobile Network) – жалпы қолданыстағы ұялы байланыс желісі;
- PS (Packet Switching) – пакеттерді коммутациялау домені;
- CS (Circuit Switching) - арналарды коммутациялау домені.
Сурет 9 - R99 негізі бойынша ZTE WCDMA есептелуі
ZTE компаниясы WCDMA үшін әртүрлі операторларға дұрыс шешім таба алады. GSM дәстүрлі операторларына үшінші ұрпақтың даму жүйесі 2G-дан эволюциялық ауысым жолымен орындалады және компания GSM/GPRS/WCDMA негізінде интегралдау шешімін қамтамасыз етеді. WCDMA базалық станциясы UMSC интегралдық платформа «дауыс-мәлімет» GSM/GPRS желісі үшін қосылуға орындалады. Қызметтер арналардың коммутациялық қызметі (CS) және коммутациялық пакеттер (PS) болып бөлінеді және олар сәйкесінше дауыстық және пакеттік қызметтерге рұқсат береді.
3G желілері үшін ZTE шешімі және UMTS желісі мен UMSC «дауыс-мәлімет» интегралданған платформасын тікелей құру үшін олардың дұрыс таңдалуы 3G қызметіне тез енуге және IP негізінде желіге біртіндеп өтуге мүмкіндік туғызады, себебі IP дауыстық траффиктерді және мәліметтерді таратудың болашақ платформасы болып табылады.
Сурет 10 - R4 негізі бойынша ZTE WCDMA есептелуі
Сурет 11 - R5 негізі бойынша ZTE WCDMA есептелуі
1.11 802.11х байланысының жергілікті сымсыз желілерінің теориялық негіздері
Байланыстың жергілікті сымсыз желісі- бұл аз аймақты жабындысы бар радиожелі. WLAN технологиясына арналған көптеген жаңа құрылғылар IEEE 802.11b стандарт негізінде жасалған. Бұл халықаралық стандарт - 2,4 ГГц жиілік диапазонында лицензиялауды қажет етпейтін сымсыз байланысты анықтайды.(Network Interface Card, NIC) 802.11д және 802.11а жаңа стандарттарында негізделген құрылғылар 54Мбит/с дейін жететін үлкен жылдамдықпен мәліметтерді таратады. Физикалық ортада IEEE 802.11b сигналы аз қуатты сигнал көмегімен таратылады. Эксплуатацияның кейбір режімдері жиіліктік ресурсты қарқынды қолдануға мүмкіндік береді. Егер ақырғы нүктелер арасындағы тік оптикалық көрінушілік бар сондай-ақ Френельдің бірінші аумағында кедергілер жоқ болса, онда сигналдың сипаты 110 км қашықтыққа дейін байланыс орнатуға мүмкіндік тудырады. Қарлы-жаңбырлы климат жағдайында байланыс орнату қашықтығы 5 км шамасында түрленеді. 2,4 ГГц жиілігі бар электрмагниттік сәуле шығару кезінде сигнал әлсірейді. [2].
Жергілікті сымсыз желілерге қойылатын талаптар
Сымсыз желілер барлық жергілікті желілерге қойылатын талаптарды қанағаттандыруы қажет, соның ішінде: үлкен өткізу қабілеттілігі, аз қашықтықты қамту мүмкіндігі, қосылған станциясының байланыстылығы және кең қолданылу мүмкіндігі. Сонымен қатар, тек жергілікті сымсыз желілерге тән талаптар да бар. Солардың негізгілерін атап өтейік.
Өнімділігі. Ортаға рұқсатты басқару хаттамасы өткізу қабілеттігін көбейту үшін сымсыз ортаны тиімді қолдану қажет.
Түйіндер саны. Жергілікті сымсыз желілерден көптеген ұяшықтағы жүздеген түйіндерді қолдау талап етіледі.
Магистральді жергілікті желімен қосылу. Көп жағдайда, магистральді жергілікті желілік станцияның өзара байланысы талап етіледі. Ішкі инфроқұрылымы бар жергілікті сымсыз желілер үшін бұл талап басқару модельдерін қолдану арқылы оңай қанағаттандырылады. Сондай-ақ, ұялы байланысты қолданушылар үшін арнайы ғимарат және эпизодтық сымсыз желілердің құрылуы қажет болуы мүмкін.
Қызмет көрсетілетін аймақ. Жергілікті сымсыз байланыстың қамтылу ортасының диаметрі 100-300 м.
Ұялы байланыстың қызметтері батарей қорек көзінен қоректенетін жұмыс станциясын қолданады. Бұл ұялы түйіннің әрқашан рұқсат нүктесінен басқаруды немесе негізгі станциямен жиі байланысуды қажет ететін MAC хаттамасын қолданбауға мүмкіндік береді.
Тарату тұрақтылығы және қауіпсіздік. Дұрыс өндірілмеген сымсыз желілер интерференцияға түсуі мүмкін және оңай тыңдалады. Жергілікті сымсыз байланыстың құрылымы ақпараттарды сенімді таратуды қамтамасыз етуі керек.
Желіде бірлесіп жұмыс істеу Сымсыз желінің қолданылуы өскен сайын, екі немесе одан да көп желілер әртүрлі жергілікті желінің интерференциясына рұқсат беретін бір немесе бірнеше аймақта жұмыс істейді деген ықтималдықта өсті. Бұл интерференция MAC алгоритмінің дұрыс жұмыс істеуіне кедергі келтіруі мүмкін.
Лицензиясыз жұмыс істеу. Қолданушылар жергілікті сымсыз желілер нарығының өнімдерін алуды және олармен лицензияланбаған жиіліктер жолағында жұмыс жасауды қалайды.
Ауыстырылып қосылу/роуминг. Жергілікті сымсыз желілерде қолданылатын MAC хаттамасы ұялы байланыс станцияларына бір ұяшықтан келесіге өтуге мүмкіндік туғызуы керек.
Динамикалық конфигурация. МАС-адрестеу және жергілікті желіні басқару басқа қолданушыларға кедергі келтірмей, ақырғы жүйелерді динамикалық және автоматты қосуға, жоюға және жаңа орынға орналастыруға рұқсат етуі қажет.
IEEE 802.11 қызметі
IEEE 802.11 тобы тоғыз қызметті анықтады. Бұл қызметтерді жергілікті сымсыз желі сымды желінің функционалдық мүмкіндіктерін қамтамасыз етуі үшін ұсыну қажет.
Қызметтерді жабдықтаушы не станция, не таратқыш жүйе (DS) болып табылады. Станция қызметі 802.11 әрбір станциясында орындалады, соның ішінде рұқсат нүктесі (АР) болып табылатын станцияларда. Таратқыш жүйелердің қызметтері базалық қызметтер (BSS) арасында ұсынылады; бұл қызметтер рұқсат нүктелерінде немесе таратқыш жүйеге қосылған арнайы құрылғыларда орындалуы мүмкін.
ЛВС-ке енуді басқару және қауіпсіздік үшін үш қызмет қолданылады. Тағы алты қызмет бір станциядан келесі станцияға мәліметтердің модулін жеткізуді қолдау үшін пайдаланады. MSDU — бұл МАС деңгейіне МАС-ты қолданушылардың тарататын мәліметтер блогі, әдетте бұл LLC деңгейіндегі PDU. Егер MSDU модулі МАС-тің бір кадры арқылы тарату үшін үлкен болса, онда оны фрагментациялауға және МАС кадрларын тізбектеп жіберуге болады.
Төменде көрсетілген қызметтер IEEE 802.11құжаттарында анықталғандай сипатталады. Сондай-ақ оларды қарастырудың ең оңай жолы таңдалынды.
DS шегінде хабарларды тарату кезінде екі қызмет іске қосылды: бөлу және интеграция. Бөлу —бұл МАС-кадрлармен алмасу үшін станциялар қолданатын негізгі қызмет, яғни кадр бір BSS-те орналасқан станциядан келесі BSS-те орналасу станцияға бару үшін таратқыш жүйеден өтуі керек. Мысалы кадрды екі станциядан (STA2) жеті станцияға (STA7) жеткізу керек деп болжайық. Кадр STA2 станциясынан берілген BSS үшін рұқсат нүктесі болып табылатын STA1 станциясына жіберіледі. Рұқсат нүктесі кадрды таратқыш жүйеге жібереді, ал ол кадрды BSS үшін қажетті рұқсат нүктесіне (STA5) жіберуі шарт. STA5 кадрды қабылдайды және оны STA7-ге жібереді. Ал хабардың таратқыш жүйе арқылы жіберілуі IEEE 802.11 стандартында қарастырылмайды.
Егер екі станция бір BSS шегінде хабармен алмасса, онда бөлу қызметі осы BSS-тің рұқсат нүктесімен көрсетіледі. Интеграция қызметі IEEE 802.11 жергілікті желілік станциясы мен IEEE 802.x интегралды жергілікті желілік станциясы арасында мәліметтерді таратуға мүмкіндік береді. Интегралды желі дегеніміз-таратқыш жүйемен физикалық түрде қосылған жергілікті сымды желі. Сонымен қатар, бұл желінің станциялары IEEE 802.11 жергілікті желісімен интеграция қызметін қолдану арқылы қосыла алады. Интеграция қызметі мәліметтермен алмасуға қажетті ортаны түрлендіру және адрестерді трансляциялау сияқты мәселелерді шешеді.
MAC деңгейінің негізгі мақсаты MSDU модулін MAC объектілері арасында тарату болып табылады; бұл мақсатты таратқыш жүйе орындайды. Ал оның түзілуі үшін ESS шегіндегі станциялар туралы ақпараттар керек. Бұл ақпарат ассоциациямен байланысы бар қызметтермен жеткізіледі. Таратқыш жүйенің станциядан келетін ақпаратты тарату немесе қабылдау алдында, ассоциацияны құру қажет. Станцияның мобильділігі негізінде стандартты алмасудың үш түрі анықталды.
Алмасусыз. Станция не стационарлы, не бір BSS-ке жататын станциялар шегінде орын ауыстырады.
BSS алмасуы. Бір ESS шегінде станцияның бір BSS-ін келесіге өтуі. Бұл жағдайда мәліметтерді жеткізу үшін станцияға жаңа орын табу қажет.
ESS алмасуы. Станцияның бір ESS-тегі ВSS-ке орын ауыстыруы. Бұл түрдегі алмасу тек станция қозғала алады деген мағынада ғана орындалады. 802.11 желісі қолдайтын, жоғарғы деңгейлі қосылыстардың сақталуына кепілдік беруге болмайды.
Таратқыш жүйесі шегінде хабарларды жеткізу үшін, бөлу қызметіне станция адресаттың қайда орналасқанын білуі керек. Жекелеген жағдайда, таратқыш жүйе рұқсат нүктесінің орнына қандай станция қолданылатынын білуі қажет, (яғни станция адресатқа арналған хабарды кімге жіберу керек екенін анықтауы керек). Бұл талапты орындау үшін, станция осы BSS шегінде рұқсат нүктесімен ассоциацияны қолдауы қажет. Бұл талаппен үш қызмет байланысты: ассоциация, қайталанған ассоциация, ассоциацияның үзілуі.
Ассоциация. Станция мен рұқсат нүктесі аралығында бастапқы ассоциацияны құру. Станция жергілікті сымсыз желіден кадрларды алмай немесе жібермей тұрып, оны идентификациялау керек. Ол үшін станция нақты BSS шегінде рұқсат нүктесімен ассоциация орнатуы қажет. Содан кейін бұл рұқсат нүктесі берілген ESS-тегі қалған рұқсат нүктелеріне станция жайлы ақпаратты жібереді.
Қайталанған ассоциация. Ұялы байланыс станцияларына BSS-орын орын ауыстыруға рұқсат бере отырып орнатылған ассоциациясын рұқсат нүктелері арасында таратуға мүмкіндік береді.
Ассоциация үзілуі. Ассоциацияның жойылуы туралы станциядан немесе рұқсат нүктесінен келген хабар. Станция бұл хабарды ESS-тен шықпай тұрып немесе өшкенге дейін алуы қажет. Бұл кезде MAC-ты басқару әдісі хабарсыз жоғалып кететін станциялардан қорғалады.
Жергілікті сымды желіні сымсыз желіден ерекшелейтін екі сипаттама бар.
Сымды ЛВС арқылы тарату үшін, станция осы желімен физикалық түрде қосылуы керек. Басқа жағынан, сымсыз желіде басқа құрылғының радиобайланысы шегінде орналасқан кез келген станция тарата алады. Нақты мағынада, сымды желіде аутентификацияның өзгешелігі бар, яғни желімен қосылу үшін станция нақты қадамдар жасауы керек.
Сол себепті, жергілікті сымды желіге жататын станциядан тарату үшін, қабылдағыш станция да сымды желіге қосылуы керек. Басқа жағынан, сымсыз желіде басқа құрылғының радиобайланысы шегінде орналасқан кез келген станция тарата алады. Сондықтан, сымды ЛВС желіге қосылған станциялардан хабарларды алушылардың санын шектейді.
Жергілікті сымсыз желіде берілген сипаттамалар жоқ болғандықтан, IEEE 802.11 стандартында келесі қызметтер анықталды.
Аутентификация. Аутентификация үшін станциялар қолданылады. Сымды ЛВС-те физикалық қосылуға ену ЛВС-пен байланысуға рұқсат береді деп болжанады. Бұл болжам сымсыз желілер үшін дұрыс емес. Себебі, мұнда құрылғылардың байланысуы тек антенналардың бар болуымен анықталады. Аутентификация қызметін станциялар өздерін ортада идентификациялау үшін қолданады. IEEE 802.11 стандартында аутентификацияның бірнеше сұлбалары анықталған, сондай-ақ осы сұлбаларды кеңейту мүмкіндіктері қарастырылған.
Аутентификацияны қабылдамау. Бұл қызмет аутентификация жойылған кезде қолданылады.
Конфиденциалдық. Хабарларды басқа біреудің оқуына жол бермейді. Конфиденциалдықты қамтамасыз ету үшін, стандарт WEP алгоритміне сәйкес шифрлауды қолдануды ұсынады.
1.12 Сымсыз желіні орнатудың кейбір нұсқалары
Ірі компаниялардың офисінің сымсыз желісі. Офис желісін құру үшін кабелдік жүйені қолдану мүмкін емес. Мұндай жағдайда, инфрақұрылымда топологияның көп ұялы сымсыз офистік желісін қолдануға болады. Желі бірнеше сымсыз ұялардан тұрады. Олардың ортасында жалғыз сымды ортамен байланысқан рұқсат нүктелері бар. Қажет болған кезде, рұқсат нүктелерінің бір желіге қосылуы сымсыз арнаның көмегімен орындалуы мүмкін. Инфрақұрылымды топологияның желісі жоғары сапалы өнімділікті қамтамасыз етеді, ұялы байланысты қолданушылардың роумингін қолдайды және сымды арналар деңгейінде қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.
Корпоративті клиенттер үшін типтік шешімдер. Сымсыз корпоративті желілер алшақтатылған жергілікті желілерді қосу үшін, олардың арасында сымды немесе талшықты-оптикалық арналар болмаған кезде құрылады. Сымсыз желілерге қойылатын талаптарға байланысты, ол минималды жылдамдықты қамтамасыз ететін базалық станция негізінде рұқсат нүктелерді қолданатын сымсыз желілік адаптерлерде, не болмаса максималды өнімділікке қол жеткізуге мүмкіндік беретін сымсыз маршрутизаторларда құрылады. Сымсыз адаптерлердегі желі радио арқылы базалық станцияның рұқсат нүктесіне жеке компьютерлерді, сондай-ақ сымды желілерді қосуға мүмкіндік тудырады, яғни бұл кезде осы желінің бір компьютерін радиорұқсаттың сервері етіп тағайындау қажет және оны сымды және сымсыз желілік адаптермен жабдықтау керек. Сымсыз маршрутизаторларды қолдану арқылы тиімді желіні алуға болады Мұндай құрылғылар «нүкте-нүкте» арналарын құру үшін, сонымен қатар сигналдың қайта таралу мүмкіндігі бар күрделі топологияның масштабты желісін ұйымдастыру үшін қолданылады.
Ортақ қолданыстағы байланыстың жергілікті сымсыз желілері
Біріншіден, байланыстың жергілікті сымсыз желілері нарықтың үш сегментіне арналған:
- кәсіпорынға қызмет көрсететін WLAN;
- тұрғын үйлерге арналған WLAN;
- ортақ колданыстағы WLAN.
Байланыстың жергілікті сымсыз желілеріне деген сұраныс адамдар көп тұратын жерлерде өсіп келеді. Сондықтан ортақ қолданыстағы WLAN қызметін жетілдірушілер отель және аэропорт, сондай-ақ қолданушылардың көп тобы шоғырланған объектілерге назар аудара бастады. Ортақ қолданыстағы WLAN-ды енгізудің екінші толқыны ресторандар, кафетерийлер, сұлулық салондарында байқалды.
Байланыстың жергілікті сымсыз желісі WLAN-ді енгізу болжанатын орындардың иелері үшін қызмет көзінің негізгі түрі болып табылмайды. Байланыстың жергілікті сымсыз желісіне ену олар үшін қосымша қызмет болады. Мысалы, қонақ үйлер ақылы теледидармен қоса WLAN-ға енуді ұсынады, ал конференц-орталықтар WLAN-ға ену қызметімен бірге факстарды жіберу және ксерокөшірме қызметтерін ұсынады.
WLAN-ды қолданушылар ешбір кедергісіз желіге енуді қолдайды. Олардың артықшылықтары-қарапайымдылық және жүйелілік, желіге санкцияланбаған енуден қорғау және ұялы байланыстың сенімділігі. Қолданушылар өздерінің орналасу жеріне тәуелді емес және әртүрлі провайдерлерге тіркелуді қажет етпейтін қызметтерді қалайды, сондай-ақ оларға көрсетілетін қызмет желіге енудің ең оңай жолын және төлемнің ыңғайлы процедурасын ұсынатынына сенімді.
Желілік интерфейстік платалар, желіге ену орындары және байланыстың жергілікті сымсыз желілерінің басқа да компоненттері ортақ қолданыстағы кең таралған құрылғыларды көрсетуі шарт. Ортақ қолданыстағы байланыстың жергілікті сымсыз желілерінің қарқынды дамуын анықтайтын факторлар:
- WLAN радиоинтерфейсі өндірістік, ғылыми және медициналық құрылғылар үшін лицензиялауды қажет етпейтін жиіліктер диапазонында қалыптасады. Егер желіге ену жеке басқару территориясымен шектелген болса, онда көптеген елде мұндай қызметтерді кез келген адам ұсына алады;
- қызметтерді ұсынуға қажетті құралдар қажет емес және құрылуы да қарапайым;
- ортақ қолданыстағы WLAN операторлары, яғни отель, кафетерий иелері көп шығынға түспейді;
- қазіргі кезде екі пайдалы қызмет түріне үлкен сұраныс байқалады: интернетке тікелей ену, сондай-ақ корпоративті ресурстарға ену.
Ортақ қолданыстағы байланыстың жергілікті сымсыз желілерінде байқалатын мәселелер:
- бәсекелестік, яғни бұл нарыққа шығатын қатысушылардың саны өте жоғары;
- бүгін таңда WLAN операторлары WLAN желісін қолданып, ақша табуды көздемейді, себебі мұндай қызметті қолдану үшін көп күш те, шығын да қажет емес, бірақ бизнестің автоматты басқару жүйесі мен Интранетке ену механизмінің қиындауына байланысты, бизнес-қолданушылар сұранысын ұлғайту үшін WLAN желісі үлкен инвестицияларды керек етеді;
- WLAN желісін бизнес көзіне айналдыру үшін аутентификациялау және тарифтеу механизмдері қажет;
- WLAN қызметтері үлкен аумақтарда әлі де толық дамымады.
Ұялы байланыс желілерінің операторларының қолданыс базасы ірі болып табылады, олар абоненттермен тығыз байланыста, сондай-ақ олардың тарифтеу және роумингпен қамтамасыз ету механизмдері бар және маркетингтік тәжірибелері мол.
Бекітілген байланыс желісінің операторларының кең клиенттік базасы бар. Оларда қажетті инфрақұрылым бар және жергілікті желіні жетілдіруге ыңғайлы орындардың иелерімен іскерлік қатынасты қолдайды. Интернет қызметтерін ұсынушылар ортақ қолданыстағы байланыстың жергілікті сымсыз желісін қолданушылар үшін жаһандық желіге енуді қамтамасыз етеді. Интернет қызметтерін ұсынушылар WLAN-ды қолданушыларға санау қағаздарын ұсынады. Ол арқылы тарифтеу және аутентификациялау процедуралары жүзеге асырылады. Іс-сапарларда жүрген бизнесмендер корпоративті санау қағаздарын қолданады. Сондықтан олардың негізгі провайдерлері мен жергілікті провайдерлері бір тұлға болып шығу мүмкіндігі аз. Интернетке сымсыз ену қызметін ұсынушылар осы нарыққа өздерінің тиімділігін көрсету үшін арнайы ұсыныстар ұсынады.
WLAN-ды жетілдіруге тиімді орындардың иелері өз ғимараттарында байланыстың жергілікті сымсыз желілерін құруға толық құқықтары бар. Олар желіні өздерінің объектілерінің әдемілігін қамтамасыз ету үшін тендер негізінде құрады, ал кіші ғимараттардың иелері құрылғыны орнату үшін, үшінші жақтың мамандарының көмегін пайдаланады.
Байланыстың жергілікті сымсыз желілерінің дамуы үшінші ұрпақтың ұялы байланыс желілерінің жетілдіруімен сәйкес келеді. Бұл, өз кезегінде желілер бір-біріне қалай әсер етеді деген сұрақ тудырады. Ортақ қолданыстағы WLAN желісі мәліметтерді таратудың ұялы жүйесі болып табылады. Олардың эксплуатациясы мен қызмет көрсету жүйесін басқалармен салыстырғанда ұялы байланыс желісінің операторлары жүзеге асырады. Ұялы байланыстың операторларының көбісі WLAN-ді 3G технологиясына қосымша қызмет ретінде қарастырады және мәліметтерді ұялы тарату саласында жалғыз басшы болып қалуды көздейді.
WLAN модельдері
Қол жеткізу нүктесінің операторлары бір орынға орнатылған құрылғыға қызмет көрсетеді. Брокер қол жеткізу нүктесінде қолданушылар үшін роуминг мүмкіндіктерін және қызмет провайдерлері үшін қол жеткізу нүктесінің аймағын ортақ қолдануды қамтамасыз етеді. Провайдер қызметті ұсынады және қолданушылар үшін төлем есептеулерін жүргізеді. Ол қолданушылармен осындай жұмыстарды атқаратын жалғыз тұлға болып табылады. Әртүрлі қатысушылар жоғарыда аталған рөлдерді әртүрлі комбинацияда атқарады. Ортақ қолданыстағы WLAN-ң эксплуатациясын құру үшін, әр түрлі модельдер жасалғанымен, аймақтың иелері бірінші орында тұрады: ешқандай коммерциялық жоба олардың қатысуынсыз жасалмайды.
Ұялы байланыстың операторлары үшін үш базалық модель бар:
- әрқашан қатысуды талап етпейтін модель. Ұялы байланыс операторы қызметті ұсына отырып, өзінің пайдасы үшін аутентификациялау немесе тарифтер механизмдерін іске қосады, бірақ бұл кезде ол ортақ қолданыстағы WLAN-ды эксплуатациялауға қатысы бар сұрақтарды қозғамайды. Ол бірнеше аймаққа қол жеткізу үшін брокерлермен немесе қол жеткізу нүктелерімен байланыс орнатады;
- құбылмалы модель. Қызмет провайдерлерінен басқа, ұялы байланыс операторы роумингпен және байланыс операторларының арасында биллингтік есептеулерді қамтамасыз ету кезінде өз тәжірибелерін қолдана отырып, брокердің рөлін атқарады. Қол жеткізу нүктесінің операторы көптеген брокерлермен байланысты орнатуда ешқандай артықшылыққа ие болмайды. Сондықтан олардың іскерлік қатынастары қатаң түрде өтеді. Ұялы байланыс операторы қызмет провайдерлері және олардың ақырғы қолданушылары үшін желіге қол жеткізудің тиімді шарттарын ұсынады.
-ұялы байланыс моделі. Ұялы байланыс желісінің операторы қол жеткізу нүктесінің операторы және қызмет провайдері болып табылады, ал брокер рөлі-қосымша рөл. Егер оператор брокердің ролін атқарса және басқа қызмет провайдерлерінің клиенттеріне қызмет көрсетсе, онда ұялы байланыс моделі жұмысқа қабілетті болады.
2 Таратудың цифрлық жүйелері
2.1 Тарату және мультиплекстеу жүйелері
Т типті жүйелер уақытша бөлінуі және ИКМ-кодтауы бар цифрлық сигналдарды тарату үшін қолданылады. Т сигналдарын таратуда арнайы сызықтық кодтау және жоғары жылдамдықты таратуға қажетті жиіліктердің кең жолағы бар металдық кабелдер пайдаланылады. Төменгі жиілікті сүзілу кезіндегідей, металдық сымдарға цифрлық сигналдар көрсеткіштері тарату сызықтары арқылы өткенде, энергияның жоғалуы әсерінен әлсірейді. Сондықтан регенерациялық пункттерді құру қажет. Регенератор арасындағы қашықтық тарату жылдамдығына және кодтаудың әдісіне тәуелді.
12-суретте цифрлық регенератордың (регенеративті қайталағыш) құрылымдық сұлбасы көрсетілген. Регенератор үш функционалды блоктан тұрады: түзетуші күшейткіш, тактілік жиілікті айқындаушы және регенератор. Түзетуші күшейткіште сүзілу құбылысы, қабылданатын цифрлық сигналдың формасының өзгеруі жүреді және оның қуатының деңгейі көтеріледі. Тактілік жиіліктерді айқындау сұлбасы қабылданатын мәліметтердің тактілік ақпараттарын іске қосады және регенераторды аз қателікпен нақты уақыт мезетінде ақпаратпен қамтамасыз етеді. Регенерация сұлбасы жеңіл табалдырықтық детектор болып табылады. Детектор қабылданатын сигналдың кернеуін тіректік деңгеймен салыстырады және қандай биттің қабылданғанын шешеді- логикалық 1 немесе 0.
Регенерациялық бөліктерді қатесіз жұмыс үшін сигнал/шуыл қатынасы жеткілікті болатындай етіп жобалайды. Регенератордың шығысындағы сигнал/шуыл қатынасы таратушы станцияның немесе алдындағы регенератордың сигнал/шуыл қатынасына тең ( яғни сигнал регенератордан өткен кезде сигнал/шуыл қатынасы әлсіремейді, регенератор шыққан импульсті бастапқы сигнал/шуыл қатынасымен қалпына келтіреді).
Европалық стандарттың Е1 ағынында әрбір арналық аралық 8 биттен тұрады. Демек, циклдағы биттердің жалпы саны мынаған тең:
(арналық аралықтағы 8 бит/в) х (циклдағы 32 арналық аралық) =
= 256 бит/в циклдағы.
ХЭБ одағы цифрлық ағындарды белгілеудің бірдей жүйесін ұсынады. Ол бойынша еуропалық иерархияның бірінші ағыны Е1 деп, ал америкалық (DS-1) деп белгіленеді және Е1 ағынының жылдамдығы мынаған тең:
(256 бит/цикл) х (8000 цикл/с) = 2,048 Мбит/сек.
Сурет 12 – Регенератордың құрылымдық сұлбасы
АУБ бар таратудың цифрлық жүйесінің Еуропалық иерархиясы Солтүстік Америка иерархиясына ұқсас келеді. Тек бір ғана айырмашылығы бар, яғни еуропалық жүйесі 32-арналық аралықтары бар Е1 ағынында негізделеді (тиімді жүктеменің 30 арнасымен). Еуропалық иерархия жүйесі кесте 2-де келтірілген. Солтүстік Америка және еуропалық иерархияның тарату жүйелері иерархияның әртүрлі деңгейлерінде өзара әрекеттескенде, ешқандай қиындық тудырмайды. Себебі мультиплексорлар мен демультиплексорлардың көбісі жылдамдықтардың қажетті түрленулерін қамтамасыз етеді. Кесте 1-де еуропалық иерархияның деңгейлері тарату жылдамдықтары мен арналардың саны түрінде келтірілді.
Кесте2 – Еуропалық иерархия деңгейлері
Атауы |
Тарату жылдамдығы, Мбит/сек |
Арна сыйымдылығы |
Е1 |
2,048 |
30 |
Е2 |
8,448 |
120 |
ЕЗ |
34,368 |
480 |
Е4 |
139,264 |
1920 |
АУБ-мен тарату жүйелерінде тек циклды ғана емес, сондай-ақ циклдағы әрбір уақыттық арна аралығына да анықтау маңызды. Циклдық синхрондауға жету үшін, тақырыпқа ақпараттың нақты мөлшерін енгізу қажет. Циклдық синхрондауды қолдау және құру үшін пайдаланылатын бірнеше әдіс бар— қосымша бит, шеттен алып пайдаланылған бит, қосымша арна, статистикалық әдіс және айрықша сызықтық белгісі бойынша синхрондау.
2.2 Айрықша сызықтың белгісі бойынша циклдық синхрондау
Айрықша сызықтық белгісі бойынша синхрондау кезінде мәліметтер биттерінің қасиеттерінен ерекшеленетін синхрондау биттерінің кейбір қасиеттері қолданылады. Циклдық синхрондаудың биті шамасы бойынша жоғары немесе төмен жасалады немесе ұзақтығы бойынша ерекшеленеді. АУБ-мен ИКМ-ды таратудың ертедегі жүйелері циклдық синхрондау үшін бірегей сызықтық кодтарды қолданған. D1 шеткі арна құратын жүйелер мәліметтердің биттерімен салыстырғанда циклдық синхрондаудың екі еселенген амплитудасы бар импульстерін қолданған.
Айрықша сызықтық белгісі бойынша синхрондау кезінде ақпараттарды бір уақытта тарату және синхрондау сигналын тасымалдау үшін қосымша бит, қосымша сөз немесе нақты берілгендер бойынша синхрондау қолданылуы мүмкін. Айрықша сызықтық белгісі бойынша синхрондау әдісінің артықшылығы оны таратудың туралығында болып табылады. Ал кемшілігі бірегей битті құру және анықтау үшін қосымша құралдар қажеттілігінде.
Белгілердің бит және топтары бойынша мультиплекстенуі.
ИКМ-нің бір немесе одан да көп жүйелерін ортақ топтық ағынға уақыт бойынша қосқан кезде, әртүрлі көздердің ақпараттарын кезектеп тарату қажет (сурет 13). Т1 тарату жүйесі сөздердің кезектесуін қолданады: әрбір арна 8 биттен бір арналық циклға біріктіріледі. Жоғары қатардағы АУБ жүйелері және дельта-модуляциялы жүйелер бит бойынша біріктірілу әдістерін қолданады. Біріктірілу түрін таңдау шешімі біріктірілген сигналдың табиғатына тәуелді.
Статикалық мультиплекстеу
Синхронды режімде таратылатын АУБ цифрлық жүйесін қолданғанда, циклдарда еркін уақыт аралықтары жиі кездеседі. Бұл аралықтарда ешқандай ақпараттар жоқ ( яғни кез келген берілген уақыт мезетінде бірнеше арна бос болуы мүмкін). Мысалы, АУБ бар жүйелер мәліметтерді тарататын алшақтатылған пункттерді немесе ортақ сервері бар жеке компьютерлерді қосу үшін жиі қолданылады. Бірақ көп уақытта ешқандай мәлімет ешқандай бағытта таралмайды, тіпті ақырғы құрылғылар жұмыста орналасса да. Бұл тұжырым телефондық сөйлесулерді цифрлық түрде тарататын АУБ бар ИКМ тарату жүйелері үшін де дұрыс. Қарапайым телефондық сөйлесу кезінде әртүрлі уақыт мезетінде ақпараттар тек бір бағытта жіберіледі. Осылайша, ЦСП-ның әрбір циклінде жеткілікті түрде қолданылмаған уақыт бар. Синхронды режімде таратылатын ЦСП-ның тиімділігін арттыру әдісі АУБ-мен статистикалық мультиплекстеу деп аталады. Статистикалық уақыттық мультиплекстеу стандартталған телефон арналарын құру үшін қолданылмайды, бірақ мәліметтерді тарату үшін жиі қолданылады. Мұндай тарату режімін АУБ бар асинхронды режім, интелектуалды АУБ немесе жай ғана статистикалық мультиплекстеу деп атайды.
Сурет 13 – Ағындарды біріктірілу: а) – бит бойынша; б) – белгілердің тобы бойынша
14- суретте АУБ бар статистикалық және синхрондық мультиплекстеу әдістері салыстырылады. Төрт мәліметтер көзі (А, В, С және D) және төрт уақыттық немесе арналық аралықтар қарастырылады (ti, Ј2, Ј3 және ti). Синхрондық мультиплексордың шығысында мәліметтер ағыны әр арнадағы тарату жылдамдығын төрт есе жоғарылатады.
Берілген арналық аралықта мәліметтер кірісте ақпараттардың бар болуына қарамастан, жиналады және таралады. Суретте көрсетілгендей, ti уақыт мезетінде С және D арналарында мәліметтер таралмайды. Қорытындыда АУБ топтық сигналында С және D арналар аралықтарында ақпарат болмайды. Статистикалық мультиплекстеуде керісінше, бос арналық аралықтар таралмайды.
Сурет 14 – АУБ бар синхрондық және статистикалық мультиплекстеуді салыстыру
Статистикалық мультиплекстеудің кемшілігі мынада, таралатын циклдың ұзындығы өзгереді және оларда орналасқан позициялардың мәндері жоғалады. Берілген уақыт аралығында қай арнаның мәліметтері болатыны туралы немесе әр циклға неше уақыт аралықтары қосылғанын алдын ала білудің әдістері жоқ. Мәліметтердің болжанылмайтын түрде қабылданып және бөлінгенімен, хабарлардың дұрыс жетуін қамтамасыз ету үшін адрестік ақпарат қажет. Сондықтан статистикалық мультиплекстеу кезінде арналық аралықта қызметтік ақпараттардың көп мөлшері қажет болады, себебі әрбір арналық аралық адресті де, мәліметті де таратуы қажет.
АУБ-мен статистикалық мультиплекстеу кезінде қолданылатын циклдың форматы жүйенің сипаттамасына үлкен әсерін тигізеді. Мәліметтерді таратудың өткізу қабілеттігін ұлғайту үщін қызметтік ақпараттардың мөлшерін азайту керек. Әдетте, АУБ бар статистикалық жүйелер HDLC синхрондық протоколын қолданады. Статистикалық мультиплекстеу кезінде циклға басқару биттері қосылу керек. Цикл қателерді табу үшін, циклдың басы мен аяғын белгілейтін таңбадан, таратқыш құрылғыға ұқсайтын адрестік өрістен, бақылау (басқару) өрісінен, АУБ статистикалық циклдан және бақылау тізбегінен тұрады.
Қабылдағыш ақырғы құрылғы іздеу кезінде жалған синхрондау позициясында циклдың екі периодына кешігеді, сондықтан синхрондаудың максималды орташа уақыты мынаған тең:
Синхрондау уақыты = 2NT = 2N2tb,
мұндағы N – циклдағы бит саны;
Т – Nt^ - ға тең цикл периоды (ұзақтығы),
tb – бит ұзақтығы, тактілік аралық.
Тарату жүйесі үшін Tl 7 V = 193, Т = 125 мкс және tb — 0,648 мкс. Сондықтан максимум 74498 бит тексерілуі керек, ал циклдық синхрондаудың максималды орташа уақыты 48,25 мс құрайды.
2.3 Шеттен алып пайдаланылған битпен синхрондау
Қысқа циклды пайдаланған кезде қосымша битті қолдану тиімсіз. Мұндай жағдайды ИКМ бірарналы жүйелері көрсетеді. Әрбір п циклда циклдық бит ретінде кіші битті қолдану балама шешім болып табылады. Бұл құбылыс шеттен алып пайдаланылған битте циклдық синхрондау деп аталады. п көрсеткіші циклдық синхрондауды қайта қалпына келтіру уақыты мен сигнал сапасының төмендеуінің арасындағы келісімнің нәтижесінде таңдалады. п = 10 болғанда кванттаудың сигнал/шуыл қатынасы 1 дБ-ге төмендейді. Шеттен алып пайдаланылған битпен синхрондау таратуды үзбейді, тек циклдық ақпараттарды қолдау үшін қателер енгізілген ақпараттық битті алмастырады.
Синхрондаудың қосымша арнасы. Шынына келгенде, синхрондаудың қосымша арнасы — бұл қосымша битпен синхрондау, тек бұл жағдайда бит емес, сөз немесе топ қосылады. Жоғарыда қарастырылған бірінші мультиплекстеудің сұлбасы циклдық синхрондаудың арнасын қолданады. 32 арналық уақыттық аралықтардың біреуі әр циклда циклдық синхротоп үшін бөлінген.
2.4 Статистикалық циклдық синхрондау
Статистикалық циклдық синхрондау кезінде биттерді алып тастаудың немесе қосудың қажеттілігі жоқ. Грей кодтарында екінші бит кодтық комбинацияның орталық диапазонында жалған 1-г, ал шеттерінде 0-ге тең. Сондықтан лездік мәндердің бөлінулері бар сигнал таратудың тиімділігін арттыру үшін қолданылады. Әрбір адрес қазіргі көздің позициясын алдыңғысымен салыстыра отырып, анықтаса, онда адрестік өріс адресацияға қатысты әдістердің көмегімен қысқартылуы мүмкін. Адресация кезінде адрестің 8-разрядты өрісі 4-разрядтыға ауысуы мүмкін.
Циклды жақсартудың басқа тәсілі болып хабар ұзындығының өрісіндегі 2-разрядты таңба табылады. 01, 10 және 11 екілік мәндері, сәйкесінше 1, 2 и 3 байттағы мәліметтер өрісіне сәйкес келеді, ал таратудың жоқ болуы 00 кодымен белгіленеді.
2.5 Кодектер және кофидектер
Кодек интеграцияның жоғары деңгейдегі сұлбасы болып табылады (БИС). Ол электрбайланыс құрылғылары үшін жасалған, яғни кеңсе, мекемелік және аудандық АТС-тер, цифрлық телефондар, мағлұматтардың қайта жазылу құрылғысы және цифрлық жаңғырық бәсеңдеткіштер негізінде, кодектер аналогтық сигналдардың циклдық формаға түрленуін қажет етуіші түрлі тізбектерде қолданылады. Мысалы, АУБ-дан ИКМ-ге тарату жүйелерінде.
«Кодек» — бұл жалпы термин, кодтаудың функциясын білдіреді және де құрылғыны түрлендіру кезінде аналогтық сигналды цифрлық кодқа немесе цифрлық кодты аналогтық сигналға ауыстырады. Кодектің соңғы пайда болған түрін кофидектер деп атайды, себебі олар микросұлбада кодек функциясы мен сүзілуді біріктіреді. Кіріс пен шығыстағы сүзгіштер келесі функцияларды орындайды: жиіліктер жолағының шектелуі, шуылдардың бәсеңдеуі, спектрдің бірігуінен қорғау және декодтаудан кейінгі аналогтық сигналдың қалпына келуі. Кодек аналогтық сигналдың дискретталу, кодтау/декодтау (аналогтық сигналдың цирлық формаға ауысуы және керісінше) және цифрлық компандирлену функцияларын атқарады.
«Кофидек». Кофидектің микросұлбасы аналогты-цифрлық және цифрлы-аналогтық алмасуларды және АУБ бар ИКМ жоғары сортты тракттары бар 4-сымды арналар үшін қажетті сүзілуді орындайды (толық дуплекс). Негізінде, кофидек кодек пен сүзілудің микросұлбаларындағы ескі комбинацияларын алмастырады.
Тұрақталған жылдамдықпен мәліметтерді тарату режімі
Бұл режімде тарату және қабылдаудағы басты тактілер (CLKX және CLKR) келесі функцияларды орындайды:
- коммутацияланған конденсаторларда енгізілген сүзгіштің жұмысын қамтамасыз етеді;
- аналогты-цифрлық және цифлы-аналогтық түрлендіргіштер үшін тактілер;
- кодек пен ИКМ шиналары арасындағы таратудың кіріс және шығыс жылдамдықтарын.
Сол кезде, тіркелген жылдамдықтар режімінде тарату және қабылдау жылдамдықтары 1,536 Мбит/сек, 1,544 Мбит/сек немесе 2,048Мбит/сек болады.
Дабылды тарату циклы екі еселенген ұзақтығынан FSX және FSR импульстарын құрумен анықталады. Дабыл кезінде SIGX кірісіндегі сигнал ИКМ кодталған сөзінің кіші разрядының орнына қойылады. Қабылдағыш жағында дабылдың биті декодтау алдында ИКМ сөзінен ерекшеленеді және дабылдың келесі циклы қабылданғанға дейін SIGR-мен қатынасқа түседі.
Егер таратқыш және қабылдағыш бөліктердің тактілік жиіліктері жеке тәуелсіз көздерден алынса, онда асинхронды жұмыс қажет болады. Кофидек жеке цифрлы-аналогтық түрлендіргіштер мен тарату және қабылдау бағыттарындағы тіректі кернеулерді қолдана отырып, синхронды және асинхронды режімдерде жұмыс істей алады. Яғни тарату және қабылдау арналары бір-біріне тәуелді емес. Синхронды және асинхронды тарату кезінде берілетін генератор, мәліметтер тактілері және арна аралықтарының стробтары әр циклдың басында синхрондалуы тиіс. Айнымалы жылдамдықтар режімінде CLKX және DCLKX кірістері цикл бойынша синхрондалуы керек, бірақ әртүрлі жиілікте болуы мүмкін.
2.6 Синхронды цифрлық телекоммуникациялық желілер
Транспорттық желілерді құрудың техникалық негізі болып синхронды цифрлық иерархияның телекоммуникациялық тарату жүйелері табылады (Synchronous Digital Hierarchy - SDH). Олардың байланыс желілеріне енгізілуі XX ғасырдың 80 жылдарынан басталады. SDH жүйелерінің алғашқы цифрлық тарату жүйелерінен айырмашылығы мынада, олар ақпараттарды «өндірушілер» болып табылмайды, тек стандартты плезиохронды цифрлық иерархияның дәстүрлі құрылымдарында (Plesio-chronous Digital Hierarchy - PDH), сондай-ақ жаңа телекоммуникалық технологияларда (ATM, B-ISDN және т.б.) қалыптасқан цифрлық ағындарды жоғары тиімділікпен тарату және бөлу үшін арналған. Жоғарыда аталған цифрлық ағындар SDH жүйелерінде виртуалды контейнерлер (Virtual Container -VC) деп аталған ақпараттық құрылымдар түрінде «тасымалданады». VC құрылымдарында транспортты желі арқылы трактілік тақырыптар (Path Overheard - РОН) деп аталатын, қызметтік ақпараттық арналардың нақты мөлшерімен толықтырылған цифрлық ақпарат тасымалданады. Жалпы жағдайда, қосымша арналар транспорттық арналарды тиімді басқару үшін арналған және оперативті, басқару және қызмет көрсететін ақпараттарды тарату функцияларын орындайды (Operation, Administration, Maintenance, ОАМ). Бұл байланыс желілерінің жоғары функционалдық мүмкіндіктерін және сенімділігін арттырады.
VC виртуалды контейнерлерінің біртипті немесе көптипті топтары транспортты желілер элементтерінің арасында тарату сызықтары арқылы синхронды транспорттық модуль (Synchronous Transport Module – STM) деп аталатын ақпараттық құрылымдар түрінде таралады. STM «тасымалдануы» STM-1, 4, 16, 64 деңгейлеріне сәйкес келетін әртүрлі тарату жылдамдықтарымен жүзеге асырылады. STM-N деңгейі регенерациялық секциялар (Regeneration Section ОН - RSOH) мен мультиплексті секциялар (Multiplex Section ОН - MSOH) шегінде ОАМ толық функциясымен STM-нің таралуын қамтамасыз ететін тақырыптармен жабдықталады. Транспорттық желілердің негізгі құрылымдық түрі болып табылатын, SDH тарату жүйелерінің функционалдық сұлбасы 15 суретте келтірілген. Суретте секцияның екі түрі келтірілген. Олар «Регенерациялық секция» және «Мультиплексті секция» деп аталады.
«Регенерациялық секция» желілік элементтің ақырғы құрылғыларының арасындағы тарату жүйесінің сегменті болып табылады. Мұнда STM-N сигналы регенератормен немесе екі аралас регенераторлар арасында таралады және қабылданады.
«Мультиплексті секция» - бұл екі желілік элементтер арасында ақпараттар тарату құралы, олардың біреуінде STM-N сигналы қалыптасады, ал басқасында бөлек ағындар «ажыратылады». Жалпы жағдайда, SDH транспортты желісі мультиплексті секциялардан тұрады, олар үшін SDH сигналының деңгейі әртүрлі болады, яғни әр секция үшін қажетті тарату арналарының сыйымдылығына тәуелді.
«Тракт» - VC виртуалды контейнерлерінің «жиыны» болатын SDH тарату жүйелерінің нүктелері мен VC «ажыратылатын» нүктелері арасындағы логикалық қосылыс. Трактты ақпараттар таратылатын екі нүктені қосатын, мультиплексті секциялар арқылы жүргізілген трубка деп қарастыруға болады. Әртүрлі көлемдегі цифрлық ақпараттарды «тасымалдау» үшін виртуалды контейнерлер қолданылады.
Виртуалды контейнер мультиплексті қосылулар (кросс-коннекция) кезінде SDH транспорттық жүйелерде өңделген ақпараттың қарапайым бірлігі болып табылады. Бұл кезде «тасымалданатын» ақпаратқа қол жеткізу мүмкін емес, себебі әртүрлі ақпараттар виртуалды ақпараттар түрінде келтірілген.
Жоғарыда көрсетілгендей, виртуалды контейнерлер әртүрлі деңгейдегі STM түрінде транспорттық желілер элементтері арасында таралады. STM ағындарын алудың негізгі (алғашқы) құрылымы болып тарату жылдамдығы 155,52 Мбит/с болатын STM-1 табылады. Оған қоса, STM-1 цифрлық ағынында әртүрдегі виртуалды контейнерлер әр түрлі үйлесіммен таралуы мүмкін.
Халықаралық Электрбайланыс (ХЭБ) одағының телекоммуникациялар бөлімінің G.707 ұсынысына сәйкес, жоғары деңгейдегі STM қарапайым синхронды мультиплекстеу әдісімен STM-1 цифрлық ағынынан алынады (сурет 16).
Сурет 15 – SDH тарату жүйесінің функционалдық сұлбасы
Сурет 16 – Жоғары деңгейдегі STM алу
Оған қоса, STM-4-тен бастап мультиплекстеу оптикалық диапазонда жүзеге асырылады.
STM-N ақпараттық құрылымы байланыстың талшықты-оптикалық кабелдері, жерсеріктік сызықтар немесе цифрлық радиорелейлі сызықтар арқылы жасалған тарату сызықтары бойынша транспорттық желілер элементтер арасында таралады (мультиплекстеудің ерекшеліктерін ескеру керек, ЦРРС арқылы электрлік түрде тек STM-1 цифрлық ағынын таратуға болады).
Сурет 16-да көрсетілген SDH транспорттық тарату жүйелеріне тән ерекшелік болып сызықтық трактарды, сондай-ақ мультиплексор құрылғысының негізгі түйіндерін жоғары деңгейде резервтеу табылады. Әдетте, желі элементтері арасындағы тарату сызықтары толығымен резервтеледі және бұл апат кезінде ақпараттардың көп бөлігінің жоғалып кетуіне жол бермейді.
2.7 Синхронды-цифрлық желілердің моделі
Транспорттық желілерді құру қағидалары Халықаралық Электрбайланыс одағының телекоммуникациялар бөлімінің (ХЭБ) келесі ұсыныстарында анықталған [5, 6, 7]:
G.803 – SDH транспорттық желісі;
G.805 – транспортты желілердің ортақ функционалдық архитектурасы;
I.326 – АТМ негізіндегі транспорттық желілердің функционалдық архитектурасы;
G.872 – оптикалық транспорттық желісі.
Бұл ұсыныстарда транспорттық желілерді көп деңгейлі модельдер түрінде қарастыру ұсынылған (сурет 17). Әрбір деңгей жоғарыда орналасқан қызметтерге көмек көрсететін электрбайланыстың жеке қызметі ретінде көрсетілген.
Модельдердің құрылымдарында функционалдық деңгейлер анықталған: физикалық, тракттар және арналар.
Физикалық деңгей. Бұл деңгей сигналдарды тарату ортасымен (талшықты-оптикалық сызықпен, сымды сызықпен, радиосызықпен) және сигналдардың регенерациясы мен әртүрлі сигналдардың мультиплекстенуі жүретін секция – бөліктермен жасалған. Регенерация (ретрансляции) секциясының бар болуына байланысты, сигналдарды бұрмалану мен бөгеуілдерден оңай «тазартуға» болады. Мультиплекстеу секциясының құрылуы арналарды таратудың уақыттық бөлінуі есебінен физикалық ортаны тиімді қолдануға мүмкіндік береді. Оған қоса, қосымша физикалық тізбегін, сигналдардың таралу құрылғыларын және автоматты қосылу құрылғыларын ескермеген кезде, кез келген мультиплекстеу секциясын резервілеуге болады.
Сурет 17 - Синхронды-цифрлық желілердің моделі
Бұдан басқа IS-95-HDR стандартының модификациясы жасалынуда, ол жоғары жылдамдықта мәлімет таратудың мүмкіндіктерін кеңейтеді. Бұл нұсқа түзу арнадағы (БС дан АС) мәліметтерді тарату жылдамдығын 1 Мбит/с дейін өсіреді. IS-95-HDR ұсынатын мүмкіндіктің бірі, Интернет қосымшаларының ассиметриялық трафигі. IS-95C және IS-95-HDR бірге қолдану барысында CDMA абоненттік радиорұқсат жүйесінің тиімділігін көбейтуге болады. Ол жоғары сыйымдылық, мәліметтерді жоғары жылдамдықта тарату мүмкіндігінің арқасында жүзеге асырылады. CDMA технологиясының дамуы ССПС үшінші ұрпағы негізінде болады. Пайдаланылатын жолақты кеңейту, радиоинтерфейс құрылуының жаңа қағидалары, ХЭБ-те құрылған бірыңғай минималды талаптың сәйкес келуі ССПС-де үшінші ұрпақтың мынадай артықшылықтарына қол жеткізуіне мүмкіндік береді. Олар жаһандық роуминг, үлкен сыйымдылық, сөз таратудың жоғары сапасы және мультимедиалық трафикті қолдау үшін жоғары жылдамдықты мәліметтерді тарату.
Радиоинтерфейс құрылуының өзгеру сапасының қағидалары ары қарай CDMA технологиясының дамуына жол ашты және тиімді қосымша дамудың тірегі болды.
IMT-2000 жүйесінің енуі ССПС мен екінші және үшінші ұрпақтың бірігіп пайда болуына әкелді. Осы период аралығында біртіндеп ескі ұрпақтың жүйелері жойыла бастайды, біріншіден абоненттері өте тығыз аймақтан тыс жерлерде, яғни мегаполистен тыс. Ауысу кезеңі бірнеше жылдарға созылуы мүмкін, ары қарай бұл аралықта мобильдік телекоммуникациялар жүйесі дамиды.
Оптикалық транспорттық желінің ерекшелігі: барлық сигнал түрленулері (күшею, ретрансляция, қосылу мен бөліну, шығыс пен кіріс тек оптикалық құрылғылар арқылы жүзеге асады. Осыған байланысты ақпараттық мәліметтер секундына он гигабиттен он терабитке (Тбит/с) дейінгі ең жоғарғы тарату жылдамдықтарына ие болады. Бірмодалы шыныталшықтың физикалық ортасында әрқайсысы ақпараттық сигналмен модульденген көптеген оптикалық тасымалдаушы жиіліктер (2-ден 132-ге дейін және жоғары) біріктіріледі (мультиплексерленеді).
Күре жолдар деңгейі
Әр транспорттық желідегі тракттар ақпараттық сигналдар өтуін қамтамасыз ету үшін жасалынады. Оларды темір жолдағы поездардың жүру маршруттарымен салыстыруға болады (темір жолдар – физикалық орта, ал үлкен түйінді станциялар мультиплексорлар сияқты транспорттық ағындарды қосады және бөледі). Темір жол маршруты бойынша әртүрлі поездар жүріп, әртүрлі жүктерді тасымалдауы мүмкін. Сол сияқты транспорттық телекоммуникациялық желіде де физикалық желі арқылы әртүрлі сигналдардан құралған екілік импульстік реттіліктегі цифрлық ағындар таратылады. Циклда әр сигналға уақыттық позициялар белгіленеді. Бұл позициялар желідегі маршруттарға тіркелінуі мүмкін.
SDH желісіндегі маршруттар мәліметтерді циклды тарату тақырыптарында виртуалды контейнерлер (VC-12, VC-3, VC-4) атымен жазылады. Сондай ақ VC-12 виртуалды контейнерлері мәліметтер блогында біріктірілуі және VC-12 сияқты жіберілетін үлкен сыйымдылықты VC-3, VC-4 виртуалды контейнерлеріне орнастырылуы мүмкін. Бұл VC-12 және VC-3, VC-4 мәліметтерінің біріктірілуін теміржол бойымен қалыптасу станциясынан бөліну станциясына дейінгі орын ауыстыра алатын теміржол контейнерлерінің арнайы платформаларында орналасуымен салыстыруға болады. Транспорттық желідегі физикалық ресурстар басқа сигналдарды тарату үшін беріледі. Сондықтан АТМ желісіндегі мәліметтердің жүру жолы виртуалды деп аталады. Ол АТМ коммутаторы арқылы арнайы кестелерде және ақпараттық хабарларды тасымалдайтын ұяшықтарда жазылады. Кестелердің мәліметтері бойынша желінің әр ауданына АТМ ұяшықтарының тақырыптары есептеліп, топтық ақпараттық ағындардың маршрутизациясы жүзеге асады.
Оптикалық транспорттық желідегі маршрут оптикалық диапазонның тасымалдау жиілігінің номиналымен анықталады. Бұл кезде жиілік бірдей немесе әр ауданда әртүрлі болуы мүмкін, бірақ ақпараттық мәліметтердің жүру маршруты өзгермейді.
Қолданылатын арналар деңгейі
Бұл деңгей транспорттық желінің кез келген қарастырылған моделі үшін екінші реттегі желі (телефонды коммутатор, кең жолақты, компьютерлер желісі және т.б.) арқылы интерфейс функциясын атқарады. Арналар деңгейінде типтік электрлік және оптикалық интерфейстер жасалынады. Бұндай арналар: 2,048 Мбит/с тарату жылдамдығы үшін Е1; 8,448 Мбит/с тарату жылдамдығы үшін Е2; 34,368 Мбит/с тарату жылдамдығы үшін ЕЗ; 139,264 Мбит/с тарату жылдамдығы үшін Е4; 155,520 Мбит/с тарату жылдамдығы үшін STM-1.
Әртүрлі модельдермен құрылған транспорттық желілер арналар немесе күре жолдар деңгейінде өзара байланыста болады.
2.8 Цифрлық телекоммуникациялық желінің элементтері
Цифрлық телекоммуникациялық желілердің элементтері ретінде мынадай құрылғыларды қарастырады: терминалды мультиплексорлер, шығыс/кіріс мультиплексорлары, кросстық коммутаторлар, регенераторлар.
19-21 суреттерінде транспорттық желінің фрагменттері көрсетілген.
Терминалды мультиплексор (Terminal Multiplexer - ТМ). Бұл белгілі арналар саны (электрлік және оптикалық) және агрегаттық порт немесе интерфейс деп аталатын бір немесе екі оптикалық кіріс/шығысы бар желінің ақырғы құрылғысы болып табылады. Екі агрегаттық портты қолдана отырып сызықтық сигналдарды аппаратура және сызық зақымдануынан қорғауға болады.
Апат болған жағдайда автоматты түрде резервті сызыққа ауыстырырылады. Әдетте бұл сызық мультиплексерлеу секциясын құрайды.
Кеңістікті алшақтатылып жүргізілген екі кабелді қолдану қорғануды тиімді етеді.
Кіріс/шығыс мультиплексоры (Add/Drop Multiple)
2, 34, 140 Мбит/с или 155 Мбит/с цифрлық компонентті сигналдарды қосып және алып тастауға арналған.
Мультиплексордың талшықты-оптикалық байланыс сызығы жалғанатын екі немесе төрт агрегаттық порты және компоненттік сигналдардың саны шектелген порттары бар.
ADM құрамына шығыс/кіріс, транзит пен зақымдалған тракттар мен секцияларды автоматты резервтеуге мүмкіндік беретін коммутациялық түйін кіреді.
Сурет 18 - Т терминалды мультиплексорының функциялары
Сурет 19 - ADM кіріс/шығыс мультиплексорының функциялары
(Кроссконнектор) (xCross Connects - ХС). Қолданушылардың арасында тұрақты немесе жартылай тұрақты айқасқан қосулар арқылы қолданушыларға тіркелген арналарды қосуға арналған құрылғы (сурет 20). Кросстық коммутатор ХС әдетте агрегатты және компонентті порттармен жабдықталып, әртүрлі өткізу қабілеті бар ( 2 Мбит/с - 155 Мбит/с) арналар коммутациясын қамтамасыз етеді.
Сурет 20 - ХС кросстық коммутаторының функциялары
Регенератор (Regenerator). Транспорттық желідегі регенератор импульстік хабарлар формасының қалпына келуін және ұзақтығын қамтамасыз етеді.
Қарастырылған элементтер транспорттық желінің кез келген моделінің функцияналдануын қамтамасыз ететінін айта кеткен жөн. Мұнда оптикалық желі элементтерінің ерекшеліктері көрсетіледі. Оптикалық желі сызығындағы сигналдарды ретрансляциялау үшін оптикалық күшейткіштер қолданылады. Сигналдардың айқындалуын, кірісін және кросстық коммутациясын толқындық мультиплексорленетін (Wavelength Division Multiplexing - WDM) оптикалық мультиплексорлар жүзеге асырады. WDM мультиплексорлері арналар саны мен жиілігі бойынша үшке бөлінеді [14]:
- қарапайым WDM;
- тығыз WDM (DWDM);
- тығыздылығы жоғары WDM - HDWDM (High Dense Wavelength Division Multiplexing).
Сонымен қатар арналар мен жиіліктік жоспары бойынша WDM жүйесінің классификациясы:
Бұл классификацияда WDM жүйесінің әр классының арна саны бірдей, ал арна арасындағы жиіліктік интервал ерекше болады. Жоғарғы тығыздықты WDM (HDWDM) жүйесінде ол 25 ГГц ке дейін жетуі мүмкін.
Әртүрлі өндірушілердің WDM жүйелерінің сапалық сипаттамалары, конфигурациясы бірдей болып, бір типті құрылымдық сұлба арқылы тұрғызылады. Осыдан анықталғаны, WDM технологиясының мүмкіншілігіне байланысты, бүгінгі бүкіл әлемнің телефондық трафигін бір жұпты талшық арқылы таратуға болады.
Цифрлық телекоммуникациялық желінің архитектурасы
Телекоммуникациялық желі сенімді болуы қажет. Яғни, желі белгілі бір уақыт бойы тоқтаусыз жұмыс жасауы қажет және желі абоненті кез келген жағдайда, тіпті желінің белгілі бір аумақта зақымдануына қарамастан жауап алуы тиіс.
Транспорттық желілердің негізгі архитектура (конфигурация) қатарына жататындар: сызықты желі, сонымен қатар екі және төрт талшықты сақиналар.
Сызықты желілер екі қабылдап таратқыш ақырғы құрылғысынан, мысалы SDH мультиплексоры, ADM кіріс/шығыс мультиплексоры және регенераторлардан тұрады. Сызықты желінің конфигурациясы 21 суретте көрсетілген.
Көрсетілген мысал сызықты желінің қорғалуын 1 + 1 режімі негізінде жасалынған, яғни терминалдар арасындағы бүкіл трафиктің резервтелінуін қамтамасыз ететін бір жұмыс секциясының мультиплексорленуіне бір резерв жасалады.
Сурет 21 – Транспорттық желідегі секция мультиплексорленуінің резервтелу архитектурасы
Сақиналы желілердің жергілікті және аймақтық операторлар арасында кең таралуы, оның сенімділігі мен арзан құнымен байланысты.
( 22-24 суреттер).
Мұндай желілерде сызық зақымдануы мен аппаратураның жұмыс жасамауы блокталып, ақпараттық сигналдар үшін ешқандай шығын келтірмейді. Бірнеше кіріс - шығыс мультиплексорларын бір оптоталшықты сақинаға олардың бас интерфейсі арқылы қосуға болады. Мұндай транспорттық желіні ұйымдастыру қалалық телефон желілері үшін өте тиімді (сурет 25). Төрт телефондық станция синхронды транспортты сақинаға (ADM) кіріс-шығыс мультиплексоры арқылы қосылған. Сақина ішінде цифрлық ағынды 622 Мбит/с тарату жылдамдықтағы STM-4 модульдер транспортировкасы ұйымдастырылған.
Цифрлық телефондық станциялар мультиплексорлерге тікелей қосылады, ал аналогты телефондық станциялар (координатты АТСК, АТСКУ) аналогты сигналды цифрлық сигналға түрлендіретін –түйіндесу құрылғысы (MD) арқылы қосылады.
Сурет 22 – Жеке трактты қорғайтын біржаққа бағытталған сақина
Сурет 23 – Мультиплексорлау секциясын қорғайтын екі жаққа бағытталған сақина
Сурет 24 – Сақиналы желідегі қорғаныстық қосылу
Сурет 25 – Қалалық телефондық желінің транспорттық желісі
25 суретте мысал ретінде «Huawei Technologies Co., Ltd» компаниясы өндіретін құрылғылар көрсетілген.
2.9 Цифрлық телекоммуникациялық желінің синхронизациясы
Цифрлық телекоммуникациялық желінің синхронизациясы ақпаратты тарату кезінде жіберілетін қателіктер үшін жасалынады. Қайталанатын қателіктер жиілігі транспорттық желінің синхронизациясына және онымен бірге жұмыс жасайтын екінші реттегі желілерге байланысты.
SDH транспорттық желілісінің барлық желілік элементтері (Network Element - NE) бір тактілі жиілікті қолдану арқылы жұмыс жасайды, бұл сигнал көзін бірінші реттегі тіректі тактілі сигналы (Primary Reference Source - PRS) немесе бірінші реттегі эталон генераторы (ПЭГ) деп атайды.
Бірінші реттегі тіректі тактілі сигналының сипаттамасы G.811 ITU-T рекомендациясымен сипатталады. Оның жиілігінің қателігі мен тұрақтылығы ±10~11 болуы керек; бұл сипаттамалар цезиевтік генератордың көмегімен алынады.
Тактіленетін сигналдардың таралуы қарапайым тарату сызығын қолдану арқылы жүзеге асады, біздің жағдайда ол SDH тарату сызықтары. Регенератор, кіріс-шығыс мультиплексоры және т.б. сияқты аралық желілік элементтер STM-N қабылдағыш сигналынан алынатын тактілік сигнал компонентін қолдана отырып, ілеспелі режімде жұмыс істейді.
Желілік элементтер мен сызықтар арқылы тарату кезіндегі джиттер сияқты тактілік сигнал сапасы ілестіргіш тактілейтін құрылғылардың (Secondary Reference Source - SRS) немесе берілетін ілестірмелі генераторлардың (ВЗГ) көмегімен жақсартылады. ВЗГ тактілік жиіліктердің синхронизациясының фазалық дірілін жояды. Синхронизация аумағының желі синхронизациясының архитектурасының сұлбасы тұйықталмаған сақиналы «древо» типті болуы қажет (сурет 26).
Сурет 26 – Синхронизация желісінің архитектурасы
SDH желілік элементі тактілеу сигналын BITS (Building Integrated timing Supply) құрылғысына шығару мүмкіндігіне ие. BITS құрылғысы тактілік сигналдың бұрмалануын азайтады. Аралық желілік элементтер BITS көмегімен алынатын тактілік сигналды қолданады.
Тактілік сигналдар желілік элементтің жұмысы үшін қажет.
2.10 Толқын ұзындығымен бөлу арқылы мультиплекстеу
XX ғасырдың соңғы он жылы телекоммуникация индустриясында мәліметтер трафигінің және компьютерлік желінің ұлғаюымен ерекшеленді.
Толқын ұзындығымен бөлу арқылы мультиплекстеуді (WDM) желілік инструменттің маршрутизациясы, қосылуы мен айқындауы ретінде қолдануы оптикалық байланыста жаңа эра ашты. WDM - Wavelength-Division Multiplexing.
WDM әдісі талшықты оптикалық тарату ортасының өткізу қабілеттілігін үлкейтеді. WDM жүйесі әртүрлі толқын ұзындықтарындағы цифрлық сигналдарды бір біріне кедергіссіз таратуды қамтамасыз етеді. Бұрыңғы, біртолқынды цифрлық жүйелер берілген бағытта тек бір ғана цифрлық сигналды таратады. Толқындық бөлу әдісі бір талшықпен оптикалық сигналдарды көп мөлшерде бір уақытта таратуға мүмкіндік береді.
WDM ді кейде толқындық мультиплекстеу деп те атайды. Себебі, толқын ұзындығы мен жиілік бір бірімен байланысты, ал WDM әдісі арналарды жиіліктік бөлу әдісіне (ЧРК) ұқсас. Әдістің негізгі мәні, бірдей жиілік жолағы бар сигналдарды бір талшық бойымен бір уақытта тарату. Бұл әдіс әртүрлі ұзындықтағы толқындарды (яғни әртүрлі жиіліктерді) шығаратын инжекциялы лазерлік диодтарды модуляциялау арқылы іске асады. Осыған байланысты, WDM жүйесі талшыққа екі немесе одан көп дискретті мәндес толқын ұзындықтарының кірісі мен шығысын қамтамасыз етеді. Әрбір толқын аналогты немесе цифрлы формадағы, уақыт немесе жиілік бойынша мультиплексорленген көптеген ақпараттарды тасуы мүмкін.
Әр сигнал жиіліктік ауқымы айқаспаған жиіліктер жолағында бөлінуі шарт.
WDM және АЖБ салыстырулары
Негізінен, WDMнің негізгі қағидасы арналары жиілікпен бөліну (АЖБ) қағидасына ұқсас: бірнеше сигналдар әртүрлі тасымалдау жиілігінде таратылып, айқаспаған жиілік жолағында немесе толқын ұзындықтарында орналасады. WDM жағдайында толқын ұзындығы 1300 немесе 1500 нм қолданылады. Алғашқыда әр толқын ұзындығы бойынша тек бір ғана цифрлық сигнал таратылатын. Оптикалық құрылғы элементтерінің дамуына байланысты, енді бірнеше оптикалық сигналдарды тасымалдауға мүмкіндік туды. Олардың әрқайсысы ортақ өткізу жолағының тек кішкентай ғана жолағын алады. Оптикалық сигналдар саны қолданылатын компоненттерге байланысты шектеулі болады.
Жаңа технологиялар бір талшықта 100 ден көп оптикалық арналарды ұйымдастыруға мүмкіндік береді. АЖБ және WDM жүйелері ұқсас қағидаларды қолданғанымен олар түгелдей бірдей емес. Ең бір ерекшеліктерінің бірі, оптикалық ауқымының жиіліктері тиррагерцпен (ТГц) есептелінеді, ол радиодиапазонынан ( МГц и ГГц) әлдеқайда жоғары. Тағы бір ерекшелік, тарату орталарындағы сигналдардың таратылу әдісі. АЖБ сигналдары бір уақытта бір тарату ортасы арқылы таралып, бір ғана күре жол бойымен жүреді. Ал WDM әртүрлі ұзындықтағы жарық импульстерінің толқындары оптикалық талшық арқылы әртүрлі жылдамдықта таратылады.
Стандартты оптикалық талшықтарда жарықтың тасымалдануы кезінде толқындық дисперсия белгілі бір уақыт интервалында толқын қуатын жоғалтады. Сондықтан стандартты оптикалық талшықтардың толқындық дисперсиясы жүйенің сипаттамаларын шектейді. Осылай толқындық дисперсия жүйе жұмысына әсерін тигізеді.
WDM жүйесіндегі ақпараттық сигналдар әртүрлі толқын ұзындықтарында жұмыс жасайтын лазерлерді модульдейді. Содан соң, сигналдар бір уақытта талшыққа еніп, бір таралу ортасында таратылады. Бірақ әртүрлі траекторияда таралады, осыған байланысты сигналдар қабылдағышқа бір уақытта келмейді.
Толқын ұзындығы мен электрмагниттік тербеліс жиілігі бір біріне тәуелді болатын екі параметрді көрсете алады. Көп сәулелі таралу радиожүйелерде болса, уақыттың жиіліктік тәуелділік таралуы радио және сымды аналогты жүйелерде болады. Бұл принциптердің айырмашылығы: бұрыңғы ЧРК жүйелері үшін микроэлектроника, ал жаңа WDM жүйелері үшін — кванттық электроника. АЖБ жүйесінде әртүрлі арналардың сигналдары таралу ортасында бір уақытта таратылып, теңдей жол жүред, бірақ әртүрлі жиілік жолағында орналасады. WDM жүйесінде таралу ортасында сигналдар бір уақытта таратылады, бірақ олардың арналары әртүрлі толқын ұзындықтарында орналасып, әрқайсысы әртүрлі жол жүріп өтеді.
Оптикалық тығыз мультиплекстеу, толқын ұзындығы және толқындық арналар
Әдетте WDM 1550 нм толқын ұзындығында және жиілік интервалы 100 ГГц (яғни 100 ГГц, 200 ГГц, 300 ГГц т.с.с.) болғанда жұмыс жасайды. Толқын ұзындығы 1550 нм, жиілігі 100 ГГц жағдайында толқын ұзындығының айырымы 0,8 нм. Мысалы, 100 ГГц интервалымен бөлінген көршілес үш толқын ұзындықтары 1550,0 нм, 1549,2 нм и 1548,4 нм болады. Оптикалық тығыз мультиплекстеу (DWDM) әдісін қолдану кезінде көршілес жиіліктер аралығы әлдеқайда аз болады. Бірақ DWDM ді анықтайтын стандарт жоқ. Әдетте 200 ГГц немесе 1,6 нм таралған, ауданы 1550 нм болатын сигналдарды тарататын оптикалық жүйелер WDM стандарты болып қарастырылады. Ал 200 ГГц таралған, ауданы 1550 нм болатын сигналдарды тарату жүйесі жоғары тығыздықты DWDM стандартты жүйесі болып қарастырылады.
Жарық толқындары көптеген жиіліктерді (толқын ұзындықтарын) құрайды, әр жиілік өзіндік түске ие болады. Талшықты оптикалық жүйенің таратқышы мен қабылдағышы тек белгілі бір түсті ғана таратады және қабылдайды (яғни нақты бір жиілік жолағының белгілі бір толқын ұзындығын). WDM жүйесінде әр түрлі көздердің ақпараттары (арналары)
әртүрлі жиілікте бірақ бір оптикалық талшық арқылы таралады.
Негізінде, әрбір толқын ұзындығы жоғары жылдамдықты магистральға оптикалық «жолақ» енгізеді. Неғұрлым жолақ көп болса, соғұрлым бір талшық арқылы көп трафик (мағлұмат, мәліметтер, видео т.с.с.) таратылады. Ал қарапайым оптикалық тарату жүйелерінде, керісінше, талшықтың кіші жолағы арқылы ақпараттарды таратуы үшін қолданылатын тек бір ғана оптикалық арна болады.
Жақында Bell Telephone Laboratories ғалымдары DWDM таратқышын ойлап тапты. Ол бір мезетте, бір оптикалық талшық арқылы таратылатын 206 модульденген цифрлық толқын ұзындығын шағылдыратын легирленген эрби талшықты фемтосекундты лазерде құралған. Әр арна (толқын ұзындығы) 36,7 Мбит/сек тарату жылдамдығына есептелген. Арна аралық интервал 36 ГГц.
WDM оптикалық мультиплекстеу кабелдерге арна қосу арқылы оптикалық талшықтың мүмкіндіктерін кеңейтті.
Сурет 27 – Түйіндердегі тактілеу көздері: негізгі ------ резервті - - - -
Әрбір желілік элементтерде тактілеуге рұқсат етілген тірек көздері енгізіледі.
Осылайша, желі синхронизациясы ПЭГ, ВЗГ және мультиплексорлар генераторы мен регенераторлардың, автоматты резервттеу құралдарының, синхросигналдарды басқарудың қосындысын білдіреді.
2.11 Бөгеуілге орнақтылық қодтталуы
Адамдар алыс қашықтыққа ақпаратты таратуды бұрыңғы кезден ақ бастаған. Әрине, белгі оттарын жағу, барабан дауысын шығару, түтінмен белгі беру арқылы жіберген. Алайда бөгеуілдер бұл ақпараттарды бөлмеуіне де көңіл бөлген.
Уақыт өте адамдарға одан да тиімді ақпарат алмасуын керек етті. Жазу пайда болып, ол дамыды.
Жазу арқылы ақпарат таратудың ең бірінші түрі иероглифтік хат. Әрбір иероглиф көп ақпаратты білдіріп, аз орын алды. Алайда бір иероглифтегі кішкентай ғана қате бүкіл ақпарат мазмұнын өзгертеді.
Ақпарат таратуда негізгі көңіл қате жіберілмеуге аударылды. Сөйтіп әріптік немесе алфавиттік жазу пайда болды. Бұл жүйе ақпарат мазмұнынының бұрмаланбай жетуіне мүмкіндік береді.
Мұндай алфавиттік жазудың ерекшелігі «артықшылық» болып табылады. Бұл «артықшылық» жазуды ұзартады.
Кейбір тілдерде жазуда тек дауыссыз дыбыстар қолданылады. Ал дауысты дыбыстарды оқушы өзі қосады деп саналған. Әрине, мұндай жайт жазуды қиындатып, қателер көп жіберіледі.
Жоғарыда айтылған барлық жазу түрлері басқа да ақпарат түрлеріне жатады. «Артықшылық» жазуды бөгеуілге орнықты етеді. Ал екілік 0 және 1 цифрлық жазуға «артықшылық» қолданылады ма? Қолданылады, бірақ ол үшін қаражат талап етеді.
Мысалы, Бодо кодында әр әріп 5-разрядты екілік кодпен, яғни 0 және 1 кодының 5 биті. Алайда бұл код «артықшылық» коды болып табылмайды, яғни қате. Кодты тек бір жолмен ғана «артықшылық» ете алады: қолданылған биттерге тағы қосымша бит қосу қажет. Бірақ мұндай жағдайда әрбір әріп жәй жеткізіледі.
Атап айтқанда, ақпаратқа «артықшылық» енгізу, тарату жылдамдығын азайтады.
Цифрлық тарату жүйесінің қабылдау станциясында қателер анықталады, алайда қай бит қате екенін нақ білуге болмайды. Бодо кодымен мысал көрсетеміз. Мысалы сандардың екі комбинациясы берілді делік: 10101 және 01100. онда барлық биттер керек, бұл ақпаратта «артықшылық» жоқ.
Оны ойша енгіземіз: таратылатын комбинациядағы бірлер соммасы жұп болатындай етіп, ақпараттық биттерге алтыншы- контролды бит қосамыз. Сандардың бірінші комбинациясы үшін контролды битті 1 етіп, ал екіншіге – 0 етіп таңдаймыз. Сонымен, арнаға 5емес, 6-разрядты биттер тобы түседі: 10101,1 және 01100,0 (үтір белгісі ақпараттық битті контролді биттен айқындайды).
Енді кедергі сигналды тежесе, кейбір биттер дұрыс қабылданбаса, яғни 1 орнына регенератор 0 көрсетсе немесе керісінше 0 орнына 1 қабылданса да бірлер саны жұп болып қала береді. Осылай қате табылады.
Берілген сандар комбинациясындағы бірлер санын есептеп көрейік:
0Ф0 = 0, 100 = 1,0®1 = 1,1©1=0.
«шеңбердегі қосу» белгісі қарапайым екілік қосудан ерекшеленеді. Сонымен қатар, осы әрекеттерді орындайтын микросұлба да бар. Бұл жайында да 2 модулде атап өткен болатынбыз. Кодтық комбинациядағы барлық сандарды қосу оңай: түсетін келесі сан, алдыңғы соммаға қосылады.
Егер бұл комбинациядағы сандар мөлшері тақ болса, қосқанда микросұлбаның шығысында 1(0Ф0Ф1Ф0 Ф 1 Ф 1 = 1), ал жұп болса - 0 (1 Ф 0 © 1 Ф 0 Ф 1 Ф 1 = 0) көрсетіледі. Қате тек шыққан 1 сандарының мөлшерін есептеу арқылы табылады.
Алайда бұл әдіс барлық қателерді таппайды. Енді Хэмминг кодын қарастырайық. Онда әр төрт ақпараттық биттен кейін үш контролды бит жіберіледі. Контролды биттер қалай шығады? Жасалынған кодтық сөздің 1 ден 7 ге дейінгі барлық разрядтарды нөмірлеп шығамыз (ақпараттық және контролдыны бірге. Мұнда ақпараттық биттер 1-ден 4-ге дейін, ал контролды бит - 5-тен 7-ге дейін. Контролды биттерді қабылдаудың ережесі кесте 2 де көрсетілген.
Енді 10110010 кодтық комбинациясын есептеп көрейік. Бұл комбинацияны Хэмминг кодын қолдана отырып кедергілерден қорғауын тексерейік.
Кесте 2 – Контролды биттердің құрылу ережесі
Контролды биттің нөмірі |
«2 модуль» бойынша қосылатын биттер нөмірі |
||
5 |
2 |
3 |
4 |
6 |
1 |
3 |
4 |
7 |
1 |
2 |
4 |
1011 алғашқы ақпараттық биттерден кейін контролды биттерді қою қажет. Арнаға түсетін бесінші бит кестеге байланысты қосылады Бесінші линияға берілетін битті 2-ші кестедегі 2-ші, 3-ші және 4-ші биттерді қосу арқылы аламыз:
0©1Ф1=0.
Осылай, 0 шығады. Алтыншы бит 1-, 3-ші және 4-ші қосылуларға байланысты жасалады: 1 © 1 © 1 = 1. Осы әдіспен 7-ші битті анықтаймыз: 1 © О Ф 1 = 0. Сонымен, 1011 символдарынан кейін 010 символдары таратылады. Дәл осылай екінші 0010 ақпараттық топтан кейін 110 биттері жіберіледі. Енді таратылатын тізбектерді бірге жазамыз: 1011, 010, 0010, 110. Мұндағы үтір белгісі ақпараттық және контролды биттерді ажырату үшін қолданылған.
Келесі сұрақтар туу мүмкін: арнада кодтық комбинацияда қате жіберілді ме? Егер жіберілген болса, қай разрядта? Бұл қатені қалай жөндеуге болады?
Ал егер ақпараттық биттің орнына контролды бит жіберілсе ше? Бұл тез табылады және қате болып табылады.
Осы уақытқа дейін біз екілік кодты анықтадық, яғни цифрлық ақпаратты екілік жүйе сандарының қосындысымен көрсетеміз. Бірақ басқа да санау жүйелерін қолдануға болады. Мысалы, ИКМ-аппаратурасында үштік санау жүйесі жұмыс істейді. Онда үш сан қолданылады: -1, 0 және +1. +1 санына оң полярлықтың импульсы сай келеді, ал 0, -импульс жоқ болуы, -1 кері полярлықтың импульсы. Цифрлық ағын алғашында тек екілік жүйе 0 және 1 сандарынан тұратын болғандықтан, екілік санау жүйесінен үштік санау жүйесіне ауысу жасалынады. Ауысу ережесіне сай әртүрлі кодтар пайда болады.
Ең алғашқы үштік код 1952 ж. «Bell» америкалық компаниясының инженерлерімен ойлап табылды. Екілік сандардан үштік сандарға түрлену ең қарапайым алгоритммен ауысады: нөлдер өзгеріссіз қалады, ал бірлік сандар +1, немесе -1 ге кезек ауысады. Мысалы, 1100111001сандық екілік тізбек түрленуден кейін мынадай түрге ауысады: +1 -100 +1 -1 +100 -1. Байқағанымыздай, бұл алгоритм екілік жүйеден үштік жүйеге өтудің ережесіне сай келмейді. Сондықтан мұндай кодты квазиүштік деп атайды. Оның басқа аты – импульстар полярлығының тізбегі (код с чередованием полярности импульсов ЧПИ).
Кодтың екілік кодтан артықшылығы: цифрлық ағын жіберілгенде тарату жылдамдығы өзгеріссіз қалады. Сонымен қатар код құрылымы қателерді тауып, олардың ықтималдығын есептеуге мумкіндік береді. Мысалы жоғарыда көрсетілген тізбекте төртінші 0 орнына 1 символы берілген.
Осылайша, регенератор шығысында +1 -10 +1 +1 -1 +100 -1 тізбегі алынады. Сіз байқағандай импульс полярлығының тізбегі бұзылған.
Бұл қарапайым код қазіргі уақытқа дейін ИКМ тарату жүйесінде кең қолданыста. Мұндай жүйенің регенераторына тағы бір компаратор қосылады. Ол кері импульстың болуын немесе болмауын есептейді. Сонымен қатар, екілік кодтың регенераторын да еш өзгертусіз қолдануға болады, себебі үштік кодты екілік кодқа түзеткіш көмегімен ауыстыруға болады. Мұндай түзеткіштерде кері импульстер оң импульстерге ауысады.
Қарастырылған екілік кодтарды үштік кодтарға түрлену жалғыз емес. 3 кестеде екілік алфавиттің 4-разрядты сөздерін -1, 0 и +1 үш символды үш разрядты сөзге кодталуы көрсетілген. Байқағанымыз, енді әр төрт импульстың орнына арнаға тек үш импульс жіберіледі. Осыдан төртінші импульстің орнына қосымша символдар жіберуге болады, бұл таратылатын ақпараттың көлемін көбейтуге болады.
Кесте 3 - Сигналдарды үштік кодпен кодтау
Екілік код |
Үштік код |
Екілік код |
Үштік код |
||||
0000 |
0 |
-1 |
+1 |
1000 |
0 |
+1 |
-1 |
0001 |
-1 |
+1 |
0 |
1001 |
+1 |
-1 |
0 |
0010 |
-1 |
0 |
+1 |
1010 |
-1 |
0 |
-1 |
0011 |
+1 |
-1 |
+1 |
1011 |
+1 |
0 |
0 |
0100 |
0 |
+1 |
+1 |
1100 |
+1 |
0 |
+1 |
0101 |
0 |
-1 |
0 |
1101 |
-1 |
-1 |
0 |
0110 |
0 |
0 |
+1 |
1110 |
+1 |
+1 |
-1 |
0111 |
-1 |
+1 |
+1 |
1111 |
-1 |
-1 |
-1 |
Біз тек қарапайым кодтарды қарастырумен тоқталдық. Олар қатені табады және түзейді. Одан басқа күрделі кодтар да өте көп, олар бірден бірнеше қателерді тауып түзетеді.
2.12 Асинхронды таратудың әдістері
АТМ-ұяшықтарының құрылуы. Соңғы он жылда ақпарат таратуға көптеген талаптар қойылды. Бір абонентке әртүрлі сипаттағы хабар жіберілуі мүмкін: жылжымалы көріністер (видеотелефон, видеоконференция); компьютерлік мәліметтер (файлдар); электронды пошта; дистанциялық оқыту жүйесінен ақпарат (сонымен қатар, мультимедиялық); кабелдік телевидение арқылы фильмдер және т.б. мұндағы ақпарат көзі асинхронды болып табылады. Бір көзден ақпарат үнемі келуі мумкін, ал басқаларынан уақыт өте келеді. Ақпараттың түсү жылдамдығы да әртүрлі. Мағлұматтық ағын 64 кбит/с жылдамдығымен, ал жылжымалы көріністерді тарату үшін 1,5 -100 Мбит/с дейінгі жылдамдық қажет.
Бұндай талаптарды қабылдау үшін 1980-1990 ж.ж. жаңа тарату технологиясы ұсынылды. Бұл технология асинхронды тарату модасы деп аталды (Asynchronous Transfer Mode -ATM). Бұл технология кез келген белгілі бір ұзындықтағы ақпарат түрін ұяшықтарға (Cells) жазуға негізделген. Ұяшықтар құрамында пайдалы ақпараттар мен тақырып (Header) болады. Тақырып үшін 5 байт, ал пайдалы ақпарат үшін- 48 байт беріледі.
Әртүрлі көздерден келген цифрлық ақпарат ұяшықтарға толтырылады. Ұяшықтардың белгіленген ұзындығы болғандықтан ақпаратты бөлу қажет етілмейді. Егер көз ақпаратты таратуды қажет етпесе бос ұяшықтар жіберіледі. Аз көлемдегі ақпараттар бірнеше уақыттан кейін бір ұяшыққа біріктіріліп жіберілуі мүмкін немесе бөлек ұяшықтарға жіберіледі.
Соңғы жағдайда жартылай бос ұяшықтарға «толтырғыш» қосылады. Үзіліссіз тарату (мағлұмат, видеоконференция т.с.с.) кезінде ұяшықтар белгілі бір уақыт аралығында жіберіледі.
Әртүрлі көздердің ұяшықтар ағыны уақыттық мультиплексор көмегімен біріктірілуі мүмкін (сурет 28).
Сурет 28 – Асинхронды ағындарды мультиплексорлеу
АТМ-ұяшықтарын тарату
АТМ ұяшығының қайда бағытталғанын білу үшін оның тақырыбында виртуалды арна (Virtual Channel Identifier - VCI) идентификациясына 2 байтта беріледі. Виртуалды арна – байланыстың сеансы кезіндегі барлық ұяшықтардың бір қолданушыдан басқа қолданушыға жүретін маршруты. Ол барлық ұяшықтар өтетін коммутатор порттарының тізбегінен тұрады.
АТМ-ұяшықтарының артықшылығы: коммутатор арқылы өтетін ұяшықтарды оңай өңдеуге болады. Коммутатор ұяшық тақырыбындағы арна идентификато оқып, оны бір порттан басқа портқа жібереді.
Коммутатор виртуалды арналардың бүкіл тобын әр арнадағы ақпаратты анализдемей ақ қоса алады. Бұл үшін байланыстың кез келген бөлігінде бір бағытта өтетін бірнеше виртуалды арналарды виртуалды жолға біріктіру қажет. Виртуалды жолдың идентификаторы (Virtual Path Identifier - VPI) 12 биттік позицияда орналасады. VCI және VPI әрбір желі бөлігіндегі маршруттың уникалды жеке адресін құрайды. Идентификаторлар өзгерісі әрбір коммутатор аралығында болуы мүмкін. Ұяшықтарды тарату маршрутын желі операторлары немесе сигналды жүйе орындауы мүмкін
АТМ технологиясы SDH технологиясымен жақсы әрекеттеседі: АТМ-ұяшықтары STM-1синхронды транспорттық модульге орналыстырылады. Ол үшін олар ең алдымен VC-4 контейнерлерімне қапталады, ал контейнер тақырыбында (РОН) ең алдымен АТМ ұяшықтарының жазбалары белгіленіп сосын STM-1 модуліне орналастырылады (сурет 29).
Сурет 29 – АТМ ұяшықтарының STM-1 модуліне орналасуы
2.13 HONET қызметімен интеграцияланған абоненттік рұқсаттың оптикалық желісі
Қазіргі кезде байланыс желісінің транспорттық және рұқсат желісі болып бөлінуі ең көп сұраныста.
Байланыстың транспорттық желісі қалааралық және ішкі байланыс желілерін құрайды. Рұқсат желісі жергілікті желілермен беріледі. Байланыстың транспорттық желісі екі пункттік түйіндер арасындағы ақпараттар ағынын таратуды қамтамасыз етеді.
Рұқсат желісі әртүрлі абонент терминалдарын транспорттық желіге қосу үшін арналған. Рұқсат желісі абоненттік сызықтан, ақырғы коммутациялық станциядан, сонымен қатар жергілікті желілерді бір бірімен және транспорттық желінің түйіндерімен қосатын арналардан тұрады.
Осы уақытқа дейін абоненттік рұқсат желілері абоненттерге кең жолақты қызметтерді көрсетуді тежейтін жер болып табылатын. Бүгін рұқсат желілерінің эволюциясы екі бағытпен жүргізіледі:
- мәлімет, видео және мағлұмат таратуды қамтамасыз ететін кең жолақты ( жоғары жылдамдықты ) рұқсаттың дамуы;
- жергілікті желіні ұйымдастыру кезінде мыс кабелдерінің аз қолданылуы.
Қазіргі уақытта және болашақта қолдануға жоспарланған негізгі рұқсат жүйесіне:
- xDSL (Digital Subscriber Line – цифрлық абоненттік линия) технологиясына негізделген жүйелер;
- кабелді телевидениядағы арнайы модемдерді қолданатын рұқсаттар жүйелері;
- гибридті опто-коаксиалды жүйелер (Hybrid Fiber Coaxial - HFC);
- оптоталшықты рұқсат жүйелері;
- радиорұқсат жүйелері;
- жерсеріктік желілер;
- Е1 бөлінген арналар.
Өз абоненттерін сақтағысы келетін операторлар үшін ең негізгі мәселе: рұқсат желісін құру және құрылғы тандау болып табылады.
Таңдалатын құрылғы қарапайым және кең жолақты қызмет көрсетуді қамтамасыз етуі қажет, сонымен қатар жоғары сенімділік пен аз шығындарды көрсетуі керек.
Ең жақсы құрылғы ретінде Huawei Technologies компаниясының Honet құрылғысы болып табылады.
HONET құрылғысының артықшылықтары: өткізу жолағының кеңдігі, жоғары сенімділік, қамту аймағының кеңдігі, тиімді байланыс құру және т.б. HONET рұқсат байланысының абоненттеріне кең жолақты және тар жолақты қызмет көрсетілу мүмкіндігі бар (Сурет 30).
Бұл операторларға тез және жеңіл түрде жаңа абоненттерге рұқсат қосуды, қолданушыларды әртүрлі қызмет түйіндеріне қосуға мүмкіндік береді. Абоненттерге PSTN, DDN, PSPDN, корпоративті желіге, Интернет, кабелдік телевидения желісіне қосылуға мүмкіндік береді.
HONET қамтамасыз етеді:
- бір платформадағы тар және кең жолақты қызметтердің интеграциясын;
- оптикалық рұқсаттың активті (AON) және пассивті (PON) режімінің интеграциясын;
- әртүрлі желі түйіндерінің(коммутациялық түйін ТфОП, мәліметтерді тарату байланысының түйіні, ATM/IP дестелі байланысының түйіні, CATV, VOD мультимедиялық қызметтер байланысы және т.б. ) қосылуы үшін желі жағындағы конвергенцияны;
- FTTB, FTTC, FTTV және FTTO технологиясы негізінде абоненттік рұқсаттарды құру.
Сурет 30 – Honet қызметінің интеграциялануының рұқсат оптикалық байланысы
HONET әртүрлі абоненттік интерфейстерді, соның ішінде аналогты абоненттік линияның интерфейсі, ISDN BRI (2B + D) цифрлық абоненттік линиясы, Л/х64 кбит/с (1 б Л/ б 31) интерфейсі, мәліметтер таратудың суб жылдамдығы, Е1 бөлінген линиясы, 2/4-сымды бөлінген линияның тоналды жиілігі, ADSL, LAN, CES, FR кең жолақты интерфейсі және техникалық қызмет көрсетудің функцияларын, рұқсат желісін тестілеу мен басқару қызметтерін атқарады.
HONET негізгі қызметтері:
- ОҚТЖ желісінің негізгі және қосымша қызметтері
- ISDN BRI және PRI.
- Мәліметтерді тарату желісінің әртүрлі интерфейстері (DDN). Интерфейс сипаттамалары: Л/х64 кбит/с (16 Л/ б 31), субжылдамдық: 2,4 кбит/с, 4,8 кбит/с, 9,6 кбит/с, 19,2 кбит/с, 48 кбит/с және т.б. сурет тарату қызметі.
- Компьютерлік видео (128 кбит/с және 384 кбит/с).
- Видеоконференцбайланыс.
- Бөлінген линия қызметі: 2/4-сымды бөлінген линияның тоналды жиілігі,бөлінген линия Е1.
- Кең жолақты қызметтер: ADSL, LAN, VOD, Интернет желісіне жоғары жылдамды рұқсат.
-
Архитектура
HONET платформасы келесідей бөліктерден тұрады:
- Оптикалық линия терминалы OLT (Optical Line Terminal);
- Оптикалық желі модулі ONU (Optical Network Unit);
- Тарату жүйесі (SDH/PON/APON);
- Басқару жүйесі AN-NMS (Access Network - Network Management System).
Құрылғы кең және тар жолақты қызметтерді қамтиды. OLT кең жолақты блогы ОҚТЖ/ISDN мен V5 интерфейсі арқылы, ал ATM/ IP магистральды желісімен - STM-1/STM-4/FE/GE/POS интерфейстері арқылы қосылады. МА қашықталған абоненттік рұқсат POTS, ISDN сияқты кең және тар жолақты интерфейстерді қамтиды.
OLT. Оптикалық линия терминалы мағлұмат, сурет және мәлімет таратудың конвергенциялық пунктісі болып табылады. Сонымен қатар әртүрлі түйіндерді қосатын желілік интерфейс болып табылады. OLT қызмет интерфейстерінің модулінен тұрады. OLT сыйымдылығы модульды қосуға байланысты үлкейеді.
OLT құрамы: CATV блогы, қызмет интерфейсі мен протоколды түрлендіру (SIPP) блогы, кең жолақты қызметтердің (iSIPP) интегрирленген блогы, оптикалық тарату (SDH/PON/ APON) блогы және қосымша басқару модулі (Background Administrative Module -ВАМ). Сурет 31-де көрсетілген.
Сурет 31 – OLT құрылымы
SIPP модулінің негізгі функциялары: рұқсат желісі мен АТС арасындағы V5 стандартты интерфейсімен қамтамасыз ету. SIPPтің бір модулі 62 Е1 және 32 V5.2 стандартты интерфейсін қамтамасыз ете алады. OLT 2 Мбит/с фазалық синхронизацияның сыртқы синхросигналын немесе стандартты синхронизацияның ( А классының 2-ші және 3-ші деңгейлерін ) синхросигналын немесе BITS ( синхронизацияның енгізілген интегралданған көзі ) қамти алады. Ол ішкі синхронизацияны және 2048 кГц немесе 2048 кбит/с сыртқы синхронизацияны интерфейстермен қамтамасыз етеді.
iSIPP блогы кең жолақты қызметтерді қамту үшін және ATM 155 Мбит/с, ATM 622 Мбит/с, FE, GE, POS интерфейстерімен қамтамасыз етеді.
Тарату модулі оптикалық таратудың стандартты интерфейсімен қамтамасыз етіп, желі құрудың әр түрлі топологиясын ( мысалы, ағаш, жұлдыз, сақина )қамтиды.
Ол сигналдарды мультиплекстеуді, демультиплекстеуді және оптико-электрлік түрлендіруді іске асырады. HONET рұқсат желісінің құрамына кіретін оптикалық тарату жүйесіне Huawei компаниясын жасаған OptiX 155/622Н шағын құрылғысы және PON немесе APON пассивті оптикалық таратудың енгізілген жүйесі кіреді.
ВАМ басқару жүйесінің интерфейсін, желіні орталықтан басқару интерфейсін, Q3 интерфейсін қамтамасыз етеді.
ONU. Оптикалық желі модулі (ONU) — ол рұқсат желісінің абоненттік құрылғысы. ONU оптикалық кабелді ғимаратқа (FTTB), селоға (FTTV), офисқа (FTTO) және белгілі бір аумаққа дейін жүргізуді, яғни FTTx технологиясымен қамтамасыз етеді.
ONU құрамына: абоненттік интерфейстер блогы, мультисервистік рұқсат (МА) блогы, оптикалық тарату блогы, CATV блогы, қоршаған ортаны қадағалау параметрлерінің жүйесі, электрқоректендірудің біріншілік көзі, абоненттік кросс, аккумуляторлар кіреді (сурет 32).
Сурет 32 - ONU құрылымы
Ол мынадай интерфейстерді қамтамасыз етеді: ОҚТЖ аналогты абоненттік линия, ISDN (BRI және PRI), CATV,/Vx64 кбит/с, Е1 бөлінген линияның интерфейстерін, 2/4-сымды бөлінген линияның тоналды жиілігі, мәліметтерді тарату желісінің субжылдамдықтары ( 64 кбит/с тен төмен жылдамдықтар ), ADSL, Ethernet 10/100 Мбит/с, Е1 арналарының эмуляция интерфейстерін, Frame Relay. Сонымен қатар, ол абоненттік линияларды тестілеу функциясын атқарады.
ONU құрамындағы CATV блогы енгізілген оптикалық құрылғы болып саналады. Сондай ақ, басқа ONUға оптикалық сигналдарды таратуға арналған таратқыш бола алады.
Оптикалық таратудың енгізілген блогы SDH тарату жүйесінің немесе пассивті оптикалық желі блогы болып табылады.
Электрқоректендіру және қоршаған ортаның параметрлерін қадағалау блогы ONU ішіндегі электрқоректендіру құрылғыларын және қоршаған орта параметрлерін, сондай ақ CATV блогының жүмыс істеуін қадағалайды.
HONET рұқсат желісінің сыйымдылығы online режімінде де үлкейтіле алады. Жеке модульдерді енгізу және сыйымдылықты ұлғайту қызмет көрсету барысында жүргізіле береді, яғни сыйымдылықты үлкейту мүмкіндігі туғанда қызмет көрсету тоқтатылмайды. Модульдік құрылуға байланысты HONET рұқсат желісі плата, функционалды блок және модуль қосу әдістерін қолдана отырып сыйымдылығын ұлғайтады.
Қашықталған ONU қызметінің сенімді жұмысы үшін HONET рұқсат елісі мониторингтің жоғары функцияларын қолданады. Олар температура, ылғалдылық, есік ашылулар, қоректендірудің біріншілік көзі, аккумуляторлар және ONU басты басқару полкалары.
ONUға V5 интерфейсін беру керек болған жағдайда (немесе басқа қызмет түйінінің интерфейсін), PV8/PV4 басты бақылау блогы конфигурирленіп, V5 интерфейсін түрлендіру үшін қолданылады. Абоненттік блок функциясы - әртүрлі абоненттік интерфейстерді қамту, қызмет түйіндері жіберген әртүрлі қызметтерді орындау.
Абоненттік сыйымдылық пен қоршаған орта параметрлеріне қойылатын талаптарға байланысты HONET кең көлемде ONU блогының әртүрлі сыйымдылығын ( 80 нен 7000 абонентке дейін ) ұсынады. Қондырудың әртүрлі жағдайларына сай келетін ONU өндіріледі: ашық ауада және ғимаратта орнатылатын ONU түрлері.
Сыртта орнатылатын ONU су өткізбейді, олар салқын немесе жылы климатта жұмыс істеуге арналған. Рұқсатсыз енуден де қорғалған.
Басқару жүйесі
AN-NMS рұқсат желісінің басқару жүйесі желі құрылғысын басқарады және мынадай функцияларды орындайды: қабылдамауды (отказ), қауіпсіздікті, конфигурация мен жұмыстық сипаттамаларды басқару.
Ол мынадай элементтерден тұрады: ВАМ, операторлардың жұмыс станциялары, NMS ақпараттық қамтамасыз ету жүйесі және апаттыңсигнализациялар блогы. AN-NMS HONET жүйесі «клиент/сервер» архитектурасын қолданады. Бұл жағдайда ВАМ жұмыс станциялары мен рұқсат желісінің құрылғыларының байланысына жауап беретін сервер қызметін атқарады. Жұмыс станциясы ретінде ПО NMS жұмысы енгізілген жеке компьютер қолданылады. Сонымен қатар, ол толық анықтамалық қызметті де атқарады. Апаттық сигнализация блогы құрылғының жағдайы туралы дыбыстық және визуалдық апаттық сигнализациямен қамтамасыз етеді.
HONETте қолданылатын оптикалық тарату жүйесінің түрлері:
- енгізілген активті тарату жүйесі (SDH) OptiXTM155/622Н.
- 63 активті электрлік Е1 интерфейстерін, алтыға дейін STM-1 деңгейінің оптикалық тарату интерфейсін немесе үшке дейін STM-4 оптикалық деңгейінің интерфейсін қамтамасыз ететін кішігірім құрылғы.
- енгізілген пассивті тарату жүйесі (PON) HONET-PON16.
- 16ға дейін Е1 ағынын қамтамасыз етеді. Желі конфигурациясы «жұлдыз», «ағаш», «сақина», максималды оптикалық таралу коэффициенті 1:16. Бұл жағдайда «нүкте-нүкте» конфигурациядағы тарату қашықтығы - 50 км, ал «нүкте – көп нүкте» конфигурациядағы тарату қашықтығы - 30 км. Таралу каскадының беске дейінгі тізбегі мүмкін.
- Пассивті оптикалық желісінің енгізілген құрылғысы ATM (APON) HONET-APON155.
10/100М, CES E1, V.35 интерфейстерін және «жұлдыз», «ағаш», «сақина» конфигурациясын ұсынады. Бұл жүйе FTTC, FFTB, FTTO, FTTH рұқсаты үшін ең тиімді мультисервистік рұқсат әдісі болып табылады.
Қолданылуы. Қазіргі кезде «Huawei Technologies» компаниясы Қытай нарығында бірінші орында және оптикалық рұқсат желі құралдарын ұсынушы әлемдегі ең үлкен компанияның бірі. Бүкіл әлемде 30 млн. жуық HONET рұқсат құрылғылары орнатылған. Бұл құрылғы Гонконге, Қытай, Египет, Сауд Арабия, Перу және басқа елдерде кең қолданылады.
«Huawei Technologies» компаниясы 100ден жоғары үлкен және орта қалаларға интегралданған кең жолақты қызметтерді ұсынады. Мысалы, Қытайда 150 000 ден жоғары ADSL линиялары және 500 000 Ethernet порттары «Huawei Technologies» компаниясының рұқсат құралдарымен орнатылған, бұл Қытай нарығының 70 % құрайды.
2.14 Транспорттық желілерді «Huawei Technologies Co., Ltd» компаниясының құрылғылары негізінде құру
Қазіргі кезде транспорттық желілерді үш деңгейге бөлуге болады. Астыңғы деңгей үшін – рұқсат деңгейі – аз сыйымдылық, күрделі желі топологиясы тән. Бұл деңгейде негізінен STM-1 немесе STM-4 тарату деңгейінің құрылғылары қолданады.
Аумақтық деңгейде желі топологиясы негізінен STM-16, STM-4 немесе STM-1 тарату деңгейінің құрылғыларын қолданатын сақинадан тұрады. Ең жоғарғы, магистральді деңгейде желінің үлкен тарату сыйымдалығы қажет, онда ақпарат алыс қашықтыққа таратылады. Бұл деңгейде STM-16 тарату деңгейінің құрылғылары және SDH тарату құрылғылары қолданылады. SDH құрылғылары DWDM толқын ұзындықтарымен бөлінуінің жоғары тығыздықта мультиплекстенуінің негізінде жасалынып, тарату жылдамдығы 320G ге дейін жетеді.
«Huawei Technologies Co., Ltd» компаниясы, жас компания болғанымен, Қытай, әлемдік және Қазақстан нарығында да алдыңғы орынды алады.
Енді тек альтернативті байланыс операторлары ғана емес, электрбайланыстың ұлттық операторлары да «Huawei Technologies Co., Ltd» компаниясын ресей нарығындағы телекоммуникациялық құрылғыларды ұсынатын өзге де компаниялармен теңдей қарастырады.
Бұған дәлел, жас қытай компаниясы ірі тендерлерге қатысып, онда үлкен компаниялар арасынан ұтып шығуда. Операторлардың «Huawei Technologies Co., Ltd» компаниясын таңдауының бірден бір себебі: бұл компания қарқынды дамып келе жатқан, транспорттық желілердің жоғары сапалы құрылғыларын ұсынатын өндірістік - фирмалардың бірі.
Қолданылған әдебиеттер тізімі
1. Бочаров Р.В., Тихвинский В.О. Оценка окупаемости затрат на создание инфраструктуры сетей подвижной связи третьего поколения в опытных районах Российской Федерации // Мобильные системы. - 2001. - № 2. - С. 39-41.
2. Тихвинский В.О. Сети подвижной связи третьего поколения: экономические и технические аспекты развития в России. - М.: Радио и связь, 2002. - 312 с.
3. Тихвинский В.О. Оценка инвестиционных затрат на развитие сетей связи третьего поколения // Мобильные системы. - 2002. - № 10. - С. 36-41.
4. Тихвинский В.О., Исаев A.M. Прогноз тарифов на услуги подвижной связи 3-го поколения в России / Доклады международной конференции «Мобильная связь 3-гопоколения». -М. 2001.-Т. 1. -С. 106-114.
5. Тихвинский В.О. Регулирование и экономика подвижной связи / Под редакцией чл.- корр. РАН Ю.Б. Зубарева. - М.: Радио и связь, 2003. - 366
6. http://www.citforum.ru/hardware/mobile/wlan/index.shtml.
7. Шапоров В. Siemens - выход на массовый рынок мобильной передачи данных // Мобильные системы. - 2003. - № 2. - С. 30-37.
8. http://www.citforum.ru/hardware/mobile/nets/index.shtml.
9. Варакин Л.Е. Глобальное информационное общество: Критерии развития и социально-экономические аспекты. - М.: MAC, 2001.
10. Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. - Новосибирск: СП «Наука» РАН, 1998. Гл. 8.
11. Толковый словарь терминов по системам, средствам и услугам связи. - М.: Радио и связь, 2000. - 256 с.
12. ITU-T Recommendation G.803. Architecture of transport networks based on the SDH (06/97).
13. ITU-T Recommendation I.326. Function architecture of transport networks based on ATM. (11/95).
14. ITU-T Recommendation G.872. Architecture of optical transport networks. (12/98).
15. Нормы на электрические параметры цифровых каналов и трактов магистральной и внутризоновых первичных сетей. - М.: ЦНИИС, 1996. - 106 с.
16. Справочные материалы по вводу в эксплуатацию сетей тактовой сетевой синхронизации. - М.: «Сайрус Система», 2001. - 150 с.
17. Бакланов И.Г. Технология измерений первичной сети. Ч. II. Системы синхронизации. B-ISDN, ATM. - М.: ЭКО-Трендз, 2000. - 150 с.
18. ITU-T Recommendation G.902. Frameworks. Recommendation on functional access networks. Architecture and functions, access types, management and service node aspects. (11/95).