معرفی نسل‌ها و فناوری‌های شبکه‌های تلفن همراه

رشد سامانه های تلفن سیار، افزایش كاربران اینترنت و بالا رفتن انتظار و نیازهای كاربران مثل تقاضای دسترسی به اینترنت با كیفیت بالا از طریق سامانه های بی سیم، منجر به طراحی سامانه هایی شده است كه بتوانند این نیازها را برآورده كنند. كاربران خدمات مخابراتی در آینده، ترجیح می دهند كه خدمات مشابهی را كه از شبكه های ثابت دریافت می كنند از یك محیط بی سیم نیز در اختیار داشته باشند. البته انتظار نمی رود كه كاربران تمایل داشته باشند كه عملكرد بهتر را قربانی حركت پذیری بیشتر نمایند زیرادر هرصورت از ابزارهای مخابراتی ساكن هم استفاده خواهند كرد. بنابراین بهترین راه كار این است كه سامانه های بی سیم با شبكه های ثابت نیز مجتمع شده باشد، به همین منظور شبكه های بی سیم به سرعت در حال تكامل و حركت به سمت شبكه های تماما« IP هستند.
● شبكه های نسل ۱ ، ۲ و ۲‎/:۵
امروزه شبكه های گوناگون بی سیم با ویژگی های مختلف درحال ارائه خدمات به مشتركان هستند كه هریك از آنها مزایا و معایب خاص خود را دارند. (اولین سامانه مخابرات سلولی جهان در سال ۱۹۸۳ در آمریكا با نام AMPS شروع به كار كرد؛ این سامانه كه آنالوگ بود به تدریج در اكثر مناطق جهان مورد استفاده قرار گرفت و از آن به عنوان نسل اول مخابرات سیار یاد می شود). شبكه های تلفن همراه GSM كه در سال ۱۹۹۰ در اروپا آغاز به كار كرد نسل دوم مخابرات سیار بودند. در این شبكه ها زمان برقراری تماس با شبكه تا چندین ثانیه طول می كشد و سرعت آن به Kbps ۶/۹ محدود است. اما درGPRS زمان دسترسی، كمتر از یك ثانیه است و سرعت انتقال داده ها تا مرز kbps۱۷۰ نیز می رسد. همچنین سرعت انتقال داده ها درEDGE (یكی دیگر از شبكه های گسترش یافته GSM)، به kbps۳۷۰ ارتقاء یافته است. در نسل سوم سرعت انتقال اطلاعات به۲ تا Mbps ۱۰ و در نسل چهارم به ۲۰ تا Mbps۱۰۰ خواهد رسید. به همین دلیل از دیدگاه كاربران شبكه های GSM، سرعت انتقال داده بسیار پایین، برقراری تماس بسیار دشوار و زمان آن طولانی است.از نظر فنی مشكل از اینجا ناشی می شود كه خدمات بی سیم موجود براساس سوئیچینگ مداری كار می كنند. شبكه های سلولی نسل دوم مانندGSM، كه فقط برای انتقال صوت مورد استفاده قرار می گیرند، ذاتا« دارای فناوری سوئیچ مداری هستند و شبكه های نسل ۵/۲ مانند GPRS، مدل گسترش یافته شبكه های نسل دوم هستند كه از فناوری سوئیچ مداری برای انتقال صوت و از سوئیچ بسته ای برای تبادل داده استفاده می كنند.
در بخش رابط هوایی سوئیچینگ مداری، در كل طول تماس، یك كانال ترافیكی كامل به مشترك اختصاص داده می شود. این در حالی است كه در موارد ترافیك خوشه ای نظیر اینترنت، این كار بسیار ناكارآمد است. ولی در سامانه های سوئیچینگ بسته ای، یك كانال تنها در زمان مورد نیاز به كاربر اختصاص داده می شود و بلافاصله بعد از هر ارسال بسته ای، آزاد می گردد بنابراین كاربران مختلف می توانند از یك كانال فیزیكی بطور مشترك استفاده كنند. فناوری بسته ای GPRS برمبنای سامانه GSM موجود برای رفع این مشكل ابداع شده است بنابراین كاربران GPRS از سرعت دسترسی و نرخ داده بالاتری برخوردار می شوند.نكته دیگر اینكه در سامانه های مبتنی بر سوئیچینگ مداری، كاركرد بر اساس مدت زمانی كه كاربر به شبكه متصل است، محاسبه می شود چراكه پهنای باند فقط برای كاربر اختصاص داده شده است، بنابراین یك كاربر حتی برای زمانی كه اطلاعاتی مبادله نمی كند هم باید هزینه بپردازد. به همین دلیل این خدمات برای بیشتر مشتركین هزینه بسیار بالایی درپی دارد.
اما در GPRS كه مبتنی بر سوئیچینگ بسته ای است، كاركرد بر اساس حجم اطلاعات مبادله شده محاسبه می شود و مشترك می تواند مدت زیادی بدون اینكه بسته ای ارسال یا دریافت كند متصل باقی بماند و فقط هزینه مربوط به بسته های ارسالی و دریافتی را بپردازد زیرا فناوری سوئیچ بسته ای، پهنای باند را بیشتر مورد استفاده قرار داده و به بسته های هر كاربر اجازه رقابت برای بدست آوردن پهنای باند را می دهد بنابراین خدمات مختلف GPRS مثل دسترسی به پست الكترونیكی، وظگب و سایر خدمات داده ای در كنار خدمات صوتی برای كاربران مقرون به صرفه تر خواهد بود. با این تفاصیل، می توان گفت كه حركت به سمت استفاده از سوئیچ بسته ای و به تبع آن شبكه های IP یك امر طبیعی است.
● شبكه های نسل ۳ و :۴
شبكه های نسل سوم مانند UMTS قصد داشتند مشكلات متعددی را كه نسلهای ۲ و ۵/۲ با آن روبرو شده بودند برطرف كنند. همان طوری كه گفتیم، از جمله این مشكلات، سرعت های پایین ارسال، قیمت زیاد و وجود فناوری های ناهمخوان و سازگارناپذیر (TDMA/CDMA) در كشورهای مختلف است. بنابراین، به منظور فعال سازی استفاده از خدمات چندرسانه ای جدید، حتی پهنای باندها نیز باید با كمترین هزینه نسبت به سامانه های پیشین ارائه شوند. انتظاراتی كه از نسل ۳ وجود داشت، افزایش پهنای باند بهKb/s ۱۲۸ در ماشین ها وMb/s ۲ در كاربردهای ثابت بود. ولی در واقعیت، خروجی نسل سوم نه روشن بود و نه مشخص. البته یك قسمت از این مشكل به استفاده تامین كنندگان و ارائه دهندگان شبكه ها از استانداردهای مجزا برای نگهداری و پشتیبانی سامانه ها برمی گردد زیرا بدنه این استانداردها باعث ایجاد تفاوت هایی در فناوری واسط های هوایی می شود. در ضمن سوالات مالی متعددی هم وجود دارد كه باعث تردید در مرغوبیت شبكه های نسل ۳ می شود و این نگرانی وجود دارد كه در بسیاری از كشورها، نسل ۳ مورد توجه واقع نشود.این نگرانی ها در نهایت باعث ایجاد رقابت و تمایل به استفاده از فناوری های بی سیم نسل چهارم شد.
شبكه های نسل چهارم یا G۴، نامی است كه به سامانه های سیار مبتنی برIP كه دسترسی را از طریق یك مجوعه از واسطه های رادیویی تامین می كنند، داده شده است. این شبكه ها متكی بر فناوری های سوئیچ بسته ای هستند و به طور كلی مبتنی بر مجموعه پروتكل IP در هر دو بخش شبكه های باسیم و بی سیم هستند. شبكه G۴ برقراری بهترین خدمات اتصال فراگشت بی سیم را تعهد می كند و از طرف دیگر چندین واسط دسترسی رادیویی مانند:HIPERLAN ءWA ، GPRS جایگاه مدیریت حركت پذیری در شبكه های بی سیم بحث مدیریت حركت پذیری به واسطه تامین یك ارتباط مستمر برای گره هایی كه نقطه اتصال خود به شبكه را تغییر می دهند، مطرح شده است. با توجه به رشد روزافزون پایانه های همراه و احتیاج به جابه جایی بین شبكه های بی سیم با فناوری های مختلف، پشتیبانی از حركت پذیری (در یك شبكه و بین شبكه های مختلف) تبدیل به یكی از خدمات موردنیاز و ضروری برای شبكه های تجاری و نظامی شده است. بنابراین در سالهای اخیر، تلاشهای زیادی در جهت توسعه طرح های مدیریت حركت پذیری موجود و ارایه روش های جدید با در نظر گرفتن استانداردهایی از جمله IETF ، ۳GPP و IEEEانجام گرفته و روشهای متفاوتی برای محیط های مختلف پیشنهاد شده است كه این روش ها برای همسازی بین درجه های مختلف حركت پذیری گره ها، مشخصات ترافیكی و احتیاجات Qos طراحی شده اند.
● شبكه های بی سیم، حركت پذیری و :IP
از آنجایی كهIP با هدف حركت پذیری طراحی نشده بود، مشكلات زیادی برای پیاده سازی شبكه های بی سیم تماما IP به وجود آمد. اولین مشكل این بود كه در داخل یك شبكه IP یك آدرس IP هم برای شناسایی گره و هم برای شناسایی محل آن استفاده می شود. بنابراین وقتی كه یك گره سیار در داخل یك شبكه حركت می كند، آدرس IP آن باید تغییر كند كه این مشكل در طرح های متعددی از جمله MIP عنوان شده است.طرح MIP سازوكاری را پیشنهاد می كند كه در آن به گره های سیار اجازه می دهد كه نقطه اتصال خود و در نتیجه آدرس IP خود را در داخل شبكه تغییر دهند. البته باید توجه داشت وقتی كه MIP طراحی شد، شبكه های بی سیم تماما IP در نظر گرفته نشده بودند و برخی ازسازو كار هایی كه به وسیله MIP استفاده می شود، مناسب این گونه شبكه ها نیست. به عنوان مثال قابل پیش بینی بود كه صدا به عنوان یك سرویس مهم در شبكه های بی سیم باند پهن همچنان مطرح باشد و به منظور پشتیبانی مناسب صدا روی IP ، شبكه باید تاخیر كم و تغییرات تاخیر كم را بر بسته های صدا داشته باشد كه این تاخیرهای كم حتی در صورتیكه كاربرتلفن همراه قصد فراگشت داشته باشد نیز باید تامین شود (یعنی وقتی كه از یك ایستگاهBS به ایستگاه دیگری می رود) بنابراین گره سیار باید قادر باشد كه به سرعت، آدرس IP خودش را در حین انجام فراگشت تغییر دهد.

منبعwww.tcwmagazine.com

منبع : روزنامه ابرار اقتصادی