Base-2 - тонкий Ethernet (Thin Ethernet, Cheapernet)

Мережа мала шинну багатосегментну топологію. Для приєднання станції до мережі використовують BNC Т-з'єднувач (рис. 6.4). У мережі застосовують дешевий кабель RG 58C/U. Цей кабель погано за-

хищений від завад, контакти його приєднання до станцій ненадійні та не-захищені від дій

користувача. Порушення контакту спричинює розрив мережі. Максимальна довжина одного сегмента становить 185 м.

10Base-T- Ethernet на скрученій парі (Twisted Pair Ethernet)

Топологія з'єднань-розподілена зірка (рис. 6.5). Максимальна віддаленість станції до концентратора - 100 - 160 м.

Base-F — волоконно-оптичний Ethernet (optical fiber Ethernet)

Мережа, побудована на волоконно-оптичному кабелі забезпечує повну гальванічну ізоляцію. Максимальна відстань передавання - до 2 км. Забезпечує тільки двопунктове сполучення (point-to-point

connection), тому його використовують, як звичайно, тільки для магістраль* них ліній як доповнення до Ethernet на скрученій парі.

Дуплексний Ethernet

Наприкінці 1993 р. фірма Каїрапа запровадила дуплексну технологію Ethernet. Ця мережа складається з двох каналів, що мають швидкість передавання 10 Мбіт/с. Один з них використовують для приймання, а другий - для передавання двопунктовим сполученням. Сумарна швидкість становить 20 Мбіт/с. Найбільшої ефективності дуплексного Ethernet можна досягти, якщо збалансувати завантаження обох напрямів. Водночас, якщо навіть розглядати передавання в одному напрямі, то вислідна пропускна здатність дуплексного Ethernet буде вищою, оскільки не виникає колізій. Типовий варіант використання дуплексного Ethernet - канал між комутатором та сервером.

Структура кадру та порядок роботи

Типова мережа lOBase Ethernet передбачає приєднання 1024 робочих станцій, діаметр мережі близько 1000 м (з повторювачами). У ній застосовують манчестерське кодування. Затримки передавання інформації для мережі Ethernet випадкові та залежать від загального наван-таження.Формат кадру мережі Ethernet показано на рис. 6.6.

Мінімальна довжина кадру становить 64 байти, а максимальна -1518. Довжина кадру обмежена знизу тим, що тривалість передавання кадру у мережі, згідно з вимогами стандарту ІЕЕЕ-802.3 (для надійного виявлення колізій), не може бути меншою, ніж подвоєна тривалість поширення сигналу між двома найвіддаленішими станціями. Отже, мінімальна довжина кадру обмежує довжину (діаметр) мережі. Визначення максимальної довжини кадру випливає з потреби зменшення колізій, оскільки експериментальне доведено, що в разі довжини кадру понад за 1500 байтів імовірність виникнення колізій різко зростає.

Мережа Fast Ethernet

Поява швидкісної локальної мережі Fast Ethernet зумовлена розвитком комп'ютерної технології, потребами застосувань щодо швидкоді

та обсягів інформації для передавання. Специфікацію Fast Ethernet подано в комітет IEEE 802 у листопаді 1992 р. і затверджено як стандарт IEEE 802.3u. На сьогоднішній день мережі Fast Ethernet найбільш популярні, хоча існує тенденція до поступового переходу локальних мереж на наступну за рівнем швидкості технологію - Gigabit Ethernet.

Мережі Fast Ethernet мають топологію "розподілена зірка", для сполучення використовують скручену пару різних категорій та концентратори. Замість скрученої пари можна застосовувати й волоконно-оптичні кабелі. Коаксіальні кабелі специфікація не підтримує. Відстань між мережевим концентратором та робочою станцією не повинна перевищувати 100 м.

концентратором та робочо Максимальна відстань між двома станціями в мережі - 210 м. Між двома станціями не може бути більше двох повторю- І вачів. Використовуючи ' стекові повторювачі, мости, маршрутизатори та комутатори, до мережі можна приєднати необмежену кількість сегментів Fast Ethernet (рис. 6.7). Залежно від типу кабе-

оалсжни від типу каие-лю є кілька варіантів 100Base-T Fast Ethernet.

-Ь 100BaseTX передавання даних відбувається по двох парах дротів скрученої пари категорії 5;

•Ь 100BaseT4 — використовується чотири пари дротів скрученої пари категорії3;

•^ 100BaseFX ~ мережа побудована на волоконно-оптичному кабелі. Мережа працює у вікні передавання 1300 мкм;

•^ 100Base-SX. Використовують багатомодовий оптоволоконний кабель. Мережа працює у вікні передавання 850 мкм.

Центральним пристроєм мереж Fast Ethernet є концентратор. Стандарт 802.3и визначає два класи концентраторів І та II. Концентратори-повторювачі приймають сигнал на одному з портів та ретранслюють його на всі інші порти. Ця операція спричинює деяку затримку у поширенні сигналу. Параметр затримки визначений стандартом для кожного з класів.

Повторювачі класу І повністю декодують аналоговий сигнал, перетворюючи його у цифрову форму. Тому вони можуть мати порти різних форматів 100BaseT4,100BaseTX, 100BaseFX, їх ще називають трансляційними повторювачами. Концентратори класу II просто ретранслюють аналоговий сигнал на всі вихідні порти, крім порту, з якого він надійшов. З цього випливає, що затримка сигналу в концентраторах класу II менша, і концентратори класу II можуть мати порти тільки одного типу.

Два концентратори класу II сполучають через спеціальний uplink-порт, що розміщений на одному концентраторі (з інтерфейсом MDI-X), та звичайний порт, що є на другому (з інтерфейсом MDI). Довжина з'єднувального кабелю - до 5 м.

Один сегмент мережі може містити концентратори тільки одного типу. В сегменті може бути один концентратор класу І або два концентратори класу II.

Чим зумовлені обмеження щодо довжини сегмента та кількості концентраторів у ньому? Щоб відповісти на це питання, треба розглянути структуру затримок у сегменті.

Тривалість поширення сигналу на відстані 100 м по скрученій парі становить 0,55 мкс та не залежить від швидкості передавання даних у мережі. Тривалість затримки у концентраторі - приблизно від 0,35 до 0,7 мкс залежно від класу концентратора. Мережева плата спричинює затримку в 0,25 мкс.

Для коректної роботи мережі Ethernet треба, щоб подвоєна тривалість передавання сигналу від одного краю сегмента до іншого не перевищувала тривалість передавання кадру мінімальної довжини.

Якщо ця умова не виконуватиметься, то тривалість колізії буде дорівнювати тривалості передавання кадру найменшої довжини, що у мережі 100BaseT становить 5,12 мкс.

Мережа Gigabit Ethernet

Мережі Fast Ethernet та Gigabit Ethernet є логічними розширеннями Ethernet. Однак обидві технології ґрунтуються на вирішеннях інших швидкісних технологій. Наприклад, фізичний рівень FDDI був запозичений та адаптований для Fast Ethernet. Аналогічно Gigabit Ethernet скористалася фізичним рівнем технології Fiber Channel, що дає змогу

досягти швидкості передавання близько 800 Мбіт/с, однак завдяки збільшенню швидкості передавання сигналу до 1,25 Гбіт/с потенційна швидкість передавання становитиме 1 Гбіт/с.

Одразу після затвердження у червні 1995 р. стандарту 100Base-T, вузьким місцем локальної мережі стали магістральні сполучення. Тому групі з вивчення швидкісних технологій було доручено розглянути наступний рівень Ethernet. У липні 1996 р. інженерна група IEEE-802.3z почала розробку стандарту Ethernet зі швидкістю 1000 Мбіт/с. Стандарт Gigabit Ethernet IEEE-802.3z у частині, яка регламентує використання волоконно-оптичного кабелю, затверджено 25 червня 1998 р. Специфікація застосування скрученої пари виділена в окремий стандарт ІЕЕЕ-802.3аЬ. Головна організація підтримки технології - Gigabit Ethernet Alliance (GEA), що об'єднує вже понад 80 фірм.

Для передавання інформації у 1000 Base Ethernet запропоновано такі вирішення:

т> 1000Base-SX. Використання багатомодового волоконно-оптичного кабелю, передавання даних на максимальну відстань 275 м (або 550м, із застосуванням повторювала);

•^ 1000base-LX. Використання як багатомодового, так і одномодово-го волоконно-оптичного кабелю. В останньому випадку можна передавати дані на відстань до 5000м;

••> 1000base-LH- одномодовий волоконно-оптичний кабель на відстань до 100 км;

•ї 1000Base-CX. Для передавання на відстань до 25 м; застосовують коаксіальний кабель;

•^ lOOOBase- Т. Використовують скручену пару категорій 6, 7. Максимальна відстань передавання - 100 м. Максимальний розмір домену колізій - 200 м.

Аналогічно до старого Ethernet в Gigabit Ethernet використовують МДКН/ВК метод доступу. Водночас збільшення швидкості передавання та частоти призводить до більшого згасання і меншої допустимої довжини сегмента. У Gigabit Ethernet цю проблему вирішують застосуванням повнодуплексних повторювачів, збільшенням міжкадрового проміжку з 64 (тривалість передавання 64 байт) до 512 байт. Запропоновано також збільшити мінімальну довжину пакета з 64 до 512 байт, а максимальну - з 1500 до 9000 байт. Порівняно з Fast Ethernet змінено схему кодування. Зокрема, 1000Base-T використовує п'ятирівневе ко-

ЇГ^-------- II

дування, а для зменшення впливу завад - восьмирівневий метод корекції помилок (4D Trellis Forward Error Correction). Сигнал має не два логічні рівні (0/1), а п'ять: -2, -1,0,1,2. Інформаційні біги кодовані як - 2/2 та -1/1, а 0 застосовують для контролю та корекції помилок.

Частота синхронізації сигналів 1000Base-T становить 125 МГц. Використовують усі чотири пари дротів скрученої пари. Отже, швидкість передавання 125 • 4 = 500 Мбод. Один імпульс передає 2 біти. Швидкість передавання даних 500 -2=1 Гбіт/с.

Мережа lOGigabit Ethernet

З 2002 р. діє стандарт IEEE 802.3ae. Він визначає технологію передавання зі швидкістю 10 Gb/s, збереженням формату та мінімальних і максимальних розмірів кадру ІЕЕЕ-802.3.

•Ь діє для дуплексного призначеного двопунктового каналу;

т> підтримує зіркову топологію;

-> використовувана не тільки в каналах локальних мереж, а й для спряження з глобальними мережами (SDH, SONET),

•¥ на відміну від GE, який працює як в напівдуплексному, та і е дуплексному сполученні, 10GE працює тільки в дуплексному сполученні. Цим знято проблему підтримки МДКН/ВК, обмеженості відстані та мінімальної довжини кадру;

-> підтримка формату кадру Ethernet забезпечує узгодженість з мережами Ethernet та непотрібність перетво-______ рення потоків.

Розглядають варіанти послідовного та паралельного передавання.

У паралельному передаванні вводять додатковий підрівень у реалізацію фізичного рівня (Distributor/Collector), який розбиває кадри та інтервали між ними на частини і передає в паралельні канали. Схема складна, потребує більше обладнання, не Завжди сумісна З кабельними інфраструктурами, однак використовує дешевші лазери та схемну логіку.

Обмеження на відстань передавання в мережі 10GB Etrhernet виникають через характеристики середовища передавання та пристрої передавання. Визначенотакі варіанти мережі:

Тенденції розвитку архітектури Ethernet

Сьогодні Ethernet - найпоширеніша архітектура організації ЛМ. Така мережа проста в організації та експлуатації. Суттєвим недоліком мереж Ethernet є негарантування тривалості доставлення кадру, невелика пропускна здатність за високих навантажень. У Ethernet-мережах реальна пропускна здатність не перевищує 50 - 60 % від максимальної. Тому для організації магістральних мереж з високим трафіком доцільніше застосовувати архітектури FDDI, ATM, які забезпечують ефективніше використання пропускної здатності каналу. Незважаючи на ці недоліки, Ethernet-технологія завдяки простоті ідеально придатна для організації невеликих та середніх мереж. Власне для Ethernet-мереж сьогодні активно розвиваються технології комутації локальних мереж та віртуальних ЛМ, що дає змогу значно подолати обмеження Ethernet щодо пропускної здатності. Мережа Ethernet завдяки оптимальному співвідношенню вартість/продуктивність та простоті стала головним стандартом для локальних мереж.

6.2. Локальні мережі Token Ring

&Локольна мережа Token Ring (TR) - це мережа кільцевої топології з ретрансляцією та маркерним методом доступу.

її розробив у 60-х pp. шведський інженер Олаф Содерблом. Запатентована в 1981 р. У 1985 р. прийнято стандарт IEEE 802.5 для мережі Token Ring зі швидкістю 4 Мбіт/с. Сьогодні є два варіанти цієї мережі -зі швидкостями передавання 4 та 16 Мбіт/с. Влітку 1998 р. затверджено стандарт IEEE 802.5t мережі Token Ring зі швидкістю 100 Мбіт/с. Розробляють варіант і на 1000 Мбіт/с. Власником та розробником мережі Token Ring є фірма IBM.

Топологічна структура й алгоритм функціювання

Топологічна структура Token Ring кільцева (рис. 6.8). Окремі станції приєднані через свої мережеві адаптери (Network Interface Card (NIC)). В адаптерній платі є кілька мікросхем, які виконують програмні функції керування передаванням даних у мережі. Комплект програм адаптер-ної плати називають агентом. Агент безпосередньо взаємодіє з протоколом рівня сесій Netbios. Адаптерна плата приєднана до пристроїв багатостанційного доступу (Multistation Access Unit (MAU)) через спе-

ціальний абонентський кабель (lobe cable). Пристрої MAU мають по кілька роз'єднувачів для приєднання станцій і по два для приєднання у кільце. Якщо роз'єднувач станції порожній, то контакт у MAU замкнений і кільце замкнене. У випадку приєднання станції до MAU роз'єдну-

вач розмикається і станція "потрапляє" у кільце. MAU також сполучені між собою. Для передавання даних використовують чотирипрово-дову лінію (одне кільце резервне).

У мережі Token Ring реалізовано маркерний метод доступу для мереж з ретрансляцією.

^Маркер - трибайтовий кадр, що циркулює кільцем.

Станція, яка одержала маркер, усуває його з мережі і передає свій інформаційний кадр, що робить повне коло мережею та повертається

до станції, яка його передавала. Ця станція усуває Інформаційний кадр з мережі і передає маркер. Замість інформаційного LLC-кадру може бути переданий службовий МАС-кадр.

Мережа Token Ring сьогодні уступила мережі Ethernet. Це зумовлено складністю технології Token Ring в експлуатації та адмініструванні, більшою вартістю обладнання, відсутністю швидкісних варіантів цієї мережі. Незважаючи на появу комутованого TR, цей варіант мережі менш гнучкий і коштує більше, ніж комутований Ethernet. Невелика кількість портів у комутаторах Token Ring та невелика пропозиція на ринку зумовлюють суттєві проблеми в організації магістралей між мережами TR. Для цього доводиться застосовувати інші технології (FDDI або ATM). Головний напрям міграції - комутований Ethernet.

6.3. Мережа FDDI

Стандарт локальних мереж FDDI (Fiber Distributed Data Interface) належить до перспективних вирішень, що їх підтримують головні виробники комп'ютерної техніки. Його розробили спеціалісти групи ХЗТ59.5 ANSI. З погляду топології мережа FDDI є подвійним волоконно-оптичним кільцем (друге кільце резервне). Швидкість передавання інформації у ній становить 100 Мбіт/с. Кожне кільце FDDI має довжину до 200 км. Окремі вузли мережі не можуть перебувати один від одного на відстані понад 2,5 км. Максимальна кількість станцій мережі - 1000. Мережі стандарту FDDI трактують, як перехідні між ЛМ (LAN) та міськими мережами (MAN) стандарту DQDB.

Головне середовище передавання FDDI -волоконно-оптичні кабелі. Водночас є розробки цієї мережі для роботи з мідним дротом - SDDI та CDDI. SDDI підтримує передавання даних екранованою крученою парою (STP). Максимальна відстань передавання -100 м. CDDI передбачає використання як екранованої, так і неекранованої скрученої пари.

FDDI максимально відповідає Token Ring, однак має і відмінності, зумовлені потребою збільшити швидкість передавання.

У мережі FDDI використано схему кодування 4В5В, яка кодує 4-бітові комбінації даних у 5-бітові комбінації світлових імпульсів так, що для передавання даних зі швидкістю 100 Мбіт/с реалізована швидкість передавання сигналів 125 Мбіт/с.

На відміну від мережі Token Ring, у FDDI маркер передається відразу ~~І_—.І~~

після передавання кадру станції, без очікування на повернення кадру кільцем. FDDI не використовує полів пріоритету та механізму резервування Token Ring. Натомість кожна станція класифікована, як асинхронна (що не ставить жорстких вимог до часу доступу) і синхронна (яка ставить такі вимоги)

Мережу FDDI найчастіше використовують для побудови магістральних мереж. Робочі станції, як звичайно, приєднані до портів концентраторів FDDI. Від'єднання будь-якої станції не спричинює зупинки в роботі мережі.

6.4. Мережа Fiber Channel

bFiber Channel (FC) - стандарт швидкісного передавання даних, який розробляють A NSI за підтримки IBM та HP. Це швидкісна мережа з дуплексним передаванням даних на відстань до 10км. Середовищем передавання, крім волоконоо-оптичного кабелю можуть бути скручена пара та коаксіальний кабель.

Для Fibre Channel визначено три топології (рис. 6.9):

"^ двоточкова;

^> арбітражна петля;

^ комутована структура (Fabric).

У двопунктовому з'єднанні два пристрої сполучені двома каналами, що передають дані в різних напрямах.

Арбітражна петля має кільцеву топологію. До кільця можна під'єднати до 127 пристроїв. У кожен момент часу працює тільки одна ланка передавання у кільці. У випадку конкуренції за доступ до мережі відбувається процедура арбітражу, у якій перемагає станція з найменшою адресою.

Комутована структура використовує для приєднання комутатори. До такого комутатора можна приєднати до 16 млн. пристроїв з різними швидкостями та середовищами передавання. Одночасно можливе передавання у багатьох сполученнях.

Класи сервісу

Технологія Fibre Channel підтримує декілька класів сервісу на рівні комутаторів Fibre Channel без додаткових налаштувань. Головними є класи сервісів 1, 2, 3. Усього ж налічують шість або сім класів. Клас Intermix не має свого номера, і часто його не вважають окремим класом.

Клас 1 визначає сервіс зі сполучення та гарантованим доставленням. Сполучення є призначеним, під час його дії інші пристрої не можуть зв'язатися із задіяними портами. Клас 1 найбільше придатний для передавання великих обсягів даних, наприклад, для резервного копіювання.

Клас 2 надає послугу з передавання без налаштування сполучення, проте з гарантованим доставлянням. Кожен кадр комутується незалежно від інших і може передаватися різними шляхами. Клас 2 відповідає нерегулярному трафіку локальних мереж.

Клас 3 подібний до класу 2, проте не гарантує доставлення. Він підходить для багатоадресного розсилання. Інші класи не вважаються само-стійними, а є підвидами головних класів.

Технологія Fiber Channel, колись розроблена для передавання даних між мейнфреймами, нині відроджується. Перш за все її використовують у мережах збереження даних (SAN).

6.5. Кабельні вирішення локальних мереж. Структуровані кабельні системи

В адміністративному або офісному будинку, як звичайно, монтують структуровану кабельну мережу, яка має деревоподібну структуру.

^ компуснийрозподілювач (Campus Distributor) CD;

^ магістральна кампусна система;

^ будинковий розподілювач (Building distributor) BD;

<з> м ^

^ магістральний кабель будинку

^ поверховий розподілювач (Floor distributor) FD; ^ горизонтальний кабель (horizontal cable);

^ пункт переходу (зміна типу кабелю, Consolidation

point) (необов'язково);

—-^ телекомунікаційний роз'єм (Telecommunications
Розподілювачі ставлять в окремі апаратні кімнати або шафи. Інтерфейси для приєднання активного обладнання та для кросуван-ня розташовані на кінцях кожної підсистеми.

Нормативи та обмеження;

*t> на кожні 1000м² площі офісу повинен бути хоча б один FD. Також:

один FD повинен бути і на кожен поверх. Якщо ж на поверсі є мало користувачів, то допускаєють використання FD суміжного поверху;

*ї> У багатьох країнах ставлять двароз'єми на кожні 10м² офісу. Для кожної робочої ділянки повинно бути мінімум 2 роз'єми;

Ч> Обмеження на довжину з'єднань (рис. 6.11).

А+В+Е <= 10м- загальна довжина кабелю робочої ділянки, обладнаний та раісЗІ*корда горизонтальної підсистеми;

Ста D <= 20 м - Іїатч-корди на BD та CD;

F та G <= ЗО м - кабелі приєднання обладнання до BD та CD.

Стандартом ISO/IEC 11801 розглянуто тільки кабелі категорій 5, 6, 7(D,E,F).

У межах однієї підсистеми дозволено використовувати компоненти різних категорій, однак тоді категорію системи визначають за найнижчою категорією компонента.

Максимальна довжина горизонтальної кабельної підсистеми становить 90 м незалежно від середовища передавання.

Підсистеми СКС

Інколи у структурованій кабельній системі виділяють такі підсистеми: ^•вертикальну; ^керування; ^горизонтальну; Ч> робочого місця.

*Ь Вертикальна підсистема - це швидкісна міжповерхова магістраль. її головно будують з використанням волоконно-оптичного кабелю або скрученої пари. Для побудови магістралей застосовують мережі FDDI, комутований Fast-Ethernet, Gigabit Ethernet та ін.

Підсистему керування монтують на кожному поверсі. Вона складається з комутатора та комутаційної панелі. З використанням підсистеми керування адміністратор мережі перекомутовує окремі порти комутатора та розетки на поверсі. Комутатор та комутаційна (крос) панель розміщені в окремій шаф

*Горизонтальна підсистема - це кабельна мережа між: комутаційною панеллю та підсистемою робочого місця. Для неї найчастіше застосовують скручену пару. Горизонтальну поверхову кабельну мережу монтують у спеціальних пластикових коритцях.

Підсистема робочого місця складається з розеток RJ/45 та комутаційних шнурів якими приєднані комп'ютери (patch cord).

Структурована кабельна система, незважаючи на великі капітальні затрати, гнучкіша в експлуатації. Вона дає змогу однією й тією ж кабельною системою передавати інформацію різного типу: ^-телефонні сигнали, >дані, >відеоінформацію охоронних систем тощо. Термін служби структурованої кабельної системи 10-15 років, що значно перевищує термін служби простих та комбінованих мереж. Структуровану кабельну систему прокладають, як звичайно, під час будівництва будинку офісу, її вартість закладена в капітальних витратах будівництва.

Прості кабельні з'єднання можуть прокладати спеціалісти середньої кваліфікації, в тому числі і представники фірми-замовника. Створити структуровану кабельну систему набагато складніше, це повинні вико-

нувати представники спеціалізованої фірми. Під час побудови такої системи всі її компоненти (кабелі, комутатори, панелі, розетки, шнури тощо) і система у цілому повинні пройти сертифікацію на відповідність певній категорії або класу (наприклад, категорії 5, класу D). На ринку закінчені структуровані кабельні вирішення пропонують фірми MOD-TAP, Reichle&deMassari (Freenet), AT&T (SYSTIMAX), Northen Telecom (IBDN) та ін.

f?J ТЕСТИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. В яких сполученнях корпоративної мережі ви використали би Gigabit
Ethernet:

а) для сполучення мереж двох будинків;

б) для сполучення поверхів одного будинку;

в) для приєднання робочої станції до розетки;

г) для приєднання до брандмауера;

д) для горизонтальних сполучень у межах поверху.

2. Кодування 4В5В:

а) перетворює кожні півбайта у п 'ять бітів;

б) використовується для підвищення вислідної швидкості пере
давання;

в) використовується для кращого захисту від завад;

г) використовується у мережі 100Base-TX.

3. Мережа 100Base-TX:

а) використовує чотири пари дротів скрученої пари;

б) використовує дві пари дротів скрученої пари;

в) використовує оптоволоконний кабель;

г) використовує одну пару дротів.

4. Через що обмежена довжина:

а) одного сегмента мережі Ethernet;

б) мережі з декількох сегментів.

5. У методі доступу МДКН/ВК:

а) станція передає тоді, коли отримала завдання на передавання;

б) станція прослуховує канал та передає тоді, коли канал вільний;

в) станція передає тоді, коли отримала дозвіл на передавання;

г) конфлікти передавання вирішуються процедурою арбітражу. ТЕМА?

БЕЗП

НІ МЕРЕЖІ

7.1. Загальна характеристика та класифікація

Останніми роками напрям безпровідних комп'ютерних мереж зазнав бурхливого розвитку. Це пов'язано з поширенням блокнотних комп'ютерів та дедалі більшою популярністю систем класу "персональний секретар" (Personal Digital Assistant (PDA)), розширенням функціональних можливостей стільникових телефонів та комунікаторів. Такі системи повинні забезпечити ділове планування, розрахунок часу, зберігання документів та підтримку зв'язку з віддаленими станціями. Девізом цих систем стало "anytime, anywhere", тобто надання послуг зв'язку незалежно від місця та часу. Крім того, безпроводові канали зв'язку актуальні там, де неможливе або дороге прокладання кабельних ліній та значні відстані.

^ Технології безпровідних та мобільних комунікацій сьогодні - це

галузь телекомунікацій, яка найбільш динамічно розвивається. Спільним для всіх безпровідних мереж: є використання для передавання електромагнітних хвиль і відсутність кабелів.

Залежно від технологій та передавальних середовищ, які використовуються, можна визначити такі класи безпровідних мереж:

*1> інфрачервоні системи;

^ мережі стільникової телефони;

\ мережі радіодіапазону;

^ VWB мережі;

% системи з використанням супутників;

**> системи лазерного зв 'язку.

Вбдночас, бкремі безпровідні технології використовують для побудови мереж різного призначення та сфери дії:

•> Інтерфейснімережі (Irda, UWB, Bluetooth);

г> Малі локальні мережі (Bluetooth, UWB);

•> Локальні мережі (Wi Fi);

••> Регіональні (WiMAX);

•^ Глобальні (мережі стільникової телефонії, супутникові канали).

Головним ресурсом безпровідної мережі є виділений для неї діапазон частот. Цей діапазон частот треба найбільш ефективно використати для передавання. В безпровідних мережах використовують такі методи доступу як FDMA (Frequency Division Multiple Access) - коли весь частотний діапазон розділено на піддіапазони для окремих передавань, TDMA (Time Division Multiple Access) системи з розподілом часу, коли інтервал передавання поділяють на окремі часові слоти.

Значна кількість технологій безпровідних мереж використовує SST (Spread Spectrum Technology) де використано розподіл сигналу за спектром частот. Це дає змогу значно підвищити пропускну здатність каналу завдяки більшій завадостійкості. Технологію SST уже тривалий період використовують для військових потреб. Є два різновиди мереж SST:

> FH-SS. Приймач та передавач синхронно перескакують з частоти
на частоту;

> DH-SS. У кожний момент часу сигнал "розмазано " по широкому
діапазону частот.

Технологія SST дає змогу не тільки збільшити пропускну здатність мережі, а й ліпше реалізувати захист інформації від прослуховування. Для зовнішнього спостерігача така інформація виглядає як "білий шум".

7.2. Технологія інфрачервоного діапазону IrDA

Системи на базі інфрачервоних каналів відрізняються невеликою вартістю приймачів та передавачів (від 1,5 до 4,5 дол. США), високими швидкостями передавання. Передавання відбувається у межах прямої видимості на дуже короткі відстані (декілька метрів).

Стандартизацією мереж інфрачервоного діапазону займається Infrared Data Association (IRDA). Нею визначено комплекс наступних стандартів, які в сукупності і визначають IRDA технологію передавання.

IrPHY (Infrared Physical Layer Specification) визначає фізичний рівень передавання.

Головними параметрами, що визначаються специфікацією фізичного рівня є > відстань, >кут та >швидкість передавання. Інфрачервоний

сигнал передається у вигляді коротких імпульсів, потужність яких по-

слаблюється залежно від відстані та кута відхилення від лінії прямої видимості. Стандарт визначає максимальну відстань передавання до 1 м., але існують пристрої, що працюють і на відстані декількох метрів. Пристрої LrDA також не можуть зближатися впритул, тому що чутливий приймач може "засліплюватися" сигналом передавача. Найкращою вважається відстань у 5 - 60 см на лінії прямої видимості.

Робота ланки передавання відбувається у напівдуплексному режимі -пристрої швидко перемикаються між режимами передавання та приймання. Неможливість реалізації дуплексного режиму пояснюється тим, що приймач пристрою "засліплюється" сигналом передавання того ж пристрою.

Базові швидкісні режими називають SIR, MIR та FIR. SIR (Serial Infrared) працює з набором швидкостей (9600 біт/с, 19,2 кбіт/с,..., 115,2 кбіт/с), які визначені ддя послідовного інтерфейсу RS 232C. MIR (Medium Infrared) працює зі швидкостями 0,57 та 1,15 Мбіт/с. FIR (Fast Infrared) визначає швидкість у 4 Мбіт/с. Розробляються стандарти, що підтримують швидкісні режими VFIR (Very Fast Infrared) - 16 Мбіт/с та UFIR (Ultra Fast Infrared) - 100 Мбіт/с.

IrLAP (Infrared Link Access Protocol) - протокол канального рівня. Виконує функції контролю доступу, пошуку партнерів для передавання. Для кожного передавання IrLAP визначає ролі пристроїв. Один з пристроїв стає первинним, а інші - вторинними. Первинний пристрій дозволяє вторинним передавати.

IrLMP (Infrared Link Management Protocol) - це протокол керування, який поділяють ще на два підрівні: LM-MUX (Link Management Multiplexer) та LM-IAS (Link Management Information Access Service).

LM-MUX дозволяє створювати декілька логічних каналів передавання та визначає порядок зміни ролей первинний/вторинний для пристроїв. LM-IAS підтримує список сервісів, які надаються пристроєм.

Tiny TP (Tiny Transport Protocol) ~ необов'язковий протокол, який реалізує передавання довгих повідомлень, їхню сегментацію та збирання та керування потоком передавання.

IrCOMM (Infrared Communications Protocol) - необов'язковий протокол, дозволяє інфрачервоному пристрою працювати як послідовний або паралельний порт ПК.

IrOBEX (Infrared Object Exchange) - реалізує обмін довільними об'єктами даних між пристроями (адресами, візитками, документами). Використовує сервіс Tiny ТР.

*-'- і..Ц І І •

IrLA N (Infrared Local A rea Network) - надає можливість приєднання пристрою до локальної мережі.

7.3. Мережа Bluetooth

+Bluetooth - це інтерфейсна бетроводова технологія. Діаметр мережі 1 - 100м). Працює в багатопунктовому режимі, не обов'язково в зоні прямої видимості. Головне призначення - створення побутових мереж, приєднання мультимедійної периферії, пральних машин, холодильників тощо (рис 7.1).

Концепцію мережі Bluetooth розробила в 1994 р. шведська фірма Ericsson. Назва технології походить від прізвиська, що його дали вікінгу Гаральду Блатанду, який у XX ст. об'єднав розрізнені землі, створивши Данське королівство. В 1997 р. створено перші приймачі-переда-вачі. У 1998 р. сформовано групу SIG, у яку ввійшли Ericsson, IBM,

Intel, Nokia, Toshiba. У 1999 p. випущено специфікації на обладнання. Пізніше технологія BlueTooth була затверджена стандартом IEEE 802.15.1.

У мережі Bluetooth використовують неліцензований частотний діапазон 2.45 ГГц. Однак у цьому діапазоні працюють багато інших технологій і він має багато завад. Під час передавання даних відбувається псевдовипадковий перехід на іншу частоту (FHSS) - до 1600 разів за 1 с. Крім того, реалізовано часовий розподіл каналів. Таким чином, метод доступу в такій мережі гібридний - FHSS/TDMA. Швидкість передавання по всьому радіоканалу - 1 Мбіт/с. Такий підхід забезпечує ліпший захист від завад.

Залежно від потужності продукти Bluetooth належать до одного з трьох класів:

^> Клас 1 (1 мВ) - передавання на відстань від 10 см до 1 м;

Ч> Клас 2 (2.5 мВ) - відстань передавання до 10м;

^ Клас 3 (ІООмВ) - відстань передавання до 100м.

Пристрої Bluetooth об'єднують у групи (piconets), що розташовані на невеликій ділянці (10 - 100 м) та використовують один частотний канал. У такій групі роботою мережі керує один пристрій.

Кількість абонентів в одній пікомережі обмежена (79), оскільки використовуваний один частотний діапазон.

Окремі групи можна об'єднувати, утворюючи розподілені мережі (scatternet). Сусідні групи працюють у різних каналах, проте є пристрої, що належать одночасно двом сусіднім групам. Через них і відбувається сполучення.

7.4. Технологія UWB

II *• Технологія Ultra wide band technology (UWB) - це новітня mex- || нологія широкосмугового передавання.

У лабораторних умовах мережі UWB забезпечують швидкості передавання 100 Мбіт/с та більше у двопунктовому каналі (для кожного користувача). Крім того, завдяки низькому енергоспоживанню тривалість живлення з батарей збільшується в десятки разів (місяці, замість годин як в інших технологіях).

Технологія UWB має декілька принципових відмінностей від інших технологій передавань у радіодіапазоні. Вона не використовує сигна-~~І її~~

лу-носія та не обмежена певним частотним діапазоном, (передавання UWB відбувається одночасно в багатьох частотних діапазонах). Цим вона подібна до IEEE 802.lib та CDMA, однак її частотний діапазон набагато ширший (потенційно - весь спектр радіочастот). Сьогодні Федеральна комісія з нагляду частот СІЛА (FCC) визначила для UWB діапазон 7.5 ГГц.

Надзвичайна ширина діапазону та незначний ступінь його використання мережами UWB спонукають до застосування його в інших технологіях безпроводового передавання. Теоретично вважають, що сигнали UWB настільки розподілені в такому широкому діапазоні, що ймовірністю створення завад для передавань інших технологій можна знехтувати.

Крім того, мережі UWB обмежені потужністю, що дає змогу використовувати їх найчастіше у WLAN. Сьогодні визначено два типи пристроїв UWB - для роботи в приміщеннях (їм дозволено мати більшу потужність) та поза межами приміщень (меншої потужності).

Технологія UWB здатна забезпечувати великі швидкості передавання за невеликого споживання енергії завдяки способу передавання - тут не використовують складних антен чи схем модуляції сигналу. Імпульси генерує сама мікросхема. Проміжки між імпульсами набагато ширші, ніж самі імпульси. Тривалість імпульсу - декілька наносекунд. З огляду на це, система більше часу простоює і тому економія енергії значна. Розглядають також варіанти роботи взагалі без джерел живлення та отримання потрібної невеликої енергії з середовища, подібно до того, як зроблено у годинниках, що самі заводяться від руху їхніх власників.

На сьогодні запропоновано декілька технологій, які базуються на принципах UWB, але розрізняються деталями реалізації. Це Wireless USB, нові версії Bluetooth, технологія ZigBee. IEEE працює над стандартом IEEE 802.15.За для UWB технологій.

7.5. Технологія Wi-Fi

IEEE 802.11 - це родина технологій безпроводового передавання в радіодіапазоні. Сьогодні найпопулярніша технологія стандарту IEEE 802.1 lb; вона дає змогу передавати дані зі швидкістю 11 Mbps на відстань від декількох до десятків миль. У ній використовують смугу частот 2.4 Гц. Вислідна швидкість залежить від рівня завад, обладнай-

ня. На базі IEEE 802.1 lb будують безпроводові локальні мережі Wireless LAN (WLAN)).

Група стандартів IEEE 802.11 фактично визначає фізичний та канальний рівень протоколів передавання. Стандарти відрізняються реалізаціями фізичних рівнів передавання, забезпечують різні швидкості.

r> IEEE 802.11 це попередня версія стандарту, відома як Радіо Ethernet (Wired Ethernet), сьогодні вже застаріла.

т> IEEE 802.lib забезпечує максимальну швидкість передавання 11 Мбіт/с та використовує 14 каналів у діапазоні 2.4 ГГц.

•5^ IEEE 802. Па забезпечує швидкість передавання 54 Мбіт/с. Працює в діапазоні 5 ГГц. Має 12 каналів передавання. Уній використовують два піддіапазони передавання 5.15-5.25, 5.25-5.35 ГГц.

•^ IEEE 802. llg- забезпечує швидкість передавання 22 Мбіт/с. Працює в діапазоні 2.4 ГГц. Повністю сумісний з IEEE 802. lib, однак пропонує три нові методи кодування, які дають змогу збільшити швидкість.

Організація Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) серти-фікує обладнання на відповідність IEEE 802.1 lb і ставить на ньому позначку Wi-Fi compatible (Wireless Fidelity).

Топологія мережі

(Access points) (рис. 7.2). Станції, обладнані адаптерами IEEE 802.11, передають дані через пункт(и) доступу. Отже, мережа має зіркову топологію. Пунктом І доступу здебільшого є призначена станція, яка може бути сервером служб DHCP, NAT, DNS та обладнана потужною антеною. Така конфігурація типова для безпроводових локальних мереж (Wireless LAN -WLAN).

Мережа Wi-Fi може працювати і в двопунктових сполученнях, однак найчастіше в мережі наявні один або декілька пунктів доступу

Подібними до пунктів доступу є домашні шлюзи (residential gateways), які вирізняються простотою адміністрування та призначені для вирішення проблеми доступу в мережах "останньоїмилГ.

Фізичний рівень мережі

Група специфікацій IEEE 802.11 визначає набір різних реалізацій фізичного рівня (Physical Layer (PHY)), та один стандарт для МАС під-рівня. Окремі версії стандартів IEEE 802.11 відрізняються головним чином реалізацією фізичного рівня. Зокрема:

IEEE 802.1 lb використовує спосіб передавання DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum); може застосовувати до 14 каналів, розміщених з інтервалами в декілька мегагерц у діапазоні 2,4 - 2,4835 ГГц. Багатока-нальність передавання дає змогу:

Ч> досягти максимальних швидкостей передавання, використовуючи одночасно декілька каналів;

Ч> підтримувати широкий діапазон швидкостей передавання (1.0, 2.0, 5.5, 11.0 Мбіт/с) та сумісність з попередніми версіями стандартів, які працювали з меншими швидкостями;

Ч> можливість роботи, коли зони передавання декількох мереж: перекриваються. В цьому випадку мережі використовують різні канали;

*3> можливість роботи в окремих країнах, у яких згідно з національним законодавством окремі канали можуть бути призначені для інших потреб. Тільки канали 1, 6 та 11 вільні в усіх країнах.

IEEE 802. Па розподіляє передавання по 48 частотах-носіях. Для кожного такого підканалу використовують фазову (PSK) або квадратурну амплітудну (QAM) модуляції залежно від обраної швидкості передавання. Крім того, застосовують чотири додаткові канали керування. Фізичний рівень IEEE 802.Па позначають OFDM PHY.

IEEE 802.llg як основу використовує OFDM PHY, однак визначає нові методи кодування.

Канальний рівень мережі

Підрівень МАС координує доступ окремих станцій до пункту доступу. Він є спільним для всіх реалізацій PHY. Стандарти IEEE 802.11 визначає два методи доступу до радіоканалу - DCF (distributed coordination function) та PCF (point coordination function). Метод DCF

Метод DCF

** Метод DCF-це модифікація методу доступу з контролем час-тоти-носія та попередженням колізій (Carrier Sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA)).

Як і в звичайному CSMA-методі доступу, станції чекають на звільнення каналу перед початком передавання. Кожна станція має лічильник NAV, у якому записано час передавання поточного кадру. Кожна станція перед початком передавання обчислює прогнозований час передавання свого кадру на підставі його довжини та швидкості передавання. Цей час записують у заголовок кадру, звідки його зчитують всі інші станції, які й оновлюють свої NAV. Як і в CSMA-методі доступу, якщо спроба передавання була невдалою, то наступна спроба буде відкладена на випадковий проміжок часу.

Особливістю радіомереж є те, що приймач не може прослуховувати канал під час передавання. Тому він не в стані виявити колізію, як це відбувається в проводових мережах IEEE 802.3. Тому станція, що приймає, підтверджує приймання кожного кадру. Якщо підтвердження не отримано через визначений тайм-аут, то відбувається наступна спроба передавання.

Для підтримки ізохронного передавання метод DCF може бути доповнений методом PCF, який є різновидом методу доступу з опитуванням. У цьому випадку тривалість передавання поділяють на періоди з конкуренцією та без неї. В період без конкуренції, пункт доступу опитує всі станції та дозволяє їм передавання. Це дає змогу забезпечити як синхронне, так і асинхронне передавання.

Інші функціїМАС-підрівня IEEE 802.11 такі:

Ч> Сканування. Кожен адаптер постійно сканує ефір у пошуку сигналів від пунктів доступу. Сканування буває пасивним та активним. Обов'язковим є пасивне сканування. В ньому станція переглядає окремі канали в пошуку найсильнішого сигналу з пунктів доступу. Кожен пункт доступу періодично передає сигнал (кадр) присутності. В цьому кадрі є ідентифікатор пункту, доступні швидкості передавання. В активному скануванні адаптер сам ініціює сканування, передаючи кадр вимоги на передавання. Пункти доступу відповідають кадрами присутності, і надалі процес відбувається так, як і в разі пасивного сканування. Перевагою активного сканування є те, що, станція не очікує, доки пункт до-

ступу передасть кадр присутності.

^ Лвтептифікацін. Пункт доступу автентифікує станції. У цьому разі можна використовувати два підходи: автентифікацію відкритих систем та зі спільними ключами. Автентифікація відкритих систем є обов'язковою, її проводять у двох кроках. Процес ініціює станція, яка передає запит до пункту доступу. Цей пункт перевіряє запит і підтверджує або відхиляє його. Автентифікація з відкритими ключами ліпше захищена, але й більш складніша.

Ч> Асоціація. Станція після успішної автентифікації повинна обрати пункт доступу, з яким буде працювати. Вона узгоджує з обраним пунктом доступу швидкість передавання; запит із зазначенням можливих швидкостей передавання. Пункт доступу відповідає кадром підтвердження, у якому наводить додаткову інформацію про себе. Після асоціації з пунктом доступу починається сеанс передавання.

7.6. Безпровідна мережа Wimax

Термін " Wimax" (WirelessMAN) застосовують для позначення групи технологій для регіональних безпровідних мереж. Топологія мережі Wimax подібна до топології Wi-Fi.

Стандарт IEEE 802.16 визначає технологію Wimax, що працює у частотному діапазоні 10-66 GHz. Ця технологія вимагає ліцензування частотного діапазону та наявності прямої видимості між антенами.

Новий стандарт, IEEE 802.16а, прийнятий у січні 2003 року, визначає технологію, що працює в іншому діапазоні передавання (2-11 GHz) та не вимагає наявності прямої видимості між передаючою та приймаючою антенами.

Фізичний рівень

Визначено декілька можливих варіантів реалізації фізичного рівня Wimax:

•^ Фізичний рівень з однією несучою (Single Carrier PHY);

"^ Рівень з багатьма несучими, мультигюіексуванням, ортогональним розподілом за частотами та дискретним швидким перетворенням Фур 'є (256point FFT OFDM PHY);

•^ Рівень з використанням 2048 - точкового перетворення Фур'є.

Стандарт IEEE 802.16а дозволяє гнучко вибрати ширину каналу передавання.

Канальний рівень

На канальному рівні технологія застосовує метод доступу з розподілом часу TDMA (Time Division Multiple Access). Пункт доступу планує розподіл пропускної здатності з врахуванням типу трафіку та встановленими класами сервісу. Таким чином, можна ефективно передавати повідомлення, чутливі до затримок, такі як мовні, відео або аудіо потоки.

Порівняно з IEEE 802.11, Wimax має більш інтелектуальний фізичний рівень. Він дозволяє гнучко вибирати ширину смуги пропускання. При цьому вимірюється якість передавання та автоматично налаштовується потужність сигналу.

Сфера застосування

Мережі Wimax можуть використовуватися як мережа останньої милі, створюючи недорогу альтернативу для мереж DSL або мереж кабельного телебачення, її також доцільно застосовувати в місцевостях зі слабкою кабельною інфраструктурою, або там, де прокладати кабельні сполучення недоцільно.

Мережі Wimax дозволяють передавати дані на відстань до декількох десятків кілометрів зі швидкостями до 70 Мб/с в одному радіочастотному каналі.

7.7. Технології стільникових мереж

Стільникові мережі використовують наявну інфраструктуру стільникової телефонії. Вони працюють в особливо важких умовах великих завад, періодичного зникнення сигналу. Стільникові технології пройшли декілька етапів розвитку:

> 1G технології. Початок 80-х pp. Перша генерація стільникових мереж використовувала аналогові технології. В таких мережах передава
ли тільки телефонні розмови;

> 2(ІіїіехнвМгІЇ\ Середина 90=хрр< Цифрове кодування та передавайня мовлення ти коротких тестових повідомлень;

> 2,5 G технології. 2001 рік. Цифрові мережі з передаванням мовлення, тексту, приєднання до Internet;

V 3G технології. Технології наступної генерації. Швидкість передавання до 2 Мбіт/с. Передавання мультимедійних даних.

Ці технології можна розглядати згідно з протокольними рівнями.

На фізичному та канальному рівнях визначають різноманітні методи доступу, які відображені у різноманітних технологіях. Серед методів доступу виділяють аналогові та цифрові.

Головний ресурс стільникової мережі - це виділений для неї діапазон частот. Аналогові методи доступу виділяють для кожного передавання окремий канал - смугу частот у визначеному для мережі діапазоні. У цьому випадку сусідні стільникові комірки не можуть працювати в одному й тому ж діапазоні частот (інакше передавання в сусідніх комірках заважали б одне одному). Частотний діапазон поділяють на сім частин (рис. 7.3).

Серед методів доступу, які використовують стільникової мережі цифрове передавання, популярні різні модифікації TDMA (Time Division Multiple Access). Вони застосовують відомий принцип розподілу часу передавання на окремі часові слоти. До цієї групи методів належать AMPS (Advanced Mobile Phone Service) (частотні канали в ЗО кГц поділяють на три часові слоти), NAMPS, PDC (канали по 25 кГц, три слоти), GSM (діапазон 200 кГц, вісім слотів).

Найпопулярнішими сьогодні є технології GSM та CDMA (Code Division Multiple Access), що використовують цифрове передавання.

Технологія GSM

Технологія мобільної телефонії GSM почала розроблятися на початку 80-х pp. минулого сторіччя, коли група європейських країн та мобільних операторів створила робочу групу Group Special Mobile для розробки загальноєвропейського стандарту цифрової стільникової телефонії. Перші комерційні версіі GSM з'явилися на початку 90-х pp. Завдяки своїй цифровій природі мережі GSM з самого початку були пристосовані для передавання не тільки мови, але й даних.

Принцип роботи те архітектура

Стільникова мережа GSM складається з декількох головних компонентів (рис 7.4).

Стільниковий телефон (MS - Mobile Station) використовується для організації доступу абонента до мережі. Телефон безпосередньо підтримує зв'язок з базовою станцією (BTS - Base Tranciver Station). ТелефонСкладається з двох частин - власне телефону та модулю ідентифікації абонента ($ІМ - Subscriber Identification module). SIM модуль виконано у Вигляді смарт - карти. Кожен телефон також має унікальний ідентифікатор мобільного обладнання (ІМЕІ -international Mobile Equipment Identity). Використання модулю SIM дозволяє переносити інформацію про абонента та послуги, на кі він підписаний на інший телефон, просто переставляючи SIM- карту.

Базова приймально-передавальна станція відповідає за організацію

д=----.І

зв'язку з мобільними телефонами у своєму радіусі зв'язку. Радіус зв'язку обирається виходячи з очікуваної кількості абонентів у сфері дії станції.

Контролер базових станцій узгоджує та координує роботу базових станцій. Він забезпечує передавання мобільних користувачів під час їх переміщення між окремими стільниками, регулює несучі частоти для зменшення інтерференції між окремими передаваннями.

Сукупність базових станцій та контролер утворюють підсистему базових станцій (Base Station Subsystem, BSS).

Комутаційний центр мобільних послуг (Mobile services Switching Center - MSC) ідентифікує та реєструє абонентів, маршрутизує потоки даних, реалізує сполучення зі звичайними телефонними мережами. При цьому використовуються такі бази даних:

т> Домашній реєстр абонентів (HLR - Location Register);

•> Реєстр абонентів-гостей (Visitor Location Register - VLR);

т> Реєстр обладнання (Equipment Identity Register - EIR);

•Ь Ідентифікаційний центр (Authentication Center-AuC).

Структура каналів та метод доступу

Мережа GSM використовує комбінацію методів доступу з частотним розподілом (Frequency Division Multiplexing, FDM) та методу доступу з розподілом часу (Time Division Multiplexing, TDM).

Наприклад, мережі GSM 900 призначено частотний діапазон 890 -960 МГц. Він поділений на два піддіапазони, один з яких використовується для передавання від мобільного телефону до базової станції, а інший - у зворотному напрямку. Кожний з піддіапазонів у свою чергу поділяється на канали по 20 КГц, так що загалом GSM працює з 124-ма повнодуплексними каналами.

Для збільшення кількості передавань кожен канал поділено ще на вісім часових інтервалів.

Роумінг

Підтримка можливості встановити сполучення з мобільного телефону незалежно від місця знаходження абонента називають роумінгом. Процедура роумінгу реалізується по-різному коли абонент дзвонить, або отримує дзвінок.

Декілька близько розташованих стільників об'єднуються у т. зв. область знаходження (location area). Коли робиться телефонний дзвінок

при зміні області знаходження абонента, телефон реєструється у Реєстрі абонентів-гостей. Комутаційний центр передає інформацію про дзвінок до Домашнього реєстру абонента. Домашній реєстр повертає дані про послуги, на які підписаний абонент та тимчасово відміняє його реєстрацію у Домашньому реєстрі. Після цього абонент отримує можливість отримати ті ж послуги, що і раніше.

При отриманні дзвінка виклик передається на комутаційний центр -шлюз. Шлюз запитує у Домашньому реєстрі про розташування абонента. Домашній реєстр повідомляє відповідний Реєстр абонентів-гостей про дзвінок і телефону - адресату тимчасово присвоюють номер, якій передається шлюзу. Після цього шлюз має всю інформацію для спрямування виклику.

GPRS

У цифровий стандарт GSM з самого початку було закладено можливість підтримки різноманітних додаткових сервісів, як - то передавання коротких текстових повідомлень (SMS) та ін. Однією з таких технологій є Загальний Пакетний Радіосервіс (General Packet Radio Service, GPRS). Він передбачає передавання пакетів даних на мобільний телефон та суттєве розширення смуги пропускання, що виділяється для окремого сеансу зв'язку.

Встановлене сполучення GPRS може підтримуватися необмежене довго. Абоненту при кожній наступній спробі передати або отримати дані нетреба витрачати час на поновне встановлення сполучення. Водночас, якщо абонент неактивний, наявна смуга пропускання може використовуватися іншими абонентами. Таким чином, смуга пропускання використовується ефективно.

Іншою особливістю GPRS є збільшення швидкості передавання за рахунок збільшення швидкості передавання в одному каналі з 9,6 Кб/с до 14,4 Кб/с та об'єднання декількох суміжних каналів в один. Теоретично віслідна швидкість може зрости до 114 Кбіт/с.

GPRS розробляли з орієнтацією на мінімальні зміни у діючій інфраструктурі GSM. Впровадження GPRS додало до мережі такі елементи як:

> SGSN (Serving GPRS Support Node) обслуговуючий вузол GPRS;

> GGSN (Gateway GPRS Support Node) шлюз підтримки GPRS.
SGSN виконує функції взаємодії з стільниковими телефонами, пере-

дає та приймає дані. Шлюз GGSN передає та приймає дані з зовнішніх мереж (Internet, інших мереж GPRS).

При створенні сеансу GPRS, базова станція визначає, що дзвінок несе інформацію GPRS, а не телефонну розмову, та встановлює сполучення з SGSN (а не з комутаційним центром як у випадку телефонної розмови). SGSN реалізує подальше передавання даних у потрібний шлюз GGSN.

Технологія CDMA

В основі CDMA є технологія передавання SST (DH-SS Direct Sequence Spread Spectrum), коли інформація ніби "розмазується" по широкому спектру частот. Послідовність інформаційних бітів перемножують на псевдовипадкову послідовність коротких імпульсів. Одержують сигнал, що є в ширшому частотному спектрі й має значно меншу інтенсивність. Для декодування такої послідовності треба знати псевдовипадкову послідовність, яку використовували під час передавання. Цей механізм кодування забезпечує таке:

^ сигнал захищений від підслуховування. Треба знати псевдовипадкову послідовність - ключ. Цим пояснюють широке використання цього підходу військовими;

^> сигнал захищений від завад. Широкосмуговість сигналу дає змогу просто поновлювати сигнал, особливо, якщо завади вузькосмугові. Так само сигнал захищений і від тимчасового зникнення на окремих частотах (фей-

/)jjh? — {піііпу } (тіг 7 ^) •

динг-fading) (рис. 7.5);

Ч> широкосмугове передавання та ліпший захист від завад дають змогу зменшити потужність передавачів, збільшити час дії акумуляторів та дещо зменшити безперечно шкідливий вплив цієї технології на здоров 'я людини;

$> однак найважливішим є той факт, що дві абонентські станції, які працюють у межах одно

стільникової комірки на одній і тій же частоті, з використанням різних кодувальних послідовностей, практично не створюють завад одна одній.

Тому для станцій, які працюють у межах однієї комірки, відведено спільний частотний діапазон завширшки 1,25 МГц, а також фрагменти спільної псевдовипадкової кодувальної послідовності (зі своїм зсувом від початку).

У мережі CDMA параметри розміру комірки, якості передавання та кількості каналів взаємозалежні. Наприклад, чим більше каналів у комірці, тим більше взаємних завад через неповну незалежність кодувальних послідовностей і тим гірша якість передавання. Чим більший розмір комірки, тим слабший корисний сигнал, тим меншим повинен бути рівень завад. Емпіричним шляхом визначено, що сьогодні в одному частотному діапазоні 1,25 МГц можна розмістити до 18 каналів для мобільних та ЗО каналів для стаціонарних користувачів. Це майже у дев'ять разів більше, ніж у мережах AMPS.

Ще однією перевагою CDMA є змога використання у сусідніх комірках одного й того ж частотного діапазону, що полегшує планування мережі та збільшує кількість каналів.

Особливістю, яка поліпшує якість передавання у CDMA-мережах, є механізм відпрацювання переходу абонента з однієї комірки в іншу. В інших технологіях під час такого переходу спочатку розривається зв'язок з однією базовою станцією, а потім налагоджується з іншою (hard handoff, break before make). Це знижує якість передавання. У технології CDMA завдяки збереженню однієї частоти носія у сусідніх комірках можливо спочатку налагодити сполучення з новою станцією, а вже потім розірвати з попередньою. Це поліпшує якість переходу і дає змогу коректно опрацювати передавання у "прикордонній зонГ, коли передавач може багато разів переходити зі сфери діяльності однієї базової станції у сферу діяльності іншої та навпаки.

Мережі технології 6DMA сьогодні активно впроваджують гіе тільки У традиційній сфері стільникового передавання, а Й у Частотному діапазоні PCS (Personal Communication Services), виділеному для роботи як телефонів, так і іншого обладнання персонального зв'язку. Вони перевищують інші технології за якістю передавання та кількістю каналів. Наприклад, для CDMA потрібно на ЗО - 40 % менше базових станцій, ніж для аналогічних мереж GSM та у два-три рази менше станцій, ніж для мереж AMPS. Водночас вартість обладнання CDMA внаслідок його скла-

~~«!••...~~ І *

дності сьогодні вища, ніж аналогічного обладнання інших мереж. 7.8. Супутникові системи

Технологія VSAT

Технологія VSAT (Very Small Aperture Terminal) використовує для передавання даних геостаціонарні супутники, розміщені над екватором Землі на висоті 40 тис. км. Наземні станції для зв'язку з супутником застосовують еліптичні антени діаметром 3 м. Канал VSAT:

Водночас цей канал відрізняється значними затримками передавання даних, зумовленими великою відстанню до супутника (затримка становить приблизно 250 мкс, тоді як для кабельних мереж - 15 мкс). Тому канал VSAT не можна використовувати в системах реального часу та оперативного зв'язку. Оскільки вартість супутниково-го каналу велика, то фірма-провай-дер послуг купує у власника супутника канал зв'язку великої ємності і продає частини перепускної здатності каналу. Отже, мережа з bhkoj ЛІбнУ CTDVKTVDV.

> забезпечує швидкість передавання даних до 2 Мбіт/с;

> дає змогу реалізувати сполучення на великі відстані з переходом
державних кордонів;

> сумірний за ціною з кабельними каналами такої ж пропускної здат
ності.

пості каналу. Отже, мережа з використанням ланок VSAT має зіркоподібну структуру.

Системи низькоорбітальних супутників

Системи на базі низькоорбітальних супутників (Low Earth
Orbit(LEO)), як і системи VSAT, для передавання використовують су
путник. Однак супутник розміщено на висоті близько 100 км на зви
чайній, а не геостаціонарній орбіті. У цьому випадку зменшується за
тримка в передаванні даних. Вивести такий супутник на орбіту значно
ешевше, ніж геостаціонарний. Водночас для підтримування постійного зв'язку треба використовувати велику кількість таких низькоорбітальних супутників.

На сьогодні найбільш значущими супутниковими мережами є:

HHridium - система забезпечує покриття майже всієї Земної кулі (за винятком 4-ох країн). Підтримується великою кількістю низькоорбітальних супутників (66 плюс 6 резервних), розміщених на орбітах висоти 780 км.

11 # Thuraya - система забезпечує покриття тільки у 99 країнах Європи, Азії, Африки та Ближнього Сходу.

^Globalstar - використовує мережу з 48-ми супутників (плюс 4резервних) та покриває Земну кулю від 70-го градусу північної до 70-го градусу південної широти. На відміну від інших супутникових систем, використання апаратів Globalstar не вимагає ліцензування.

& Inmarsat - система використовує геостаціонарні супутники. Ця одна з найстаріших систем і застосовує далеко не найновіші технології та обладнання. Вона не орієнтована на обслуговування звичайних абонентів, а працює головним чином з державними організаціями, має багато інших обмежень.

Сучасні супутникові мережі, як правило, інтегровані зі стільниковими мережами, так що, якщо абонент виходить із зони дії стільникової мережі, його телефон перемикається на супутниковий зв'язок автоматично.

Г?1 ТЕСТИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Які безпровідні мережі можна використати для організації передавань в масштабах міста (20 - 50 км):

a) Bluetooth; б) WiMax; в) Wi-Fi; г) супутникові сполучення.

2. В технології DH-SS:

а) використовується фіксований розподіл частот між різнимиканалами;

б) використовується метод доступу з р