4.1. Сучасні телекомунікаційні засоби

Коротко розглянемо основні види зв’язку, що використовується для передачі даних. Телеграфний зв’язок історично є першим видом електрозв’язку і в даний час втрачає свої позиції внаслідок розвитку прогресивніших видів телекомунікацій. Значення телеграфного зв’язку ще й в тому, що тут вперше було використано двійковий код, який знайшов широке використання в сучасних ЕОМ та системах зв’язку.

В телеграфі повідомлення передаються дискретними кодованими сигналами (спочатку використовувався код Морзе, а зараз код Бодо). Кожний знак повідомлення містить 7 біт. Код складається із двох службових (старт та стоп) і п’яти значущих бітів тривалістю 20 мілісекунд. Тому для передачі однієї букви повідомлення потрібно 0,15 секунди, що і визначає низьку швидкість передачі повідомлень (~50 біт/сек.) [Error: Reference source not found].

Поряд з низькою швидкістю передачі даних, іншим недоліком телеграфу є обмежені можливості виходу в міжнародну телеграфну мережу. Абонентські пункти міжнародного телеграфного зв’язку зазвичай розміщуються на центральних телеграфах міст. Телеграфні апарати, в яких поряд із загальноприйнятою системою кодування використовуються різні скорочення та спрощена конструкція фраз отримали назву телекс. Такі пристрої використовуються для обміну службовою текстовою інформацією між підприємствами. З цією метою створена спеціальна мережа абонентських пунктів, на яких встановлюються телетайпи.

Телефонний зв’язок який почав діяти в 1876 р. (винайдено А. Беллом) до даного часу перетворився в розгалужену глобальну систему зв’язку. З його допомогою передаються голосові повідомлення та факсимільні дані. Новий революційний розвиток телефонний зв’язок отримав з появою сотової радіотелефонії, Інтернет та цифрової телефонії (ISDN).

Невід’ємною частиною будь-якого середнього та великого офісу сучасної компанії стала офісна автоматична телефонна станція (АТС). Сучасні офісні АТС бувають двох типів – аналогові та цифрові. Цифрова АТС є гнучким пристроєм, який може надавати цілий спектр важливих для бізнесу функцій, та багато додаткових можливостей. До них відноситься багатосторонній конференц-зв’язок, гнучке направлення вхідних викликів на різні апарати, перенаправлення виклику зі свого апарату на інший, пошуковий виклик по всіх апаратах, вихід на зовнішню лінію тощо.

Факсимільний зв’язок. Для оперативного передавання документів часто використовується факсимільний зв’язок, який є різновидом телефонного зв’язку. В передаючому апараті документ зчитується за допомогою лінійки світлочутливих елементів. Інформація про яскравість окремих точок перетворюється в електричний сигнал, кодується та передається по телефонній лінії. Приймаючий апарат декодує отримані сигнали та передає їх на друкуючий пристрій. В більшості типів телефаксів використовується термічний друк та спеціальний термопапір, потемніння якого залежить від ступеню нагріву. В останніх моделях телефаксів замість термодрукуючих пристроїв використовуються струменеві та лазерні принтери. Час передавання документу формату А4 в більшості телефаксів складає 10-15 секунд.

Модем. Якщо телефонний зв’язок використовується для обміну даними між комп’ютерами, необхідно використовувати пристрій узгодження аналогової телефонної мережі з цифровим представленням даних на комп’ютері, який називається модемом. Більшість сучасних модемів дозволяють організувати зв’язок не тільки між персональними комп’ютерами, а й між комп’ютером та телефаксом (факс модем); комп’ютером та телеграфом (телеграфний модем). Обмін повідомленнями між комп’ютерами в малонаселених пунктах без телефонного зв’язку може здійснюватися за допомогою радіомодему. Вибір модему визначається конкретною задачею, яку ставить перед собою користувач та якістю і типом лінії зв’язку.

Цифрові системи телекомунікацій. Аналогові системи зв’язку все менше відповідають вимогам часу, хоча завдяки своїй доступності вони іще досить широко використовуються для телефонії та низькошвидкісної передачі даних. Більшими швидкостями передачі даних характеризуються виділені цифрові канали зв’язку, побудовані на основі мідних кабелів, оптоволокна, безпровідних та супутникових каналів зв’язку. Зараз розвиваються дуже перспективні мережі з асинхронним режимом передачі даних. Реально доступними є мережі з ретрансляцією кадрів (frame relay), які зазвичай базуються на виділених лініях та підтримують багатоточкові топології. В нашій країні почалося впровадження передачі інтегрованих даних по мережах кабельного телебачення та по звичайних телефонних проводах (xDSL). Розглянемо ці технології детальніше.

Технологія ISDN. Згідно з визначенням міжнародної спілки зв’язку, ISDN є „набором стандартних інтерфейсів для цифрової мережі зв’язку“ [¹⁰⁹]. За своєю суттю ISDN – це цифровий варіант аналогових телефонних ліній з комутацією цифрових потоків, або, інакше кажучи, мережа з цифрових телефонних станцій, з’єднаних між собою цифровими каналами передачі даних. Обмін даними з використанням ліній ISDN здійснюється з більшими швидкостями та з більшою надійністю, ніж з використанням звичайних модемів. Технологія ISDN забезпечує передачу даних зі швидкістю 64 Кбіт/с з використанням одного та 128 Кбіт/с при двох каналах зв’язку. Іншою відмінністю від аналогових сигналів є значно більша кількість можливих типів сигналів. Крім традиційного обміну звуковою інформацією ця технологія дає можливість обмінюватися цифровими даними, текстом і навіть відео з досить пристойною якістю.

Перелічені можливості ISDN дозволяють широко використовувати дану технологію в різних галузях. Крім використання ISDN як звичайного засобу телефонного зв’язку, цифрова технологія передачі сигналів є ідеальною системою для багатьох підприємств та фірм в плані роботи з віддаленими користувачами, а також для організації ефективного доступу в Інтернет, організації відеоконференцій тощо.

Power Line Communications (PLC) – відносно нова телекомунікаційна технологія, яку в нашій країні часто називають „Інтернет з розетки“, базується на використанні внутрішньобудинкових та внутрішньоквартирних електричних мереж для високошвидкісного обміну інформацією [Error: Reference source not found]. Основою технології PowerLine є використання частотного розділення сигналу, при якому високошвидкісний потік даних розділяється на кілька відносно низькошвидкісних потоків, кожний з яких передається на окремій піднесучій частоті з наступним їх об’єднанням в один сигнал. Реально в технології PowerLine використовуються 84 піднесучі частоти в діапазоні 4-21 МГц. PLC включає BPL (Broadband over Power Lines – широкосмугова передача через лінії електропередачі), що забезпечує передачу даних зі швидкістю більше 1 Мбіт/с, та NPL (Narrowband over Power Lines – вузькосмугова передача через лінії електропередачі) зі значно меншими швидкостями передачі даних.

При передаванні сигналів засобами побутової електромережі можуть виникати великі затухання в передаючій функції на певних частотах, що може привести до втрати даних. В технології Power Line передбачено спеціальний метод вирішення цієї проблеми – динамічне включення та виключення передачі сигналу, що містить дані (dynamically turning off and on data-carrying signals). Суть цього методу полягає в тому, що пристрій здійснює постійний моніторинг каналу передачі з метою виявлення ділянки спектру з перевищенням певного порогового значення затухання. У випадку виявлення даного факту, використання цих частот припиняється на період до відновлення нормального значення затухання. Існує також проблема виникнення імпульсних перешкод (до 1 мікросекунди), джерелами яких можуть бути галогенні лампи, а також включення і виключення потужних побутових електроприладів, обладнаних електричними двигунами.

Основними перевагами технології Power Line є відсутність необхідності прокладки кабелів, простота використання, велика швидкість монтажу. Однак ця технологія має і ряд недоліків [Error: Reference source not found]:

• Порушення проходження радіохвиль, особливо на середніх і коротких хвилях.

• Пропускна здатність мережі по електропроводці ділиться між усіма її учасниками. Наприклад, якщо в одній Power Line-мережі дві пари адаптерів активно обмінюються інформацією, то швидкість обміну для кожної пари буде складати приблизно по 50% від загальної пропускної здатності.

• На стабільність і швидкість роботи PCL впливає якість електропроводки, наявність стиків з різних матеріалів (наприклад мідного та алюмінієвого провідника), а також просто якість з’єднань провідника.

• Не працює через мережні фільтри та джерела безперебійного живлення.

• На якість зв’язку можуть негативно впливати дешеві енергозберігаючі лампи, імпульсні блоки живлення та зарядні пристрої, проте зниження швидкості складає не більше 5%.

Кілька лідерів на ринку телекомунікацій об’єдналися в альянс, який отримав назву Home Plug Powerline Alliance [¹¹⁰], з метою спільного проведення наукових досліджень та практичних випробувань, а також прийняття єдиного стандарту на передачу даних по системах електромереж. Прототипом Power Line є технологія Power Packet фірми Intellon, покладена в основу для створення єдиного стандарту HomePlug 1.0 specification (прийнятий альянсом Home Plug 26 червня 2001 року), в якому визначена швидкість передачі даних до 14 Мб/с. На даний час розроблені та використовуються також стандарти HomePlug Turbo (швидкість передачі даних до 85 Мб/с) та HomePlug AV (швидкість до 200 Мб/с).

Сьогодні більшість підключень користувачів здійснюють прокладаючи кабель від високошвидкісної лінії до квартири чи офісу користувача. Однак, коли з різних причин прокладка кабелю є небажаною чи навіть неможливою, то можна використовувати уже наявну в кожному будинку систему електричних комунікацій. Технологія Power Line може використовуватися при створенні локальної мережі в невеликих офісах (до 10 комп’ютерів), де основними вимогами до мережі є простота реалізації, мобільність пристроїв та легка розширюваність. При цьому як уся офісна мережа, так і окремі її сегменти можуть бути побудовані за допомогою Power Line адаптерів. Power Line технологія відкриває нові можливості при реалізації „Розумного будинку“, де вся побутова електроніка була б зв’язана в єдину інформаційну мережу з можливістю централізованого управління. Електрична мережа – готове середовище передачі управляючих сигналів між побутовими приладами, що працюють в мережі 110/220 В.

Радіоканали. Одним із суттєвих недоліків провідних типів зв’язку є відсутність мобільності, оскільки абонент жорстко прив’язаний до лінії зв’язку. Цього недоліку позбавлені різні типи радіозв’язку. Історія безпровідних технологій передачі інформації почалася в кінці XIX століття з передачі першого радіосигналу та появою в 20-х роках XX століття перших радіоприймачів з амплітудною модуляцією. В 1930-ті роки появилося радіо з частотною модуляцією та телебачення. В 1970-ті роки були створені перші безпровідні телефонні системи. Спочатку це були аналогові мережі, на початку 1980-х з’явився стандарт GSM. З 90-х років XX століття відбувається зміцнення позицій безпровідних мереж. Розвиваючись з великою швидкістю, вони стимулюють створення нових пристроїв та послуг.

Пейджинговий зв’язок – це системи персонального радіовиклику, що забезпечують односторонню передачу інформації своїм абонентам в межах зони обслуговування. Пристрій, що забезпечує цей вид зв’язку називається пейджером – це мініатюрний постійно включений радіоприймач з рідкокристалічним дисплеєм. Абонент, що відправляє повідомлення, телефонує оператору, називає номер абонента та диктує повідомлення, що заноситься в комп’ютер. З комп’ютера оператора повідомлення надходить на пейджинг-консоль, де воно кодується та надходить на базовий передавач, що обслуговує дану територію. Зона дії систем пейджингового зв’язку складає 50-100 км в залежності від потужності передавача. Хоча ця система зв’язку останнім часом втрачає свою популярність, вона іще широко використовується на підприємствах у вигляді, так званих, відомчих пейджингових мереж. Зараз випускаються пейджери, що забезпечують двохсторонній обмін інформацією.

Багатоканальний транкінговий зв’язок. До появи сотових телефонів для організації мобільного зв’язку широко використовувалася і продовжує використовуватися багатоканальна транкінгова (в деяких літературних джерелах використовується термін транкова) система. Зараз ці системи набули нових властивостей та стали зручними для масового використання. Транкінг – це автоматичне надання за запитом для зв’язку будь-якого вільного каналу. Транкінгова система представляє собою мережу, що складається з кількох вишок-ретрансляторів, обладнаних спеціальною апаратурою, яка з’єднана з міською телефонною мережею. Транкінговий телефон поєднує в собі функції мобільного сотового телефону та радіостанції.

Порівняно з сотовим зв’язком, транкінговий зв’язок має такі переваги:

• малий час встановлення з’єднання (менше секунди);

• автономність мережі, що спрощує контроль системи;

• можливість забезпечення доброї захищеності від несанкціонованого доступу;

• дозволяє організувати на підприємстві корпоративну мережу;

• забезпечує вихід в міську телефонну мережу.

Транкінгові мережі ефективні там, де вартість найдорожчої системи зв’язку неспівставна з можливими наслідками збоїв, випадкових чи зловмисних, або несанкціонованого доступу до даних. Мова іде про диспетчерські служби в енергетичних та транспортних мережах, силові відомства, оперативні служби тощо.

Історично перші транкінгові системи прийшли на зміну корпоративним аналоговим радіомережам з жорстким розподілом каналів. Перші системи транкінгового зв’язку були аналоговими. За схемою побудови транкінгові мережі можуть бути одно- та багатозоновими. В першому випадку до системи входить одна базова ретрансляційна станція (з однією зоною обслуговування). В багатозонових мережах базових станцій декілька. При цьому управління може бути як зосереджене в центральному контролері (централізоване управління), так і покладене на обладнання базових станцій (розподілене управління). Як правило, усі транкінгові системи будуються за модульним принципом – в мінімальній конфігурації це може бути одна базова станція з двома каналами. Пізніше обладнання можна нарощувати аж до загальнонаціональних мереж. При вільному доступі до каналів можливі два основні механізми розподілу ресурсів: коли пошуком та розподілом вільних каналів займається базова станція і коли абонентська система сама знаходить вільний канал. Обидва методи вимагають передачі спеціальних команд – виклик, відбій, груповий виклик, автентифікація і т.п. Сукупність цих команд називають системою сигналізації.

Характерним прикладом розподіленої системи транкінгового зв’язку є популярна в 90-і роки система SmarTrunk та її подальший розвиток – SmarTrunk II. SmarTrunk – це протокол, який визначає механізм доступу абонентів до 16 можливих аналогових дуплексних каналів. Кожна станція, яка бажала встановити з’єднання, сканувала усі доступні канали і виявивши вільний, відправляла центральній станції запит на його захоплення. Така процедура встановлення з’єднання займала від 2 до 11 секунд. Для покращення надійності та захищеності зв’язку було розроблено новий варіант протоколу – SmarTrunk II.

Найбільшого розповсюдження набули аналогові транкінгові системи на основі групи стандартів Міністерства пошти та телекомунікацій Великобританії (MPT – Ministry of Posts and Telecommunications), звідки і походить загальна назва цього стандарту MPT. Системи MPT з самого початку розроблялися як багатозонові. В кожній зоні індивідуальні виклики обробляються незалежно. У випадку обриву міжзонних зв’язків базова станція продовжує працювати, але уже без обробки міжзонних викликів. Час з’єднання при внутрішньозонних викликах не перевищує 0,5 с, при міжзонних – 1-2,5 с. Теоретично така мережа може обслуговувати біля одного мільйону абонентів і складатися з 1024 зон по 24 канали в кожній. Однак навіть найбільші мережі не дотягували до таких показників. Так, одна з найбільших мереж Chekker Network компанії Deutsche Telecom в 1998 році налічувала біля 900 каналів в 160 зонах і обслуговувала біля 62 тисяч абонентів [¹¹¹].

Природнім розвитком транкінгового зв’зку стала поява цифрових транкінгових систем. Основна перевага цифрових систем стосовно до транкінгового зв’язку полягає в більш ефективному використанні частотного ресурсу. Першою цифровою системою транкінгового зв’язку була система EDACS (Enhanced Digital Access Communications System) шведської компанії Ericsson. Пізніше появилися системи TETRA, APCO 25, TETRAPOL, iDEN, ACCESNET-D та деякі інші. Долі їх були різними, зазначимо лише, що тільки перші дві з цього списку базувалися на відкритих стандартах і тільки в TETRA використовувався механізм часового розділення каналів (в усіх інших використовувалося частотне розділення каналів). Останній факт і визначив перевагу TETRA над іншими протоколами.

В грудні 1994 року за ініціативи Motorola та Nokia представники 14 провідних виробників підписали Меморандум про взаєморозуміння в створенні єдиного європейського стандарту транкінгового зв’язку TETRA [Error: Reference source not found]. Через рік роботу над новим стандартом продовжила робоча група Європейського інституту телекомунікаційних стандартів (ETSI). А іще через два роки стало очевидним, що незважаючи на наявність конкуруючих систем, стандарт TETRA все більше зміцнює свої позиції, набуваючи всесвітнього значення. До квітня 1997 р. абревіатура TETRA означала Трансєвропейське транкінгове радіо (Trans-European Trunked Radio). Проте у зв’язку з великим інтересом до цієї технології в усьому світі, назву було змінено на Наземне транкінгове радіо (Terrestrial Trunked Radio).

З самого початку стандарт TETRA розроблявся як транкінгова система, яка ефективно та економно підтримує спільне використання мережі кількома організаціями, забезпечуючи секретність та захищеність інформації. Суттєвим є те, що TETRA є відкритим стандартом, завдяки чому, відповідаючи стандарту обладнання різних виробників, є абсолютно сумісним.

Супутникові системи зв’язку. Одним із найефективніших методів передачі даних на великі відстані є супутникові системи зв’язку. Супутники можуть перебувати на геостаціонарних (36 тисяч км) чи низьких (від 200 до 12000 км) орбітах. Хоча супутники на геостаціонарних орбітах характеризуються затримкою проходження сигналу (туди і назад біля 520 мс), вони можуть покрити територію всієї земної кулі за допомогою чотирьох супутників. В низькоорбітальних системах затримки сигналу значно менші, але для покриття великих площ тут використовується велика кількість супутників. Обслуговування конкретного користувача здійснюється почергово різними супутниками. Чим нижчою є орбіта, тим менша площа покриття і, значить потрібно або більше наземних станцій, або потрібен міжсупутниковий зв’язок, що приводить до збільшення маси супутника.

Супутники на геостаціонарних орбітах використовуються для радіо- чи телетрансляцій, адже при цьому затримки сигналу не впливають на якість. Для телефонного зв’язку затримки сигналу є критичними, тому тут використовуються низько- та середньоорбітальні супутники.

Мобільні стільникові технології. Стільниковий зв’язок – одне з революційних досягнень в області безпровідних мереж. Мобільний телефон перетворився в звичайний предмет побуту, який за вартістю наблизився до звичайного телефонного апарату (а за розповсюдженістю уже значно переважає кількість телефонних апаратів фіксованого зв’язку). Розглянемо існуючі стандарти стільникового зв’язку.

Перші стандарти стільникового зв’язку з’явилися ще в кінці 1970-х років і носили переважно регіональний характер. Перша комерційна мережа стільникового зв’язку запрацювала в 1978 році в Бахрейні – дві зони з 20 каналами в діапазоні 400 МГц обслуговували 250 абонентів. В тому ж році в Чікаго компанія AT&T почала випробування стільникової системи Advanced Mobile Phone Service (AMPS), яка працювала в діапазоні 800 МГц – мережа з 10 зон охоплювала зв’язком 54 кв. км. До середини 80-х років налічувалося уже дев’ять стандартів стільникового зв’язку першого покоління. Перші комерційні мережі стільникового зв’язку в Європі запрацювали в Скандинавських країнах під управлінням стандарту NMT-450 (Nordic Mobile Telephone System) в 1981 році. Цей стандарт використовувався і в перших стільникових мережах, що створювалися на території країн СНД, зокрема в Україні. В той же час у США ефективно розвивався стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone System). Стандарт AMPS розрахований на діапазон 824-840 та 869-894 МГц, канали – дуплексні з розносом на 45 МГц, ширина каналу 30 кГц. AMPS цікавий ще й тим, що на його основі в 1988 році було розроблено перший цифровий стандарт другого покоління – Digital AMPS (DAMPS).

DAMPS – цифровий канал другого покоління, який діяв в тому ж частотному діапазоні, що й попередник, однак застосування часового розділення каналів та аудіокодеку забезпечили йому значні переваги. Розмір соти для цього стандарту був рівним 20 км, у зв’язку з чим ряд абонентських пристроїв підтримували одночасно DAMPS та AMPS (якщо віддаленість від базової станції перевищувала фіксований в цифровому стандарті радіус соти, в цифровому стандарті це приводило до розриву зв’язку, тоді як в аналоговому стандарті це приведе тільки до погіршення якості зв’язку).

Безумовним лідером за розповсюдженістю на світовому ринку є стандарт GSM. Його історія розпочалася в 1982 році, коли Європейська конференція адміністрацій пошти і телеграфу (CEPT) створила робочу групу GSM (Group Special Mobile) для розробки загальноєвропейської системи мобільного стільникового зв’язку. В 1989 році роботи по GSM перейшли під егіду Європейського інституту стандартизації електрозв’язку (ETSI) і в 1990 році були опубліковані специфікації першої фази стандарту. До 1995 року стандарт став загальносвітовим і розшифровувався уже як Global System for Mobile Communications [¹¹²].

Стандарт GSM діє в діапазонах 900 та 1800 МГц (в США – 1900 МГц). В цьому стандарті використовується принцип часового розділення каналу. Радіус стільника – до 35 км – обмеження зв’язане зі зростаючою часовою затримкою розповсюдження сигналу, до якої чутливою є технологія часового розділення каналу. Швидкість передачі даних за стандартною схемою – до 9,6 кбіт/с.

Стандарт CDMA розшифровується як множинний доступ з кодовим розділенням каналів (Code-Division Multiple Access) [¹¹³]. Для забезпечення доступу до каналу багатьом користувачам дані кодуються спеціальним кодом, асоційованим із кожним каналом, і використовуються властивості конструктивної інтерференції спеціальних кодів, щоб здійснювати мультиплексування. Це є головною відміною методу CDMA від інших методів мультиплексування: TDMA (використовується в стандарті GSM), де канал ділиться між користувачами за часом чи FDMA, де розподіляються частоти. До певного часу CDMA використовувався тільки у військовій та спеціальній техніці із-за складності апаратури для обробки сигналів. Проте такі властивості технології, як висока стійкість до завад та секретність передачі в даній області виявилися незамінними. З розвитком мікроелектроніки стало можливим створення недорогих портативних станцій CDMA, що привело до поширення цієї технології серед простих користувачів. Розрізняють три види кодового розділення сигналів – розширення спектру методом прямої послідовності (DS), частотних стрибків (FH) та часових стрибків (TH). В сучасній CDMA технології використовується метод DS, який іще називають передачею на основі шумоподібних сигналів. В CDMA-DS кожний біт інформаційного сигналу замінюється деякою фіксованою послідовністю певної довжини – базою сигналу. Ноль і одиниця можуть, наприклад, кодуватися інверсними послідовностями. Для кожного каналу задається певна послідовність (код). Спектр сигналу розширюється пропорційно до довжини бази. Послідовності зазвичай підбирають ортогональними (скалярний добуток дорівнює нулю). В приймачі розраховуються кореляційні інтеграли вхідного сигналу та кодової послідовності певного каналу. В результаті приймається тільки той сигнал, який був розширений засобами заданої кодової послідовності (кореляційна функція вище порогового значення). Усі ж інші сигнали сприймаються як шум. Таким чином в одній смузі можуть працювати кілька прийомо-передавачів, не чинячи перешкоди один одному. Сильно зростає завадостійкість, а з нею і якість зв’язку – вузькосмугова завада не впливає на широкосмуговий сигнал. Кодова послідовність одночасно є й елементом криптографічного захисту. Іще одна властивість, яка привела до успіху CDMA, – робота усіх станцій в одній частотній смузі, що значно спрощує проблему частотного планування.

Стільникові мережі третього покоління. Головним недоліком систем мобільного зв’язку другого покоління – низька швидкість передачі даних – 9,6-14,4 Кбіт/с. Їм на зміну приходять системи мобільного зв’язку третього покоління, які узагальнено називають 3G (3^rd Generation) – набір послуг, котрий включає до себе як високошвидкісний мобільний доступ до мережі Інтернет, так і технологію радіозв’язку [Error: Reference source not found]. Мережі третього покоління 3G працюють на частотах дециметрового діапазону (близько 2 ГГц), швидкість передачі даних становить понад 2 Мбіт/с. Такі мережі надають можливість організовувати відеозв’язок, переглядати на мобільному телефоні телепрограми тощо. В світі використовується два стандарти 3G: UTMS (чи W-CDMA) та CDMA2000. UTMS більш розповсюджений в Європі, CDMA2000 – в Азії та США. Мобільні мережі третього покоління відрізняються від мереж другого покоління, таких як, наприклад, цифровий стандарт мобільного зв’язку GSM, зв’язок перехідного покоління GPRS набагато більшою швидкістю передачі даних, а також більш широким набором та високою якістю послуг, що надаються.

В останні роки мережі 3G інтенсивно розвиваються в Україні. Так, в грудні 2006 року компанія ЗАТ „Телесистеми України“ оголосила про запуск з січня 2007 року мережі 3G під торговою маркою “PEOPLEnet” стандарту CDMA2000 1xEV-DO (800 мГц) rev0. З 2008 року компанія розпочала поступовий перехід на EV-DO revA. В цьому ж стандарті працюють Інтертелеком, CDMA UKRAINE та МТС Україна. З 1 листопада 2007 року державне підприємство Укртелеком запустило мережу мобільного зв’язку 3G під брендом “Utel”. Мережа “Utel” працює в стандарті UMTS 2100 з надбудовою HSPDA (3,5G). Якщо в базовій версії UMTS забезпечує пікові швидкості від 2-х мегабіт за секунду для статичних об’єктів поблизу соти, та 384 Кбіт/с для мобільних абонентів, то для пристроїв, що підтримують HSDPA швидкості в теорії можуть досягати 14,4 Мбіт/с. На практиці ж реальні швидкості рідко перевищують 3 Мбіт/с, а в умовах висотних щільних забудов та завантаженості мережі вони ще менше.

Перехідні технології GPRS та EDGE (мережі 2,5 G). Плавний перехід до мереж 3G є дуже привабливим для операторів мереж з технологією TDMA – GSM та DAMPS. Методів підвищення швидкодії мереж GSM кілька. Початкова швидкість передачі даних в цій технології складала 9,6 кбіт/с. Проте по кожному каналу через 4,615 мс передається еквівалент 156-розрядного пакету, у зв’язку з чим максимально можлива теоретична швидкість в GSM-каналі складає 33,8 кбіт/с. Суттєва частина цієї смуги відведена для службової інформації, сигналізації, а також для алгоритмів захисту від помилок та криптозахисту. Решта частини смуги використовується для передавання оцифрованої мови зі швидкістю 13 кбіт/с. Реальна ж швидкість передачі даних є іще нижчою, оскільки при використанні стандартної схеми вони передаються через голосовий кодек. Змінивши алгоритм захисного кодування вдається збільшити швидкість до 14,4 кбіт/с.

Наступним кроком стало впровадження схеми HSCSD (високошвидкісна передача даних по комутуємих каналах). Ця схема передбачає об’єднання кількох канальних інтервалів. Так, при об’єднанні двох інтервалів можлива швидкість 19,2 (9,6×2) та 28,8 (14,4×2) кбіт/с. Для цього в основному необхідні зміни в програмах підтримки протоколів, які не вимагають змін в апаратній частині та інфраструктурі мережі. Ще більші швидкості (наприклад, 9,6×4=38,4 Кбіт/с) вимагають модернізації апаратури мобільних телефонів. Подальше збільшення швидкості, наприклад до 76,8 кбіт/с (9,6×8), обмежено мережевою інфраструктурою (64 кбіт/с в каналі між базовою станцією та комутатором).

„Проривом“ стало впровадження технології пакетної передачі GPRS – подальший розвиток HSCSD. Скорочення GPRS розшифровується як General Packet Radio Service (Загальний пакетний радіо сервіс) – технологія пакетного передавання даних засобами стільникового зв’язку. Послуга GPRS дозволяє створити постійне підключення через GPRS телефон чи GPRS модем до мережі Інтернет чи інших мереж. В дійсності для стільникових систем другого покоління мережа з комутацією каналів – атавізм. Введення пакетної комутації робить мобільні мережі легко сумісними з IP- та X.25-мережами, створюючи тим самим прекрасну платформу для переходу до WCDMA. При пакетній комутації дані передаються через вільні від голосового трафіку канальні інтервали. Повністю реальними стають швидкості більше 100 Кбіт/с (теоретична межа – 33,8×8=270,4 Кбіт/с). Мобільний термінал може одночасно підтримувати голосове з’єднання та обмін даними без погіршення якості голосу.

Одна з найважливіших переваг пакетної комутації – дуже швидке встановлення з’єднання. Абонент займає канал тільки в момент передачі. Тому тарифікація може здійснюватися на основі реально переданої інформації (числа пакетів), а не пропорційно до часу перебування в мережі, як при комутації каналів. Швидкості обміну можуть гнучко змінюватися. Крім того, пакетний режим дозволяє мобільному телефону працювати як персональна радіостанція в режимі постійно встановленого з’єднання. Голос при цьому передається по IP-протоколу в пакетному режимі, використовуючи технологію GPRS. Оскільки трафік витрачається тільки при безпосередній передачі даних, весь інший час телефон залишається „на зв’язку“, але користувач за це не платить. Для впровадження технології GPRS в існуючі мережі GSM, їх інфраструктуру достатньо дообладнати обладнанням пакетної передачі, а кожний GSM-контролер – блоками управління пакетним зв’язком (PSU).

Подальшим розвитком пакетної передачі стала технологія EDGE (Enhanced Data for Global Evolution, в першому варіанті замість Global використовувався термін GSM). EDGE дозволяє частково зняти обмеження по швидкості й запустити цілий ряд принципово нових послуг, таких як мобільне телебачення, завантаження більших обсягів інформації на телефон, системи відеоспостереження.

Основна еволюційна зміна при переході від класичної технології GSM до EDGE полягає в застосуванні нового методу модуляції й кодування, що значно розширює можливості радіоінтерфейсу. Таким чином, технологію EDGE варто розглядати як еволюційний крок на шляху до більш високих швидкостей передачі даних при одночасному збереженні найбільш важливих властивостей радіоінтерфейсу GSM, таких як, наприклад, ширина смуги частот каналу в 200 КГц і структура пакету. Технологія EDGE може впроваджуватися двома різними способами: як розширення GPRS, у цьому випадку її називають EGPRS (enhanced GPRS), або як розширення CSD (ECSD). EDGE не є новим стандартом стільникового зв’язку – ця технологія забезпечує використання додаткового фізичного рівня, що може бути використаний для збільшення пропускної здатності сервісів GPRS або HSCSD. При цьому, самі сервіси надаються точно так же, як і раніше. Теоретично, сервіс EDGE здатний забезпечувати пропускну здатність до 384-473,6 Кбіт/с.

Long Term Evolution (LTE) – мережа четвертого покоління (4G). Проект 3GPP є стандартом із удосконалення UMTS для задоволення майбутніх потреб у швидкості. Ці удосконалення можуть, наприклад, підвищити ефективність, знизити витрати, розширити та удосконалити послуги, які вже надаються, а також інтегруватися з уже існуючими протоколами. Швидкість отримання інформації клієнтом по стандарту LTE в теорії досягає 326,4 Мбіт/с (download) та 172,8 Мбіт/с при віддачі інформації (upload). Радіус дії базової станції LTE може бути різним. В оптимальному випадку – біля 5 км, але за необхідності він може бути до 30 км чи аж до 100 км (при достатньому піднятті антени). Дзвінок чи сеанс передачі даних, ініційований у зоні покриття LTE, технічно може бути переданими без розриву в інші мережі (3G (WCDMA), CDMA2000, GSM/GPRS/EDGE).

Першу в світі мережу LTE у Стокгольмі будує альянс TeliaSonera/Ericsson – розрахункове значення максимальної швидкості передачі даних абоненту складає 382 Мбіт/с та 86 Мбіт/с – від абонента. Станом на квітень 2009 року три із чотирьох американських операторів мобільного зв’язку вибрали в якості широкосмугової технології четвертого покоління саме LTE. Компанія Verizon планує стати лідером надання комерційних послуг з використанням LTE. В цьому ж напрямку також працюють AT&T та T-Mobile. Також значну активність у справі просування LTE на ринок проявляє компанія Motorola. Уже розроблені базові станції, які закликані допомогти операторам перейти від існуючих технологій 3G, що базуються на GSM та CDMA, до стандарту передачі даних 4G.

Wi-Fi – це сучасна безпровідна технологія з’єднання комп’ютерів в локальну мережу та їх підключення до Інтернет. Під абревіатурою “Wi-Fi” (від англійського словосполучення “Wireless Fidelity”, яке дослівно можна перекласти як „висока точність безпровідної передачі даних“) в наш час розвивається ціле сімейство стандартів передачі цифрових потоків даних по радіоканалах [Error: Reference source not found]. Зі збільшенням кількості мобільних користувачів виникає гостра необхідність в оперативному створенні комунікацій між ними, в обміні даними, в швидкому отриманні інформації. Тому природнім чином відбувається інтенсивний розвиток технологій безпровідних комунікацій. Особливо це є актуальним у відношенні безпровідних мереж, чи, так званих, WLAN-мереж (Wireless Local Area Network). Мережі Wireless LAN – це безпровідні мережі (замість звичайних проводів в них використовуються радіохвилі).

Безпровідні мережі є особливо ефективними на підприємствах, де співробітники активно переміщуються по території під час робочого дня з метою обслуговування клієнтів чи збирання інформації (великі склади, агентства, офіси продаж, заклади охорони здоров’я, навчальні заклади тощо). Завдяки функції роумінгу між точками доступу користувачі можуть переміщуватися по території покриття мережі Wi-Fi без розриву з’єднання. WLAN-мережі мають ряд переваг перед звичайними кабельними мережами [Error: Reference source not found]:

• WLAN-мережу можна швидко розвернути, що є дуже зручним при проведенні презентацій чи в умовах роботи за межами офісу;

• користувачі мобільних пристроїв при підключенні до локальних безпровідних мереж можуть легко переміщуватися в межах діючих зон мережі;

• швидкість сучасних мереж досить велика, що дозволяє їх використовувати для розв’язання дуже широкого спектру задач;

• WLAN-мережа може виявитися єдиним виходом, якщо неможлива прокладка кабелю для звичайної мережі.

Разом з тим слід пам’ятати про обмеження безпровідних мереж. Це, як правило, все ж таки менша швидкість, вплив завад та перешкод на сигнал а також більш складна схема забезпечення безпеки передачі інформації. Сегмент Wi-Fi мережі може використовуватися як самостійна мережа, так і в складі більш складної мережі, що містить як безпровідні, так і звичайні провідні сегменти.

Для створення безпровідної мережі використовуються Wi-Fi адаптери та точки доступу. Адаптер представляє собою пристрій, який підключається до комп’ютера через слот розширення PCI, PCMCI, CompactFlash. Існують також адаптери з підключенням через порт USB 2.0. Wi-Fi адаптер виконує ту ж функцію, що і мережна карта в провідній мережі. Він служить для підключення комп’ютера користувача до безпровідної мережі. Завдяки платформі Centrino усі сучасні ноутбуки мають вбудовані адаптери Wi-Fi, сумісні з сучасними стандартами. Wi-Fi адаптерами, як правило, також обладнані і КПК, що також дозволяє підключати їх до безпровідних мереж.

Для доступу до безпровідної мережі адаптер може встановлювати зв’язок безпосередньо з іншими адаптерами. Таку мережу називають безпровідною одноранговою мережею чи Ad Hoc. Адаптер також може встановлювати зв’язок через спеціальний пристрій – точку доступу. Такий режим називається інфраструктурою. Для вибору способу підключення адаптер повинен бути налаштований на використання або Ad Hoc, або інфраструктурного режиму.

Точка доступу представляє собою автономний модуль зі вбудованим мікрокомп’ютером та приймально-передавальним пристроєм. Через точку доступу здійснюється взаємодія та обмін інформацією між безпровідними адаптерами, а також зв’язок з провідним сегментом мережі. Таким чином, точка доступу відіграє роль комутатора.

Точка доступу має мережний інтерфейс (uplink port), за допомогою якого вона може бути підключена до звичайної провідної мережі. Через цей же інтерфейс може здійснюватися і настроювання точки доступу. Точка доступу може використовуватися як для підключення до неї клієнтів (базовий режим точки доступу), так і для взаємодії з іншими точками доступу з метою побудови розподіленої мережі (Wireless Distributed System – WDS).

Доступ до мережі забезпечується шляхом передачі загальнодоступних сигналів через ефір. Приймаюча станція може отримувати сигнали в діапазоні роботи кількох передаючих станцій. Станція-приймач використовує ідентифікатор зони обслуговування (Service Set IDentifier – SSID) для фільтрації отримуваних сигналів і виділення того, який їй потрібен. Зоною обслуговування (Service Set – SS) називаються логічно згруповані пристрої, що забезпечують підключення до безпровідної мережі. Базова зона обслуговування (Basic Service Set – BSS) – це група станцій, які зв’язуються між собою засобами безпровідної мережі.

Безпровідні мережі, створені на основі стандарту 802.11, відомі також як мережі Wi-Fi, отримали останнім часом досить широке розповсюдження. Однак широко розповсюджений зараз стандарт 802.11g, який був затверджений іще в 2003 році, з часом все менше відповідає сучасним програмам, які стали більш вимогливими до пропускної здатності. Потокове відео, наприклад сеанс відеоконференц-зв’язку на підприємстві, складно передавати по мережі 802.11g. Так звані, “g”-пристрої мають теоретичний максимум пропускної здатності 54 Мбіт/с, проте їх реальна швидкодія досягає не більше половини від заявленої величини, чого зовсім недостатньо для передачі відео [¹¹⁴].

Ситуацію повинен значно покращити стандарт 802.11n, який передбачає значно більшу швидкість та дальність зв’язку. В цьому стандарті використовується кілька нових технологій, одна з яких називається Multiple Input, Multiple Output (MIMO). Ця технологія для передавання декількох потоків даних з однієї точки в іншу застосовує декілька антен. Замість відправки і отримання одного потоку даних MIMO може одночасно передавати три і отримувати два таких потоки. Це дозволяє за один і той же проміжок часу передавати більше даних. Дана технологія також збільшує зону покриття чи дальність передачі даних. Іще одна технологія, що використовується в 802.11n, полягає в об’єднанні каналів – для передачі можуть використовуватися одночасно два канали, що не пересікаються. Вона також збільшує пропускну здатність. Третьою новою технологією в 802.11n є оптимізація корисного навантаження, або агрегування пакетів, яка, якщо не вникати в деталі, дозволяє розміщувати в кожному пакеті більше даних.

Як виробники, так і незалежні оглядачі відмічають, що заяви про більш високі швидкості та збільшену дальність нової технології відповідають дійсності. Так, зокрема, продукти 802.11g, які мають максимальну теоретичну пропускну здатність 54 Мбіт/с, зазвичай забезпечують реальну швидкодію в діапазоні 22-24 Мбіт/с. Разом з тим в корпорації Intel, яка виготовляє набори мікросхем безпровідного зв’язку, заявляють, що для обладнання 802.11n реальна швидкість передачі даних коливається в межах 100-140 Мбіт/с. Дальність зв’язку визначити складніше, оскільки на неї впливає багато факторів, включаючи, наприклад, перешкоди, які можуть блокувати проходження сигналу. В Intel зазначають, що дальність зв’язку обладнання 802.11n, як правило, більше ніж в два рази перевищує показники 802.11g.

Домашні користувачі використовують все більше обладнання безпровідних мереж. Проте в корпоративному секторі рішення на базі Wi-Fi як і раніше використовуються не часто. Безпровідні комунікації в багатьох організаціях використовуються в таких специфічних застосуваннях, як надання доступу до мережі в конференц-залах, кафе, тимчасових чи перебудовуваних офісах. Така ситуація є зрозумілою, оскільки звичайний комутований Ethernet забезпечує кращу надійність та швидкість передачі даних (для 10 Gigabit Ethernet, наприклад, швидкість може досягати 10 Гбіт/с), тоді як безпровідні мережі мають меншу швидкодію і надійність.

Як і сучасне обладнання безпровідних мереж, пристрої 802.11n підтримують стандарти шифрування та аутентифікації Wi-Fi Protected Access (WPA) та WPA 2, забезпечуючи високий рівень захищеності. В доповнення до цього, альянсом Wi-Fi Alliance запропоновані специфікації, які дозволяють спростити організацію захисту домашніх мереж. Програма Wi-Fi Protected Setup виконує налаштування WPA чи WPA2 простим натисненням клавіш чи введенням PIN-коду. Ця програма не є частиною стандарту 802.11n, однак виробники почали використовувати її в пристроях на базі попередньої версії стандарту.

WiMAX. Worldwide Interoperability for Microwawe Access (WiMAX) – телекомунікаційна технологія, розроблена з метою надання універсального безпровідного зв’язку на великих відстанях для широкого спектру пристроїв (від робочих станцій і портативних комп’ютерів до мобільних телефонів). Технологія базується на стандарті IEEE 802.16, який також називають Wireless MAN. Назва “WiMAX” запропонована WiMAX Forum – організацією, яка була створена в липні 2001 року з метою просування та розвитку WiMAX. Форум описує WiMAX як „основану на стандарті технологію, яка надає високошвидкісний безпровідний доступ до мережі, альтернативний виділеним лініям та DSL“.

WiMAX можна використовувати для розв’язання наступних задач [Error: Reference source not found]:

• з’єднання точок доступу Wi-Fi одна з одною та іншими сегментами Інтернет;

• забезпечення безпровідного широкосмугового доступу як альтернативи виділеним лініям та DSL;

• надання високошвидкісних сервісів передачі даних та телекомунікаційних послуг;

• створення „точок доступу“, не прив’язаних до географічного розміщення.

WiMAX забезпечує доступ до Інтернет на великих швидкостях із значно більшим покриттям, ніж у Wi-Fi мереж. Це дозволяє використовувати технологію у якості „магістральних каналів“, продовженням яких виступають традиційні DSL та виділені лінії, а також провідні локальні мережі. В результаті подібний підхід дозволяє створювати масштабовані високошвидкісні мережі в масштабах цілих міст. На даний час найбільша у світі повнофункціональна мережа WiMAX національного масштабу створена у Пакистані. Компанія Wateen Telecom встановила мережі у сімнадцяти містах Пакистану, використовуючи обладнання Motorola.

Набір переваг притаманний усьому сімейству WiMAX, проте його версії суттєво відрізняються одна від одної. Розробники стандарту шукали оптимальні рішення як для фіксованого, так і для мобільного застосування, але сумістити усі вимоги у рамках одного стандарту не вдалося. Хоча ряд базових вимог співпадає, націленість технологій на різні ринкові ніші привела до створення двох окремих версій стандарту (точніше їх можна вважати двома різними стандартами). Кожна із специфікацій WiMAX визначає свої робочі діапазони частот, ширину смуги пропускання, потужність випромінювання, методи передачі та доступу, способи кодування та модуляції сигналу, принципи повторного використання радіочастот та інші показники. У зв’язку з цим WiMAX-системи, які базуються на версіях стандарту IEEE 802.16e та d, є практично несумісними.

Специфікація стандарту 802.16-2004 (відомого також як 802.16d та фіксований WiMAX) затверджена в 2004 році [¹¹⁵]. У стандарті використовується ортогональне частотне мультиплексування (OFDM), підтримується фіксований доступ у зонах з наявністю чи відсутністю прямої видимості. Пристрої користувачів представляють собою стаціонарні модеми для встановлення за межами та всередині приміщень, а також PCMCIA-карти для ноутбуків. В більшості країн під цю технологію відведені діапазони 3,5 та 5 ГГц. Багато аналітиків бачать у цій технології конкуруючу чи взаємодоповнюючу технологію провідного широкосмугового доступу DSL.

Специфікація стандарту 802.16-2005 (відомого також як 802.16e та мобільний WiMAX) затверджена в 2005 році [Error: Reference source not found]. Це новий виток розвитку технології фіксованого доступу (802.16d). Оптимізована для підтримки мобільних користувачів версія підтримує ряд специфічних функцій, таких як “handover”, “idle mode” та роумінг. Застосовується масштабований OFDM-доступ (SOFDMA), можлива робота за наявності чи відсутності прямої видимості. Плановані частотні діапазони для мереж Mobile WiMAX такі: 2,3; 2,5; 3,4-3,8 ГГц. Конкурентами цього стандарту є усі мобільні технології третього покоління.

Основна відмінність між двома технологіями полягає в тому, що фіксований WiMAX дозволяє обслуговувати тільки статичних абонентів, а мобільний орієнтований на роботу з користувачами, що переміщуються зі швидкістю до 120 км/год. Мобільність означає наявність функцій роумінгу та „безшовного“ переключення між базовими станціями при переміщенні абонента (як це відбувається у мережах стільникового зв’язку). В окремих випадках мобільний WiMAX може використовуватися і для обслуговування фіксованих користувачів.

Багато телекомунікаційних компаній роблять великі ставки на використання WiMAX для надання послуг високошвидкісного зв’язку. Це зумовлено рядом причин. По-перше, технології сімейства 802.16 дозволяють економічно більш ефективно (порівняно з провідними технологіями) не тільки надавати доступ до мережі новим клієнтам, а й розширювати спектр послуг і охоплювати нові важкодоступні території. По-друге, безпровідні технології набагато простіші за традиційні провідні канали. WiMAX та Wi-Fi мережі просто розгортати і за необхідності вони добре масштабуються. Цей фактор є надзвичайно важливим для випадків, коли необхідно в накоротші терміни розвернути мережу. Наприклад, WiMAX було використано для надання доступу до мережі постраждалим під час цунамі у грудні 2004 року в Індонезії. Уся комунікаційна інфраструктура території була виведена з ладу і потрібно було оперативно відновити послуги зв’язку для всього регіону. Разом усі ці переваги дозволяють знизити ціни на надання послуг високошвидкісного доступу до Інтернет як для бізнес-структур, так і для приватних осіб.

Обладнання для використання мереж WiMAX надається кількома виробниками і може бути встановлене як у приміщеннях (пристрій розміром як звичайний DSL модем), так і за його межами (пристрої розміром з ноутбук). Слід зазначити, що обладнання, яке розраховане на розміщення всередині приміщень і не вимагає професійних навичок при встановленні, є більш зручним, але воно здатне працювати на значно менших відстанях від базової станції, ніж професійно встановлені зовнішні пристрої. Тому обладнання, що встановлюється всередині приміщень, потребує значно більше інвестицій у розвиток інфраструктури мережі, оскільки передбачає використання набагато більшої кількості точок доступу. З винайденням мобільного WiMAX усе більший акцент робиться на розробку мобільних пристроїв, в тому числі спеціальних телефонних трубок та комп’ютерної периферії (USB радіомодулів та PC card).

В загальному виді мережі WiMAX складаються з базових і абонентських станцій, а також обладнання, яке зв’язує базові станції між собою, з постачальником сервісів та з Інтернет. Для з’єднання базової станції з абонентською використовується високочастотний діапазон радіохвиль від 1,5 до 11 ГГц. В ідеальних умовах швидкість обміну може досягати 70 Мбіт/с, при цьому не потрібно забезпечення прямої видимості між базовою станцією та приймачем. Між базовими станціями встановлюється з’єднання (прямої видимості), що використовує діапазон частот від 10 до 66 ГГц, швидкість обміну даними може досягати 120 Мбіт/с. При цьому як мінімум одна базова станція підключається до мережі провайдера з використанням класичних провідних з’єднань. Проте чим більше базових станцій підключено до мереж провайдера, тим більшою є швидкість передачі даних і надійність мережі в цілому. Структура мереж стандарту IEEE 802.16 подібна до традиційних GSM мереж (базові станції діють на відстанях до десятків кілометрів, для їх встановлення не обов’язково будувати вежі – допускається встановлення на дахах будинків при забезпеченні умови прямої видимості між станціями.

Досить часто можна зустріти порівняння між собою WiMAX та Wi-Fi. Останнє пов’язане зі співзвучністю термінів, подібністю назв стандартів та тим, що обидві технології використовують безпровідне з’єднання і застосовуються для підключення до Інтернет. Однак ці дві технології призначені для розв’язання абсолютно різних задач. У табл. 4.1 наведено порівняння цих та деяких інших безпровідних стандартів.

WiMAX – це система дальньої дії, що покриває кілометрові відстані, яка зазвичай використовує ліцензійні спектри частот (хоча можливе і використання неліцензованих частот) для надання з’єднання з Інтернет типу точка-точка провайдером кінцевому користувачу. Різні стандарти сімейства 802.16 забезпечують різні види доступу, від мобільного до фіксованого.

Wi-Fi – це система значно коротшої дії, яка зазвичай покриває сотні метрів і використовує частоти, що не потребують ліцензування для забезпечення доступу до мережі. Зазвичай Wi-Fi використовується користувачами для доступу до їх власної локальної мережі, яка може бути і не підключеною до Інтернет. Якщо WiMAX можна порівняти з мобільним зв’язком, то Wi-Fi швидше подібний на стаціонарний безпровідний телефон.

Таблиця 4.1.

Порівняльна таблиця стандартів безпровідного зв’язку

IRDA. Технологію IRDA дещо некоректно відносити до технологій, шо використовують радіоканали, але загальні принципи, зокрема безпровідний метод передачі інформації, у цих технологій подібні. IRDA (InfraRed Data Adapter) представляє собою приймач та передавач інфрачервоних сигналів (інфрачервоний порт). Ця технологія використовується для тих же задач, що вирішуються з використанням технології Bluetooth. Перевагою IRDA над Bluetooth є більша швидкість сканування пристроїв, однак, на жаль, усі необхідні пристрої, що збираються для з’єднання по даному каналу, повинні бути розміщені на малій відстані (зазвичай до трьох сантиметрів і обов’язково в одній площині).

В наш час область застосування IRDA замітно знизилася, перш за все завдяки появі безпровідного стандарту Bluetooth. У дні свого розквіту ця технологія застосовувалася практично в усіх мобільних пристроях для обміну інформацією з іншими пристроями та комп’ютером. IRDA використовується практично тільки для простого обміну інформацією. Практично ніхто ніколи не використовував цю технологію для об’єднання кількох комп’ютерів в мережу. Останні дані вказують, що цей стандарт поступово відходить в минуле, пступаючись місцем новим безпровідним стандартам. Проте в побутовій техніці він буде використовуватися ще довго, оскільки ідеально підходить для неї.

Sony TransferJet. В 2008 році 14 крупних виробників побутової електроніки оголосили про плани сумісної роботи з компанією Sony над високошвидкісною безпровідною системою передачі даних малого радіусу дії Transfer Jet. Sony та інші компанії, в тому числі Samsung, Panasonic, Toshiba, Kodak та Canon, створили консорціум Transfer Jet Consortium [¹¹⁶]. Його задачею стало вироблення технічних специфікацій, необхідних для виведення на ринок продуктів, що використовують дану технологію. Безпровідна технологія Transfer Jet розроблена в Sony. Швидкість передачі даних досягає 375 Мбіт/с, при дальності дії біля 3 см. Вона призначена прийти на зміну кабелів, за допомогою яких до комп’ютера підключають різноманітні електронні пристрої враховуючи те, що швидкість порівняна зі швидкістю двох популярних кабельних технологій USB 2.0 та FireWire.

Bluetooth – інтерфейс (протокол) безпровідного зв’язку між двома мобільними телефонами. Також bluetooth використовується для безпровідного з’єднання між різними електронними пристроями: комп’ютерами, принтерами, мультимедійними засобами. Зв’язок bluetooth здійснюється на надійній, недорогій, всюди доступній радіочастоті для близького зв’язку. Bluetooth прийшла на заміну технології IRDA. Основною перевагою bluetooth порівняно з IRDA є значно більший радіус передачі інформації. Bluetooth працює на відстанях до 10-100 метрів (дальність залежить від перешкод та завад).

Мережі зв’язку наступного покоління. Досягнення електронної техніки за останнє десятиліття привели до справжнього буму в телекомунікаційній галузі. Зв’язок зараз перетворився в галузь, яка надзвичайно бурхливо розвивається і приносить операторам значні прибутки. Електронна пошта, Інтернет, мобільний телефон стали звичайними атрибутами повсякденного життя. Зараз користувачі так звикли до практично щоденної появи різноманітних новинок, що самі почали висувати вимоги по наданню нових послуг та програм. Однак якими б не були бажання користувачів, а також досягнення науки і техніки, ні один оператор зв’язку не буде встановлювати нове обладнання чи вводити нові сервіси, якщо це економічно є недоцільним. Тому потреби операторів мереж зв’язку отримувати все нові прибутки заставляє їх задуматися над створенням мереж, які дозволяли б:

• якомога швидше та дешевше створювати нові послуги для постійного приваблення і залучення нових абонентів;

• зменшувати затрати на обслуговування;

• бути незалежними від постачальників обладнання;

• бути конкурентоздатними.

Технологічною основою інформаційного суспільства є Глобальна інформаційна інфраструктура (ГІІ), яка повинна забезпечити можливість недискримінаційного доступу до інформаційних ресурсів кожного жителя планети. Інформаційну інфраструктуру складає сукупність баз даних, засобів обробки інформації, взаємодіючих мереж зв’язку та терміналів користувача. Доступ до інформаційних ресурсів в ГІІ реалізується засобами надання послуг зв’язку нового типу, які отримали назву послуги інформаційного суспільства або інфокомунікаційні послуги. Високі темпи росту об’ємів надання інфокомунікаційних послуг, що спостерігаються в наш час, дозволяють прогнозувати їх переважання в мережах зв’язку в найближчому майбутньому. Сучасний розвиток інфокомунікаційних послуг здійснюється в основному в рамках комп’ютерної мережі Інтернет, доступ до послуг якої здійснюється через традиційні мережі зв’язку. В той же час у ряді випадків послуги Інтернет, у зв’язку з обмеженістю можливостей її транспортної інфраструктури не відповідають сучасним вимогам. У зв’язку з цим розвиток інфокомунікаційних послуг вимагає розв’язання задач ефективного управління інформаційними ресурсами з одночасним розширенням функціональності мереж зв’язку. В свою чергу це стимулює процес інтеграції Інтернет та мереж зв’язку.

До основних технологічних особливостей, що відрізняють інфокомунікаційні послуги від послуг традиційних мереж зв’язку, можна віднести наступні:

• інфокомунікаційні послуги надаються на верхніх рівнях моделі OSI (тоді як послуги зв’язку надаються на третьому, мережному рівні);

• більшість інфокомунікаційних послуг передбачає наявність клієнтської та серверної частин; клієнтська частина реалізується в обладнанні користувача, а серверна – на спеціально виділеному вузлі мережі, який називається вузлом служб;

• інфокомунікаційні послуги зазвичай передбачають передавання мультимедійної інформації, яка характеризується високими швидкостями передачі та несиметричністю вхідного і вихідного інформаційних потоків;

• для надання інфокомунікаційних послуг часто необхідні складні багатоточкові конфігурації з’єднань;

• для інфокомунікаційних послуг характерним є різноманітність прикладних протоколів та можливостей з управління послугами зі сторони користувача;

• для ідентифікації абонентів інфокомунікаційних послуг може використовуватися додаткова адресація в рамках даної інфокомунікаційної послуги.

Функціональність більшості інфокомунікаційних послуг розподілена між обладнанням постачальника послуги та кінцевим обладнанням користувача. Як наслідок, функції кінцевого обладнання також повинні бути віднесені до складу інфокомунікаційної послуги, що необхідно враховувати при їх регламентації. Бізнес-модель, що визначає учасників процесу надання інфокомунікаційних послуг та їх взаємовідношення, також відрізняється від моделі традиційних послуг електрозв’язку, в якій було представлено тільки три основних учасники: оператор, абонент та користувач. Нова ділова модель передбачає наявність постачальника послуг, який надає інфокомунікаційні послуги абонентам та користувачам. При цьому сам постачальник є споживачем послуг перенесення, що надаються оператором мережі зв’язку. На ринку можуть також бути присутніми додаткові види постачальників послуг: постачальники інформації, брокери, ритейлери та ін. Постачальник інформації надає інформацію постачальнику послуг для розповсюдження. Брокер надає інформацію про постачальників послуг та їх потенційних абонентів, сприяючи користувачам у пошуку постачальників, що надають потрібні послуги. Ритейлер виступає як посередник між абонентом та постачальником з метою адаптації послуги до індивідуальних вимог абонента.

До інформаційних послуг висувають такі вимоги:

• мобільність послуг;

• можливість гнучкого та швидкого створення нових послуг;

• гарантована якість послуг.

Враховуючи розглянуті особливості інфокомунікаційних послуг, можуть бути визначені такі вимоги до перспективних мереж зв’язку:

• мультисервісність, під якою розуміють незалежність технологій надання послуг від транспортних технологій;

• широкосмуговість, під якою розуміють можливість гнучкої і динамічної зміни швидкості передачі інформації в широкому діапазоні залежно від поточних потреб користувача;

• мультимедійність, під якою розуміють здатність мережі передавати багатокомпонентну інформацію (мову, дані, відео, аудіо) з необхідною синхронізацією цих компонент в реальному часі та використанням складних конфігурацій з’єднань;

• інтелектуальність, під якою розуміють можливість управління послугою, викликом та з’єднанням зі сторони користувача чи постачальника послуг;

• інваріантність доступу, під якою розуміють можливість організації доступу до послуг незалежно від технології, що використовується;

• багатооператорність, під якою розуміють можливість участі кількох операторів в процесі надання послуги та розділення їх відповідальності у відповідності до області діяльності.

Крім того, при формуванні вимог до перспективних мереж зв’язку необхідно враховувати особливості діяльності постачальників послуг. Зокрема, сучасні підходи до регламентації послуг приєднання передбачають доступ постачальників послуг, зокрема і тих, що не мають власної інфраструктури, до ресурсів мережі загального користування на недискримінаційній основі. При цьому до основних вимог, що пред’являються постачальникам послуг до мережного оточення, відносяться:

• забезпечення можливості роботи обладнання в „мультиоператорському“ середовищі – збільшення кількості інтерфейсів для підключення до мереж одразу кількох операторів зв’язку, зокрема на рівні доступу;

• забезпечення взаємодії вузлів постачальників послуг для їх спільної роботи;

• можливість застосування „масштабованих“ технічних рішень при мінімальній початковій вартості обладнання.

Існуючі мережі зв’язку загального використання з комутацією каналів та комутацією пакетів в наш час не відповідають переліченим вимогам. Обмежені можливості традиційних мереж є стримуючим фактором на шляху впровадження нових інфокомунікаційних послуг. З іншої сторони нарощування об’ємів інфокомунікаційних послуг може негативно вплинути на показники якості обслуговування викликів базових послуг існуючих мереж зв’язку. Все це змушує враховувати наявність інфокомунікаційних послуг при плануванні способів розвитку традиційних мереж зв’язку наступного покоління.

Поняття мережі наступного покоління та її базові принципи. В основу концепції побудови мережі наступного покоління покладена ідея створення універсальної мережі, яка б дозволяла переносити будь-які види інформації, такі як аудіо, відео, графіка тощо, а також забезпечувала б можливість надання необмеженого спектру інфокомунікаційних послуг. Мережа наступного покоління (Next Generation Network – NGN) – концепція побудови мереж зв’язку, що забезпечують надання необмеженого набору послуг з гнучкими можливостями по їх управлінню, персоналізації та створенню нових послуг за рахунок уніфікації мережних рішень, яка передбачає реалізацію універсальної транспортної мережі з розподіленою комунікацією, винесення функції надання послуг в кінцеві вузли та інтеграцію з традиційними мережами зв’язку.

Базовим принципом концепції NGN є розділення функцій перенесення та комутації, функцій управління викликом та управління послугами. Мережа наступного покоління, яка потенційно повинна об’єднати існуючі мережі зв’язку (телефонні мережі загального користування, мережі передачі даних, мережі рухомого зв’язку), має такі характеристики:

• мережа на базі комутації пакетів, яка має розділені функції управління та перенесення інформації, де функції послуг та програм відділені від послуг мережі;

• мережа компонентної будови з використанням відкритих інтерфейсів;

• мережа, що підтримує широкий спектр послуг, включаючи послуги в реальному часі та послуги доставки інформації (електронна пошта), в тому числі мультимедійні послуги;

• мережа, що забезпечує взаємодію з традиційними мережами електрозв’язку;

• мережа, що володіє загальною мобільністю, – дозволяє окремому абоненту користуватися та управляти послугами незалежно від технології доступу та типу використовуваного терміналу і надає абоненту можливість вільного вибору постачальника послуг.

Мережі електрозв’язку, побудовані на основі концепції NGN, характеризуються рядом переваг перед традиційними мережами електрозв’язку [¹¹⁷]:

• Для оператора:

  • побудова однієї універсальної мережі для надання різних послуг;

  • збільшення середнього прибутку з абонента за рахунок надання додаткових мультимедійних послуг;

  • оператор NGN може найбільш оптимально реалізовувати смугу пропускання для інтеграції різних видів трафіку та надання різних послуг;

  • NGN краще пристосована до модернізації і розширення;

  • NGN є легкою в управлінні і експлуатації;

  • оператор NGN має можливість швидкого впровадження нових послуг та програм з різними вимогами до об’ємів переданої інформації та якості її передачі.

• Для користувача:

  • абстрагування від технологій реалізації послуг зв’язку (принцип чорної скриньки);

  • гнучке отримання необхідного набору, об’єму та якості послуг;

  • мобільність отримання послуг.

Однією з головних цілей побудови NGN є розширення спектру послуг, серед яких:

• послуги служби телефонного зв’язку (надання місцевого, міжміського та міжнародного телефонного з’єднання);

• послуги служб передачі даних (надання виділеного каналу передачі даних, постійного та комутованого підключення до мережі Інтернет, віртуальних приватних мереж передачі даних);

• послуги телекомунікаційних служб („електронна пошта“, „голосова пошта“, „доступ до інформаційних ресурсів“, IP-телефонія, „аудіоконференції“ та „відеоконференції“);

• послуги служб рухомого електрозв’язку;

• послуги постачальників інформації: відео та аудіо за запитом, „інтерактивні новини“, електронний супермаркет, дистанційне навчання тощо.

Таким чином, мережі нового покоління будуть підтримувати як уже існуюче, так і нове кінцеве обладнання, включаючи аналогові телефонні апарати, факсимильні апарати, обладнання цифрових мереж з інтеграцією служб, стільникові телефони різних стандартів, термінали IP-телефонії, кабельні модеми та ін. Послуги NGN використовують різні способи кодування та передачі і включають в себе багатоадресне та загальнодоступне передавання повідомлень, передачу чутливого та нечутливого до затримок трафіку, послуги звичайного передавання даних, послуги реального масштабу часу, діалогові послуги.

Класифікація послуг для мереж NGN. На даний час відсутня загальна класифікація послуг для мереж наступного покоління. В рамках концепції, коли мережу NGN прийнято розглядати не як окрему категорію мереж зв’язку, а як інструмент побудови та розвитку існуючих мереж, послуги, що надаються в рамках фрагменту NGN, можна класифікувати наступним чином [Error: Reference source not found]:

• базові: послуги, орієнтовані на встановлення з’єднання з використанням фрагменту NGN між двома кінцевими терміналами;

• додаткові види обслуговування: послуги, що надаються поряд з базовими та орієнтовані на підтримку додаткового переліку можливостей;

• послуги доступу, орієнтовані на організацію доступу до ресурсів, та точок присутності інтелектуальних мереж і мереж передачі даних:

  • інформаційно-довідкові послуги: послуги, орієнтовані на надання інформації із баз даних, що входять до структури NGN;

  • послуги віртуальних приватних мереж: послуги, орієнтовані на організацію і підтримку функціонування VPN зі сторони фрагменту NGN;

  • послуги мультимедія: послуги, орієнтовані на забезпечення і підтримку функціонування мультимедійних програм зі сторони фрагменту NGN.

До базових послуг відносять:

• послуги місцевого, міжміського та міжнародного зв’язку, які надаються з використанням (повним чи частковим) фрагменту мережі на основі NGN-технологій. Базові технології телефонії в NGN можуть використовувати технології компресії мови;

• послуги передачі факсимільних повідомлень між термінальним обладнанням користувачів (до даного класу не відноситься послуга e-fax);

• послуги з організації модемних з’єднань між термінальним обладнанням користувачів (до даного класу не відноситься послуга доступу в мережі IP);

• послуга доставки інформації на основі технології ISDN для користувачів, що використовують відповідні термінали.

Надання базових послуг може супроводжуватися додатковими видами обслуговування, які розширюють можливості користувача по отриманню інформації про з’єднання, тональних повідомлень, а також дозволяють змінювати конфігурацію з’єднання. В мережному фрагменті NGN користувачам можуть бути доступні такі додаткові види обслуговування [Error: Reference source not found]:

• ідентифікація викликаючої лінії (CLIP);

• заборона ідентифікації викликаючої лінії (CLIR);

• надання ідентифікації підключеної лінії (COLP);

• переадресація виклику при відсутності відповіді (Call Forwarding No Reply);

• переадресація виклику при зайнятості (Call Forwarding Busy);

• безумовна переадресація виклику (Call Forwarding Unconditional);

• ідентифікація зловмисного виклику (MOD);

• індикація очікуючого виклику/повідомлення (Call/Message Waiting);

• завершення виклику (Call Completetion);

• парковка та перехоплення викликів (Call Park/Pick-up);

• утримання виклику (Call Hold);

• замкнута група користувачів (CUG);

• конференц-зв’язок з розширенням (CONF);

• інші.

Слід зазначити, що залежно від типу підключення, що використовується, та термінального обладнання, а також від можливостей Softswitch список та алгоритми надання послуг можуть відрізнятися.

Послугами доступу, що підтримуються зі сторони мережного фрагменту NGN, є:

• послуги доступу в мережі IP по комутованому з’єднанню з підтримкою процедур точки доступу та авторизації зі сторони фрагменту NGN – застосовуються як для підтримки WWW, E-mail, FTP-програм, так і для доступу до мереж IP-телефонії;

• послуги доступу з реалізацією функцій SSP в мережному фрагменті NGN:

  • „безкоштовний виклик“;

  • „телеголосування“;

  • „виклик з додатковою оплатою“;

  • „виклик по передплаченій картці“;

• послуги доступу до інформаційно-довідкових ресурсів з підтримкою точки доступу та авторизації доступу зі сторони фрагменту NGN.

До інформаційно-довідкових відносяться послуги надання інформації зі сторони елементів фрагменту NGN. На відміну від послуги доступу до інформаційно-довідкових ресурсів, в даному випадку надання передбачає включення сервера послуги до складу фрагменту NGN та використання API-інтерфейсів між Softswitch та сервером програм.

Фрагментом NGN може підтримуватися надання наступних видів послуг віртуальних приватних мереж [Error: Reference source not found]:

• віртуальна приватна мережа (VPN) на основі комутованих з’єднань з підтримкою адресного простору VPN зі сторони Softswitch. В цьому випадку задачею Softswitch є аналіз номера вхідного/вихідного абонента з прийняттям рішення про можливість встановлення з’єднання відповідно до політики VPN. Після прийняття позитивного рішення про встановлення з’єднання воно обробляється у фрагменті NGN як звичайний виклик;

• віртуальна приватна мережа на основі постійних з’єднань всередині фрагменту NGN з обробкою адресної інформації зі сторони гнучкого комутатора. В цьому випадку для віртуальної приватної мережі спочатку резервується транспортний ресурс у фрагменті NGN. Обслуговування викликів VPN здійснюється гнучким комутатором в рамках виділеного для VPN транспортного ресурсу;

• віртуальна приватна мережа на основі постійних з’єднань без обробки сигнальної інформації виклику гнучким комутатором. В цьому випадку VPN використовує фрагмент NGN тільки як транспортний ресурс. Обробкою сигнальної інформації, що відноситься до виклику, займаються зовнішні по відношенню до фрагменту пристрої.

Мультимедійні послуги можна розглядати з двох позицій:

• з позиції абонентів послуг зв’язку;

• з позиції постачальника послуг (оператора зв’язку).

З точки зору абонентів, мультимедійна послуга зв’язку представляє собою можливість мережі забезпечити функціонування специфічних мультимедійних користувацьких програм. Для користувача послуга не повинна залежати від технологічної платформи мережі. Мультимедійний користувацький засіб представляє собою програму, яка одночасно підтримує кілька „одиниць“ надання аудіовізуальної інформації та надає абонентам загальний інформаційний простір в рамках одного сеансу зв’язку. В якості прикладів мультимедійних програм можна навести такі: спільна робота з документацією та графікою, дистанційне навчання, телемедицина тощо. Оператор зв’язку розглядає мультимедійну послугу зв’язку як перенесення комбінації двох чи більше „одиниць“ представлення аудіовізуальної інформації між абонентами в рамках мережної інфраструктури та з врахуванням складу і можливостей використовуваного обладнання. Таким чином, можливість надання тієї чи іншої мультимедійної послуги повністю залежить від технологічної платформи мережі. Європейський інститут стандартизації в області зв’язку ввів поняття „широкосмугових мультимедійних послуг“. Під такими послугами розуміються послуги зв’язку, надання яких здійснюється на базі широкосмугових мереж зв’язку, здатних забезпечити перенесення інформації у вигляді неперервних потоків пакетів у режимі реального часу.