Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 25
Текст из файла (страница 25)
В Великобритании в 2000 году, например, пять лицензий3G ушли с аукциона за сумму около $40 млрд.Дефицит частотного диапазона привел к появлению схемы сотовой связи, показанной на рис. 1.27, которая используется сейчас в мобильных сетях. Чтобы снизить82 Глава 1. Введениевероятность возникновения радиопомех между пользователями, зона охвата разделенана ячейки сот.
В пределах ячейки пользователям назначаются каналы, не затрагивающие друг друга и не вызывающие проблем для смежных ячеек. Таким образомобеспечивается эффективное использование спектра и повторное использованиечастотных диапазонов в соседних ячейках, что увеличивает пропускную способностьсети. В системах первого поколения, которые передавали каждое голосовое сообщениев определенном диапазоне частот, приходилось тщательно выбирать частоты, чтобыне возникало конфликтов передачи данных в соседних ячейках. Одна частота моглаиспользоваться в группе соседних ячеек только однократно.
Современные 3G-системыпозволяют каждой ячейке использовать полный диапазон доступных частот, обеспечивая при этом удовлетворительную работу соседних ячеек. Существует множествоспособов построения отдельных ячеек, например с использованием направленныхи секторных антенн, позволяющих уменьшить взаимное влияние ячеек, но основнаяидея — одна и та же.Рис. 1.27. Схема сотовой сети мобильных телефоновАрхитектура мобильной сети сильно отличается от Интернета. Мобильную сетьможно разделить на несколько блоков, как показано в упрощенной схеме архитектурыUMTS (рис. 1.28). Первый блок — радиоинтерфейс — название протокола радиосвязи,который используется при беспроводной передаче данных между мобильным устройством (например, сотовый телефон) и сотовой базовой станцией.
Совершенствованиерадиоинтерфейса за прошлые десятилетия очень увеличило скорость беспроводнойпередачи данных. Радиоинтерфейс UMTS основан на множественном доступе с кодовым разделением каналов (CDMA, Code Division Multiple Access), метод, которыймы изучим в главе 2.Сотовая базовая станция вместе с контроллером формирует сеть с радиодоступом.
Этот фрагмент схемы — беспроводная сторона сети мобильных телефонов. Узелконтроллера или RNC (Radio Network Controller, контроллер радиосети) управляетиспользованием спектра. Базовая станция обеспечивает радиоинтерфейс (так называемый «узел B»).Остальная часть сети передает трафик в сеть с радиодоступом. Ее называют базовой сетью (core network). Базовая сеть UMTS происходит от базовой сети GSM,1.5. Примеры сетей 83используемой в 2G-системах предыдущего поколения.
Однако в базовой сети UMTSесть много интересных нюансов.Рис. 1.28. Архитектура сети мобильной связи 3G UMTSС начала существования сетей продолжается война между поклонниками пакетныхсетей (то есть подсетей без установления соединения) и теми, кто поддерживает сетис коммутацией каналов (то есть подсетей, ориентированных на соединения). Основныесторонники пакетов происходят из интернет-сообщества. В схеме без установлениясоединений каждый пакет двигается независимо от остальных.
Как следствие, если вовремя сеанса некоторые маршрутизаторы выйдут из строя, то не возникнет никакихпроблем, пока система может динамически реконфигурировать себя, позволяя последующим пакетам найти маршрут к месту назначения, даже если он отличается оттого, который использовали предыдущие пакеты.Сторонники сетей с коммутацией каналов принадлежат миру телефонных компаний.
В телефонной сети звонящий должен набрать номер абонента и ждать, пока установится соединение, чтобы получить возможность говорить или передавать данные.Данное соединение устанавливает маршрут движения по телефонной сети, которыйостается стабильным, пока звонок не закончен. Все слова или пакеты следуют одними тем же маршрутом. Если линия или коммутатор отключаются, вызов обрывается.Такой вариант менее устойчив к ошибкам, чем сети без установления соединения.Преимущество сетей с коммутацией каналов состоит в том, что в этом случае легчеподдерживать качество обслуживания. Настраивая соединение заранее, подсеть можетзарезервировать ресурсы, например частотную полосу канала, буфер коммутатора,и загрузку центрального процессора.
Если предпринята попытка настроить вызов,а ресурсов недостаточно, вызов отклоняется и вызывающий получает своего родасигнал «занято». Таким образом, как только соединение оказывается настроено, можногарантировать высокое качество обслуживания.84 Глава 1. ВведениеЕсли в сети без установления соединения на один из маршрутизаторов поступаетслишком много пакетов одновременно, произойдет сбой и маршрутизатор, вероятно,потеряет часть информации. Отправитель, в конечном счете, заметит это и снова ихотправит.
Такого уровня обслуживания будет недостаточно для работы с аудио иливидео, особенно если сеть окажется загруженной. Очевидно, что обеспечение соответствующего качества звука волнует телефонные компании более, чем проблемасоединения.Особенность схемы, представленной на рис. 1.28, состоит в том, что в базовой сетииспользуются и пакетная и канальная маршрутизация. Это демонстрирует промежуточное положение сетей мобильной связи, когда оба подхода реализуются как поотдельности, так и одновременно.
Более старые сети использовали ядро с канальноймаршрутизацией в стиле традиционной телефонной сети, чтобы передавать голосовыесообщения. Это же «наследие» можно заметить в сетях UMTS с элементами MSC(Mobile Switching Center), GMSC (Gateway Mobile Switching Center) и MGW (MediaGateway), которые настраивают сети с коммутацией каналов, такие как PSTN (PublicSwitched Telephone Network).Цифровая обработка стала намного более важной частью мобильных сетей, начинаяс возникновения обмена текстовыми сообщениями и появления ранних пакетных информационных протоколов, таких как GPRS (General Packet Radio Service) в системеGSM.
Эти более старые информационные протоколы работали на скоростях в десятки килобит в секунду, но пользователи хотели больше. Скорость передачи пакетныхданных в более новых сетях меряется уже в мегабитах в секунду. Голосовой звонокпередается со скоростью 64 Кбит/с, а со сжатием — в 3–4 раза быстрее.Чтобы передать все эти данные, основные сетевые узлы UMTS соединяются непосредственно с пакетно-коммутируемой сетью.
SGSN (Serving GPRS Support Node)и GGSN (Gateway GPRS Support Node) доставляют и получают пакеты данных отмобильных телефонов и связывают их с внешними сетями с пакетной коммутацией,такими как Интернет.Этот переход продолжится в сетях мобильных телефонов, которые разрабатываются и запускаются в настоящее время. Используются даже специальные интернетпротоколы для мобильной телефонии, чтобы настроить соединения для голосовыхсообщений по сетям с пакетной коммутацией, например IP-телефония. IP и пакетыиспользуются на всех уровнях — от радиодоступа до базовой сети. Конечно, методика,по которой создаются IP-сети, также изменяется, чтобы обеспечивать лучшее качествообслуживания. Если бы так не происходило, то проблемы с прерванным аудио- иливидеопотоком заставили бы платежеспособных клиентов усомниться в данной технологии.
Мы еще вернемся к этой теме в главе 5.Другое различие между мобильными сетями и традиционным Интернетом — движение. Когда пользователь перемещается из района действия одной базовой станциив другой район, поток данных должен перенаправляться между базовыми станциями.Этот метод известен как переадресация вызова и проиллюстрирован на рис. 1.29.Мобильное устройство или базовая станция могут запросить смену базовой станции, когда качество сигнала понижается.
В некоторых сетях, обычно основанных наCDMA-технологии, можно соединиться с новой базовой станцией прежде, чем будетразорвано соединение с предыдущей базовой станцией. Это повышает качество со-1.5. Примеры сетей 85единения, поскольку не происходит никакого перерыва в обслуживании. В течениенепродолжительного времени мобильный телефон соединяется с двумя базовымистанциями одновременно. Этот способ передачи данных называют мягкой передачей,в отличие от жесткой передачи, при которой мобильный телефон разъединяется состарой базовой станцией прежде, чем успевает соединиться с новой.Рис. 1.29.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
