Полный курс лекций 2009-го года (1130357), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Эти системы ближе ктелефонным, так как они ориентированы на установление соединения на каждый звонок, а не на пакет.Установление соединения в этих сетях может длиться минуты, а не доли секунд. В этом разделе мырассмотрим, как выделяются каналы и устанавливаются соединения в двух системах – GSM и CDMA.4.2.7.1. GSM – Глобальная система для мобильной связиСистемы сотовой радиосвязи на физическом уровне мы достаточно подробно рассматривали в главе2. Хотя первые системы сотовой радиосвязи были аналоговыми, их потомки стали цифровыми. Этому есть,как мы уже говорили, как минимум три причины:§природа оцифрованных данных не важна, а поэтому можно интегрировать в одном и том же канале иголос, и факс, и данные§для оцифрованных данных есть хорошие алгоритмы сжатия, обнаружения и исправления ошибок§данные в цифровой форме можно шифровать с целью безопасностиКонечно, было бы весьма желательно создать один стандарт для всех в области сотовой связи.Однако, как мы уже отмечали, в области радиосвязи это невозможно.
В США и Японии, созданы своисистемы IS-54 и JDC, выделены свои диапазоны частот, отличные от Европейских.Европейская система GSM, которая с самого начала создавалась как цифровая, свободна от какихлибо компромиссов ради достижения совместимости с уже существующими системами. На сегодня этасамая распространенная система, которая есть и в США, правда в несколько отличном от европейскогодиапазона частот.
В Европе используют частоты 900 и 1800 МГц, а в США - 1900 МГц.Рисунок 4-12. Устройство GSM-каналовНапомним, что в каждой соте выделается до 200 каналов: 124 канала - для абонентов, остальные резервные и служебные. Каждый канал состоит из двух полос: входящей – от базы к мобильной станции(терминалу) и исходящей – от мобильной станции (терминала) к базе. Каждая полоса имеет ширину в 200кГц (рисунок 4-12). Каждый из 124 частотных каналов может поддерживать до 8 соединений, используятехнику TDM-мультиплексирования.
Теоретически может быть до 992 соединений одновременно. Однаконе все каналы используются в интересах качества передачи из-за частотных конфликтов между каналами.На рисунке 4-13 показана иерархия кадров в GSM, которая имеет достаточно сложную структуру.Каждый TDM-слот состоит из 8 кадров данных по 148 бит каждый.
Один 1250-битовый TDM-кадр занимает4,615 мсек. TDM-кадры объединяются в 26-слотовый мультикадр, который занимает 120 мсек. Кроме этого,есть 51-слотовый мультикадр, который не показан на рисунке и который используется для несколькихканалов управления на системном уровне. Например, таких, как канал управления сотой – по этомуканалу передается информация для поддержки базы данных соты, канал общего управления, которыйотвечает за регистрацию новых мобильных терминалов, поступивших в зону соты, выделение слотов длятаких терминалов и многое другое.Рисунок 4-13.
Иерархия кадров в GSM4.2.7.2. CDMA (Code Division Multiple Access) – множественныйдоступ на основе разделения кодовGSM – пример системы, где использована довольно сложная комбинация техник FDM, TDM, ALOHAдля беспроводной сотовой связи. В ней ни один из пользователей системы не может использовать всюполосу пропускания, предоставленную системе.
Если при этом принять в расчет сужение полосыпропускания из-за проблем на границе сот, падение мощности сигналов от мобильных терминалов впограничных сотовых зонах, накладных расходов на шифрование в целях безопасности, то становитсяясно, что высокую скорость передачи в этой системе получить не просто.Метод CDMA основан на принципиально иной идеи – каждый участник связи может использовать всюполосу пропускания канала.
У каждого свой уникальный «язык», поэтому все могут говорить сразу.Понимать друг друга будут только те, кто говорит на одном языке.В CDMA-системе каждый бит сообщения кодируется последовательностью из m частиц. Бит созначением 0 передается инвертированной последовательностью частиц, бит 1 – прямой. Каждоймобильной станции присваивается уникальный код – последовательность частиц.Ясно, что такая техника возможна, только если при увеличении объема передаваемой информациибудет пропорционально увеличиваться ширина полосы пропускания. При использовании техники FDMканал 1 МГц может быть разделен на 100 подканалов по 10 кГц каждый. Таким образом, мы сможемосуществлять передачу по таким подканалам со скоростью 10 кбит/сек. (1 бит на 1 Гц). В случае CDMAкаждый может использовать всю полосу, т.е.
1 МГц. Если мы будем использовать 10-разрядныепоследовательности частиц (что предполагает 210 разных последовательностей), то сможем передаватьданные со скоростью 100 кбит/сек.Кроме этого, поскольку каждая станция имеет уникальную последовательность частиц, то нетребуется дополнительного шифрования. Отсюда ясно преимущество CDMA по отношению к TDM- и FDMтехникам.Идея уникальности последовательности частиц для каждой станции основана на ортогональныхкодах. Суть этих кодов состоит в следующем: если обозначить последовательности частиц для станции Sкак S, а для станции T - T, тоНарисунке4-14последовательностей.приведенпример,поясняющиймеханизмРисунок 4-14. Метод ортогональных последовательностейработыортогональныхКак получатель узнает последовательность частиц отправителя? Например, за счет соответствующегобыстродействия он может слышать всех, обрабатывая алгоритмом декодирования для каждойпоследовательности в параллель.
На практике поступают несколько иначе. Однако мы не будем здесьзаниматься этим вопросом.4.3. Стандарт IEEE 802 для локальных и муниципальных сетейПерейдем от изучения абстрактных протоколов к рассмотрению конкретных стандартов,используемых в реальных транспортных системах. Все стандарты для локальных сетей сконцентрированыв документе IEEE 802. Этот документ разделен на части. IEEE 802.1 содержит введение в стандарты иописание примитивов.
IEEE 802.2 описывает протокол LLC (Logical Link Control – управление логическимканалом), который является верхней частью канального протокола. Стандарты с IEEE 802.3 по IEEE 802.5описывают протоколы CSMA/CD для локальных сетей, шину с маркером и кольцо с маркером. Каждыйстандарт покрывает физический уровень и МАС-подуровень. К их изучению мы и переходим.4.3.1. Стандарт IEEE 802.3 и EthernetСтандарт IEEE 802.3 относится к 1-настойчивым протоколам CSMA/CD для локальных сетей.Напомним, что прежде чем начать передачу, станция, использующая такой протокол, опрашивает канал.Если он занят, то она ждет и как только он освободится, она начинает передачу.
Если несколько станцийодновременно начали передачу, то возникает коллизия. Тут же передача прекращается. Станции ожидаютнекоторый случайный отрезок времени, и все начинается сначала.Стандарт IEEE 802.3 имеет очень интересную историю. Начало положила ALOHA. Потом компанияXEROX построила CSMA/CD канал на 2,94 Мбит/сек., объединивший 100 персональных компьютеров на 1километре кабеля.
Эта система была названа Ethernet (сетевой эфир) по аналогии с люминофорнымэфиром, который был той средой, которая передавала свет. Когда Максвелл теоретически описалэлектромагнитное излучение, долгое время считалось, что оно распространяется в некоей среде - эфире. Илишь в 1887 году Мейхельсон и Морли экспериментально показали, что электромагнитное излучениеможет распространяться в вакууме.Ethernet Xerox’а получил такой большой успех, что Xerox, DEC и Intel решили объединиться исоздали Ethernet 10 Мбит/сек. Эта разработка и составила основу стандарта IEEE 802.3. Отличие стандартаот оригинальной разработки состояло в том, что стандарт охватывал все семейство 1-настойчивыхалгоритмов, работающих со скоростью от 1-10 Мбит/сек. Есть отличия в заголовке кадров. Стандартопределяет также параметры физической среды для 50-омного коаксиального кабеля.4.3.1.1.
IEEE 802. КабелиВсего по стандарту допускается четыре категории кабелей, которые перечислены в таблице 4-15.Исторически первым был так называемый «толстый» Ethernet - 10Base5. Это желтого цвета кабель сотметками через каждые 2,5 метра, которые указывают, где можно делать подключения. Подключениеделается через специальные розетки с трансивером, которые монтируются прямо на кабеле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
