1.Общие принципы сотовой связи. Что такое соты, сайты и

1.Общие принципы сотовой связи. Что такое соты, сайты и
кластеры? Варианты сайтов и кластеров.
Построение сотовых сетей связи основывается на двух главных
принципах. Первый принцип -- повторное использование частот, идея
которого заключается в том, что в соседних ячейках сети используются
разные радиоканалы, а через несколько ячеек эти радиоканалы
повторяются. Это позволяет при минимальном количестве доступных
оператору сети радиоканалов охватить системой сколь угодно большую
зону обслуживания и существенно повысить емкость системы.
Второй принцип – перекрытие зон радиоизлучения соседних сот.
Перекрытие обеспечивает передачу обслуживания вызова (хэндовер)
без перебоя связи при пересечении границ сот.
В сотовой сети связи стандарта GSM можно выделить следующие
топологические структуры.
Сота – зона радиопокрытия антенны базовой станции (БС),
характеризующаяся использованием небольшого количества (обычно 1-3) закрепленных за нею конкретных радиоканалов. Сота является
наименьшей структурной единицей сети. В зависимости от характера
диаграммы направленности
(ДН) антенны БС
сота может быть
круговой (ширина ДН 360О) или секторной (ширина ДН 120О или 60О).
В настоящее время наиболее популярны секторные 120 градусные соты.
Размер соты характеризуется радиусом R, определяющим зону
обслуживания данной БС. Следует подчеркнуть, что радиоизлучение БС
распространяется заметно дальше расстояния R.
Рис.1. Условное графическое изображение соты и сайта:
а--круговая сота; б--сайт из трех 120 градусных сот; в--сайт из
шести 60 градусных сот
Сайт – совокупность нескольких смежных секторных сот, работа
которых обеспечивается одной БС. Исторически сайты появились как
способ повышения емкости соты: одна круговая сота разбивалась на
несколько секторных. Поэтому характеристический размер зоны
обслуживания сайта – R – такой же, как у круговой соты. На рис.1
приведены условные графические обозначения соты и сайтов.
Кластер –
группа сот (сайтов), в пределах которой нет повтора
радиочастот (номеров радиоканалов). Кластер используется как
крупная
типовая
структура
для
ЧТП
больших
территорий
1
телефонизации. Кластеры могут состоять из круговых сот (например,
классическая «ромашка» из 7 сот) или сайтов с секторными сотами. На
рис.2 и 3 показана топология сотовой сети с кластерами типа 3/9 и 4/12
на основе 120 градусных сот.
При ЧТП важно обеспечить низкий уровень так называемой
соканальной помехи. Соканальной называют помеху в j-й соте,
создаваемую i-й сотой, при условии, что i-я и j-я соты используют
одинаковые радиоканалы. Такие соты будут иметь одинаковые имена в
своих кластерах. Снижение соканальной помехи обеспечивается
максимальным разнесением одноименных сот при стыковке кластеров,
организацией разного направления излучения в таких сотах, выбором
достаточно большого R или снижением мощности радиопередачи.
2
2. Частотные планы P / E --GSM-900 , DCS(GSM-1800) и GSM-R.
По какой причине в соте нельзя использовать соседние
радиоканалы частотного плана?
P-GSM – Primary – первичная версия GSM; E-GSM – Extended –
расширенная версия GSM.
Характеристики стандартов сотовой связи GSM
Таблица 2.1
P-GSM- E-GSMСистема
GSM-1800
900
900
Частоты:
«вверх»
890-915 880-915
1710-1785
«вниз»
935-960 925-960
1805-1880
Ширина полосы, МГц
25
35
75
Дуплексный разнос, МГц
45
45
95
Полоса радиоканала, кГц
200
200
200
Кол-во дуплексных радиоканалов
124
174
374
Скорость передачи в радиоканале,
270
270
270
кбит/с
Метод доступа
TDMA
TDMA
TDMA
Метод дуплексирования
FDD
FDD
FDD
Количество каналов на несущую
8
8
8 (16)
Метод модуляции
GMSK
GMSK
GMSK
Отношение сигнал/помеха (C/I), дБ
9
9
9
Мощность АС (пиковая), Вт
2
2
1
0,8
0,8
0,25
Хэндовер
да
да
да
Фазы развития GSM.
Фаза 1 содержала наиболее общие услуги:
• Голосовая телефония.
• Международный роуминг.
• Базовые службы передачи fax/data (до 9.6 кбит/с)
• Перенаправление вызова.
• Запрещение вызова.
• Служба коротких сообщений (Short Message Service, SMS).
Фаза 1 также включила особенности типа шифрования (ciphering) и
Модуль Идентичности Подписчика (SIM-card). Спецификации этой фазы
закрыты и не могут быть изменены.
Фаза 2 включала добавочные возможности, как то:
• Индентификация вызывающей станции.
• Вызов с ожиданием.
• Удержание вызова.
• Конференц-связь
• Закрытая группа пользователей.
3
• Дополнительные способности передачи данных
Фаза 2+ включала бизнес-ориентированные проложения и общее
расширение возможностей по передаче данных, например:
• HSDCS.
• GPRS.
• EDGE
• Многоплановые профили обслуживания.
• Частные планы нумерации.
• Доступ к службам Centrex.
• Взаимодействие с GSM1800, GSM1900 and DECT.
Дальнейшее развитее GSM связывается с технологией EDGE,
ориентированную на скоростную передачу пакетов
Особенности GSM-R
Технология GSM-R построена на базе GSM, Фаза 2+, однако она имеет
ряд своих специфических особенностей. Для технологии GSM-R был
выделен
собственный частотный диапазон:
876-880 МГц по
направлению вверх и 921-925 МГц по направлению вниз (рис. 1). Из
рисунка видно, что полоса, выделяемая под нужды GSM-R, невелика —
всего 4 МГц. Это обеспечивает 19 радиоканалов GSM (4МГц/200кГц =
20 шт, и один на граничные полосы расфильтровки).
По какой причине в соте нельзя использовать соседние
радиоканалы частотного плана?
1)Техническая-объединение не возможно из-за физических свойств
коплеров.
2)Большая межканальная интерференция
4
3. Что такое соканальная помеха (C/I)? Придельное значение
C/I для GSM. Основные причины возникновения и способы
борьбы с соканальной помехой в сетях GSM
Соканальная помеха-это помеха возникающая в результате приема
мобильной станцией сигнала от базовой станции находящейся в другой
соте. Придельное значение C/I=9 дБ.
На это значение влияет модуляция используемая в системе и способ
канального помехоустойчивого кодирования.
Причины возникновения:
“Городской каньон”(открытая территория) и высотная интерференция
Способы борьбы с соканальными помехами:
-смена частотного плана;
-смена ориентации антенн в вертикальной/горизонтальной плоскости;
-выбираем антенны с минимальным излучением боковых лепестков в
нужных точках.
5
4. Задача. Определить необходимое количество сайтов в сети
GSM
при
следующих
исходных
данных:
количество
радиоканалов для сети 27, количество абонентов 15тыс.
человек, тип кластера 3/9, норма потерь 5%, удельная нагрузка
от одного абонента 30мЭрл.
Наименование
Количество
радиоканалов
Количество
абонентов
Предполагаема
я нагрузка от
одного
абонента
Вероятность
потерь вызова
Тип кластера
Сота
A1
Номе 1
ра
радио 10
Обоз
наче
ние,
един
ица
изме
рени
я
Kрк,
шт
Naб,
тыс.
Значен
ие
характе
ристик
и
27
15
Уаб,
мЭр
л
30
P, %
5
---
3/9
B1
C1
A2
B2
C2
A3
B3
C3
2
3
4
5
6
7
8
9
11
12
13
14
15
16
17
18
6
канал
19 20 21 22 23 24 25 26 27
ов
Определим абонентскую ёмкость сот
N TCH = k РК  8 – 2=3*8-2=22,где 2-количество каналов выделенных
для сигнализации и handover.
Далее определяется абонентская ёмкость соты по формуле
N СОТЫ =УСОТЫ / Уаб, УСОТЫ = 17,132 Эрл
N СОТЫ = 17,132 Эрл / 30 мЭрл =571,066; N СОТЫ = 571 абонента
N кластера=9* N СОТЫ=9*571=5139 абонента
Определим необходимое для обслуживания N аб количество кластеров,
сайтов и сот.
K*5139=15000=>K=3
7
5. Замирания в радиоканале. Логнормальные замирания.
Модели замираний по Райсу и по Релею.
Можно выделить следующие основные проблемы радиопередачи между
MS и BTS:
1)Path Loss – потери при распространении, в смысле ослабления
сигнала при увеличении расстояния между MS и BTS. Для модели
распространения в свободном пространстве цилиндрической волны от
штыревой антенны, мощность сигнала падает ~ 1/R2, где R – дистанция
от MS до BTS.
2) Shadowing – затенение. Результат действия, рельефа, зданий,
деревьев и т.п. Реально затенение создает пульсирующую структуру
затухания сигнала, получившую название “fading dips” – “заныривание
затухания”.
3) Multipath fading – многолучевое распространение (затухание). В этой
проблеме выделяют две составляющие:
-Rayleigh fading – релеевское затухание (рассеяние). Обусловлено
диффузным характером отражения радиоволн от реальных объектов.
Как результат, принимаемый сигнал есть сумма многих идентичных
сигналов, отличающихся по фазе (и амплитуде тоже). Эффект
проявляет себя на уровне радионесущей и дает “fading dips” –
пульсации уровня, замирания с периодом в пространстве, равным λ/2.
- Time Dispersion – эффект из-за существенно разнесенных по
пространству лучей, т.е. прошедших дальние пути (far away).
4) Time Alignment – временное выравнивание. В GSM используется
синхронное временное разделение абонентов на данной несущей. При
заметном изменении расстояния
информация
от абонента
запаздывает, т.е. начинает “не попадать” в свой временной слот.
Рис.3.1. Изменение уровня мощности сигнала от логарифма расстояния.
8
6. Задача. Передатчик базовой станции GSM-900 имеет мощность
Pt
=
20W.
Выразите
ее
в
dBm.
Используя
модель
распространения волны в свободном пространстве (Free Space
Propagation), определите мощность в точке приема Pr (в dBm),
находящейся на расстоянии
1км от базовой станции.
Проиллюстрируйте
расчет
графиком
в
осях
«уровеньдальность».
Pt=20W
Pt
=10lg(20/1*10-3)=10lg20-10lg(103)=10lg20+30=13,01+30=43,01дБм
Pl=32,45
+
20*lg(f)
+
20*lg(d)=32,45+20lg900+0=32,45+59,08=91,53дБ
Pr=Pt-Pl=43,01-91,53=-48,52дБм
9
7. Общая схема
скоростей).
обработки
сигнала
в
GSM
(с
указанием
Рис.4.1. Функциональная схема обработки сигнала в GSM.
A\D-conversion – аналого-цифровое преобразование сигнала от
микрофона.
Segmentation – сегментация, т.е. разделение цифрового потока на
сегменты по 20мс.
Speech coding – речевое кодирование, предназначенное для сжатия
цифровых данных
Channel coding – канальное помехоустойчивое кодирование.
Ciphering – шифрование, т.е. криптозащита цифровых потоков.
Interleaving – перепутывание, перемежение битов для борьбы с
замираниями в радиоканале.
Burst formatting – форматирование пакетов, т.е. сопровождение
информационных битов служебными, разделительными, защитными,
тренировочными и .д. битами.
В тракте приема МС все процедуры взаимообратны процедурам на
передаче, кроме одной:
Adaptive Equalization – адаптивное выравнивание, понимаемое как
квазиоптимальный прием битов в условиях взаимных наложений из-за
многолучевости.
В трактах приемопередачи БС процедуры обработки аналогичны МС и
начинаются с этапа канального кодирования. Специфичен лишь блок
10
D\D-conversion – транскодер (перекодер), предназначенный для
преобразования ИКМ потока 64кб/с во внутренний формат GSM 13кб/с.
При передачи неречевой информации (факсограммы, SMS, иные
цифровые данные), цифровые сигналы вводятся в тракт либо перед
канальным кодером, либо после него, если помехоустойчивое
канальное кодирование выполняется самим источником данных.
Рассмотрим подробнее A/D – преобразование, сегментацию и речевое
(эффективное) кодирование.
Сигнал в полосе ТЧ дискретизируется с fD=8кГц и затем квантуется с
разрядностью 13 бит на отсчет. Таким образом, имеем цифровой поток
со скоростью:
8кГц х 13 бит=104Кбит/с
Следует отметить, что эти параметры заметно превышают параметры
вполне хорошей оцифровки стандарта ИКМ
8кГц х 8 бит=64Кбит/с.
Подобное сделано для обеспечения более корректной работы речевого
кодера на последующих этапах сжатия потока.
Для сжатия потока с 104Кбит/с до 13 Кбит/с используется метод
RPE-LPC (Regular Pulse Excitation – Linear Prediction Coding) – линейное
предиктивное кодирование с регулярным импульсным возбуждением.
В его основе лежит представление, что голосовой тракт человека –
фильтр с переменными параметрами, на который воздействует сигнал
основного тона, для формирования гласных звуков, или шум для
формирования “согласных”, шипящих звуков. Для кодирования речи
необходимо сохранить информацию об основном токе и меняющихся во
времени параметрах фильтра (коэффициентах). Звуки речи имеют
длительность от 5мс до 300мс (т.е. коэффициенты фильтра не меняются
в эти интервалы, они стационарны).
В GSM интервал сегментации (стационарности) выбран 20мс. На нем
производится вычисление коэффициентов фильтра и параметров
основного тона из 160 отсчетов от A/D. Таким образом, информация о
речевом сигнале обновляется 50 раз в секунду.
В случае, если абонент молчит, это обнаруживается с помощью VAD
(Voice Activity Detector) – детектора активности речи. При этом
соответствующие 20мс сегменты маркируются как пустые, чтобы их
могли занимать, например, сигналы GPRS.
Способ кодирования, принятый в GSM, обеспечивает сжатие исходного
объема бит на 20мс-интервале от значения
(160отсчетов х 13бит/отсчет)=2080 бит,
до значения 260 бит!
Таким образом, за секунду имеем:
50 х 260бит=13Кбит/с
11
Кроме указанной скорости, называемой «full rate», в GSM используют
Enhanced full rate (EFR) – 15,1Кбит/с, и Half rate – половинная скорость
– 5,6Кбит/с.
12
8. Структура кадров TDMA GSM.
При формировании кадров TDMA (Time Division Multiple Access множественный доступ с подразделением во времени) использована
ступенчатая иерархическая схема. В схеме присутствуют:
А) слот (time slot)
Б) кадр TDMA из 8 слотов
В) мультикадр TDMA (26 или 51 кадров TDMA)
Г) суперкадр TDMA (1326 кадров TDMA, т.е. 51
26-элементных
мультикадров, или 26 51-элементных мультикадров)
Д) гиперкадр TDMA (2048 суперкадров или 2715648 кадров)
Сруктура поясняется на рис.5.4.
Длительность гиперкадра равна 3ч 28мин 53с 760мс=12533,76с. Столь
большой гиперкадр обусловлен алгоритмами шифрования информации.
Именно гиперкадру равен период псевдослучайного алгоритма
(последовательности) шифрования.
Кадры на передачу и на прием имеют взаимную задержку на 3 слота.
Рис. 5.4. Кадры TDMA
13
9.Принципы аутентификация абонента и шифрование данных в
GSM.
В процедурах аутентификации и шифрования применяется модуль
идентификации пользователя --- Subscriber Identity Module—так
называемая SIM-карта. На ней хранятся следующие данные:
 IMSI (International Mobile Subscriber Identity);
 Ki (Individual Subscriber Authentication Key);
 A3, A8: Алгоритмы для аутентификации и шифрования.
IMSI, Ki, A3 и A8 используются для вычисления триплетов (Triples), т.е.
аутентификационных параметров.
Триплет состоит из:
 RAND (RANDom number);
 SRES (Signed RESponse): отклик для аутентификации;
 Kc (Cipher Key): код для шифрования радипередачи.
Алгоритм аутентификации пользователей поясняется на рис.8.1.
Рис.8.1. Алгоритм аутентификации
Генератор случайной последовательности, входящий в состав центра
аутентификации AC, вырабатывает случайный код RAND. Затем,
значение RAND и индивидуальный ключ аутентификации пользователя
Кi,
с
помощью
алгоритма
А3
аутентификации
формирует
последовательность–отклик SRES*. Одновременно RAND передается на
MS, где в SIM выполняются аналогичные процедуры и формируется
SRES, которая передается на MSC. В MSC SRES* сравнивается с SRES. В
случае совпадения, абоненту предоставляется доступ к услугам сети. В
противном случае мобильный абонент получает отказ в обслуживании
Шифрование.
Назначение шифрования – закодировать пакет (burst) так, чтобы он
был «непонятен» любому другому прибору, кроме оговоренного
приемника. Алгоритм шифрования в GSM называется A5. Этот алгоритм
не добавляет биты к пакету из 456 бит каждые 20мс, т.е. сохраняет его
размер. Ключ шифрования Kc формирует алгоритм A8
14
Рис. 4.4. Алгоритм шифрования
15
10. Классификация каналов управления (CCH). Их назначение.
Использование пакетов (burst) разных типов.
Общая структура логических каналов GSM представлена на рис.6.1.
В системе GSM для контроля доступа к среде, распределения каналов
информационного обмена и управления мобильностью используется
много различных каналов ССН. Определено три группы каналов
управления, причем каждая из них, в свою очередь, тоже разделяется
на подгруппы.
Широковещательный канал управления (ВССН). Станция BTS
использует этот канал для передачи данных всем мобильным станциям,
находящимся в ячейке. Такими данными могут быть, например,
идентификатор ячейки, ее опции (перескок частот) и частоты,
доступные в данной и соседних ячейках. Информация о коррекции
частоты и синхронизации во времени передается через канал
коррекции частоты (FCCH)
и канал синхронизации (SCH),
которые являются подканалами ВССН. Канал коррекции частоты
используется для передачи пакетов данных по коррекции частоты, и
содержит набор "0". Это даёт постоянный сдвиг частоты несущей,
который может быть использован мобильной станцией для коррекции
частоты. Канал синхронизации SCH используется для временной
синхронизации мобильных станций. Данные, передаваемые по этому
каналу, включают номер кадра, также как и идентификационный код
базовой станции (BSIC), который требуется мобильным станциям при
оценке мощности сигнала базовой станции.
16
Общий
канал
управления
(СССН).
Через
канал
СССН
осуществляется обмен информацией при установке соединения между
мобильной станцией и станцией BTS. Для поиска мобильной станции
при звонках на нее станция BTS использует поисковый канал (РСН).
Если же соединение устанавливает мобильная станция, она посылает
данные на станцию BTS через канал произвольного доступа
(RACH). Для множественного доступа в канале RACH (все мобильные
станции, находящиеся внутри ячейки, имеют доступ к этому каналу)
применятся схема Aloha с выделением временных интервалов. На этом
этапе могут возникать конфликты с другими мобильными станциями
системы GSM. Через канал предоставления доступа (AGCH) станция
BTS сообщает мобильной станции, что для дальнейшей установки
соединения можно использовать канал ТСН или SDCCH.
Выделенный канал управления (DCCH). В то время, как все
рассмотренные выше каналы были однонаправленными, следующие
каналы являются двунаправленными. Если мобильной станции не
удалось установить соединение ТСН со станцией BTS, она использует
для
передачи
сигналов
автономный
выделенный
канал
управления (SDCCH) с низкой пропускной способностью (782 бит/с).
Сигналы могут включать аутентификацию, регистрацию или другие
данные, необходимые для установки соединения ТСН. С каждым
каналом ТСН и SDCCH связан медленный ассоциированный
выделенный
канал
управления
(SACCH).
Через
него
осуществляется обмен информацией о системе, в частности, передача
данных о качестве канала и уровне мощности сигнала. Наконец, когда
нужно передать большее количество сигнальной информацией, а канал
ТСН уже существует, устанавливается быстрый ассоциированный
выделенный канал управления (FACCH). Канал FACCH использует
временные интервалы, которые в ином случае относились бы к каналу
ТСН. Он необходим, например, при переключениях, когда станция BTS
должна обмениваться с мобильной станцией большим количеством
данных за меньший промежуток времени.
Пакеты
NB используется для передачи информации по каналам связи и
управления, за исключением канала доступа RACH. В состав NB
включены два контрольных бита (Steeling Flag), которые служат
признаком того, содержит ли передаваемая группа речевую
информацию или информацию сигнализации. Между двумя группами
информационных
бит
в
составе
NB
находится
обучающая
последовательность из 26 бит, известная в приемнике. С помощью этой
последовательности обеспечивается:
- оценка частоты появления ошибок в двоичных разрядах по
результатам сравнения принятой и эталонной последовательностей.
17
- оценка импульсной характеристики радиоканала на интервале
передачи NB для последующей коррекции тракта приема сигнала за
счет использования адаптивного эквалайзера в тракте приема
- определение задержек распространения сигнала между базовой и
подвижной станциями для оценки дальности связи
FB предназначен для синхронизации по частоте подвижной станции.
Все 142 бита в этом временном интервале - нулевые, что соответствует
немодулированной несущей со сдвигом (1625/24)кГц=67,7кГц выше
номинального значения средней частоты радиоканала.
SB используется для синхронизации по времени базовой и подвижной
станций. Он состоит из синхропоследовательности длительностью 64
бита, несет информацию о номере ТDМА кадра и идентификационный
код базовой станции.
DB обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей
структуре DB совпадает с NB и содержит такую же тренировочную
последовательность длиной 26 бит. В DB отсутствуют контрольные биты
и не передается никакой информации. DB лишь информирует о том, что
передатчик функционирует.
АВ обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой
базовой станции. АВ передается подвижной станцией при запросе
канала сигнализации. Это первый передаваемый подвижной станцией
пакет, следовательно, время прохождения сигнала еще не измерено.
Поэтому пакет имеет специфическую структуру. Сначала передается
концевая комбинация 8 бит, затем - последовательность синхронизации
для базовой станции (41 бит), что позволяет базовой станции
обеспечить правильный прием последующих 36 зашифрованных бит.
Пакет содержит большой защитный интервал (68,25 бит, длительностью
252 мкс), что обеспечивает (независимо от времени прохождения
сигнала) достаточное временное разнесение от пакетов других
подвижных станций,
18
11. Архитектура сети GSM фазы 1. Назначение элементов
сети. Особенности организации интерфейсов группы A.
На рис.7.2 показана архитектура сети GSM (Фаза1). Красным цветом
выделены трафик-каналы(от MSC к ОМС,от OMC к TRAU,BSC,BTS),
синим цветом – каналы управления(от MSC к MSC,HLR,EIR,MSC).
(остальные линии черным)Около трафик-каналов указана скорость
передачи для одного абонента.
Рис.7.2 Архитектура сети GSM (Фаза 1 и 2)
BSS состоит из 4 элементов:
BTS -- Base Transceiver Station – базовая приемопередающая станция.
BSC -- Base Station Controller – контроллер базовых станций.
TRAU -- Transcoding and Rate Adaption Unit – блок транскодера и
адоптации скорости потока.
LMT -- Local Maintenance Terminal – локальный терминал обслуживания.
NSS включает в себя следующие элементы:
MSC -- Mobile services Switching Center –центр коммутации мобильных
служб.
19
GMSC -- Gateway MSC – шлюз для связи с внешними сетями.
IWF – Interworking Function – шлюз межсетевых операций.
VLR --Visitor Location Register – гостевой регистр местоположения.
HLR -- Home Location Register – домашний регистр местоположения.
AC -- Authentication Center – центр аутентификации.
EIR -- Equipment Identity Register – регистр идентификации
оборудования.
Взаимодействие
элементов
сети
осуществляется
на
основе
регламентированных интерфейсов, показанных на рис.7.3 и список
которых приведен в табл.7.1.
Рис.7.3 Обозначение интерфейсов GSM
Таблица 7.1
Интерфейсы GSM
Um:
Air interface MS - BTS
A:
MSC - BSC
Asub:
BSC - TRAU
Abis:
BSC - BTS
T:
BSC, BTS, TRAU - LMT
O:
BSC - OMC-B
B:
MSC - VLR
C:
MSC - HLR
D:
HLR - VLR
E:
MSC - MSC
F:
MSC - EIR
G:
VLR - VLR.
20
Интерфейсы взаимодействия устройств управления основаны на
использовании ОКС№7 и протокола X.25.
Назначение
элементов сети. В трафик-каналах применяется
следующая схема взаимодействия интерфейсов (преобразования
сигналов):
1.
по Um интерфейсу в NB на BTS переносится цифровой поток на
скорости 13 (14,4)кбит/с;
2.
BTS повышает скорость потока до 16кбит/с за счет добавления
битов стаффинга и передает поток на BSC;
3.
BSC собирает потоки от BTS и мультиплексирует их в поток
(потоки) E1 (ИКМ-30) по четыре потока 16кбит/с в один 64кбит/с;
далее направляет поток на TRAU;
4.
TRAU осуществляет снятие эффективного кодирования речи, за
счет чего потоки 16кбит/с превращаются в 64кбит/с; из этих потоков
формируются потоки E1, направляющиеся на MSC (см. рис. 7.3);
5.
далее везде в сети трафик–информация переносится в формате
64кбит/с.
21
12.Элементы территориальной структура сети: RA, LA, SA, PLMN.
Географическая структура сетей GSM слагается из областей (зон)
обслуживания, показанных на нижеследующих рисунках.
Рис.7.9. Сота
Рис.7.10. Область определения местоположения
(Location Area)
Рис.7.11 Область обслуживания MSC местоположения
(MSC Service Area)
22
Рис.7.12. Сеть оператора GSM
(Public Land Mobile Network)
Несколько сетей национальных операторов GSM образуют National GSM
Service Area. Сети операторов разных стран образуют International GSM
Service Area.
Для обозначения каждой из областей в GSM существует развитая
структура нумерации и идентификации. На рис.7.13 показана иерархия
зон обслуживания и соответствующие зонам идентификаторы/номера.
Рис.7.13. Иерархия зон обслуживания и нумерация GSM
23
13.Варианты установления соединений в сети.
В GSM рассматривают варианты установления соединения, которые
образно иллюстрирует рис.9.1. На рисунке присутствуют сокращения:

Mobile Originating Call (MOC) -- исходящий с MS вызов;

Mobile Terminating Call (MTC) – входящий на MS вызов;

Mobile Mobile Call (MMC) – вызов между двумя MS;

Mobile Internal Call (MIC) – аналогично MMC, но обе MS в зоне
облуживания одного MSC.
Рассмотрим вызов мобильного оконечного устройства (МТС). Основные
этапы соединения вызывающей станции с мобильным пользователем
показаны на рис. 9.2. Абонент PSTN набирает телефонный номер
абонента GSM. Стационарная станция (PSTN) устанавливает с помощью
кода адресата, что номер относится к пользователю сети GSM и
переадресовывает запрос соединения на шлюз GMSC (1). Шлюз GMSC
инициирует выше изложенную процедуру посылки запроса на MSC
посредством временного номера MSRN (2-5). MSC запрашивает в VLR
информацию о местоположении (LAI) вызываемой MS (6,7) и далее
посылает вызывной сигнал (пейджинг) на все BTS в нужной LA. После
получения ответа от MS (9), инициируется процедура аутентификации,
назначения TMSI и шифрования (10). На заключительном этапе MS
выделяется трафик-канал и происходит проключение соединения (11).
Рис.9.1. Типы соединений в GSM
24
Вызов с мобильного источника (МОС) совершается намного проще (рис.
9.3). Мобильная станция посылает запрос на установку нового
соединения (1). Подсистема BSS переадресовывает этот запрос центру
MSC и VLR (2). Далее выполняются процедуры аутентификации и
присвоения
TMSI
(3,4).
Затем
идет
передача
номерной
информации(5,6). Центр MSC выделяет трафик-канал MS (7,8) и
проключает вызываемого абонента (9).
При установке соединения, кроме описанных выше шагов, происходит
обмен некоторыми сообщениями между MS и
BTS (в обоих
направлениях). С этой целью используется канал случайного доступа
(RACH). После выделения канала информационного обмена (ТСН)
используется более медленный канал управления SDCCH.
Характер прохождения трафик-каналов при MMC и MIC показан на
рис.9.4. Задействованность регистров системы аналогична выше
изложенной.
Рис. 9.2. Вызов мобильного оконечного устройства
(МТС, Mobile Terminating Call)
25
Рис. 9.3. Вызов с мобильного источника (МОС, Mobile Originating Call)
Mobile Mobile Call MMC
traffic
channel
VLR
EIR
VMSC
BSC
BTS
VLR
HLR AC
VMSC
BTS
NSS Network Switching Subsystem
Mobile Internal Call MIC
EIR
BSC
RSS Radio Subsystem
traffic
channel
BSC
VLR
BTS
VMSC
HLR AC
NSS Network Switching Subsystem
BSC
BTS
RSS Radio Subsystem
Рис. 9.4. Схемы установления соединения между двумя MS
26
14.Разновидности хэндовера в сетях GSM.
Отдельные ячейки не покрывают всей области действия службы.
Поэтому в сотовых системах необходимо переключение -- хандовер.
Чем меньше размер ячейки и быстрее движение мобильной станции, тем
больше требуется переключений текущих соединений. Однако,
переключение не должно вызывать обрыва соединения, также
называемого выпадением вызовов.
Есть две главных причины переключения (в стандарте их определено
около 40).

Мобильная станция выходит из зоны действия станции BTS
или некоторой антенны станции BTS. Тогда принимаемый уровень
сигнала непрерывно уменьшается до тех пор, пока не упадет ниже
минимальных требований. В другом случае может увеличиться
количество ошибок, обусловленных помехами. Все эти эффекты
ухудшают качество радиоканала, и радиопередача вскоре становится
невозможной.

Проводная инфраструктура (центр MSC, контроллер BSC)
может решить, что информационный обмен в одной из ячеек
является слишком интенсивным, и переместить мобильную станцию
в другую ячейку с более слабой загрузкой. Таким образом,
переключение может быть обусловлено балансированием нагрузки.
На рис. 9.5 показано четыре возможных типа хэновера в системе GSM.
27
Handover Types
Intra-BSS
Intra-cell
BTS
f 1, TS 1
BTS
BSC
BSC
MSC
f 2, TS 2
BTS
Handover
performed
Intra-MSC
Handover
performed
MSC
Inter-MSC
basic
BSS
MSC - A
MSC - B
MSC
BSS
subsequent
MSC - C
Рис. 9.5. Типы хэндовера в системе GSM
Рисунок содержит следующие варианты переключений:

Intra-Cell Handover -- переключение внутри ячейки. Внутри
ячейки передача на некоторой частоте может стать невозможной из-за
узкополосных помех. В этом случае контроллер BSC может изменить
несущую частоту;

Intra-BSS
Handover
-переключение
ячеек
одного
контроллера BSC. Это наиболее распространенное переключение.
Мобильная станция переходит из одной ячейки в другую, но находится
в зоне управления одного и того же контроллера BSC. Он осуществляет
переключение, выделяет новый радиоканал в новой ячейке и
освобождает старый канал.

Intra-MSC Handover -- переключение контроллеров BSC
одного
центра
MSC.
Поскольку
контроллер
BSC
управляет
ограниченным числом ячеек, в системе GSM иногда необходимо
осуществлять
переключение
между
ячейками,
управляемыми
различными контроллерами BSC. Такое переключение производится
центром MSC.

Inter-MSC Handover -- переключение центров MSC. Наконец,
может потребоваться переключение двух ячеек, относящихся к разным
центрам MSC. Такой вариант хэндовера может быть разбит на два
28
подтипа. Если в процессе установленного соединения требуется
переключение только с MSC-A на MSC-B, то это Basic Handover.
Если
в
процессе
установленного
соединения
требуется
последовательное переключение между несколькими MSC (MSC-A на
MSC-B на MSC-C ), то это Subsequent Handover
Станция BTS и мобильная станция периодически измеряют качество
исходящего и нисходящего каналов соответственно. В качество канала
входит уровень сигнала и количество ошибок. Это делается для
получения всей информации, необходимой при переключении из-за
слабого соединения. Результаты измерений передаются мобильной
станцией каждые полсекунды. Они содержат информацию не только о
качестве текущего канала передачи, но и о качестве некоторых каналов
в соседних ячейках (каналы ВССН).
Последовательность обмена информацией при хэндовере контроллеров
BSC одного центра MSC выглядит следующим образом. Мобильная
станция периодически передает свои измерения. Станция BTSold
объединяет их с собственными измерениями и перенаправляет эти
данные на контроллер BSCold. Основываясь на этих значениях и,
например, на условиях информационного обмена, контроллер BSCold
может решить произвести переключение. Тогда он передает центру MSС
сообщение “требуется переключение”. Затем центр MSC посылает
запрос ресурсов, необходимых для переключения, на другой
контроллер BSCnew. Этот контроллер BSC проверяет доступность
ресурсов (частот или временных интервалов) и активирует физический
канал станции BTSnew, подготавливая прием мобильной станции.
Станция
BTSnew
подтверждает
успешную
активацию
канала.
Контроллер
BSCnew,
в
свою
очередь,
подтверждает
запрос
переключения. Затем центр MSC отдает команду переключения и
переадресовывает ее мобильной станции. Станция MS разрывает старое
соединение и получает доступ к новой BTS. Далее происходит
установка соединения (сюда входит установка соединения на втором
уровне и передача мобильной станцией сообщения “переключение
завершено”). На этом этапе можно считать, что переключение
мобильной станции завершилось. Тем не менее, нужно еще освободить
ресурсы старого контроллера BSCold и базовой станции BTSold, а
также подтвердить успешное переключение сообщениями о завершении
переключения и очистки.
29
15.GPRS. Способы повышения скорости передачи данных.
GPRS использует общий физический ресурс радиоинтерфейса GSM
совместно с коммутацией каналов. GPRS можно рассматривать как
технологию, наложенную на сеть GSM. Это позволяет использовать
одну и ту же физическую среду в сотах как для передачи речи с
коммутацией каналов, так и для передачи данных с коммутацией
пакетов. Ресурсы GPRS могут выделяться под передачу данных
динамически в периоды, когда отсутствует сеанс передачи информации
с коммутацией каналов.
Для GPRS предназначены те же физические каналы, но эффективность
их использования намного больше по сравнению с традиционной GSM с
коммутацией каналов, поскольку несколько пользователей GPRS могут
использовать один и тот же таймслот. Это позволяет повысить
использование каналов. Кроме того, GPRS использует ресурсы только в
период передачи и приема данных. В зависимости от кодирования,
скорость передачи может достигать 150 Кбит/с. В частности, если
использовать кодирование каналов с пропускной способностью 14,4
Кбит/с, то при выделении всех (8) временных интервалов получится
канал со скоростью передачи 115,2 Кбит/с.
Пользователям службы обеспечивается возможность выбора параметров
качества обслуживания. Кроме того, система GPRS предоставляет
услуги широковещания, а также многоадресной и одноадресной
передачи. Общая цель этого подхода — обеспечение более
эффективной, и более дешевой службы с пакетным режимом передачи,
Такая служба особенно необходима Internet-приложениям, которые
используют именно пакетную передачу. Сетевые поставщики услуг
могут поддерживать эту модель, взимая оплату не за время соединения
(как это делается сейчас в службах передачи данных системы GSM и
технологии HSCSD), а за объем переданной информации. Очевидно,
появление системы GPRS вызвано успехом пакетно-ориентированной
сети Internet.
Терминалы GPRS
Существуют три класса MS, которые могут работать с GPRS.
Класс А: MS класса А одновременно может зарегистрирована в сети
GPRS и в сети GSM. MS класса А может также одновременно
передавать/принимать речевую информацию и данные с коммутацией
пакетов.
Класс В: MS класса В одновременно может зарегистрирована в сети
GPRS и в сети GSM, но в каждый момент времени может
принимать/передавать информацию либо службы с коммутацией
каналов, либо службы с коммутацией пакетов.
Класс С: MS класса С может быть зарегистрирована в один момент
времени либо в сети GSM либо в сети GPRS.
30
Способы повышения скорости передачи данных.
На этапе развития GSM, соответствующем Фазе 2+, была поставлена и
решена задача повышения скорости передачи данных за счет
мобилизации ресурсов системы. Для этой цели используются три
технологии:
 High Speed Circuit Switched Data, HSCSD;
 General Packet Radio Service, GPRS;
 Enhanced Data rates for the GSM Evolution, EDGE.
На рис.10.3 приведено сравнение достигнутых скоростей по этим
технологиям с ISDN (64кбит/с) и базовым GSM (до 14,4кбит/с).
Рис.10.3. Сравнение скоростей передачи данных
Наиболее простой является технология HSCSD, предполагающая
использование не одного, а нескольких слотов в кадре TDMA,
для передачи
одного абонента. Ситуацию иллюстрирует
рис.10.4
Стандарт предусматривает использование до 4 слотов. В
результате, максимальная скорость передачи достигает
4х 14,4кбит/с = 57,6кбит/с.
Технология
HSCSD
наиболее
часто
применяется
для
видеотелефонии. Работает в режиме «точка-точка». Она не
требует совершенно никаких изменений в структуре сети GSM.
Меняется лишь программная часть.
31
Рис.10.4. Скорость технологии HSCSD
Технология HSCSD реализуема в варианте прозрачном и непрозрачном.
Во
втором
случае
для
передачи
данных
используется
модифицированные RLP-пакеты.
Проблемами этой технологии принято считать отсутствие возможностей
повышения скорости, плохую «стыковку» с Inernet и тарификацию по
времени и количеству каналов.
HSCSD
57,6 кбит/сек
GPRS
171,2 кбит/сек
EDGE
384,2 кбит/сек
32
16.Архитектуре сети GSM фазы 2+.
Для технологии GPRS необходимы дополнительные сетевые элементы,
т.е. программное и аппаратное обеспечение, Поэтому, в отличие от
системы HSCSD, для объединения каналов в системе GPRS недостаточно
одного лишь обновления программ. Архитектура сети с GPRS показана
на рис.11.1. Тамже показаны интерфейсы к узлам сети UMTS (3G),
которые называются интерфейсами I (Iu, Iur и т.д.).
Рис.11.1. Функциональные элементы сети GSM с GPRS.
Архитектура системы GPRS содержит новые элементы сети — так
называемые узлы поддержки GPRS (GPRS Support Nodes). Это узел
поддержки служб GPRS –Serving GSN, SGSN и узел шлюзовой
поддержки Gateway GSN, GGSN. Для поддержания работы с
интеллектуальными сетями в структуре может быть CAMEL Service
Environment – CSE.
33
Узлы поддержки связаны с другими элементами интерфейсами,
показанными на рис.11.1. Узел GGSN связан с внешними сетями
(например, сетями IP или Х-25) через интерфейс Gi. Этот узел содержит
данные о маршрутизации, выполняет преобразования адресов и, с
помощью инкапсуляции, туннелирует данные пользователям. Передача
пакетов узлам SGSN производится через магистральную сеть GPRS
(интерфейс Gn), основанную на протоколе IP.
34
17.Технология EDGE. Схемы модуляции и кодирования.
Повышение скорости передачи данных было осуществлено
путем
перехода
на
новую,
более
эффективную
схему
модуляции, без изменения общей ширины спектра канала в
200кГц. Новая технология получила название EDGE -- Enhanced
Data rates for the GSM Evolution. В ней используется модуляция
8-PSK (см. рис.11.9), где бит в радиоканале кодируется тремя
информационными символами. В результате достигается более
высокая скорость передачи 640кбит/с, против 270,833кбит/с в
обычном радиоинтерфейсе GSM. На рис.11.10 приведены
сравнительные значения скоростей EDGE и HSCSD.
Рис. 11.9. Сигнальное созвездие модуляции 8-PSK
Особенностью технологии является динамическое изменение
схем модуляции и кодирования в зависимости от состояния
радиоканала. Используется девять таких схем: MSC1…MSC9 (см.
табл.11.1). Причем, в первых четырех схемах
применяется
модуляция GMSK, а в остальных
8-PSK.
Важно заметить, что технология EDGE меняет лишь радиоинтерфейс,
сохраняя без изменений структуру сети Фазы 2+. В рамках
международного проекта IMT-2000 технология EDGE отнесена к
поколению 3G сотовой связи.
35
Рис. 11.10. Некоторые параметры технологии EDGE
в сравнении с HSCSD
Таблица 11.1 Схемы модуляции и кодирования EDGE
36
При введении технологии EDGE на существующих базовых станциях
GSM
необходимо
заменить
как
минимум
один
обычный
приемопередатчик TRX (CU) на TRX EDGE (ECU). В результате в
многочастотной
соте
возникает
возможность
комбинированной
передачи тайм-слотов разного типа, как показано на рис.11.11. Более
того, E-GPRS и GPRS пакеты могут быть мультиплексированы в одних
и тех же тайм-слотах на данной несущей.
Рис. 11.11. Заполнение частотно-временных каналов в системах с EDGE
37
18.Основные типы антенн для базовых станций GSM.
1) λ/2 диполь
Рис. 12.14. Простой и петлевой (Пистолькорса) λ/2 диполь
Рис. 12.15. Симметризующее подключение
38
Рис.12.16. Распределение напряжения и тока по длине вибратора
2) Директорная антенна («волновой канал», Яги-Уда)
Антенна была предложена в 1926 Shintaro Uda и Hidetsugu Yagi из
Tohoku Imperial University, Sendai, Japan.
В антенне Яги-Уда используется тот факт, что пассивный элемент,
находящийся рядом с активным вибратором, также становится
источником вторичных электромагнитных волн. В результате система
формирует поле, как суперпозицию двух волн. Это же справедливо и
для большего количества пассивных элементов.
В антенне Яги-Уда λ/2 диполь-вибратор (обычно – петлевой) с одной
стороны окружают рефлектором (пассивным элементом с длинной >
λ/2), а с другой стороны директорами
(пассивными элементами с
длинной < λ/2). ДН имеет направленность в сторону директоров,
размер которых уменьшается по мере удаления от вибратора. Чем
больше директоров, тем выше коэффициент усиления, но уже рабочая
полоса.
39
Рис. 12.17. Схема антенны Яги-Уда
3) Логарифмически-периодическая антенна
Ниже будет показано (см. рис.12.24), что одинаковые диполи можно
объединять в систему, возбуждая их синфазно с помощью
пересекающейся крест на крест линий.
Аналогичная идея заложена в
логарифмически-периодической
антенне, с той разницей, что в ней объединяют диполи изменяющегося
размера (см. рис.12.19). Это приводит к заметному расширению полосы
антенны при сохранении формы ДН без изменений на всех рабочих
частотах. У таких антенн отношение верхней рабочей частоты к нижней
может достигать 10 и более.
40
Рис. 12.19. Общая схема логопериодической антенны
Для получения частотно-независимых свойств в широкой полосе,
размерные параметры антенны должны быть связаны следующей
геометрической прогрессией со знаменателем τ, называемым периодом
структуры:
l2/l1=l3/l2=l4/l3=...=ln/l n-1= τ
d2/d1=d3/d2=d4/d3=...=dn-1/d n-2= τ
Другим параметром, влияющим на свойства антенны, является угол при
вершине 2α. Чем меньше угол 2α и период τ ближе к единице, тем
больше коэффициент усиления антенны. Однако это приводит к росту
габаритов и массы конструкции.
В результате обычно угол 2α лежит в приделах (30…60)0, а период
структуры τ от 0,7 до 0,9.
Следует отметить, что математически точно свойства антенны
повторяются (одинаковы) лишь на частотах f0, f0τ, f0τ2, f0τ3,.., f0τn…
При изображении на шкале частот в логарифмическом масштабе, эти
частоты следуют с периодом ln(τ), что и определило название антенн
данного типа.
4) Полосковая антенна (Patch Antenna)
41
42
Рис.12.22. Конструкция и ДН в горизонтальной плоскости патч-антенны
Патч-антенна
представляет
собой
прямоугольный
(квадратный)
проводящий лепесток со стороной (сторонами), равной λ/2 волны,
расположенный над большей по размеру пластиной «земли». Чем
больше пластина земли, тем лучше направленность антенны, но и
больше ее габариты. Простая патч-антенна излучает линейно
поляризованную волну. Ее излучение может быть рассмотрено как
излучение двух щелей по краям антенны.
Прямоугольные
(не
квадратные)
антенны
дают
диаграмму
направленности, у которой ширина вертикального и горизонтального
лепестков существенно различаются. Кроме квадратных лепестков,
могут использоваться круглые или многоугольные лепестки.
Относительная полоса пропускания простейшей антенны линейно
зависит от расстояния между лепестком и землей: чем ближе лепесток к
земле, тем меньше полоса и выше добротность антенны. Грубо полосу
пропускания антенны можно оценить по формуле:
,
где d — расстояние от лепестка до земли, W — длина лепестка (обычно
половина длины волны), Zo -- импеданс воздушного промежутка между
лепестком и землей, Rrad — сопротивление излучения антенны. зависит
от ее толщины.
Характерное значение импеданса воздушного промежутка Zo =337 Ом,
а сопротивления излучения Rrad =150 Ом. Тогда получаем формулу:
.
Для квадратного лепестка на 900 МГц, W = 16 см. Толщина антенны в
1.6 см даст относительную ширину полосы пропускания в 1.2(1.6/16)
=0,12 (12%), или 108 МГц.
43
19.Спиральные и PIFA антенны для мобильных терминалов.
Спиральные антенны имеют две основные моды излучения:
─
спираль с осевым излучением (AMHA — Axial-Mode Helical Antenna),
показанная на рис.14.2(а);
─
спираль с поперечным излучением (NMHA — Normal-Mode Helical
Antenna), показанная нарис.14.2 (б).
Рис. 14.2. Спиральная антенна с осевым излучением (а)
и поперечным излучением (б)
Спираль с осевым излучением (большая относительно λ/4) широко
прменяется в космической связи, удаленном приеме Wi-Fi и т.п.
Спираль с поперечным излучением, имеющая всенаправленную ДН типа
диполя, но заметно меньшую длину, нашла применение в мобильных
терминалах. На рис.14.3 показаны такие антенны, причем вариант
спиральной антенны с двумя различными шагами навивки рассчитан
под диапазоны 900 и 1800 МГц в разных ее сегментах. Размер таких
антенн составляет в длину около 15мм спираль и 35мм общий, 5мм
диаметр спирали.
44
Рис. 14.3. Спиральная антенна с равномерным
и переменным шагом навивки
На рис.14.4 представлены два других возможных подхода к созданию
двухчастотных
малоразмерных
антенн.
В
первом
варианте
используются спирали разного размера, причем спираль с меньшим
радиусом, предназначенная для работы в диапазоне 1800 МГц,
помещена внутрь спирали с большим диаметром, имеющей резонанс на
частоте 900 МГц. Второй вариант представляет собой комбинацию
штыревого излучателя для частоты 1800 МГц и спиральной антенны,
намотанной вокруг него и обеспечивающей роботу в диапазоне 900
МГц.
Рис. 14.4. Двухдиапазонные антенные системы на основе спирали.
а) вложенные спирали;
б) спираль со штырем λ/4.
В рассмотренных антенных конструкциях как правило не удается
сделать антенну короче 0,1 от длины волны самого низкочастотного
диапазона.
45
Для дальнейшего уменьшения результирующих габаритов антенны
пошли по пути изгибания, свертывания или иной трансформации
двумерных плоских монополей в трехмерные структуры.
PIFA (Planar Inverted-F Antenna) – планарная перевернутая F-образная
антенна (см. рис 14.8).
Рис. 14.8. Топология однодиапазонной антенны PIFA.
PIFA может быть представлена дальнейшим развитием идеи DIFA, если
использовать множество дополнительных L-антенн, параллельных Fвибратору, при минимальных расстояниях между ними.
PIFA сочетают в себе целый ряд преимуществ, в числе которых более
широкая полоса рабочих частот (до 10% от резонансной несущей),
сравнительно
малые
габаритные
размеры
и
возможность
многодиапазонности.
Ниже представлены соотношения, позволяющие выполнять расчеты
однодиапазонной PIFA.
46
Для обеспечения возможности работы таких антенн на разных
диапазонах, среди прочего, в них выполняются фигурные прорези, как
показано на рис.14.9(а-в).
Например, для двухчастотной PIFA c U-образной прорезью (см.
рис.14.9а) нижняя резонансная частота определяется габаритами
горизонтальной пластины. Она может быть рассчитана по выше
приведенным соотношениям.
Для конструкции, приведенной на рис.14.9а, L = 21 мм, W = 16 мм, L2
= 10 мм и W2 = 6 мм. Это позволило получить две рабочие области
частот Wi-Fi: 2,45–2,48 ГГц и 5,25–5,32 ГГц [14].
Рис. 14.9. Топология прорезей многодиапазонных антенн PIFA.
а) U-прорезь; б) меандровая прорезь; в)L-порезь.
Сочетание нескольких антенн с различными вариантами прорезей
позволяет создавать целые многодиапазонны антенные системы.
Например для диапазонов GSM, DCS, PCS, UMTS.
47
20.Типовая схема антенно-фидерного тракта базовой станции
GSM. Назначение дуплексеров,
комбайнеров (коплеров),
усилителей TMA.
DiAMCO
FDUAMCO
RACK 1
Схема содержит:
─
два формирователя несущей частоты CU (carrier units), также
называемых TRx (Transceiver), осуществляющих формирование сигнала
заданного частотного канала на излучение и его прием с возможностью
диверсификации (разнесенный прием);
─
модули комбайнеров:
один DUAMCO (Duplexer Amplifier Multi coupler)/FDUAMCO (Flexible
Duplexer Amplifier Multi coupler), осуществляющих объединение
радиосигналов от CU в антенну или антенны, как на передачу, так и на
прием;
один DIAMCO (Dual Integrated Amplifier Multi Coupler), работающего
только на прием для организации канала разнесения (Блок для
организации разнесённого приёма);
Блок Rx Tx – дуплексёр. Состоит из 2-ух широкополосный фильтров.
Rx – приёмник. Tx –передатчик.
LNA – малошумящий усилитель.
Назначение
Дуплексер (Блок Rx Tx) – разделяет прием и передачу сигналов.
Состоит из 2-ух широкополосный фильтров. Rx – приёмник. Tx –
передатчик.
Коплеров ( С ) - объединяет сигналы.
усилитель TMA. – усиливает сигнал передоваемый на станцию.
48
Для питания ТМА в тракты
подается
постоянное
напряжение.
49
21. Разнесенный прием сигналов (Antenna diversity). Схема
устройства антенны X-Pol для диапазонов GSM-900 и DCS.
Разнесение (разделение) антенн (Antenna Diversity)
РА применяется для повышения уровня сигнала на приеме и борьбы с
замираниями. Наиболее популярны РА по пространству и по
поляризации. В GSM и транкинговых системах преобладает разнесение
по поляризации, из-за более простой конструкции антенно-фидерного
тракта. Общая идея: если на одной антенне замирание, то на другой,
может быть, его не будет. На рис.13.1 показан пример работы антенн с
разнесением по пространству.
Рис. 13.1 Диверсификация антенн
Обычно в расчетах бюджета линка полагают выигрыш на 3дБ при
использовании разнесения антенн.
Ниже
приведенные
рисунки
поясняют
возможные
варианты
подключения антенн с организацией приема (и передачи!) в разных
поляризациях.
50
В приведенном на рисунке примере сигналы передачи Tx1 и Tx2
подаются на разные элементы антенны. Можно подавать эти сигналы и
на одни и те же элементы, но при этом потребуется применение
антенных комбайнеров.
51
22. Задача. На примере структурной схемы базовой станции
нарисовать
схему
соединения
блоков
для
получения
конфигурации сайта 2/2/0
ТАКИХ РИСУНКОВ ДОЛЖНО БЫТЬ ДВА!!! RACK 1 и RACK 2. В них
Сектор 0 и Сектор 1 соответственно.
DiAMCO
FDUAMCO
RACK 1
Конфигурация 2/2/0 при диверсификации с помощью DIAMCO
Схема содержит:
─
два формирователя несущей частоты CU (carrier units), также
называемых TRx (Transceiver), осуществляющих формирование сигнала
заданного частотного канала на излучение и его прием с возможностью
диверсификации (разнесенный прием);
─
модули комбайнеров:
один DUAMCO (Duplexer Amplifier Multi coupler)/FDUAMCO (Flexible
Duplexer Amplifier Multi coupler), осуществляющих объединение
радиосигналов от CU в антенну или антенны, как на передачу, так и на
прием;
один DIAMCO (Dual Integrated Amplifier Multi Coupler), работающего
только на прием для организации канала разнесения (Блок для
организации разнесённого приёма);
С – Коплер – объединяет сигналы.
Блок Rx Tx – дуплексёр. Состоит из 2-ух широкополосный фильтров.
Rx – приёмник. Tx –передатчик.
LNA – малошумящий усилитель.
52
23. DECT: архитектура сетей, структура кадров, взаимодействие с
GSM.
Система DECT
Цифровые расширенные беспроводные коммуникации DECT (Digital
Enhanced Cordless Telecommunications) — являются полностью
цифровой пикосотовой системой. В основном связь по технологии DECT
используется в офисах и учебных заведениях, на аукционах и дома.
Кроме того, точки доступа к сети PSTN могут устанавливаться на
железнодорожных станциях, в больших государственных учреждениях и
больницах. При этом услуги телефонной связи обходятся значительно
дешевле, чем в системе GSM. Технологию DECT можно также применять
на последних нескольких сотнях метров между новым оператором сети
и ее абонентами.
Архитектура системы
Элементами архитектуры являются:
─
портативных оконечных радиоустройств (Portable Parts, РP);
─
стационарных оконечных радиоустройств (Fixed Parts, FP);
─
управляющий контроллер (DECT Fixed System, DFS);
─
блок коммутации и сопряжения (Interworking Unit, IWU);
─
база данных (Data Base,DB), состоящая из базы данных об
исходном положении (HDB) и база данных посетителей (VDB).
Структура кадров
53
Рис.13.3 Структура кадров MC-TDMA-TDD в DECT
Продолжительность каждого кадра составляет 10мс. В одном кадре
содержится 12 интервалов для исходящих каналов и 12 — для
нисходящих
(в
режиме
базового
соединения).
В
режиме
расширенного соединения доступны и другие схемы распределения.
Каждый интервал имеет продолжительность 0,4167 мс и может
содержать несколько разных физических пакетов. Обычно выделяют
несколько полей. Например, для управления сетью -- поле А, для
пересылки пользовательских данных --поле В и и.т.д. Данные
управления сетью передаются со скоростью 6,4 Кбит/с (64 бит за 10
мс). В то же время скорость передачи пользовательских данных зависит
от дополнительных механизмов коррекции ошибок. Симплексные
носители в незащищенном режиме обеспечивают скорость передачи 32
Кбит/с.
Использование
в
защищенном
режиме
16-битовой
контрольной суммы CRC для блока данных размером 64 бит приводит
к уменьшению скорости до 25,6 Кбит/с. Объединив два симплексных
носителя, можно получить дуплексный носитель.
Взаимодействие с GSM
Система DECT может использоваться совместно с сотовой системой GSM.
Для
этого
применяются
специальные
двухсистемные
MS,
обеспечивающие межсистемный роуминг по типичной схеме: в офисе –
DECT, в автомобиле -- GSM.
Взаимодействие на сетевом уровне показано на рис.13.4. FP играют
роль базовых станций, образующих пикосоты на сотах GSM. DFS и IWU
выполняют функции контроллера базовых станций. По А-интерфейсу
IWU взаимодействует с мобильным коммутатором GSM.
54
55
24. Назначение и классификация транкинговых систем связи
(ТСС).
Транкинговыми
принято
называть
профессиональные
системы
радиосвязи, которые могут работать в особом транкинговом режиме. В
этом режиме некоторый частотно-временной ресурс общего ствола
передачи (транка) может динамически перераспределяться между
пользователя в процессе ведения связи. Кроме того, транкинговые
системы имеют специфические регламенты работы, используют
полудуплекс (дуплекс), работают с группами абонентов по групповым
вызовам, могут переходить в режим прямой связи (DMO) и т.д. В сетях
транктнговой сязи имеются диспетчерские терминалы.
Подобного рода системы применяются таксистами, скорой помощью,
полицией, пожарными, курьерскими службами, службами безопасности.
Транкинговые cистемы связи (ТСС) классифицируют.
1) По методу передачи речевой информации аналоговые и цифровые.
Передача речи в радиоканале аналоговых систем осуществляется с
использованием частотной модуляции, шаг сетки частот обычно
составляет 12,5 кГц или 25 кГц. Для передачи речи в цифровых
системах используются различные типы вокодеров, преобразующих
аналоговый речевой сигнал в цифровой поток со скоростью не более
4,8 кбит/с.
2) В зависимости от количества БС и общей архитектуры однозоновые
или многозоновые системы. В системах первого типа имеется одна БС, в
системах второго типа - несколько БС с возможностью роуминга,
3) По методу объединения БС в многозоновых системах. БС могут
объединяться
с
помощью
единого
коммутатора
(системы
с
централизованной коммутацией), или соединяться друг с другом
непосредственно, или через СОП (системы с распределенной
коммугациеи).
4) Но типу многостанционного доступа FDMA, FDMA+TDMA. В
большинстве TCC используется многостанционный доступ с частотным
разделением (FDMA}. включая цифровые системы.
5)
По
способу
поиска
и
назначения
канала:
системы
с
децентрализованным (СДУ) и централизованным (СЦУ) управлением. В
СДУ процедуру поиска свободного канала выполняют абонентские
радиостанции (АР). В этих системах ретрансляторы (РТ)) БС обычно не
связаны друг с другом и работают независимо.
6) По типу канала управления (КУ). Во всех TCC каналы управления
являются цифровыми. Различают системы с выделенным частотным КУ
и системы с распределенным КУ.
7) По способу удержания канала. ТСС позволяют абонентам удерживать
канал связи на протяжении всего разговора или только на время
передачи.
56
25. Организация мобильной связи на борту авиалайнеров.
ведение обычной связи с мобильного телефона GSM на борту высотного
(8…11 км) и скоростного самолета (500…700 км/ч) физически
невозможно.
Вариант решения данной проблемы показан на рис. 20.6.
Рис. 20.6. Организация радиосвязи с борта авиалайнера
На борту самолёта устанавливается базовая станция, которая получает
сигнал со спутника и связывается с телефоном пассажира. Спутник
принимает сигналы базовой станции и передаёт их на приёмную
антенну. Антенна передаёт сигнал на АТС оператора связи (устройство
переадресации). Затем звонок поступает адресату.
Суть технологии заключается в том, чтобы устанавливать на самолеты
бортовые станции связи. При взлете и посадке они, как и телефоны
пассажиров, будут выключены. Но, как только высота самолета
превысит 3000 метров, станция будет приведена в рабочее состояние.
После этого, мобильные телефоны пассажиров будут подключаться к ее
сети, сигнал – поступать на спутник и идти далее привычным способом.
По такой схеме могут работать сотовые телефоны и поколения 3G.
Известная юридическая и организационная проблема в данной сфере –
взымание платы с пассажиров.
В Европе примером воздушного (бортового) оператора является
компания OnAir, позволяющей использовать на борту мобильные
устройства в стандарте GSM. Услугой можно воспользоваться на
протяжении всего полета -- после взлета и до посадки, не создавая
помех в работе систем навигации. Контролирующим акционером
57
является информационная сеть Международного общества связи для
авиации (SITA), остальные принадлежат Airbus.
Взаимодействие обычных сотовых операторов с бортовым оператором
проходит в рамках роумингового соглашения.
Еще более развитый вариант мобильной связи в воздухе -- проект
American Airlines, получивший название AirCell GoGo и представляющий
из себя версию Wi-Fi.
Для
организации
связи
«самолет-спутник»
в
разных
MSS
предусмотрены специальные стандарты. Ниже приведены примеры
стандартов Инмарсат для авиации.
Inmarsat - Aero-H / H+
Высокоскоростной (до 10 кбит/с) сервис, включающий в себя
многоканальную телефонную связь,передачу факсов и передачу
данный для экипажей и пассажиров воздушный судов. Стандарт
Inmarsat H+ работает через спутники третьего поколения и использует
технологию зональных лучей.
Inmarsat - Aero-I
Стандарт разработан и используется для малых и средних воздушных
судов; сертифицирован международной организацией гражданской
авиации (CAA - Civil Avation Authority) для решения задач авиационной
безопасности и управления воздушным транспортом. Aero-I - это
возможность
для
пассажиров
и
экипажей
воздушных
судов
пользоваться телефоном, факсом, пакетной передачей данных со
скоростью от 600 бит/с до 4,8 кбит/с, а также получать доступ к
наземным источникам информации.
Inmarsat - Aero-C
Aero-C предназначен для обмена небольшими порциями информации.
Передача данных здесь осуществляется на низкой скорости, а
голосовая связь не поддерживается, что делает услуги связи стандарта
Aero-C более дешевыми. Стандарт в основном используется для
передачи коротких сообщений, метеоинформации и отчетов о
местонахождении, корректировки полетных планов.
Inmarsat - Aero-L
Оборудование Aero-L устанавливается на вертолеты и легкие
воздушные суда с целью обеспечения сервиса передачи данных с
небольшой скоростью 600 бит/с.
Inmarsat - Aero Mini-M
Телефонная связь, передача факсов и данных (до 9,6 кбит/с) для
пассажиров коммерческих и частных воздушных судов.
58
26. Общие принципы Ethernet.
Ethernet
–
технология
локальных
сетей,
преимущественно
функционирующих
в
одном
здании
и
связывающих
близко
расположенные устройства. Чаще всего устройства сети Ethernet
соединялись кабелем длиной не более нескольких сотен метров, а
объединение в сеть распределенных по большой территории объектов
было экономически невыгодно.
Протоколы
В сетях под термином "протокол" подразумевается набор правил,
регламентирующих обмен информацией.
Терминология сетей Ethernet
Основные операции сети Ethernet подчиняются простому набору
правил. Канал передачи. – Устройства сети Ethernet подключаются к
общему каналу передачи, по которому передаются электрические
сигналы. В качестве канала передачи используется витая пара или
волоконно-оптический кабель.
Сегмент. – Сегментом сети Ethernet называют один совместно
используемый канал передачи.
Узел. – Узлами называются устройства, подключаемые к сегменту.
Кадр (или фрейм) – Узлы обмениваются короткими информационными
сообщениями, которые называют кадрами. Кадр – порция информации,
размер которой может меняться.
Канал передачи Ethernet
Поскольку сигнал с канала передачи поступает на каждый
подключенный узел, для нахождения получателя кадра очень важна
роль адреса назначения. Для этого используется MAC-адрес.
При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что
каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс)
должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый
в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации
отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении
в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать
в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.
IP — маршрутизируемый сетевой протокол, основа стека протоколов
TCP/IP.
Протокол IP (RFC 791) используется для ненадёжной доставки данных
(разделяемых на так называемые пакеты) от одного узла сети к
другому. Это означает, что на уровне этого протокола не даётся
гарантий надёжной доставки пакета до адресата. В частности, пакеты
могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, оказаться
повреждёнными или не прибыть вовсе. Гарантии безошибочной
доставки пакетов дают протоколы более высокого (транспортного)
уровня — например, TCP — которые используют IP в качестве
транспорта.
59
В терминологии сетей TCP/IP маской подсети или маской сети
называется битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса узла
сети относится к адресу сети, а какая — к адресу самого узла в этой
сети. Например, узел с IP-адресом 12.34.56.78 и маской подсети
255.255.0.0 находится в сети 12.34.0.0.
ARP (англ. Address Resolution Protocol — протокол разрешения адресов)
— это сетевой протокол, предназначенный для преобразования IPадресов (адресов сетевого уровня) в MAC-адреса (адреса канального
уровня) в сетях TCP/IP. Он определён в RFC 826.
Маршрутизация — процесс определения маршрута следования
информации в сетях связи.
Маршруты могут задаваться административно (статические маршруты),
либо вычисляться с помощью алгоритмов маршрутизации, базируясь на
информации о состоянии сети, полученой с помощью протоколов
маршрутизации (динамические маршруты).
Шлюз - сетевое yстpойство котоpое пеpедает пpотоколы одного типа
физической сpеды в пpотоколы дpyгой физической сpеды (сети).
Напpимеp, пpи соединении компьютеpа c интернетом вы использyете
шлюз.
TTL - (time to live — время жизни) — применительно к IP протоколу —
это максимальное количество маршрутизаторов, которое может
преодолеть IP-пакет при доставке от отправителя к получателю.
60
27. Технологии Fast Ethernet и Metro Ethernet.
Технология fast ethernet
Технология
fast
ethernet является дополнительной
главой в
международном стандарте IEEE 802.3. Главным преемуществом
технологии fast ethernet перед технологией ethernet является
пропускная способность, которая с легкостью может достигать и 100
Мбит в секунду (как мы помним у ethernet скорость была 10 Мбит/с). В
технологии fast ethernet так же существует своя классификация
различных специализации.
-100Base-TX - данная спецификация использует 2 витые пары 5
категории
-100Base-T4 - применяется 4 витых пары третьей категории
-100Base-FX - используется многомодовый оптоволоконный кабель, при
максимальной длине соединительной линии = 160 метров
Технология fast ethernet, в отличии от ethernet, имеет более
замысловатую структуру своего физического уровня, т.е. вместо
манчестерского кода кодирования передаваемых данных, применяется
биполярный код. Причем, для каждой из выше перечисленных
спецификаций существует своя разновидность данного биполярного
кода (100Base-TX соответствует код 4B/5B | 100Base-T4 соответствует
код 8B/6T).
Недостатки технологии fast ethernet
-при взаимодействии рабочих станций не происходит качественного их
обслуживания
-невозможность проверки сетевого оборудования и тестирования
работоспособности сети
-нет приоритетности при принятии трафика (т.е. технологии fast
ethernet глубоко безразлично смотрим мы видео или читаем статью)
-маленькие расстояния между персональными компьютерами в сети изза пресловутого алгоритма доступа CSMA/CD
-приличные задержки (временные) при передаче данных
MetroEthernet
MetroEthernet происходит от слова Metro – «городской». Оправдывая
свое название MetroEthernet является широкополосной сетью масштаба
мегаполиса, современной и многофункциональной, с огромными
возможностями для использования сетевых ресурсов и мультимедийных
услуг, таких как цифровое телевидение, интерактивные телевизионные
услуги , многоканальное радио, цифровая телефония и многое другое.
Преимуществами MetroEthernet
-высокая скорость передачи данных внутри сети и доступа в публичный
интернет;
-распространенность сети по территории
-высокая надежность сети и качество доступа.
61
MetroEthernet обеспечивает качество домашнего интернета такое же
высокое как для интернета в офисе.
Работа MetroEthernet
Сеть MetroEthernet построена на базе оптоволоконной кольцевой
магистрали и районных оптоволоконных кольцевых магистралей.
Пропускная способность магистральной сети и районных сегментов
составляет 1 Гбит/сек.
К каждому району города подходит канал пропускной способностью 1
Гбит/сек. Внутри районных сегментов все подключенные к сети QWERTY
дома объединяются кольцевой оптоволоконной магистралью Gigabit
Ethernet. Каждый абонент подключается к районной магистрали медной
«витой парой» к порту Fast Ethernet пропускной способностью 100
Мбит/сек.
Metro Ethernet строится по трехуровневой иерархической схеме и
включает:
-Ядро
Ядро сети строится на высокопроизводительных коммутаторах и
обеспечивает высокоскоростную передачу трафика.
-уровень агрегации
Уровень агрегации также создается на коммутаторах и обеспечивает
агрегацию подключений уровня доступа, реализацию сервисов и сбор
статистики.
-уровень доступа.
Уровень доступа строится по кольцевой или звездообразной схеме на
коммутаторах Metro Ethernet для подключения корпоративных
клиентов, офисных зданий, а также домашних и SOHO клиентов. На
уровне доступа реализуется полный комплекс мер безопасности,
обеспечивающих идентификацию и изоляцию клиентов, защиту
инфраструктуры оператора.
62
28. Принципы организации Internet.
Internet
–
всемирная
информационная
компьютерная
сеть,
представляющая
собой
объединение
множества
региональных
компьютерных сетей и компьютеров, обменивающих друг с другом
информацией
по
каналам
общественных
телекоммуникаций
(выделенным телефонным аналоговым и цифровым линиям, оптическим
каналам связи и радиоканалам, в том числе спутниковым линиям
связи).
Информация в Internet хранится на серверах. Серверы имеют свои
адреса и управляются специализированными программами. Они
позволяют пересылать почту и файлы, производить поиск в базах
данных и выполнять другие задачи.
Обмен информацией между серверами сети выполняется по
высокоскоростным каналам связи (выделенным телефонным линиям,
оптоволоконным и спутниковым каналам связи). Доступ отдельных
пользователей
к
информационным
ресурсам
Internet
обычно
осуществляется через провайдера или корпоративную сеть.
Провайдер - поставщик сетевых услуг – лицо или организация
предоставляющие услуги по подключению к компьютерным сетям. В
качестве провайдера выступает некоторая организация, имеющая
модемный пул для соединения с клиентами и выхода во всемирную
сеть.
Основными ячейками глобальной сети являются локальные
вычислительные сети. Если некоторая локальная сеть непосредственно
подключена к глобальной, то и каждая рабочая станция этой сети
может быть подключена к ней.
Существуют
также
компьютеры,
которые
непосредственно
подключены к глобальной сети. Они называются хост - компьютерами
(host - хозяин). Хост – это любой компьютер, являющийся постоянной
частью Internet, т.е. соединенный по Internet – протоколу с другим
хостом, который в свою очередь, соединен с другим, и так далее.
Для подсоединения линий связи к компьютерам используются
специальные электронные устройства, которые называются сетевыми
платами, сетевыми адаптерами, модемами и т.д.
Практически все услуги Internet построены на принципе клиентсервер. Вся информация в Интернет хранится на серверах. Обмен
информацией между серверами осуществляется по высокоскоростным
каналам
связи
или
магистралям.
Серверы,
объединенные
высокоскоростными магистралями, составляют базовую часть сети
Интернет.
Отдельные пользователи подключаются к сети через компьютеры
местных поставщиков услуг Интернета, Internet - провайдеров (Internet
Service Provider - ISP), которые имеют постоянное подключение к
Интернет. Региональный провайдер, подключается к более крупному
63
провайдеру национального масштаба, имеющего узлы в различных
городах страны. Сети национальных провайдеров объединяются в сети
транснациональных провайдеров или провайдеров первого уровня.
Объединенные
сети
провайдеров
первого
уровня
составляют
глобальную сеть Internet.
Передача информации в Интернет обеспечивается благодаря тому,
что каждый компьютер в сети имеет уникальный адрес (IP-адрес), а
сетевые
протоколы
обеспечивают
взаимодействие
разнотипных
компьютеров, работающих под управлением различных операционных
систем.
В основном в Интернет используется семейство сетевых протоколов
(стек) TCP/IP. На канальном и физическом уровне стек TCP/IP
поддерживает технологию Ethernet, FDDI и другие технологии. Основой
семейство
протоколов
TCP/IP
является
сетевой
уровень,
представленный протоколом IP, а также различными протоколами
маршрутизации. Этот уровень обеспечивает перемещение пакетов в
сети и управляет их машрутизацией. Размер пакета, параметры
передачи, контроль целостности осуществляется на транспортном
уровне TCP.
Прикладной уровень объединяет все службы, которые система
предоставляет пользователю. К основным прикладным протоколам
относятся: протокол удаленного досткпа telnet, протокол передачи
файлов FTP, протокол передачи гипертекста HTTP, протоколы
электронной почты: SMTP, POP, IMAP, MIME.
64
29. Коллизии в компьютерных сетях и основные способы борьбы
с ними.
Коллизия (англ. collision — ошибка наложения, столкновения) —
наложение двух и более кадров от станций, пытающихся передать кадр
в один и тот же момент времени.
Причины возникновения
В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи
данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием
несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with
collision detection, CSMA/CD). Этот метод применяется исключительно в
сетях с логической общей шиной (к которым относятся и радиосети,
породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют
непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть
использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети.
Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с
учетом задержки распространения сигнала по физической среде)
получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на
общую шину. Этапы доступа к среде
Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры
определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции
назначения. Чтобы получить возможность передавать кадр, станция
должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается
прослушиванием основной гармоники сигнала,
которая также
называется несущей частотой (carrier-sense). Признаком незанятости
среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая при
манчестерском способе кодирования равна 5-10 МГц, в зависимости от
последовательности единиц и нулей, передаваемых в данный момент.
Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра.
Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи
кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках
кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер,
обрабатывает полученные данные, передает их вверх по своему стеку,
а затем посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции источника
содержится в исходном кадре, поэтому станция-получатель знает, кому
нужно послать ответ. После окончания передачи кадра все узлы сети
обязаны выдержать технологическую паузу (Inter Packet Gap) в 9,6 мкс.
Эта пауза, называемая также межкадровым интервалом, нужна для
приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для
предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После
окончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу
своего кадра, так как среда свободна.
Возникновение коллизий
При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции
одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде.
65
Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют
защиты от возникновения такой ситуации, когда две или более станции
одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать
свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия (collision), так
как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и
происходит
искажение
информации
—
методы
кодирования,
используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой
станции из общего сигнала.
Коллизия — это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet. Для
возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько станций
начали
передачу
абсолютно
одновременно,
такая
ситуация
маловероятна. Гораздо вероятней, что коллизия возникает из-за того,
что один узел начинает передачу раньше другого, но до второго узла
сигналы первого просто не успевают дойти к тому времени, когда
второй узел решает начать передачу своего кадра. То есть коллизии —
это следствие распределенного характера сети.
Способы борьбы
Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением
колли
зий (CSMA/CD).
При этом методе доступа все компьютеры прослушивают кабель, что бы
обнаружить передаваемые данные. В случае отсутствия несущей
осуществляется передача.
1) компьютер определяет, что кабель свободен.
2) компьютер начинает передачу данных.
3) остальные компьютеры определяют наличие несущей (передача
данных запрещена)
На расстоянии более 2500м механизм обнаружения коллизий не эффективен.
Множественный
доступ
с
контролем
несущей
и
предотвращением коллизий (CSMA/CA).
Каждый компьютер перед передачей данных в сеть сигнализирует о
своем намерении, поэтому другие компьютеры получив этот сигнал
предотвращают передачу.
Метод передачи маркера.
Метод доступа с передачей маркера заключается в том, что маркер
(пакет особого типа) циркулирует по кольцу, что бы передавать
данные. Компьютер захватывает маркер и присоединяет к нему данные.
Когда маркер идет по сети, остальные компьютеры не имеют права
передавать данные, они должны дождаться прихода свободного
маркера. Компьютер-получатель приняв данные освобождает маркер и
посылает его обратно по сети. Следовательно не возникает ни
коллизий, ни состязаний, ни временных пауз.
66
30. Типовая схема ЛВС для предприятия (учреждения).
Проектируемая ЛВС должна удовлетворять следующим условиям:
─
Производительность. Состав оборудования и технологии передачи
данных выбираются, исходя из предполагаемого объема трафика,
требований к функциональности оборудования и используемым
протоколам.
─
Масштабируемость.
Предлагаемые
решения
должны
иметь
возможность увеличения количества подключенных пользователей и
сетевых
устройств,
должен
быть
обеспечен
запас
по
производительности, установке дополнительных модулей, расширению
функциональности.
─
Эффективность. При проектировании проводится оптимизация
ресурсов сети (количество памяти, производительность процессоров
устанавливаемого оборудования, пропускная способность каналов
передачи данных) с целью снижения общей стоимости владения
системой.
─
Мультисервисность.
ЛВС
должна
иметь
возможность
одновременной передачи данных, голоса, видео при обязательном
наличии механизма QoS для различных видов трафика.
─
Безопасность. При проектировании ЛВС учитываются требования
по защите сети от несанкционированного доступа. Все оборудование
защищается многоуровневой системой паролей, для разделения
пользователей на группы используются виртуальные сети (VLAN), для
аутентификации пользователей и шифрации передаваемых паролей
могут использоваться сервера TACACS+/RADIUS.
─
Надежность.
ЛВС
должна
оставаться
работоспособной
круглосуточно 365 дней в году.
Корпоративная сеть перед. данных состоит из нескольких уровней (рис
1.).
Рис. 1. Типовая сетевая структура ЛВС.
67
На верхнем уровне сетевой структуры находится основная транспортная
магистраль
системы,
представляющая
собой
общую
часть
корпоративной сети передачи данных, через которую происходит
передача данных между всеми территориально распределенными
ресурсами.
На следующем уровне иерархии (уровень распределения) расположены
выделенные по какому-либо признаку фрагменты сети. Как правило,
это узлы ЛВС здания, объединяющие с помощью кабельных соединений
коммутаторы рабочих групп, разнесенных по этажам, в транспортную
магистраль здания и предназначенные для передачи трафика средств
вычислительной техники в основную транспортную магистраль.
Фрагмент сети, в свою очередь, состоит из нескольких сегментов
(уровень доступа). Как правило, это коммутаторы рабочих групп,
осуществляющие
доступ
средств
вычислительной
техники
к
информационным ресурсам сети и передачу трафика в магистраль
уровня здания.
Важным условием правильного проектирования сети является
соответствие структурированной кабельной системы архитектуре
активного сетевого оборудования ЛВС с целью обеспечения
доступности узлов сети, как к основной транспортной магистрали, так и
к
объединяющим центрам ЛВС более низкого уровня. Поэтому
разработка проектных решений по построению активной части сети и
проектирование кабельной системы должны проводиться в едином
цикле проектных работ. Количество коммутаторов зависит от
количества требуемых портов для подключения сетевых устройств и
уточняется на этапе проектирования.
68
Типовая
схема
подключения
приведена
на
рис.
2.
Рис.
2.
Типовая
схема
фрагмента
ЛВС.
Так же нужно следить за максимальным удалением сегментов сети друг
от друга. При использовании витой пары, расстояние между сегментами
должно быть до 100 метров.
Не знаю что писать по этому вопросу. Вспомните что проходили у
Смирнова. Короче в сеть входит сервер, маршрутизатор, коммутатор ну
и комп.
69