Байланыс желісі және коммутация жүйелері

Мазмұны

 

	Кіріспе	3
1	Жылжымалы радиобайланыс  жүйелері	4
1.1	Жеке радиошақыру жүйелері	4
1.2	Транкингті  жүйелер	5
1.3	Ұялы телефония	6
2	Абоненттерді  жалпы қолданыс аясына қосу	9
2.1	Құпиялылық  және қолданушы аутентификациясы	9
3	Сымсыз байланыстың жүйелері	12
3.1	Оптикалық сымсыз байланыс негіздері	12
3.2	Локалды сымсыз байланыс желілері	12
3.3	Ұялы желілер	14
3.4	Коммутациялау орталықтары	14
3.5	Репитерлер	16
	Қорытынды	17
	Қолданылған әдебиеттер тізімі	18

 
Кіріспе

 

Жылжымалы байланыс жүйесі – телекоммуникацияның қарқынды дамып келе жатқан салаларының бірі. Келесі онжылдықтың ішінде барлық байланыстың жартысынан көбі толығымен сымсыз болады деп күтілуде. Қазіргі кезде жылжымалы байланыс жүйесі бай қолданушыларға арналған қымбат құрылғы разрядынан нарықтың басым бөліктерінің біріне айналды. Интернет және оның құрылымдық бөліктерінің жылдам дамуы мобильді жүйелердің болашағы үшін қолайлы жағдай жасады. Бұл жүйелердің теориясы мен практикасы академиялық мекемелердегі дәрістік курстардың тақырыбына айналып, күннен күнге телекоммуникация саласында жұмыс істейтін мамандардын қызығушылығын тудыруда.

 

1 Жылжымалы радиобайланыс  жүйелері

 

 

Жылжымалы радиобайланыс  жүйелері (ЖРЖ) мүмкіндіктерінің әр түрлілігімен сипатталады. Олар бір-бірінен күрделілік деңгейіне, қызмет көрсету көлеміне және пайдалану шығынына байланысты ажыратылады. Мұндай жүйелердің негізгі қасиеттері болып кем дегенде қолданушылардың біреуінің болсын қозғалмалылығы және оның терминалы мен байланыс құрылғысы арасындағы сымсыз байланыстың болуы саналады.

ЖРЖ классификасының  критерийлерінің бірі – қызмет көрсету  көлемінің жиынтығымен қоса олардың  күрделілік денгейі. Бұл көзқарас бойынша  олар келесі категорияларға жіктеледі:

• жеке радиошақыру жүйелері;
• сымсыз телефония жүйелері;
• транкингті жүйелер;
• ұялы жылжымалы байланыс жүйелері;
• дербес спутниктік байланыс;
• локалды есептеуіш желілеріне сымсыз қосылу жүйелері.

Енді айтып  кеткен категориялардың кейбіріне тоқталып, олардың сипаттамалық ерекшеліктерін келтіріп, арасындағы айырмашылықтарды көрсетейік.

 

1. Жеке радиошақыру жүйелері

 

Жеке радиошақыру  жүйелері (пейджингті ағылшынша paging – шақыру), алғашында, хабарлық жүйелер негізінде құрылды. Классикалық пейджингті жүйеде байланыс – бір бағытты, демек, байланыс шақыруды өңдеу орталығымен қосылған базалық станциядан таңдалған жылжымалы станцияға қарай жүзеге асады. Жылжымалы станция жүйенің радиотаратушы дабылдарының арасынан тек өзіне бағытталған дабылды қабылдай алады. Классикалық жүйеде пейджер тек қабылдағыш құрылғы ғана. Пейджингі жүйе дамуының алғашқы кезеңдерінде қабылданған дабылдың қызметі қарапайым болды – «қоңырауды» – дыбыстық дабылдар генераторын іске қосу болды. Содан кейінгі кезеңдерде пейджингті жүйелерде қабылданған хабарламалардың құрамы әріптік-сандық символдар тізбегі түріне ие болды. Ережеге сай, мұндай хабарламаларды тарату үшін жиіліктік модуляция қолданылады.

Пейджер дабыл  таратуға арналмаған қарапайым құрылғы  болғандықтан, аз ғана энергияны керек  етеді және көлемі жағынан да шағын  болып келеді. Мекемелер мен құрылыс объектілерінің қалың іргелерінен өте алатын қуатты дабыл базалық станциядан таралады. Базалық станциядан пейджерге бағытталатын бір бағытты байланыс қосылудың ассиметриялылығын ескере отырып ықшамдандырылады.

Стандартты  пейджингі жүйе келесі компоненттерден  тұрады:

• берілген қолданушыға дыбыстық немесе әрптік-сандық хабарламаны жіберуге болатын шақыруды өңдеу орталығынан;
• жүздеген мегагерц жиілікте жұмыс істейтін базалық таратушыдан;
• бірнеше қабылдағыштар (пейджерлер) қатарынан.

Пейджингті  жүйелердің қызмет көрсету аумағына байланысты бір ғана антеннадан тұратын кішкене көлемді (локалды) және белгілі тәртіппен орналасқан көптеген антенналары бар кең ауқымды болып бөлінеді. Соңғысының қызмет көрсету аумағы тұтас мемлекеттің ауданына дейін жетеді. Сонымен қатар, ERMES деп аталатын ортақ еуропалық жүйе де бар.

Пейджингті  жүйелердің әрі қарай дамуы хабарлама  қабылдауды құптауға арналған кері байланыс каналын еңгізумен сипатталады.

Қазіргі кезде  пейджингі жүйелердің даму қарқыны  бәсеңдеп кетті. Оның басты себебі –  ұялы телефондардың кең қолданысқа енуі. Пейджингті жүйелер өзінің әрі қарай дамуына, дәлірек айтсақ, жойылып кетпеу мүмкіндігіне нарықтың тек арнайы сегментінде ғана ие бола алады.

 

2. Транкингті жүйелер

 

Транкингті  жүйелер – кеңістікте шашыраңқы орналасқан ресурстарды басқару қажеттігі туындайтын ірі кәсіпорындарда коммуникационды желі орнатуға арналған жылжымалы байланыс жүйесі. Мысалы, мұндай кәсіпорындардың бірі – жүк көтеруші немесе қызмет көрсетуші (такси) автомобильдер паркі. Транкингті жүйелер, әсіресе, транспорттық компаниялар мен арнайы қызмет орындары үшін қолайлы; мысалы: полиция, апаттық қызмет көрсету органдары, газ және энергия тасымалдаушы компаниялар және т.б. Мұндай жүйелердің өзіндік ерекшелігі – шақыруды үлестіретін диспетчерлік және басқарушы орталықтардың болуы. Бұл жүйеде басқа телефон желілерде тек арнайы қызмет түрінде берілетін байланыс  түрлерін орнатуға болады; мысалы: диспетчерлік орталықтан бір мезетте барлық жылжымалы станциялармен немесе олардың арнайы бір тобымен байланыс орнату немесе бірнеше жылжымалы станциялар арасындағы өзара байланыстың орнатылу мүмкіндігі.

Транкингті  жүйелердің эволюциясына келіп тоқталсақ:

• бір радиостанция және ортақ радиоканалы бар жүйе. Әрбір қозғалмалы станция кез келген станцияға жіберілетін барлық дабылды тыңдай алды;
• британдық МРТ 1327 стандартымен сәйкестендірілген аналогтық жүйелер;
• TETRA деген атпен белгілі және Еуропалық телекоммуникациялық стандарттар институтымен (ағылшынша European Telecommunications Standards Institute, ETSI) бекітілген сандық жүйелер. Сөздік дабылмен қатар ақпараттық дабылды таратуға мүмкінді береді.

Негізгі ойы  және транкингті жүйе атауы бұл жүйелердегі каналдардың үлестіру ережелерін көрсетеді. Ортақ болып табылатын жүйелік ресурстар белгілі бір каналдар санынан («байланыс діңгегінен», ағылшынша Trunk) тұрады. Кез келген бос канал жаңа байланыс орнату үшін қолданыла алады және байланыс аяқталғаннан кейін ортақ квотаға қайта қосылады. Транкингті жүйелер мен классикалық диспетчерлік жүйелер арасындағы негізгі айырмашылқ осы болып табылады. Мысалы, егер диспетчерлік жүйеде топтағы барлық каналдар бос болмаса, сол топтағы қолданушы басқа топтағы бос каналдарды қолдана алмайды.

 

3. Ұялы телефония

 

Ұялы телефония  – бұл келесі және мүмкін, жылжымалы  байланыс жүйелерінің ішіндегі жетістікке ие болатын ең бір перспективалы бағыты. Ұялы телефония жүйесі қос бағытты базалық станциялар желісі орнатылған кең территория бойынша жоғары жылдамдықпен қозғала алатын қозғалмалы станциялы сымсыз байланыс жүйесін құруға мүмкіндік береді. Бір ғана ұялы телефония жүйесі көптеген мемлекет аумағын қамти алады (егер жүйе түрі мен стандарттары сйкес келсе). Мысалы, барлық Еуропаға ортақ GSM стандарты осындай жүйелердің қатарына жатады.

Ұялы жылжымалы  байланыс (ҰЖБ) дабылдарының қуаты сымсыз телефония жүйесінің дабыл қуатынан жүздеген Ваттқа артық. Мобильді қолданбалы құрылғы жағдайында шығаратын қуат шегі – құрылғынын келесі аккумулятор зарядтауына дейін жұмыс істеу ұзақтығына әсер ететін бірден бір фактор; бұл фактор құрылғының нарықтағы сәтті дамуында шешуі рольге ие болуы мүмкін. Бірақ мұндай шек мобильді құрылғының әсер ету аумағының кішірейуіне және базалардың тығыз орналасуына (сәйкесінше, базалар санының көбеюіне) әкеліп соғады.

Ақырғы екі  онжылдықтың ішінде ұялы жылжымалы  байланыс шапшаң дамыды. Алғашқы кездегі жүйелер аналогты болды. Сөз жиіліктік модуляция көмегімен берілді. Көпстанциялы қолданыс үшін FDMA әдісі қолданылды. Мұнда байланыс орнатуды бақылау, жылжымалы станцияның қозғалысы кезіндегі үздіксіз байланыс орнату (Handover – хэндовер), сонымен қатар, жылжымалы станция қуатын басқару сияқты көптеген процедураларды сандық дабылдарды қолдану арқылы жүзеге асты. 80-жылдарда бір-бірімен үйлеспейтін көптеген ұялы жылжымалы байланыстың аналогты жүйелері құрылды – американдық AMPS (Advanced Mobile Phone System) жүйесі, ағылшындық TACS (Total Access Cellular System), скандинавтық NMT (Nordie Mobile Telephone System) және немістердің C-Netz жүйесі.

Бір жағынан  сандық технологиялардың дамуы, басқа жағынан аналогтық жүйелердегі абоненттік сыйымдылықтың толып қалуынан (мысалы үлкен қалаларда) ұялы байланыс желілерінің екінші кезеңдік технологияларының дамуына әкеліп соқты. Олар сандық технологияларды қолданды; мұнда TDMA және CDMA сияқты көп станциялы қосылу әдістері қолданылдыды:

• алғашында Еуропада, кейін басқа континенттердің аумағында қолданылған GSM (ағылшынша Global System for Mobile Communications);
• АҚШ және тағы да бірнеше мемлекеттерде қолданылатын IS-94/136 және IS-95;
• тек Жапонияда жұмыс істейтін PDC (ағылшынша Personal Digital Cellular) жүйелері.

GSM және IS-95 жүйелері – TDMA және CDMA байланыс каналына көпстанциялы қосылу әдісін қолданатын бірден бір жүйе.

Екінші кезеңдік жүйелерді қолданудағы негізгі  алға қойған мақсат – жүйе сыйымдылығын (спектр бірлігіне немесе қызмет ету ауданының бірлігіне келетін қолданушылар санын) арттыру. Басқа жағынан алып қарасақ, транспорттық құрылғыларда қозғалып келе жатқан немесе халқы аз қоныстанған аумақтар қолданушыларының арасындағы байланыс қашықтықтан жұмыс істейті қуатты базалық станцияларды керек етеді. Жүйелерді құрастырғанда осы екі көрсеткіштің бір біріне кері әсер етуіне байланысты жүйенің соңғы нұсқасы келесі қасиеттерге ие болды:

• таратушының салыстырмалы үлкен қуаты;
• мобильді телефонның күрделі құрылымы, әсіресе оның сандық дабылдарды өңдейтін жүйе тармақтары;
• стационарлық телефондармен салыстырғандағы байланыстың салыстырмалы төмен сапасы;
• базалық станцияны алмастыру және мобильді басқарумен сипатталатын  желінің күрделі құрылымы.

Екінші кезеңдік ұялы телефония жүйелерінің арасындағы өзара айырмашылықтарына қарамастан, олар келесі ортақ белгілерге ие:

• қолданушының сөздік дабылын білдіретін сандық деректер ағынының төменгі жылдамдығы (себебі, сөзді кодтау алгоритмінің күрделілігі); деректері тарату жылдамдығы 13 кбит/с -тан аспайды. Бұл сөздік дабыл сапасын төмендету арқылы жүйе сыйымдылығын арттыруға мүмкіндік береді;
• сандық дабылды декодтаудың күрделі жүйесіне байланысты туындайтын қос бағытта деректер тасымалдануының тоқтап қалу уақытының салыстырмалы аздығы (шамамен 200 мс);
• жиіліктік бөлінетін дуплексті деректерді тасымалдау (FDD);
• базалық және жылжымалы станциялардың бір-бірінен қашық орналасқандығын елемейтін байланыс сапалылығының өзгеріссіздігіне жауапты жылжымалы станцияның қуатын қадағалау.

Екінші кезеңдік ұялы жүйелердің әрі қарай дамуы  әр түрлі жаңалықтардың тууына әкелді. Әсіресе, деректерді таратуға байланысты қызмет ету спектрі кеңейді. Алғашында екінші кезеңдік ұялы жүйелер сөздік дабылдарды таратуға пайдаланылды. Internet желісінің кең етек жаюы, компьютерлік желілердің жалпы дамуы және тасымалдаушы компьютерлердің (laptop, palmtop және т.б.) көп таралуы Internet желісіне жылжымалы станциялар арқылы қосылу мүмкіншілігіне сұраныс жасады. Бұл сұраныс қолданыстағы жүйелердегі деректерді тасымалдау жылдамдығын арттыруды керек етті.

Өткен онжылдықта үшінші кезеңдік ұялы желілер пайда бола бастады. Уақыт өте келе мультимедиялық ақпарат пен деректер таралатын дабылдардың үлкен бөлігін құрайтыны белгілі болды. Сондықтан, жаңа жүйелер үшін үлкен сыйымдылық пен әр түрлі трафиктер ұсынылды. Деректерді тасымалдау жылдамдығы 384 кбит/с -тан кем емес және қажет болса 2 Мбит/с -ты құрады. Бұл жылдамдықта видеодеректер тасымалдау мүмкіншілігі туындады. Әрбір қолданушы өзінің ұялы телефонымен барлық әлеммен жылжымалы байланыс орната алатын біріңғай ортақ стандарт қажет болды. Бірақ, бұл мәселе әлі күнге шейін өзінің шешімін табар емес (Европада, Америкада және кейбір Азия елдерінде әр түрлі стандарттар бар).