BAKALÁRSKA PRÁCA MICHAL VALLO ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ...diplom.utc.sk/wan/554.pdf · Anotácia v...
Transcript of BAKALÁRSKA PRÁCA MICHAL VALLO ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ...diplom.utc.sk/wan/554.pdf · Anotácia v...
Nové trendy sietí B3G
BAKALÁRSKA PRÁCA
MICHAL VALLO
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta Katedra Telekomunikácií
Študijný odbor:
TELEKOMUNIKAČNÝ MANAŽMENT
Vedúci bakalárskej práce: Ing. Marek Krasnovský
Stupeň kvalifikácie: bakalár (Bc.)
Dátum odovzdania záverečnej práce: 19. mája 2006
Žilina 2006
ABSTRAKT
Práca je zameraná na mobilné siete budúcnosti označované všeobecne skratkou
B3G, ktoré sú v súcastnosti ešte len v štádiu vývoja. Informácie a trendy sú rozdelené do
jednotlivých kapitol a písané vzhľadom na súčastný stav sietí na Slovensku i vo svete.
Obsah práce by mal čitateľovi dopomôcť zorientovať sa v problematike riešenia sietí,
rôznych typoch protokolov a službách.
The final work is oriented on mobile net of future, which are general signed as
B3G.This mobile net in present is still in phase of progress. Information and trend are
divided to single chapters and write with regard to present state of nets at Slovak also
world. Content of work will be help to readers fixing problem of net solution, various
protocol and services types.
Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitná knižnica
ANOTAČNÝ ZÁZNAM - ZÁVEREČNÁ BAKALÁRSKA PRÁCA Názov práce: Nové trendy sietí B3G Priezvisko a meno: Michal Vallo školský rok: 2005/2006
Fakulta elektrotechnická Katedra telekomunikácií Počet strán: 35 Počet obrázkov: 11 Počet tabuliek: 0 Počet grafov: 0 Počet príloh: 0 Použitá lit: 11 Anotácia v slovenskom (českom) jazyku:
Práca je zameraná na mobilné siete budúcnosti označované všeobecne skratkou
B3G, ktoré sú v súčastnosti ešte len v štádiu vývoja. Informácie a trendy sú rozdelené do jednotlivých kapitol a písané vzhľadom na súčastný stav sietí na Slovensku i vo svete. Obsah práce by mal čitateľovi dopomôct zorientovať sa v problematike riešenia sietí, rôznych typoch protokolov a službách. Anotácia v cudzom jazyku ( angl. resp. nemecký):
The final work is oriented on mobile net of future, which are general signed as B3G.This mobile net in present is still in phase of progress. Information and trend are divided to single chapters and write with regard to present state of nets at Slovak also world. Content of work will be help to readers fixing problem of net solution, various protocol and services types. Vedúci práce: Ing. Marek Krasnovský Recenzent práce: Ing. Tomáš Kurať Dátum odovzdania práce: 19.5.2006 ___________________________________________________________________
Pri vyplňovaní nepoužívajte skratky! Formulár vypisujte strojom alebo paličkovým písmom!
OBSAH
ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK ZOZNAM POUŽITÝCH SKRATIEK ÚVOD.................................................................................................................. 1 CIEĽ RIEŠENIA............................................................................................ 2 1. NÁSTUP MOBILNÝCH TELEFÓNNYCH SIETÍ............... 3
1.1. GENERÁCIE MOBILNÝCH SIETÍ........................................... 3 1.1.1. PRVÁ GENERÁCIA (1G)................................................................. 3 1.1.2. DRUHÁ GENERÁCIA (2G).............................................................. 3 1.1.3. DVAAPOLTÁ GENERÁCIA (2,5G)................................................ 3 1.1.4. TRETIA GENERÁCIA (3G).............................................................. 4 1.1.5. TRIAPOLTÁ GENERÁCIA (3,5G)................................................... 5
1.2. IEEE 802, BEZDRÔTOVÉ MAN, LAN, PAN........................ 6 1.2.1. BLUETOOTH.....................................................................................7
2. DEFINÍCIE SIETÍ B3G........................................................................ 8 2.1. B3G (BEYOND THIRD GENERATION)................................ 8 2.2. SPÁJANIE FIXNÉHO A MOBILNÉHO SVETA.................. 8 2.3. TYPY BEZDRÔTOVÝCH SIETÍ............................................... 9
2.3.1. SIETE S INFRAŠTRUKTÚROU...................................................... 9 2.3.2. SIETE BEZ INFRAŠTRUKTÚRY (SIETE MANET)...................... 9
2.4. POŽIADAVKY MOBILNÝCH UŽÍVATEĽOV................... 10 2.5. TRENDY VO SVETE................................................................... 11
2.5.1. JAPONSKO...................................................................................... 11 2.5.2. USA...................................................................................................12 2.5.3. EURÓPA...........................................................................................12
3. KONCEPCIA SIETÍ B3G.................................................................. 13 3.1. KONŠTRUKCIA............................................................................ 13 3.2. ÚPLNÝ MOBILNÝ PRÍSTUP................................................... 13 3.3. PLNE KONVERGOVANÉ SLUŽBY...................................... 13 3.4. AUTONÓMNE SIETE.................................................................. 14 3.5. RÔZNORODOSŤ MOBILNÝCH TERMINÁLOV............. 14 3.6. SOFTVÉROVÉ RIEŠENIE......................................................... 14 3.7. RIEŠENIE POŽIADAVIEK V SIEŤACH B3G..................... 14 3.8. MOBILNÝ KOMUNIKAČNÝ SYSTÉM SIETÍ B3G......... 15
3.8.1. OPORNÁ SIEŤ................................................................................. 15 3.8.2. RÁDIOVÉ ROZHRANIE................................................................ 15 3.8.3. RÁDIOVÁ PRÍSTUPOVÁ SIEŤ..................................................... 16
4. SIEŤOVÁ ARCHITEKTÚRA......................................................... 16 4.1. INTEGRÁCIA SIETÍ.................................................................... 17
4.1.1. SATELITNÁ SIEŤ........................................................................... 18 4.1.2. BUNKOVÁ SIEŤ............................................................................. 18 4.1.3. SIETE WLAN A WPAN.................................................................. 18 4.1.4. SIEŤ MANET................................................................................... 20
4.2. VRSTVOVÝ MODEL SIETÍ B3G............................................ 21
4.2.1. VRSTVA PEVNEJ SIETE............................................................... 21 4.2.2. VRSTVA PERSONÁLNYCH SIETÍ.............................................. 22 4.2.3. VRSTVA VEĽKEJ ZÁŤAŽE.......................................................... 22 4.2.4. BUNKOVÁ VRSTVA..................................................................... 22 4.2.5. DISTRIBUČNÁ VRSTVA............................................................... 22
4.3. MOBILITA TERMINÁLOV V SIEŤACH B3G.................. 22 4.4. ALL-IP SIETE................................................................................. 23
4.4.1. MOBILNÁ IP................................................................................... 23 4.5. PODPORA BUDOVANIA AD-HOC SIETÍ.......................... 25
4.5.1. SMEROVANIE V AD-HOC SIEŤACH.......................................... 25 4.6. APLIKÁCIE A SLUŽBY SIETÍ B3G.......................................25
4.6.1. QoS MODEL.................................................................................... 26 4.6.2. 3G A 4G SLUŽBY.......................................................................... 26 4.6.3. ULTRAVYSOKÁ RÝCHLOSŤ A MULTIMEDIÁLNE
APLIKÁCIE..................................................................................... 27 4.6.4. ELEKTRONICKÝ A MOBILNÝ OBCHOD.................................. 27 4.6.5. UNIFIKOVANÉ MULTIMEDIÁLNE SPRÁVY........................... 27 4.6.6. VoIP (VOICE OVER IP – HLAS CEZ IP)...................................... 27 4.6.7. LOKALIZAČNÉ SLUŽBY.............................................................. 28 4.6.8. VZDELÁVANIE.............................................................................. 28 4.6.9. DOPRAVNÉ SLUŽBY A CESTOVANIE...................................... 28 4.6.10. POHOTOVOSTNÉ SLUŽBY – ZDRAVOTNÍCTVO.................... 28 4.6.11. SENZORY SIETÍ............................................................................. 29 4.6.12. ZÁBAVA.......................................................................................... 29
5. SÚČASTNÝ STAV SIETÍ B3G, SMEROVANIE DO BODÚCNOSTI.......................................... 29 5.1. BUDÚCNOSŤ - MOBILNÁ CIVILIZÁCIA.......................... 29 5.2. POČET MOBILNÝCH TELEFÓNOV
BUDE NARASTAŤ....................................................................... 30 5.3. SLUŽBY V ROKU 2010.............................................................. 30 5.4. IMS (IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM)................................. 31 5.5. SITUÁCIA NA SLOVENSKU.................................................. .31
5.5.1. PICHÁDZA HSPDA A HSUPA...................................................... 31 5.6. 4G NAJRV V JAPONSKU.......................................................... 32 5.7. OSOBNÁ VÍZIA NA NASLEDUJÚCICH 15 ROKOV...... 32 5.8. VÝZVY NOVEJ GENERÁCIE MOBILNEJ
KOMUNIKÁCIE............................................................................ 33 5.8.1. OPTIMALIZÁCIA SMEROVACIEHO PROTOKOLU................. 33 5.8.2. QoS PODPORA................................................................................ 34 5.8.3. SIMULÁCIA.................................................................................... 34 5.8.4. BESPEČNOSŤ................................................................................. 34 5.8.5. INTEROPERABILITA A ŠTANADARDIZÁCIA......................... 34
ZÁVER ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY VYHLÁSENIE O SAMOSTATNOSTI POĎAKOVANIE
ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK
ZOZNAM OBRÁZKOV
Obr . 1.1. Technológie jednotlívých generácií Obr . 3.1. Riešenie požiadaviek účastníkov Obr . 4.1. Sieťová architektúra 4G sietí Obr . 4.2. Komunikácia s využitím satelitnej siete Obr . 4.3. Infraštruktúra WLAN Obr . 4.4. Ad Hoc WLAN Obr . 4.5. Mobilná Ad-Hoc sieť Obr . 4.6. Vrstvový model sietí B3G Obr . 4.7. B3G sieť s IP jadrom Obr . 4.8. Sieťová architektúra Obr . 4.9. Prehľad aplikácií vzhľadom na ich nároky na kvalitu služieb (QoS)
ZOZNAM POUŽITÝCH SKRATIEK
AMPS Advanced Mobile Phone System pokročilý mobilný telefónny systém
AP Access Point prístupový bod
B3G Beyond Third Generation za treťou generáciou
BWA Broadband Wireless Access širokopásmový bezdrôtový prístup
CDMA Code Division Multiple Access kódovo delený viacnásobný prístup
DAB Digital Audio Broadcasting digitálne rozhlasové vysielanie
DSL Digital Subsriber Line digitálna účastnícka linka
EDGE Enhanced Data rates for Global Evolution
vylepšená rýchlos prenosu údajov pre globálnu evolúciu
EP Extension Point rozširujúci bod
ETSI European Telecommunications Standards Institute
európsky telekomunikačný štandardizačný ústav
FPLMTS Future Public Land Mobile Telecommunication System
verejný pozemný mobilný telekomunikačný systém budúcnosti
GPRS General Packet Radio Service univerzálna paketová rádiová služba
GPS Global Positioning System satelitný lokalizačný systém
GSM Global System for Mobile Communications
globálny systém pre mobilnú komunikáciu
H-ARQ Hybrid Automatic Repeat Request hybridné automatické požadovanie opakovania prenosu
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access vysokorýchlostný downlink paketový prístup
HSUPA High-Speed Uplink Packet Access vysokorýchlostný uplink paketový prístup
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers ústav inžinierov elektroniky
IMS IP Multimedia Subsystem IP multimediálny subsystém
IMT-2000 International Mobile Telecommunications for the year 2000
medzinárodné mobilné telekomunikácie pre rok 2000
IP Internet Protocol internetový protokol
ISM Industrial Scientific and Medical označenie pásma
IT informačné technológie
ITU International Telecommunication Union
medzinárodná telekomunikačná únia
KDDI názov firmy
LAN Local Area Network miestna sieť
MAC Media Acces Control médiom riedenie prístupu
MAN Metropolitan Area Network metropolitná sieť
MANET Mobile AdNETwork mobilná Ad Hoc sieť
MMS Multimedia Messaging Service služba multimedialnych správ
NFC Near Field Communication komunikácia na krátke vzdialenosti
NMT Nordic Mobile Telephone analógový štandard pre mobilné telefóny
OMTP Open Mobile Terminal Platform názov organizacie
PAN Personal Area Network osobná sieť
PC Personal Computer počítač
PDA Personal Digital Assistent osobný digitálny asistent
PoE Power over Ethernet napájanie po ethernete
QAM Quadrature Amplitude Modulation kvadratúrna amplitúdová modulácia
QoS Quality of Service kvalita služby
RAN Radio Access Network rádiová sieť
RF Radio Frequency rádiová frekvencia
SDR Software Defined Radio softwareom riadené rádio
SIG Special Interest Group špeciálna záujmová skupina
SMS Short Message Service služba krátkych správ
TCP Transmission Control Protocol komunikačný prenosový protokol
TIM Telecom Italia Mobile názov spoločnosti
UMM Unified Multimedia Messaging unifikované multimediálne správy
UMTS Universal Mobile Telecommunication System
univerzálny mobilný telekomunikačný systém
USB Universal Serial Bus univerzálna sériová zbernica
VoIP Voice Over IP hlas cez IP
W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access
širokopásmový kódovo delený viacnásobný prístup
WDS Wireless Distribution System bezdrôtový distribučný systém
Wi-Fi Wireless Fidelity bezdrôtová vernosť
WiMAX World Interoperability for Microwave Access svetový mikrovlnný prístup
WINNER Wireless world INitiative NEw Radio európskym výskumným združením
WLAN Wireless Local Area Network bezdrôtová lokálna sieť
WPAN Wireless Personal Area Network bezdrôtová osobná sieť
ÚVOD
Po vzniku novodobej závislosti na každodennom používaní drobných ale aj
väčších spoločníkov vo forme rôznych technologických zázrakov napr. mobilných
telefónov či PDA prístrojov, vybavených nepreberným množstvom funkcií a
všadeprítomnými možnosťami ich využitia nie je možné, aby sme dokázali pojať všetky
zmeny – pokroky i produkty, ktoré na nás užívateľov chŕlia poskytovatelia
telekomunikačných služieb. Niekedy však nie je na škodu nechať prítomnosť
prítomnosťou a nahliadnuť do budúcnosti bližšej aj vzdialenej a urobiť si krátky prehľad
toho čo sa na nás užívateľov chystá. Niektoré fakty už nás možno obklopujú a iné sa ešte
iba dotvárajú pokusne testujú, simulujú i vymýšlajú.
Táto práca má dopomôcť k vytvoreniu stručného prehľadu vymysleného aj
vymyšlaného v oblasti mobilných sietí a mobilných komunikácií. Náplňou tejto práce je
prehľadné spracovanie informácií a trendov nasledujúcich generácií mobilných sietí.
Mobilné komunikačné siete sa vyvýjajú v poslednom období nesmiernou rýchlosťou vo
všetkých smeroch a je veľmi ťažké sledovať všetky technologické zmeny a nové služby
ktoré pricházdajú. Siete tretej generácie sa sotva zavádzajú a už sa hovorí o sieťach
generácie štvrtej. Prečo je tomu tak? Odpoveď je jednoduchá. Požiadavky účastnikov sa
neustále zväčšujú a je potrebné ich nejakým spôsobom plniť. V sučastnosti sú
požadované aj služby, ktoré bude možné realizovať až s príchodom štvrtej generácie
pretože siete 3G nie su ešte dostatočne technologicky vyspelé. A preto sa už teraz pracuje
na riešeniach, ktoré uspokoja užívateľov.
1
CIEĽ RIEŠENIA
Cieľom páce je zhromaždiť informácie na tému Trendy mobilných sietí B3G
a vhodným spôsobom ich spracovať tak, aby boli rozdelené do jednotlivých kapitol podľa
zadania bakalarskej práce. Práca má obsahovať definície sietí B3G, objasniť sieťovú
architektúru sietí, priblížiť ich koncepciu a smerovanie do budúcnosti. Čitateľ by mal mať
po prečítaní práce prehľad v trendoch a pripravovaných riešeniach sietí budúcnosti.
2
1. NÁSTUP MOBILNÝCH TELEFÓNNYCH SIETÍ 1.1. GENERÁCIE MOBILNÝCH SIETÍ
1.1.1 . PRVÁ GENERÁCIA (1G)
Je to štandard založený na analógovom prenose, ktorý bol predstavený v 80.
rokoch. Prenos reči bol jedinou službou, ktorú tento systém poskytoval. Jeden zo
štandardov je NMT (Nordic Mobile Telephone) používaný v škandidávských krajinách,
vo východnej Evrópe a Rusku. Existuje tiež štandard AMPS (Advanced Mobile Phone
System), používáný prevažne v Spojených štátoch.
1.1.2. DRUHÁ GENERÁCIA (2G)
Mobilné siete GSM: Vývoj GSM, ktorý sa uvádza ako druhá generácia mobilných
sietí, sa začal v roku 1982. Siete tejto generácie sú založené na digitálnom spracovaní
signálu. Kritériá pre požadovaný systém boli: dobrá subjektívna kvalita prenášanej reči,
nízka cenová hladina koncových staníc a servisných služieb, podpora medzinárodného
roamingu, schopnosť realizácie miniatúrnych príručných koncových staníc, podpora pre
rozšírené služby (SMS, regionálne správy atď.), vrátane služieb plánovaných v
budúcnosti (napr. Mobilný terminál počítačovej siete). Tak isto sa začalo pracovať na
klone GSM s názvom PSC 1900 pre Americké krajiny. Výsledok tohoto vývoja je systém
bezpečnejší ako jednoducho odpočúvateľné NMT, umožňuje automatickú lokalizáciu a
poskytuje prenosovú rýchlosť dát 9.6kb/s. Momentálne využíva sieť viac ako 170 krajín.
Pre nedostatočne rýchly dátový prenos GSM sietí vznikli nové štandardy ako "nadstavby"
týchto sietí z generácie 2 na 2.5G.
1.1.3. DVAAPOLTÁ GENERÁCIA (2,5G)
Je chápaná ako most medzi sieťami druhej generácie, ktoré sa orientujú prevažne
na hlasové služby, a sieťami tretej generácie, ktoré sa naopak orientujú predovšetkým na
služby dátové. Je tiež chápaná ako systém 2G, ktorý obsahuje naviac paketové
spojovanie. Nejde teda o žiadne nové systémy, ale o modifikované techniky a technické
zdokonalenia, ktoré sa implementujú do existujúcich sietí. Užívateľom je tak k dispozícii
vysokorýchlostný prenos dát a prístup do celosvetovej počítačovej siete internet. Obecne
známou technológiou 2.5G je GPRS (General Packet Radio Service). Je to technika pre
paketovo orientovaný prenos dát. Preto nie je potrebný súvislý kanál pre prenos a príjem
3
dát, ale vysiela sa a prijíma v paketoch. Tým sa dosahuje účelné využitie RF spektra a
užívatelia platia len za objem prenesených dát. S týmto systémom sa dnes počítá ako so
základom pre siete GSM. GPRS služby boli spustené v priebehu roka 2001.V druhej
polovici toho istého roka sa už užívatelia pripájali rýchlosťami 56kbps (max je 171.2kbps
s využitím všetkých 8 časových dielov ). Ďalšou službou ktorú zahŕňa generácia 2,5 G je
EDGE - systém poskytujúci vysokorýchlostný prenos dát a ďalšie služby s ním spojené.
Niektoré protokoly, ako aj napr. spomínaný EDGE pre GSM a CDMA2000 1x-RTT pre
CDMA sa síce oficiálne zaraďujú do služieb 3G (pretože majú prenosovú rýchlost väčšiu
ako 144 kbit/s), ale v praxi sa väčšina z nich považuje za služby 2.5G (občas sa v
spojitosti s EDGE stretneme s označením 2.75G), a to preto že sú niekoľkokrát pomalešie
ako "pravé" služby 3G.
1.1.4. TRETIA GENERÁCIA (3G)
Štandard pre 3G - IMT-2000/UMTS: Výskum a vývoj mobilného systému, ktorý
by užívateľom malých mobilných telefónnych prístrojov umožnil globálny roaming na
základe existencie jednej univerzálnej mobilnej siete s unifikovanými službami a s
použitým frekvenčným spektrom rovnakým na celom svete, začal už v roku 1986 na
úrovni ITU. Tento vyvíjaný systém dostal názov FPLMTS (Future Public Land Mobile
Telecommunication System), ktorý sa však postupne zmenil na IMT - 2000 (International
Mobile Telecommunications for the year 2000). Európe je výskum, vývoj a
štandardizácia mobilného komunikačného systému tretej generácie, známy ako UMTS
(Universal Mobile Telecommunication System). 3G bezdrôtové služby umožňujú
skvalitnenie práce s aplikáciami, vrátane rýchlejšieho prenosu dát, zvyšuje kapacitu pre
hlasové a dátové služby a príchod prepojenia komutovaných a mobilných sietí.
Najčastejšou využívanou službou súčasnosti sú videohovory a živé vysielanie televízií.
Štandard UMTS, mobilných sietí tretej generácie, je schopný v teoretických podmiekach
dosiahnuť priepustnosť (rýchlosť ) až 1920 Kbps, pričom súčasné UMTS siete disponujú
priepustnosťou v ideálnych podmienkach až 384 Kbps. Nástup tretej generácie telefónov
bol opozdený očakávaním ohromných ziskov z tejto technológie čo viedlo k vypisovaniu
aukcí na predaj licencí pre túto generáciu. Poplatky, ktoré museli telekomunikačné
spoločnosti za licencie zaplatiť ich finančne veľmi zaťažili a opozdily nástup tejto
generácie hlavne v Európe. Výnimkou bolo Japonsko a Kórea, ktorá pred predajom
licencí dala prednosť rýchlemu vývoju IT infraštruktúry. Japonsko bolo prvou krajinou,
ktorá zaviedla tretiu generáciu mobilných telefónov ako prvná. V roku 2005 používalo v
4
Japonsku tieto mobily tretej generácie 40 % užívateľov a v roku 2006 sa očakáva prechod
väčšiny užívateľov a nástup nasledujúcej generácie 3.5 G s prenosovou rýchlosťou 3
Mbity/s. Ukazuje se však, že hlavnou využívanou službou nie su videohovory, ale
sťahovánie hudby poskytované špeciálnymi firmami ako sú KDDI, EZchakuuta a Chaku
Uta Full services. Nákup licencií pre tento systém sa začal uz v roku 2000 ale na
Slovensku technológiu 3G spustil mobilný operátor Orange až v septembri 2005 a T-
Mobile v januári 2006. Jej rozšírenie medzi bežnými používateľmi na slovenskom trhu
bude trvať ešte niekoľko mesiacov. Mobilné siete tretej generácie síce nie su sieťami
podla štandardu IEEE 802.11, ale sú sieťami určenými pre personálne zariadenia ako
PDA a celulárne telefóny.
1.1.5. TRIAPOLTÁ GENERÁCIA (3,5G)
High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) je protokol mobilnej telefónie
označovaný tiež ako technológia 3,5G – triapoltá generácia. Objavil sa v Release 5
štandarde UMTS. HSDPA zvyšuje podstatne prenosovú rýchlosť pre downlink. Je
založené na niekoľkých inováciách architektúry siete, vďaka ktorým sa dosahuje nižšie
opozdenie, rýchlejšie reakcie na zmenu kvality kanálu a spracovanie H-ARQ, teda Hybrid
automatic repeat request, hybridného automatického požadovania na opakovanie prenosu.
Vďaka HSDPA bude pri W-CDMA sieťach (teda európskom UMTS) teoreticky možné
poskytovať zdielané rýchlosti maximálne 14,4 Mbit/s (maximálna rýchlosť na jednu
bunku), efektívne rýchlosti budú podstatne nižšie a pri štarte HSDPA sa očakáva, že
mobilné terminály budú schopné využívať rýchlosti maximálne do 1,8 Mbit/s. Rýchlosť
14,4 Mbit/s pre jedno zariadenie sa nedá v dohľadnej dobe očakávať pri tejto rýchlosti by
totiž terminál (telefon) musel súčastne používať 15 kódov a všetky timesloty čím by pre
seba zabral celú kapacitu jedného sektoru.
5
Obr 1.1. Technológie jednotlívých generácií
1.2. IEEE 802, BEZDRÔTOVÉ MAN, LAN, PAN IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) je asociácia, ktorej
najdôležitejšou úlohou je ustanovovať štandardy pre počítačové formáty a zariadenia.
IEEE 802.11 alebo tiež Wi-Fi (podľa Wi-Fi Aliancie) označuje množinu
bezdrôtových LAN štandardov pracovnej skupiny číslo 11 v IEEE 802 (802 je komisia
určená pre vývoj štandardov LAN a MAN sietí). Prvým štandardom z rodiny 802.11 bol
protokol 802.11 tiež pre odlíšenie niekedy označovaný ako 802.11legacy. Tento bol
vydaný v roku 1997 a špecifikuje prenos signálov v ISM pásme 2.4 - 2.5GHz. S
rýchlosťou prenosu 1 alebo 2Mb/s. 802.11legacy umožňuje aj lokálny prenos
infračerveným frekvenčným spektrom, rovnako s rýchlosťami 1 alebo 2Mb/s.
V septembri 1999 IEEE schválila dve zlepšenia originálneho 802.11 štandardu.
Boli to štandardy 802.11b a 802.11a. 802.11b využíval rovnaké bezlicenčné rádiové
frekvencie ako 802.11legacy (2.4GHz), zvyšoval však "hrubú" prenosovú rýchlosť na
11Mb/s, ktorá sa znižuje s kvalitou signálu na 5,5 Mbit/s, 2 Mbit/s a 1 Mbit/s. Dosah je
orientačne okolo 100m.
IEEE vydala štandard 802.11a pre nelicencované frekvenčné pásmo (5Ghz), na
ktorom 802.11a ponúka maximálnu rýchlosť prenosu dát 54Mb/s. Tak, ako 802.11b, aj
802.11a poskytuje nižšie prenosové rýchlosti pre signál s nižšou kvalitou (48Mbps,
36Mbps, 24Mbps, 18Mbps, 12Mbps, 9Mbps, 6Mbps). Keďže 802.11a pracuje na vyšších
frekvenciách ako štandard 802.11b, jeho dosah je nižší v porovnaní s 802.11b. Rozdielne
rádiové frekvencie robia tieto štandardy vzájomne nekompatibilné.
6
802.11g je ďalšou hlavnou vlnou bezdrôtových technológií. Štandard bol
schválený v júni 2003. 802.11g pracuje v rovnakom pásme 2,4Ghz ako 802.11b.
Poskytuje max. rýchlosť 54Mb/s, ktorá postupne klesá s kvalitou signálu podobne ako u
802.11a, avšak ak je to nutné, až na 1Mb/s. Jeho výhodou je plná spätná kompatibilita so
štandardom 802.11b, čo ho robí jeho logickým následníkom.
Pracovná skupina IEEE číslo 16 - BWA (Broadband Wireless Access) zahájila
svoju činnosť v roku 1999 a vyvíja štandardy pre metropolitné siete (MAN). Prvá norma
802.16 je z roku 2001. Tento štandard je známy ako WiMAX (World Interoperability for
Microwave Access), podľa WiMAX fóra, ktoré zabezpečuje testovanie a certifikáciu
vzájomnej kompatility a interoperability zariadení. Pracuje na frekvenciách 10-66Ghz, na
ktorých musí byť splnená podmienka priamej viditeľnosti. Kapacita siete na fyzickej
vrstve môže dosahovať až 268Mb/s.
V januári 2003 schvaľila IEEE normu 802.16a, ktorá pracuje v pásme 2-11Ghz a
zahŕňa frekvencie licencované, aj bezlicenčné. Rádiové kanály majú šírku pásma od 1,5
do 20Mhz. Použité kmitočty v porovnaní s vyššími umožňujú pokrytie pre viac
užívateľov s rýchlosťami až 63Mb/s, ktorú zdieľajú všetci užívatelia pripojení ku
základňovej stanici. 802.16a je moderná norma pre širokopásmové metropolitné siete a
má svoje kvality hlavne v oblasti pokrytia, schopnosti rastu pri zvyšujúcom sa počte
užívateľov ako aj v oblasti podpory kvality služieb (QoS - Quality of Service).
Alternatívami k americkým štandardom vydaných IEEE sú európske štandardy
Hiperlan/1 a Hiperlan/2, ktoré schválila ETSI (European Telecommunications Standards
Institute). ETSI je podobne ako IEEE nezávislá, nezisková organizácia, ktorej úlohou je
tvorba telekomunikačných štandardov. ETSI bola založená v roku 1988 a sídli na juhu
Francúzska v Sophia-Antipolis.
Štandard Hiperlan/1 bol plánovaný už v roku 1991 a schválený bol v roku 1996.
Poskytuje komunikáciu v pásme 5Ghz s maximálnou prenosovou do 20Mbps.
Špecifikácia Hiperlan/2 bola dokončená vo februári 2000. Využíva 5GHz pásmo a
poskytuje s maximálny prenos 54Mbps.
1.2.1. BLUETOOTH
Bluetooth je priemyselná špecifikácia pre osobné siete (PAN, Personal Area
Network), najskôr vyvíjaná firmou Ericsson, neskôr formulovaná skupinou Bluetooth
SIG (Special Interest Group), ktorá bola pôvodne založená v máji 1999 spoločnosťami
Sony Ericsson, IBM, Intel, Nokia a Toshiba. Dnes má SIG množstvo ďalších členov, z
7
ktorých výraznými propagátormi tohoto štandardu sú 3Com, Agere, Microsoft, Motorola
ale aj iní. Śpecifikácia bola vytvorená v roku 1998 (rev. 0.7), v decembri 1999 bol
vytvorený kompletný štandard 1.0. O rok neskôr v decembri 2000 bol štandard doplnený
radou zmien a boli odstránené nepresnosti, vznikol Bluetooth v1.1 a stal sa stabilnou
špecifikáciou. Bluetooth 1.1 dosahuje maximálnu rýchlosť prenosu 1Mbps, pričom reálna
priepustnosť dát sa pohybuje maximálne okolo 720 Kbps. Komunikácia prebieha v
bezlicenčnom pásme 2,4 Ghz s krátkym dosahom (10m). Výhodou tohoto štandardu sú
malé veľkosti komunikujúcich zariadení, ich nízka cena, robustné spojenie, malý príkon a
jeho užívateľská nenáročnosť (podporuje automatickú konfiguráciu).
2. DEFINÍCIE SIETÍ B3G
2.1. B3G (BEYOND THIRD GENERATION) Samotná skratka B3G znamená v anglickom jazyku Beyond Third Generation.
Označujeme s ňou siete, ktoré nasledujú po sieťach tretej generácie. V predchádzajúcom
období sa objavilo niekoľko definícií, ktoré majú charakterizovať siete B3G. Sú to teda
hlavne vlastnosti, ktoré sú charakteristické pre tento druh sietí. Medzi hlavné prednosti
sietí B3G patrí predovšetkým možnosť komunikovať s kýmkoťvek a na akomkoťvek
mieste vysokou prenosovou rýchlosťou pričom sa budú využívať siete doteraz
vybudované. Teda siete predchádzajúcich generácií. Využívať sa budú pritom sieťové
infraštruktúty rôznych operátorov tak aby bol prenos informácií efektívny a rýchly. Tým
sa zabezpečí oveľa väčšie pokrytie signálom a účastníci budú môcť komunikovať v rámci
celého sveta a zároveň využívať väčšie množstvo rôznych služieb za nižšiu cenu.
2.2 . SPÁJANIE FIXNÉHO A MOBILNÉHO SVETA Keď hovoríme o sieťach B3G, nemáme na mysli len siete mobilné. Predpokladá
sa spájanie sietí mobilných so sieťami fixnými, tak aby sme dosiahli čo najväčšie pokrytie
signálom. S príchodom bezdrôtových technológii ako WiFi či Bluetooth sa stráca pravý
význam slova mobilný. Bezdrôtové technológie pre „pevné“ linky poskytujú stále väčší
dosah, mobilné telefóny zvyšujú rýchlosti. Postupné spájanie fixného a mobilného sveta
preto očakávajú všetky veľké firmy mobilného biznisu.
Pre využitie výhod spojenia fixnej a mobilnej siete Nokia pripravila riešenie
prepojenia GSM siete a siete WiFi. Spolu s technologickým riešením ponúka aj mobilný
8
telefón. Rozmýšlate komu je takéto riešenie vhodné ? Kto potrebuje doma alebo v práci
telefonovať cez sieť WiFi? Telefonovanie cez WiFi je lacnejšie, resp. bezplatné.
Pomocou VoIP (Voice Over IP) – prenosu hlasu po internetovej sieti s využitím
programov ako Skype môžete telefonovať po internete zdarma. Skype umožnuje za
výhodných podmienok volať aj z internetu na pevné či mobilné čísla. Stále však
zákadlom ostáva volanie zdarma. Nokia nie je jediná, ktorá sa snaží o VoIP v mobilnom
telefóne. Taktiež spoločnosť Calysto predstavila zaujímavé zariadenie s podporou
prechodu medzi GSM a WiFi s operačným systémom Windows Mobile 5.0 a s podporou
Skype. Budúcnosť IP telefónia („volania cez internet“) určite trápi všetkých
telekomunikačných operátorov. Môžeme očakávať naozaj kvalitné pripojenie cez mobil
za paušál a volania VoIP budú v cene paušálneho pripojenia. Nakoniec nie je to nič
zvláštne. Internet za paušál je samozrejmosť. Je teda otázkou času, kedy zmizne
pomyslená čiara medzi fixnou, alebo už bezdrôtovou sieťou a mobilnou sieťou.
2.3. TYPY BEZDRÔTOVÝCH SIETÍ V súčastnosti rozoznávane dva typy bezdrôtových mobilných sietí. Prvým typom
sú mobilné bezdrôtové siete s infraštruktúrou a druhým typom sú mobilné bezdrôtové
siete bez ifraštruktúry.
2.3.1. SIETE S INFRAŠTRUKTÚROU
Medzi siete s infraštruktúrou patria celulérne siete, ktoré sú z hladiska využívania
v súčastnosti na vrchole. Niektorí autori nazývajú práve siete s infraštruktúrou
celulárnymi sieťami. Infraštruktúru v týchto sieťach tvoria pevne dané ústredne a
spojenia medzi nimi ako aj pevne určené spojenia (najčastejšie medzi ústredňami a
bázovými stanicami, ktoré slúžia na pokrytie oblastí – buniek signálom s pomocou,
ktorého môžu užívatelia bez toho aby o tom niečo vedeli navzájom komunikovať).
Komunikácia je samozrejme možná aj pri pohybe užívateľa počas ktorej predchádzaniu
strate spojenia pomáhajú rôznou citlivosťou, ktorá ozrkadluje práve poskytovanú službu
užíveteľovi.
2.3.2. SIETE BEZ INFRAŠTRUKTÚRY (SIETE MANET)
Druhým typom sietí sú siete bez infraštruktúry. Tieto siete sa nazývajú aj Mobilné
Ad-Hoc siete v skratke MANET (Mobile AdNETwork) alebo viacúsekové siete tzv.
9
Multi - Hop siete. Siete bez infraštruktúry sa v súčastnosti využívajú hlavne v silových
rezortoch (polícia, armáda, bezpečnostné operácie) záchranných operáciách v zložitom
geografickom teréne, rôznych typoch rokovaní a v neposlednej miere sú ideou sietí
budúcnosti resp. sietí a podsietí tvoriacich základ štvrtej generácie komunikačných
systémov nazývaných v skratke 4G. Ich hlavnou výhodou je neporovnatelná rýchlosť
vytvorenia siete v porovnaní s celulárnym systémom pretože terminály MANET
vykonávajú procesy spojenia a výmeny informácií samostatne a bez nutnosti použitia
akéhokoľvek ďalšieho zariadenia. Armáda, polícia či záchranári nepotrebujú zabezpečiť
žiadnu predchádzajúcu technickú prípravu, čo im jednoznačne umožňuje rýchlejšie
zasiahnuť. Rovnako pri rokovaniach i konferenciách môžu jednotlivé skupiny účastníkov
komunikavať či vymieňať informácie vysokou rýchlosťou a to pri zachovaní bezpečnosti
prenosu informácií. Vidinou MANET sietí je práve vytváranie akéhosi typu MANET
lokálnych podsietí, v ktorých je možná super rýchla výmena informácií – dát a taktiež
prepájanie týchto podsietí medzi sebou. Hlavnou ideou je, aby tieto podsiete umožňovali
užívateľom využívať všetky typy komunikácie a všetky typy komunikačných služieb tj.
od hovorovej komunikácie cez dátovú výmenu až po pripojenia užívateľov do už
pracujúcich komunikačných typov sietí a služieb napr. umožniť využívanie internetových
služieb. Hlavnou vlastnosťou sietí MANET sietí je dynamická zmena topológie siete,
ktorá je spôsobená mobilitou jednotlivých Ad Hoc zariadení, ako aj prírastkom a
úbytkom počtu zariadení. Nezanedbatelnou črtou, ktorá jepovažovaná za nedostatok
MANET sietí je malá šírka pásma, pre ne určená, no aj napriek tomu im umožňuje
vysokokapacitný prenos dát. Terajším nedostatkom je aj ich relatívne vysoká spotreba
energie, ktorá je priamo úmerná množstvu funkcií, ktoré musia vykonávať. Pre budúce
využitie je tiež veľmi dôležitou črtou bezpečnosť prevádzky. Pod týmto pojmom treba
rozumieť rôzne typy mechanizmov zamedzujúce strate či obmedzujúce chybovosť
prenášaných informácií až po rôzne typy útokov na informácie a komunikáciu samotnú
vzhľadom na ich budúce využitie.
2.4. POŽIADAVKY MOBILNÝCH UŽÍVATEĽOV Požiadavky mobilných užívateľov sú zrejmé: chcú rýchly komunikačný
prostriedok, ktorý im umožní efektívne prenášať nielen dáta alebo hlas, ale aj
multimediálne dokumenty, prezentácie alebo klipy bez ohľadu na to kde sa práve
nachádzajú. Chcú takú širokopásmovú bezdrôtovú službu, ktorá im dovolí trvalé
10
pripojenie (always on), bezpečnú komunikáciu vrátane jednotnej autentizácie bez ohľadu
na typ siete a prevádzkovateľa a platbu len za prenesené dáta. Ďalšou požiadavkou je
ľahká synchronizácia dát medzi rozličnými koncovými zariadeniami ako PC, laptop,
iPod, PDA alebo mobilný telefón. Užívatelia chcú používať bezdrôtovú komunikáciu
nielen v práci, ale i doma a na cestách. V každej krajine sa požiadavky na mobilné
komunikačné systémy zvyšujú. V každej krajine má však technologický pokrok iné
tempo.
2.5. TRENDY VO SVETE
2.5.1. JAPONSKO
Trendy v mobilných komunikáciách a nové technológie sa asi najrýchlejšie
vyvíjajú v Japonsku. Najväčší mobilný operátor Japonska NTT DoCoMo je známi nielen
zavedením I-mode.
Ide o mobilný dátový model, ktorý sa ešte inde vo svete vylepšuje. Riešenie
využíva platformu technológie i-mode (istú obdobu služby WAP) japonského mobilného
operátora a bezkontaktných – RFID čipových kariet FeliCa vyvinutých firmou Sony. Táto
technológia umožňuje pomocou mobilného telefónu platiť v 20 000 japonských
obchodoch a viac ako 4000 predajných automatoch. Dôvodom vysvetľujúcim
populárnosť i-režimu v Japonsku je jeho zaujímavosť pre poskytovateľov obsahu svojím
výrazným podielom na výnosoch (kde mobilný prevádzkovateľ prijíma len malý
percentuálny finančný podiel). Spotrebitelia inklinujú k službám, ktoré sú lacné a
spoplatňované na telefónnom účte zákazníkov, ktorý vystavuje mobilný prevádzkovateľ
menom poskytovateľa obsahu služieb. To, čo prebieha v súčasnosti v Japonsku, môže byť
poučné a nasledovaniahodné aj pre regulátorov, a vlády na všetkých kontinentoch. NTT
patril medzi prvých dominantných operátorov na svete, ktorý si nielen vytýčil ambiciózne
ciele, ale ich aj uskutočňuje. Výskumníci už dlhšie pracujú na štandarde, ktorý sa stane
nástupcom UMTS a 3G sietí všeobecne. V správe zverejnenej 23. februára 2006 NTT
DoCoMo uviedol výsledky najnovších testov siete 4G v teréne. Skúšky sa uskutočnili
ešte 14. decembra 2005 v japonskom meste Yokosuka. Oproti experimentu z 9. mája
minulého roku, kedy sa podarilo dosiahnuť rýchlosti downstreamu 1 Gbit/s priniesli
decembrové testy dvaapolnásobok. Na zariadení pohybujúcom sa rýchlosťou 20 km/hod
demonštroval NTT DoCoMo prenos dát 2,5 Gbit/s. Oproti májovému experimentu sa
11
zvýšil počet MIMO antén zo štyroch na šesť a bola použitá modulácia 64-QAM. Pri šírke
pásma 100 MHz bola dosiahnutá spektrálna efektivita 25 bitov/s/Hz, čo je taktiež 2,5x
viac ako v predchádzajúcom májovom pokuse. Rýchlosť prenosu aj spektrálna efektivita
prekonáva požiadavky stanovené v návrhoch rádiokomunikaènej sekcie Medzinárodnej
telekomunikaènej únie (ITU-R) pre štandard 4G, a spľňa kritérium navrhované
európskym výskumným združením WINNER (Wireless world INitiative NEw Radio).
Dôvodov prečo to v Japonsku všetko tak dobre funguje je niekoľko. Nové technológie sa
veľmi rýchlo zavádzajú do prevádzky aj vďaka vzájomnej spolupráci jednotlivých
vývojových spoločností jednak s vládnymi inštitúciami a tiež s výrobným priemyslom.
Celý proces sa tak nielen urýchluje ale aj uľahčuje.
2.5.2. USA
Budovanie nových mobilných komunikačných sietí je nesmierne nákladné.
Využívanie doposiaľ vytvorených sieťových infraštruktúr je preto jednou z možností ako
ušetriť financie pri zavádzaní nových generácií. Tento trend je charakteristický najmä pre
USA a zrejne sa bude uplatňovať aj s príchodom nových sietí s označením B3G. USA nie
je technologicny až tak vyspelé ako Japonsko. Platenie pomocou mobilných telefónov
však ani v tejto krajine nie je cudzie. Spoločnosť MobileLime totiž ohlásila NFC
„platformu novej generácie“. MobileLime je priekopníkom zavádzania NFC v USA (od
r. 2001). V krajine je dnes vyše 27 000 predajných miest vrátane čerpacích staníc PHM
vybavených potrebnou NFC technológiou. Doposiaľ však nad mobilnými telefónmi v
platobnom styku prevažujú inteligentné čipové karty. Nič to však nemení na skutočnosti,
že pre mobily je táto technológia ako stvorená, pričom jej uplatnenie pri bezkáblovom
prenose dát nekončí úlohou elektronickej peňaženky.
2.5.3. EURÓPA
V Európe je situácia úplne iná pretože pri zavádzaní tretej generácie mobilných
komunikačných sietí sa významní národní mobilní operátorí vďaka nákupom licencií za
spektrálné pásma pre 3G poriadne zadĺžili. Je preto otázne či sa vôbec nájdu prostrietky
na budovanie nových sietí B3G. Fínsky ministerský predseda dokonca vyhlásil, že to
môže znížiť európsku konkurencieschopnosť a v rámci únie sa začínajú dokonca ozývať
hlasy, aby vlády nejakým spôsobom pomohli čerstvým držiteľom licencií. Iné zdroje však
popreli akékoľvek tajné rokovania medzi vládou a operátormi.
12
3. KONCEPCIA SIETÍ B3G 3.1. KONŠTRUKCIA
Samostatnou kapitolou je konštrukcia terminálov. Aj keď bude veľmi podobná
s tými z predchádzajúcich generácií, vyžadovať budú použitie komponentov s vyžšími
výkonovými parametrami, prípadne aj vývoj nových technológií. Požiadavky na výkonné
parametre koncových zariadení sú pre niektoré komponenty až niekoľkonásobne vyžšie
ako je to napr. u koncových zeriadení GSM. Avšak výrobné technológie komponentov,
ktoré určujú cenu, kvalitu a dostupnosť komponentov, v mnohých smeroch taký poktrok
nezaznamenali. Trend konštrukcie terminálov mobilných sietí smeruje k celkovej
miniaturizácii a zároveň je snaha poskýtovať čoraz väčšiu funkcionalitu. Mnohé
problémy sú známe z konštrukcie iných mobilných zariadení, napríklad prenosných
počítačov.
3.2. ÚPLNÝ MOBILNÝ PRÍSTUP Mobilné terminály sa stanú komunikačnými a organizačnými nástrojmi
spájajúcimi funkcie mobilného telefónu, počítača do dlane, elektronického diára,
elektronickej peňaženky ale aj digitálneho fotoaparátu. Získavanie informácií z Internetu
a Intranetu, posielanie elektronickej pošty, digitálnych pohľadníc alebo hoci
röntgenových snímok, rezervácia a platba leteniek či lístkov do divadla, diaľkové
ovládanie rôznych prístrojov a zariadení, vzdelávanie, zábava a množstvo ďalších
aplikácií, ktoré si dnes ani nevieme predstaviť, nám sprístupnia mobilné terminály
kdekoľvek a kedykoľvek.
3.3. PLNE KONVERGOVANÉ SLUŽBY Mobilné a personálne komunikácie sú v súčasnej dobe oblasťou telekomunikácií s
najväčšou dynamikou a potenciálom rozvoja, a sú považované za jeden zo základných
stavebných blokov globálnej informačnej infraštruktúry. Plne konvergované služby
umožnia sústrediť viacero systémov do jednej spoločnej databázy. Mobilný účastník tak
bude mať rýchly prístup k väčšiemu množstvu služieb jednoducho a kedykoľvek.
13
3.4. AUTONÓMNE SIETE Vzhľadom na požiadavky mobilných účastníkov a meniace sa prostredie v ktorom
sa mobilné terminály budú využívať, musia byť B3G siete prispôsobitelné podľa potrieb.
Infraštruktúra bude teda založená na autonómnych sieťach, ktoré sú schopné vyhovieť
rôznorodým požiadavkám.
3.5. RÔZNORODOSŤ MOBILNÝCH TERMINÁLOV Očakáva sa velké množstvo rôznych komunikačných zariadení, ktoré budú
zabezpečovať prístup k rôznym službám kdekoľvek. Nébudú to len mobilné telefóny a
PDA prístroje ktoré poznáme v súčastnosti ale vzniknú aj ďalšie, ktoré budú na trhu
dostúpné až neskôr.
3.6. SOFTVÉROVÉ RIEŠENIE S požiadavkou na flexibinejšie služby suvisí aj zvíšená náročnosť na výrobu a
vývoj softwareovej časti pre mobilné terminály. Dôležitým prvkom mobilných terminálov
bude SDR (Software Defined Radio). Je to software, ktorý bude zabezpečovať zmenu
nastavení a parametrov potrebných pre prispôsobenie sa rozličným druhom sietí.
Predpokladá sa použitie inteligentných agentov, ktorí budú zabezpečovať širokú
škálu riadiacich činností. Inteligentným agentom nazývame inteligentný procesor
schopný autonómne sa rozhodovať o spôsobe interakcie s inými procesormi. Inteligentný
agent javí známky inteligencie. To znamená, že do určitej miery spĺňa aspoň niektoré z
nasledujúcich charakteristík:
Dokáže sa učiť
Správa sa autonómne (t.j. samostatnosť a nezávislosť)
Dokáže komunikovať (s ostatnými agentmi)
3.7. RIEŠENIE POŽIADAVIEK V SIEŤACH B3G Nové siete B3G sú pre nás užívateľov ešte stále veľmi vzdialené aj keď systémy
tretej generácie mobilných sietí sa už rozbehli. To však neznamená že popredné vývojové
spoločnosti nepracujú na nových technologických riešeniach sietí budúcich generácií.
Práve naopak, už teraz sú mnohým známe požiadavky ktorých je zo strany zákazníkov
stále viac. Nové siete prinesú nielen obrovské zisky pre mobilných operátorov ale nadlho
14
zamestnajú aj množstvo odborníkov ktorí budú musieť čeliť náporu rôznych otázok
technologického charakteru. V súčastnosti sa technologickým riešením sietí budúcnosti
zaoberá niekoľko inštitúcií. Riešenia prichádzajú práve na základe predpokladaných
požiadaviek mobilných učastníkov v budúcnosti ako aj požiadaviek súčastných. Obrázok
3.7.1. znázorňuje základné požiadavky na siete B3G a ich riešenia.
Obr 3.1. Riešenie požiadaviek účastníkov
3.8. MOBILNÝ KOMUNIKAČNÝ SYSTÉM SIETÍ B3G Mobilný komunikačný systém sietí B3G bude pozostávať z niekoľkých častí.
Hlavnú časť tvorí rádiové rozhranie, rádiová prístupová sieť a oporná sieť.
3.8.1. OPORNÁ SIEŤ
Opornú sieť tvorí základná sieť (core network) a chrbticová sieť (backbone
network). V sieťach 3G je bežné využívanie obidvoch sietí súčastne pričom základná sieť
zabezpečuje prepájanie zatiaľ čo chrbticová sieť sa stará o spájanie viacerých sietí.
3.8.2. RÁDIOVÉ ROZHRANIE
Túto časť komunikačného systému je možné riešiť dvoma spôsobmy tak ako je
naznačené v predchádzajúcom obrázku. To znamená vytvorenie úplne nového rozhrania
alebo použitie existujúcich rozhraní, ktoré však budú vyžadovať nemalé úpravy a
nadstavby. Predpokladá sa že striktný výber jedného alebo druhého riešenia nie je vhodný
a preto môžme očakávať kombináciu obidboch riešení, pričom sa budú vzájomne
dopĺňať.
15
3.8.3. RÁDIOVÁ PRÍSTUPOVÁ SIEŤ
Vzhľadom k tomu, že sieť B3G bude tvorená rôznymi druhmy štandardov, musí
dôjsť aj k úpravám prístupových sietí. RAN (Radio Access Network) – týmto druhom
prístupových sietí sú v súčastnosti prepojené tisíce spoločností, univerzít, podnikov a
vládnych úradov po celom svete. Neustále však prichádzajú nové riešenia a vylebšenia
ktoré pomáhajú znižovať náklady a súčastne zvyšovať objem poskytovaných služieb
mobilných operátorov.
Komplexné riešenie nezávislé od výrobcu mobilnej technológie ktoré využíva IP protokol
na zvýšenie efektívnosti siete, redukciu nákladov a rýchle uvedenie inovatívnych služieb
v oblasti mobilnej komunikácie priniesla nedávno spoločnosť Cisco Systems. Riešenie IP
RAN optimalizácie spoločnosti Cisco spľňa štyri všeobecné požiadavky mobilných
operátorov.
znižuje prevádzkové náklady v GSM a UMTS sieťach využitím IP protokolu na
optimalizáciu a agregáciu prenosovej kapacity pre pripojenie bázových staníc 2. a
3. generácie
efektívne využívanie a agregácia prenosového pásma podporuje prevádzku
hlasových a dátových služiev v 2G (GPRS, EDGE) a 3G (UMTS, HSDPA)
sieťach bez nutnosti pridávania dodatočných E1 liniek
riešenie podporuje vysokokapacitné a menej nákladné alternatívy pripojenia
prostredníctvom technológií ako Metro Ethernet, WiMAX a DSL, ktoré sú vhodné
pre dátovú prevádzku (napr. HSDPA) s vyššími nárokmi na prenosové pásmo
riešenie umožnuje mobilným operátorom vytvoriť nové zdroje príjmov zavedením
a poskytovaním inovatívnych služieb postavených na IP protokole, akými sú
vysielanie videa a IP telefónia
4. SIEŤOVÁ ARCHITEKTÚRA
Ako bolo spomenuté už v úvode, požiadavky účastníkov sa neustále zvyšujú
a s nimi sa zväčšujú aj nároky na mobilné komunikačné siete. Telekomunikačný trh je
jedným veľkým buzines centrom v ktorom sa točia nemalé peniaze. Budovanie a prípravy
na zavedenie nových generácií mobilných sietí a s nimi aj vznik a poskytovanie nových
služieb je preto zaujímavé aj z ekonomického hľadiska. Generácie ktorých príchod sa
očakáva po tretej generácii by mali využívať všetky doposiaľ vytvorené siete tak, aby
16
nebolo nutné investovať množstvo finančných prostriedkov do výstavby nových
sieťových infraštruktúr. Zároveň však musia byť pôvodné siete vhodne nadstavené, aby
dokázali spolahlivo fungovať a bezpečne prenášať dáta aj s príchodom nových systémov.
Obr 4.1. Sieťová architektúra 4G sietí
4.1. INTEGRÁCIA SIETÍ 4G siete sú širokopásmové siete, ktoré integrujú rozdielne sieťové topológie a
platformy. Siete sa budú vzájomne vhodným spôsobom dopĺňať, aby splnili konkrétne
požiadavky. Integrácia rôznych typov sietí v 4G je teda reprezentovaná prekrývaním
rozdielnych okrajov sietí. Existujú dve úrovne integrácie:
integrácia rôznorodých bezdrôtových sietí s premenlivými vysielacími
charakteristikami takými ako bezdrôtová LAN, WAN a PAN ako aj mobilné Ad-
Hoc siete.
17
integrácia bezdrôtových sietí a fixnej sieťe – chrbtica infraštruktúry internet a
PSTN.
4.1.1. SATELITNÁ SIEŤ
Predstavuje anténový systém, ktorý sa pohybuje, resp. krúži nad Zemou a
komunikuje s jednou alebo viacerými pozemnými stanicami. Pri komunikačných
satelitných systémoch komunikuje satelit minimálne s dvoma alebo viacerými
pozemnými stanicami. Pozemná stanica je rovnako anténový systém umiestnený na
(alebo takmer na) Zemi. Satelity sa tiež využívanú ako doplnkové, resp. pomocné
vykrývače pre pozemné bunkové siete.
Obr 4.2. Komunikácia s využitím satelitnej siete
4.1.2. BUNKOVÁ SIEŤ
Sieť druhej generácie a sieť tretej generácie. Teda bunkové siete založené na
digitálnom spracovaní signálu - GSM a UMTS. Ich charakteristiky sú popísané v úvode
práce.
4.1.3. SIETE WLAN A WPAN
V podstate rozoznávame 2 typy bezdrôtových sietí. Môžeme ich konfigurovat ako:
rozšírenia existujúcich drôtových sietí („infrastructure LAN“)
samostatné bezdrôtové siete („ad hoc LAN“)
18
V prvom prípade musíme docieliť, aby existujúca drôtová LAN vedela
komunikovať s bezdrôtovo pripojenými komunikačnými zariadeniami vybavenými
bezdrôtovými adaptérmi, ktoré môžu byť prepojené so zariadením cez štandardné
rozhranie (PC, PCI, ISA, USB, ...), alebo môžu byť zabudované vo vnútri zariadenia.
Adaptéry potom v rámci roamingu komunikujú s niektorým prístupovým (Access Point -
AP) alebo rozširujúcim bodom (Extension Point - EP). Situáciu objasnuje nasledujúci
obrázok.
Obr 4.3. Infraštruktúra WLAN
V takejto konfigurácii nemusí nevyhnutne existovat drôtová LAN. Ak existuje
hovoríme tomu PoE (Power over Ethernet) alebo Wireless Ethernet. V opačnom prípade
ide o WDS (Wireless Distribution System) a AP príp. EP plnia funkciu koordinátorov,
hubov alebo switchov. Bezdrôtovú LAN môžeme pripojiť napríklad aj k nejakej IP sieti,
vtedy plní AP funkciu smerovača (router).
V konfigurácii ad-hoc nemáme nejaký centrálny hub, s ktorým zariadenia v ad-
hoc sieti komunikujú. Ich komunikácia je vzájomná. Rôzne štandardy a technológie majú
na to rôzne protokoly.
19
Obr 4.4. Ad Hoc WLAN
Dnešné úspešné štandardy alebo technológie umožnujú budovanie obidvoch typov
WLAN (alebo WPAN) sietí. V súčasnosti sú tieto technológie vyspelé a poskytujú oproti
iným rôzne výhody, ale majú aj svoje nevýhody. Vedia sa vysporiadať s rušením,
odrazmi, viacnásobne prijatým signálom a ďalšími problémami rádiového kanála. Treba
poznať požiadavky používateľa (rýchlosť, spolahlivosť , QoS, dosah, účel, ...), na základe
ktorých vieme zvoliť najvhodnejšiu technickú realizáciu.
4.1.4. SIEŤ MANET
Mobilná ad-hoc sieť (Mobile ad-hoc net, MANET) je autonómna kolekcia
mobilných uzlov, ktoré komunikujú prostredníctvom bezdrôtového prenosu a nevyžadujú
inštaláciu komunikačnej infraštruktúry. Komunikácia môže byť uvedená do činnosti, ak
sú minimálne dva uzly v dostatočnej vzdialenosti na výmenu paketov. Komunikovať
medzi sebou môžu uzly priamo (single-hop).
Obr 4.5. Mobilná Ad-Hoc sieť
20
Prostredníctvom niekoľkých zreťazených uzlov (multi-hop) je možné vytvoriť
komunikačné cesty, dovoľujúce výmenu dát aj uzlom, ktorých vzájomná vzdialenosť
neumožňuje priamu komunikáciu. Obr 7. znázorňuje uzly, ich komunikačný dosah a
komunikačnú cestu. Bližšie definície siete MANET a jej vlastnosti sú popísané v kapitole
2. Definície sietí B3G.
4.2. VRSTVOVÝ MODEL SIETÍ B3G Rôzne typy sietí a podsietí ktoré budú podporovať siete budúcnosti a teda budú
ich súčasťou majú odlyšné parametre, ktoré ich charakterizujú. Bude teda nutné
zabezpečiť vzájomnú spoluprácu jednotlivých systémov s rôznymi technológiami,
prenosovými rýchlosťami a pokrytím. Siete B3G budú preto založené na princípe
vrstvového modelu, v ktrorom každá vrstva bude zastupovať iné typy sietí.
Obr 4.6. Vrstvový model sietí B3G
4.2.1. VRSTVA PEVNEJ SIETE
Klasické siete doteraz vybudované, ktoré na prenos informácií používajú
metalické vedenia. Tieto systémy budú slúžiť ako prechod medzi pevnou a rádiovou
časťou komunikačnej siete.
21
4.2.2. VRSTVA PERSONÁLNYCH SIETÍ
Siete s krátkym dosahom využívajúce napr. technológiu Bluetooth. Umožňujú
prepojenie rôznych typov zariadení na krátku vzdialenosť (napr. PC a mobilný telefón).
4.2.3. VRSTVA VEĽKEJ ZÁŤAŽE
Táto vrstva zahŕňa siete v velkými prenosovýni rýchlosťami ako napr.WLAN,
Hiperlan 2, ktoré umožňujú asymetrické dátové prenosy.. Sú však určené len na lokálne
použitie.
4.2.4. BUNKOVÁ VRSTVA
2G a 3G bunkové siete. Plne mobilné systémy s globálnym pokrytím. Je určená na
zabezpečenie prenosových rýchlostí do 2 Mb/s.
4.2.5. DISTRIBUČNÁ VRSTVA
Systémy s veľkým dosahom ako DAB (Digital Audio Broadcasting) čiže digitálny
rozhlas. Princíp vysielania je obdobný ako pri technológii GSM, kde jedna frekvencia
môže obslúžiť naraz až 8 telefonujúcich. V prípade DAB jeden kanál poskytuje 1024 MB.
4.3. MOBILITA TERMINÁLOV V SIEŤACH B3G Mobilné terminály vytvárajú schopnosť prístupu k informáciám kedykoľvek,
kdekoľvek a z ktoréhokoľvek miesta - reflektujú a umožňujú mobilnú éru, v ktorej v
súčasnosti žijeme. Už teraz je zrejmé, že takéto zariazenie bude musieť podporovať
mnoho rádiových rozhraní, aby zabezpečilo splnenie rôznych potrieb mobilného
účastníka. Je teda potrebné vytvotiť komunikačné zariadenie schopné prispôsobeniu sa
v rôznych druhoch sietí, ktoré neustále menia svoje vlastnosti.
Aj preto skupina najvýznamnejších mobilných operátorov sveta vytvorila
organizáciu OMTP (Open Mobile Terminal Platform) so sídlom v Londýne. Jej zámerom
je spoločný postup pri definovaní požiadaviek na otvorenú platformu pre mobilné
terminály budúcnosti. Zakladajúcimi členmi tejto iniciatívy sa stali spoločnosti mmO2,
NTT DoCoMo, Orange, SMART Communications, Telefónica Móviles, TIM (Telecom
Italia Mobile), T-Mobile a skupina Vodafone. Cieľom OMTP je definovať požiadavky na
spoločnú platformu, ktorá má byť otvorená, aby mobilné zariadenia mohli poskytovať
štandardizované aplikačné rozhrania, a tým poskytnúť zákazníkom konzistentnejší a
22
zlepšený prístup k službám na rozličných mobilných zariadeniach. Otvorená platforma
zároveň umožní jednotlivým operátorom a výrobcom prispôsobovať a odlíšiť svoju
ponuku v súlade s vlastnou marketingovou a obchodnou stratégiou. Tam, kde existujú,
chcú členovia skupiny OMTP využiť existujúce štandardy a ďalej podporovať ich vývoj v
súlade s požiadavkami tejto organizácie.
Bez ohladu na to aké riešenie sa bude v budúcnosti pre tieto terminály používať musí byť
zabezpečená kvalita poskytovanych služieb.
4.4. ALL-IP SIETE Predpokladá sa, že budúce siete budú úplne paketovo prepojované s použitím
protokolov podobných tým, ktoré sa používajú v súčastnom internete. B3G bezdrôtová
sieť založená na All-IP má skutočne výhody nad jej predchodcami. IP adresa je
kompatibilná, zlúčitelná a nezávislá v súčastných rádiových prístupových technológiách.
To znamená, že jadro siete môže byť navrhnuté a môže sa vyvýjať samostatne, nezávisle
od prístupových sietí. S týmto vývinom sa predpokladá značné zjednodušenie sietí a
zredukovanie výdavkov na údržbu.
Obr 4.7. B3G sieť s IP jadrom
4.4.1. MOBILNÁ IP
S nástupom bezšnúrových PDA zariadení, mobilných telefónov, ale aj iných
zariadení sa nastoľuje požiadavka sprístupnenia internetových aplikácií a internetovej
komunikácie medzi mobilnými zariadeniami aj počas zmeny ich polohy a samozrejme aj
23
po zmene samotnej. Dôležitou požiadavkou je aj nenarušenie či dokonca nezrušenie
internetového spojenia počas migrácie komunikujúceho zeriadenia.
Základné smerovanie informácií v Internete sa uskutočňuje na základe IP adries. Táto
adresa je určená na záklede pevne daného miesta v sieti.a obsahuje aj číslo danej siete.
Kým pri prechode zariadenia s touto IP adresou do novej siete resp. novej oblasti, dané
zeriadenie nedokáže komunikovať pomocou jeho IP adresy. Tento problém mobility rieši
Mobile IP protokol, ktorý využíva dva druhy IP adresy. Prvou je pevne pridelená domáca
adresa zariadenia a druhou je tzv. care-of adresa – CoA, ktorá je pridelovaná na základe
novej polohy zariadenia. To znamená, ze domáca adresa je statická a umožňuje
identifikáciu zariadenia, kým care-of adresa ozrkadluje topológiu nevej siete, do ktorej sa
dané zariadenie dostalo. Pre prideľovanie a spracovávanie týchto adries využíva Mobile
IP dve entity: domáceho agenta a cudzieho agenta. Domáci agent je vlastne proxy
serverom daného zariadenia a pri pohybe zariadenia posiela k nemu všetky informácie.
Cudí agent zabezpečuje komunikáciu domáceho agenta a zariadenia v inej sieti, funkčne
tento cudzí agent zastupuje domáceho agenta.
V oblasti All-IP sietí bolo vytvorených niekoľko návrhov ktoré však majú svoje
nedostatky. Medzinárodná telekomunikačná únia ITU-R pomocou otvorenej sieťovej
architektúry založenej na verejnej IP sieti ponúka ich riešnie.
Obr 4.8. Sieťová architektúra
Server – identifikácia, autorizácia
Agent – lokalizácia terminálov, registrácia účastníkov
Smerovač – zabezpečenie smerovania v sieti
RPB – spojenie smerovačov s mobilnými terminálmi
24
4.5. PODPORA BUDOVANIA AD-HOC SIETÍ Očakáva sa, že dôležitou časťou B3G architektúr sa stanú noninfraštruktúrne
základné mobilné siete. Mobilné Ad-Hoc siete sa rozvíjajú pretože pomáhajú realizovať
sieťové služby pre užívateľov v oblastiach bez komunikačnej infraštruktúry.
4.5.1. SMEROVANIE V AD-HOC SIEŤACH
Sieť Ad-Hoc je decentralizovaná a neexistujú žiadne uzly, ktoré by boli ,,vždy"
dosiahnuteľné (server, domáci agent, ...) a plnili by funkciu podpory prevádzky. Tieto
dôvody vytvárajú hlavný problém, ako uskutočniť smerovanie v takýchto sieťach, na
ktoré nie je vhodné aplikovať tradičné smerovacie algoritmy z pevných alebo mobilných
sietí s istou pevnou infraštruktúrou. Preto musia byť všetky sieťové aktivity, ako
prieskum topológie siete a doručovanie, vykonávané samotnými uzlami, ktoré majú v
sebe včlenenú funkcionalitu smerovania.
Infornácie prenášané v sieťach Ad-Hoc musia byť vhodne nasmerované aby boli
doručené na správne miesto. O určenie tej najsprávnejšej trasy sa starajú smerovače resp.
smerovacie mechanizmy. Smerovacie mechanizmy sú tým úspešnejšie čím sú rýchlejšie a
to sa dá dosiahnuť iba správnou voľbou trasy – najlebšie najkratšie a najbezpečnejšie.
Správnu funkčnosť smerovacieho mechanizmu ovplyvňuje aj priepustnosť a oneskorenie
medzi jednotlivými Ad-Hoc zariadeniami, rychlosť vytvorenia trasy resp. smeru prenosu
informácie a v neposlednom rade aj úspešnosť doručenia informácie. Smerovacie
mechanizny fungujú na princípe smerovacích protokolov. Vsúčastnosti existuje množstvo
protokolov a ich počet stále narastá kôli odstraňovaniu nedostatkov a tiež kôli
charakterom ďalšieho využitia.
Podľa princípu algoritmov jednotlivých protokolov rozdelujeme protokoly do troch
kategórií.
Proaktívne smerovacie protokoly (tzv. table driven)
Reaktívne smerovacie protokoly (tzv. on-demand)
Zmiešané – hybridné smerovacie protokoly
4.6. APLIKÁCIE A SLUŽBY SIETÍ B3G
Pretože mobilné siete B3G budú flexibilné a môžu byť k dispozícii kdekoľvek a
kedykoľvek bez infraštruktúry, ludia si uvedomili komerčné možné výhody ktoré prinesú.
V predchádzajúcich generáciách sietí 2G a 3G sa poskytovali hlavne služby rečového
25
charakteru. Aj keď prenos reči sa v súčastnosti realizuje digitálnou formou stále existujú
prekážky, ktoré je potrebné odstraňovať aby došlo ku skvalitneniu služby. Bez ohľadu na
technológiu, ktorá v danom okamihu realizuje prenos a doručenie služby k užívateľovi je
nutné zabezpečiť kvalitu poskytovanej služby. Kvalitou služieb sa zaoberá QoS model.
4.6.1. QoS MODEL
QoS (Quality of Services) je súhrn vplyvov na vlastnosti služieb, ktoré určujú
stupeň uspokojenia užívateľa s danou službou. Pod QoS skratkou si treba ale predstaviť
množstvo entít, ktoré sú v nej obsiahnuté napr.: šírka pásma, oneskorenie, signalizačný
protokol či mechanizmus riadenia príjmu. Tento model súčastne špecifikuje architektúru,
ktorá umožní poskytnutie služieb, ktoré budú na kvalitatívne vyžšej úrovni ako
v súčastnosti umožňuje sieť Ad-Hoc. Túto architektúru je potrebné prispôsobyť hlavným
vlastnostiam sietí B3G: rýchlej zmene topológie a časovo premenným kapacitám liniek.
Obr 4.9. Prehľad aplikácií vzhľadom na ich nároky na kvalitu služieb (QoS)
4.6.2. 3G A 4G SLUŽBY
V súčastnosti keď sa ešte len zavádzajú siete tretej generácie – 3G sa služby 4G
sietí nedajú ešte jednoznačne a presne definovať. Môžme len predpokladať ich vývoj a
budúce uplatnenie. Odrazovým mostíkom k takýmto predpokladom a hypotézam nám
26
však dopomôžu služby, ktoré sa využívajú v nastupujúcich sieťach 3G. Práve 3G služby
budú najviac podporovať služby v sieťach 4G teda B3G a navzájom sa budú dopĺňať
s novovzniknutými službami sietí 4G.
4.6.3. ULTRAVYSOKÁ RÝCHLOSŤ A MULTIMEDIÁLNE APLIKÁCIE
4G systémy budú poslytovať ultravysokú rýchlosť prenosu od 100 Mbps, čo je 50
krát rýchlejšie než v 3G sieťach. S takouto rýchlosťou môžu užívatelia v reálnom čase
pozerať televíziu, počúvať hudbu, prezerať si internet a využívať mnohé iné nie len
multimediálne orientované aplikácie kdekoľvek. Služby ako videotelefónia a
videokonferencia sú podporované už v sieťach 3G.
4.6.4. ELEKTRONICKÝ A MOBILNÝ OBCHOD
V komerčnom prostredí bude veľmi významnou a užitočnou službou elektronický
obchod (e-commerce) a mobilný obchod (m-commerce). Tieto služby zahŕňajú
elektronické platby odkialkoľvek (napr. v taxiku) a pre biznis veľmi významný
dynamický prístup ku klientom, k súborom a databázam uloženym v centrále,
poskytovanie databáz agentom – mobilných kancelárií.
4.6.5. UNIFIKOVANÉ MULTIMEDIÁLNE SPRÁVY
Unified Multimedia Messaging alebo tiež UMM sa nazývajú unifikované
multimediálne správy, ktoré dokážu prenášať nielen text ale aj reč, video a viacero
ďalších aplikácií v jednom zmiešanom dokumente. Hlavnou výhodou je používanie
jedného čísla pre túto aplikáciu.
4.6.6. VoIP (VOICE OVER IP – HLAS CEZ IP)
Termínom VoIP sa rozumie prenos telefónnych spojení cez internet prípadne
vnútropodnikových sietí intranet s využitím protokolovej sady TCP/IP. Aj keď počítačová
sieť pracujúca na báze TCP/IP nebola navrhnutá na prenos hlasu musí byť tento problém
nejakým spôsobom vyriešený, napríklad úsporné zdrojové kódovanie a kompresia,
podpora štandardného číslovacieho plánu, napojenie na ostatné siete, zavedenie priority
hlasových dát atď.
27
Termín VoIP je člen skupiny XoIP, ktorá ako celok špecifikuje spôsoby integrácie
jednotlivých služieb do sietí na báze protokolu IP. Prechod na sieť s IP prináša celý rad
nových možností ako:
lacnejšie spojenie
budovanie jediného typu siete
efektívnejšie využitie počítačovej siete
mobilita účastníka a unifikovaný systém správ – spoločný prístup k e-mailovým,
hlasovým, faxovým a multimediálnym správam odkiaľkoľvek, kde je dostupná
sieť typu IP. 4.6.7. LOKALIZAČNÉ SLUŽBY
Follow-on služby, automatické volanie vysielané z aktuálneho pracovného
priestoru na lokalizáciu. Lokalizácia mobilného účastníka pomocou pozemných
lokalizačných systémov (GSM), ale aj satelitných lokalizačných systémov ako napr. GPS.
Taktiež podpora informačných služieb pre zverejnenie údajov typu - kde sa nachádza
najbližšia čerpacia stanica a pod.. 4.6.8. VZDELÁVANIE
Možnosť pripojenia na sieť Internet kdekoľvek predstavuje prekonanie velkej
bariéry aj pre študentov a učiteľov. Môžu tak spoločne vytvárať virtuálne učebne alebo
konferenčné sály, mítingy a prednášky.
4.6.9. DOPRAVNÉ SLUŽBY A CESTOVANIE
B3G siete sa stanú významným pomocníkom aj pri cestovaní: napr. získavanie
informácií o stave ciest a počasí. Umožnia prenos lokalizačných informácií významných
pre turistov. Získavanie cestovných poriadkov jednoduchým a rýchlym spôsobom.
Možnosť vytvárania lokálnych podsietí medzi dopravnými prostriedkami. Poradenstvo pri
poruchách – rýchla diagnostika poruchy a privolanie pomoci.
4.6.10. POHOTOVOSTNÉ SLUŽBY - ZDRAVOTNÍCTVO
Urýchlenie vyhľadávania pri záchranných operáciách a tiež skoré získanie a
zasielanie dát do nemocnice (napr. rontgenove snímky). Mobilný prístup k záznamom
(stav pacienta nálezy a pod.). Interaktívna komunikácia s nemocnicou priamo z miesta
28
zásahu. Náhrada pevnej infraštruktúry v prípade živelných pohrôm - zemetrasenia,
požiarov atď..
4.6.11. SENZORY SIETÍ
Mobilné terminály sa môžu používať ako senzory na zber údajov v reálnom čase -
automatizácia každodenných funkcií.Vzdialené čidlá pre počasie a zemské aktivity. Sieť
môže mať veľké množstvo uzlov. Každý uzol môže samostatne zberať a vyhodnocovať
dáta a potom ich zasielať do centrály na ďalšie spracovanie za nízke poplatky.
4.6.12. ZÁBAVA
Viacuživatelské hry budú mocť užívatelia hrať bez ohladu na to kde sa práve
nachadzajú a teda s kýmkoľvek na svete. V reálnom čase môžu stávkovať a interaktívne
sa tak zúčastňovať rôznych súťaží a pretekov. Taktiež zaujímavou oblasťou využitia
mobilných zariadení môže byť prenos informácií ako napr. obrazu a zvuku medzi
užívateľom a robotom, ktorý nám môže strážiť dom na základe našich príkazov zatiaľ čo
my niesme doma.
5. SÚČASTNÝ STAV SIETÍ B3G, SMEROVANIE DO
BODÚCNOSTI
5.1. BUDÚCNOSŤ - MOBILNÁ CIVILIZÁCIA Digitalizácia súkromného a pracovného života človeka predstavuje jednu z
najradikálnejších a najdôležitejších zmien posledného obdobia. Mobilná telefónia a
Internet sú symbolmi masívnej, doslova epochálnej transformácie. To, čo pred
niekoľkými rokmi bolo určené výhradne pre potešenie expertov a nezlomných nadšencov,
dnes zasahuje hlboko do každodenného života ľudí na celej planéte. Vlna mobilnej
komunikácie nás pohltila, pričom tempo jej postupu a miera jej akceptácie predstihnú aj
tie najsmelšie očakávania. A všetko sa vlastne len začína. Zatiaľ čo v niektorých
krajinách sa mobilný trh približuje k bodu, keď ho možno pokladať za nasýtený, v iných
krajinách, napr. v Číne, stále existuje obrovský trhový potenciál, ktorý možno využiť. Ani
ďalšie vyhliadky nie sú zlé, najmä pre výrobcov telefónov a infraštruktúry.
29
5.2. POČET MOBILNÝCH TELEFÓNOV BUDE NARASTAŤ Na svete je v súčastnosti vyše 2,14 miliardy mobilov. Podľa ABI Research by
mala do konca roku 2008 padnúť aj trojmiliardová hranica. Budúci rast bude generovaný
najmä dopytom v Číne a Indii a podporovať ho budú najmä nízke ceny služieb tamojších
operátorov. Už dnes má India jedny z najnižších taríf za mobilné telefonovanie – okolo
1,9 US centov/min. Pokrytie rozvíjajúce sa smerom na vidiek do menších miest a dedín,
kde dnes siete nie sú ešte dobudované, umožní v Číne, Indii a v Afrike získať množstvo
nových zákazníkov. Optimistický scenár hovorí dokonca o 3,5 miliardách mobilných
telefónov na svete v r. 2008. Nezanedbateľná časť tohto počtu pripadne na telefóny 3.
generácie. WCDMA základňa vzrástla medziročne o 142 % na 42 miliónov a na konci
desaťročia by mala tvoriť s 1 miliardou mobilov takmer tretinu celosvetovej bázy. Vďaka
dopytu po najlacnejších low-end telefónoch v rozvíjajúcich sa krajinách však budú v réžii
3G až dvadsiate roky tohto storočia
5.3. SLUŽBY V ROKU 2010 Napriek rýchlemu rastu mobilných 3G sietí, bude vývoj v Európe do konca
desaťročia v réžii GSM/GPRS, teda technológie 2,5-tej generácie. Napriek tomu, že
UMTS rastie rýchlejšie ako GSM v prvej fáze vývoja, na získanie prevahy v najbližších
piatich rokoch to stačiť nebude. Oslabí sa však podiel najjednoduchších telefónov. V roku
2008 bude podiel čistých GSM telefónov (bez podpory GPRS) len 3 % a v roku 2010
poklesne na zanedbateľné 1 %. Aj podiel GPRS technológie (dnes ju obsahuje až 70 %
európskych mobilov) bude postupne klesať. Situácia sa ale v rôznych európskych
krajinách bude podstatne líšiť, čo je zrejmé už dnes. Mobilní operátori sa totiž nachádzajú
v rôznych štádiách implementácie UMTS od plánovania sietí a výbere dodávateľa
technológie po rutinnú komerčnú prevádzku s miliónmi účastníkov. Najväčší pokrok by
mali do roku 2010 dosiahnuť V. Británia (penetrácia 3G 68 %) a Taliansko (až 72 %).
Európsky priemer penetrácie 3G sa bude údajne pohybovať okolo 61 %, čo reprezentuje
asi 200 miliónov 3G telefónov a terminálov. Dnes je pripojiteľných do internetu zhruba
90 % mobilných telefónov v Európe, ale 93 % z nich používa GPRS (vrátane EDGE) a na
3G pripadá len zlomok celkového počtu. Mobilné internetové služby stále nie sú medzi
užívateľmi príliš populárne, keďže v súčasnosti len 21 % z nich použije niektorú (vrátane
MMS) aspoň raz mesačne. Nástupom UMTS a iných 3G technológií sa tento podiel
zvýši, ale ani mobilná televízia a ďalšie pokročilé služby vraj nedokážu prinútiť
30
zákazníkov k ich masovému využívaniu. Mnohým pripadajú príliš komplikované a radšej
uprednostnia fixné pripojenie do internetu. Smutnou správou pre operátorov je
predpoveď, že ani na konci roku 2010 nebude polovica majiteľov 3G mobilov ochotná
využívať pokročilé multimediálne služby na báze IP.
5.4. IMS (IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM) Popri UMTS a následne HSDPA dostanú mobilní operátori v najbližších rokoch
ďalšie horúce heslo – IMS (IP Multimedia Subsystem). Technológia IMS
štandardizovaná organizáciou 3GPP umožňuje zdieľanie multimediálnych služieb na báze
internetového protokolu v reálnom čase. U nás sme sa zatiaľ mali možnosť zoznámiť so
službou push to talk, ale IMS prinesie aj ďalšie možnosti vrátane videokomunikácie a
hier. Všeobecne je IMS súčasťou celkového trendu prechodu komunikácie na IP, ktorý sa
prejavuje tak v mobilných, ako aj fixných sieťach. Podľa výsledkov Dell’Oro Group
narastú výnosy telekomunikačných operátorov za IP telefóniu do roku 2010 na 4,7
miliárd USD, čo oproti roku 2004 predstavuje trojnásobok.
5.5. SITUÁCIA NA SLOVENSKU Vývoj v mobilných technológiách je velmi dynamický, množstvo služieb a
nových technológii nám prinášajú operátori krátko relatívne rýchlo. Aký bude další vývoj
na Slovensku závisí možno aj od pripravovaného tendra pre tretieho mobilného operátora,
či príchodu virtuálnych operátorov ale aj o schopnosti alternatívnych operátorov presadiť
sa naozaj relevantnou ponukou.
Tento rok bude na mobilnom trhu prebiehať boj medzi mobilnými operátormi nielen kôli
tretiemu operátorovi ale najmä kôli dátovým technológiám. Aj keď bežný používateľ na
Slovensku nemal ešte veľa času poriadne vyskúšať služby 3G, už teraz vieme ako budú
vyzerať mobilné služby ďalších generácií. V princípe ide hlavne o zvýšenie dátových
prenosov na čo najväčšie maximálne teoretické hodnoty. Z pohľadu súčasných 3G sietí
ide o rôzne nadstavby, upgrade či aktualizácie.
5.5.1. PICHÁDZA HSPDA A HSUPA
Zavedením nového protokolu HSDPA je možné v mobilnej sieti založenej na W-
CDMA dosiahnuť až 14,4 Mbit/s na krátku dobu (hovoríme o downlink čiže o rýchlosti
sťahovania). HSDPA zavádza princíp adaptívneho časového delenia používateľov, tzn.
31
dáta sú vysielané pre toho používateľa, ktorý má najlepšie rádiové podmienky. Pretože na
svete fungujú len dva komerčné projekty, skôr sa o ňom hovorí, ako sa reálne aplikuje v
praxi. HSDPA má však jednu výhodu. Je to technológia, ktorú budú používať všetci
mobilní operátori, ako dátovú nadstavbu pre svoje UMTS siete. Čo bolo EDGE pre GSM,
je HSDPA pre UMTS. HSDPA budú vo svojich sieťach podporovať aj Orange a T-
Mobile. Predpokladá sa, že Orange a T-Mobile svoje nové technológie predstavia v
druhom polroku 2006. Pravdepodobne si však počkajú na rýchlejšie revízie HSDPA s
maximálnym stropom 3,6 Mbps. HSDPA nebude integrovaná len v telefónoch. Dostane
sa aj do notebookov. T-Mobile spolu so spoločnosťou Fujitsu-Siemens už oznámili, že na
jar predstavia prvý notebook s podporou HSDPA, UMTS aj WLAN vďaka jednému
integrovanému čipu. Ďalší protokol ktorý sa k nám v dohľadnej dobe môže dostať je
HSUPA. Je tiež označovaný ako sieť 3,75G. U tohoto protokolu je kladený dôraz najmä
na rýchloť odosielania dát. HSUPA umožňuje odosielať dáta smerom od užívateľa
s maximálnou rýchlosťou 5,5 Mbit/s.
5.6. 4G NAJRV V JAPONSKU Japonský mobilný operátor NTT DoCoMo bol priekopníkom nielen pri zavádzaní
služieb 3. generácie, keď ako prvý na svete v roku 2001 spustil komerčnú sieť WCDMA
(ak budeme abstrahovať od experimentu na ostrove Man), ale medzi prvými testoval aj
HSDPA. Jeho výskumníci už dlhšie pracujú na štandarde, ktorý sa stane nástupcom
UMTS a 3G sietí všeobecne.
Predpokladaný príchod sietí štvrtej generácie je podľa odborníkov odhadovaný na rok
2010. Réálne zavedenie sietí 4G v roku 2010 je však zatial len v Japonsku. Ako rýchlo sa
nové siete dostanú na Slovensko ostáva stále otázne. Technologický pokrok a tempo
v našej krajine zatiaľ nasvedčuje tomu, že to bude o niekoľko rokov neskôr ako
v Japonsku.
5.7. OSOBNÁ VÍZIA NA NASLEDUJÚCICH 15 ROKOV Niekto môže povedať, že 15 rokov je veľmi krátka doba na to aby sa niečo
zmenilo. Ja si to nemyslím.Všetko dnes prebieha vo veľmi rýchlom tempe. V oblasti
informačných technológií, vrátane mobilnej komunikácie je tempo zmien ešte
výraznejšie.
32
V blízkej budúcnosti (5 rokov) stolné počítače úplne nahradia notebooky. Pevné
pripojenie na internet bude nahradené bezdrôtovým. Notebook bude mať vstavanú kartu
cez ktorú sa z ktoréhokoľvek miesta bez problémov pripojí do siete. Mobilné telefóny sa
spoja s dnešnými vreckovými počítačmi. Každý telefón bede mať vlastný operačný
systém. Klávesnica bude zrušená a mobil sa bude ovládať cez dotykový displaj a hlasom.
V strednom horizonte (10 rokov) zmiznú klávesnice aj z notebookov. Notebook
bude tiež ovládaný cez dotykový displej a hlasom. Mobilné telefóny sa spoja s týmito
notebookmi, budú menšie a bez problémov zvládnu aj tie najnáročnejšie funkcie. Začnú
existovať už aj prvé systémy ovládané pomocou ľudských myšlienok. Systém bude
spojený s našou nervovou sústavou. Tým bude stačiť aby sme sa zamyslely nad nejakou
operáciou a systém ju automaticky vykoná. Neskôr bude dochádzať k tomu, že displej
bude nahradený špeciálnymi okuliarmi a pohyb rúk bude snímaný čipom.
V horizonte 15 rokov vznikne virtuálny svet. Základom tohoto sveta bude dnešný
internet. Počet ludí pripojených na sieť sa bude neustále zvišovať. Budeme sa môcť
pohybovať v priestore, ktorý ešte pred niekoľkými rokmi neexistoval. Internet je sice
určitým spôsobom interaktívny ale nie do takej miery aby sme sa mohli phybovať v 3D
priestore ako v reálnom živote. V budúcnosti by sme sa mohli napríklad pohybovať po
virtúale vytvorenom meste. Čipy umiestnené na nohách a rukách budú snímať náš pohyb
a súčastne sa budeme pozerať do priestoru cez okuliare nasadené na očiach. A teraz si
predstavme, že bude vytvorený celý vyrtuálny svet do ktorého sa bubú môcť pripojiť
všetci.
5.8. VÝZVY NOVEJ GENERÁCIE MOBILNEJ KOMUNIKÁCIE
Napriek veľkému množstvu výskumov a pokrokov v budovaní mobilných sietí je
ešte stále mnoho problémov, ktoré treba vyriešiť aby sa nové technológie mohli naplno
komerčne využívať. Výzvy do budúcnosti pre B3G mobilné siete sú však neobmedzené.
5.8.1. OPTIMALIZÁCIA SMEROVACIEHO PROTOKOLU
Smerovaniu v sieťach budúcnosti bolo venovamé najviac výskumných aktivít.
Veľa smerovacích protokolov bolo navrhnutých na riešenie konkrétnych problémov
v určitej špecifickej oblasti. Požiadavkou do budúcnosti je poskytovať stupňovité a
prispôsobivé riešenie, ktoré bude podporovať komercionalizaciu sietí. A tiež
33
optimalizovanie protokolov pre daný prevádzkový cieľ ako napríklad spotreba elektrickej
energie, priepustnosť, oneskorenie alebo dohľad nad mimoriadnymi výdavkami. Niektoré
nádejné iniciatívy zahŕňajú polosamočinné smerovanie.
5.8.2. QoS PODPORA
Velmi dôležitú úlohu zohráva aj kvalita služieb. QoS je súhrn vplyvov na
vlastnosti služieb, ktoré určujú stupeň uspokojenia užívateľa s danou službou.
5.8.3. SIMULÁCIA
Modelovanie a simulácia sú nekompletné a nedostatočne podporované úlohy.
Existujúce pomôcky nerealisticky miešajú fyzické a MAC vrstvy s dátovými linkami,
sieťou a vyžšími vrstvymi. Tejto veci je potrebné venovať väčší výskum. Väčšina
simulačných pomôcok, ktoré sa dnes používajú nepresahujú 100 uzlov čo do veľkosti a
simulácia vo väčších sieťach môže byť len zdokonalením.
5.8.4. BESPEČNOSŤ
Zdokonalovanie bezpečnosťi pre siete B3G je nevyhnutné vzhľadom na ich
budúce využívanie. Nové siete budú mať široké uplatnenie v letectve, zdravotníctve ale
nie len tam. Napr. mobilné platby (m-platby) sú spojené s problémom - ako identifikovať
zákazníka v sieti dôveryhodným a bezpečným spôsobom, ktorý by ochraňoval súkromie
zákazníka. Preto je bezpečnosť v sieťach jednou z najdôležitejších otázok.
5.8.5. INTEROPERABILITA A ŠTANADARDIZÁCIA
Štandardizácia je kritická pre spúšťanie siete a vývojové náklady. Mobilné
aplikácie musia byť schopné komunikovať medzi sebou navzájom, aby bola možná
výmena dát, hlasu a obsahu. Musí tiež dôjsť k ich prijatiu v celosvetom meradle, aby sa
globálne trhy nefragmentovali. Hlavnou otázkou je to, že obsah a služby sú vyvíjané
mnohými odlišnými sektormi - telekomunikácie, vysielanie, internet, počítače, médiá -
ktoré môžu sledovať odlišné záujmy alebo nazetať na veci z odlišných perspektív.
34
ZÁVER Prispôsobenie sa rýchlemu tempu technologického vývoja a mapovanie zmien
komunikačných systémov je veľkou výzvou mnohých publikácií, článkov, ale aj
vedeckých konferencií a vývojových laboratórií. V súčasnosti sa často diskutuje na tému
mobilných komunikačných sietí budúcnosti. Tieto siete označujeme vo všeobecnosti siete
B3G. Pre bežných ľudí je tento pojem asi úplne neznámy. Ale pre tých, ktorých zaujímajú
nové technológie a trendy v oblasti mobilných komunikácií je to už dlhšiu dobu známa
skratka označujúca mobilné siete nasledujúce po tretej generácii – 3G. Existuje mnoho
článkov v ktorých sa píše o mobilných operátoroch, nových štandardoch a službách
prichádzajúcich s novou generáciu 3G. Informácií o sieťach 4G je však stále nedostatok.
Obsah tejto práce je preto veľmi cenný. Prehľadne spracované informácie a fakty,
ktoré sa týkajú práve spomínaných sietí B3G v slovenskom jazyku už dlhšiu dobu
chýbajú. Bakalárska práca pojednáva nielen o trendoch a požiadavkách, ale aj o možných
riešeniach pripravovaných pre budúce generácie mobilných sietí. Stále však ostáva
mnoho nezodpovedaných otázok, ktorými je potrebné sa zaoberať pred ich príchodom.
35
ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY [1] PRASANT MOHAPATRA, SRIKANTH V. KRISHNAMURTHY: AD HOC
NETWORKS Technologies and Protocols: Springer Science + Business Media, Inc., 2005
[2] STEFANO BASAGNI, MARCO CONTI, SILVIA GIORDANO, IVAN
STOJMENOVIC: MOBILE AD HOC NETWORKING: IEEE PRESS, 2004
[3] http://www.zive.sk
[4] http://www.mobil.sk
[5] http://www.mobilmania.sk
[6] http://www.efocus.sk
[7] http://zive.cz
[8] http://mobil.sme.sk
[9] http://www.isdn.cz
[10] http://mobil.idnes.cz
[11] http://www.itnews.sk
VYHLÁSENIE O SAMOSTATNOSTI
ČESTNÉ VYHLÁSENIE
Vyhlasujem, že som zadanú bakalársku prácu vypracoval samostatne, pod odborným vedením vedúceho bakalárskej práce (Ing. Marek Krasnovský) a používal som len literatúru uvedenú v práci.
Súhlasím so zapožičiavaním bakalárskej práce.
V Žiline dňa .............................. podpis študenta
POĎAKOVANIE
Touto cestou sa chcem poďakovať svojmu vedúcemu bakalárskej práce
Ing. Marekovi Krasnovskému za pomoc, poskytnuté informácie a cenné rady, ktorými
prispel pri vypracovaní mojej bakalárskej práce.