cho thuê bao di động
Cuộc thảo luận của chúng tôi tại mục 6.4.1 tập trung vào kết nối người sử dụng thoại di động kết nối tới mạng di động công cộng . Nhưng khi chúng ta đang trên đường đi, chúng ta cũng muốn đọc email, truy cập Web, có dịch vụ định vị (ví dụ, bản đồ và nhà hàng kiến nghị) và thậm chí xem video. Để làm được điều này điện thoại thông minh của chúng ta sẽ cần phải chạy một chồng giao thức đầy đủ TCP / IP (bao gồm cả liên kết vật lý, mạng, vận chuyển, và các lớp ứng dụng) và kết nối vào Internet thông qua mạng dữ liệu di động. Các chủ đề của các mạng dữ liệu di động khá bối rối và không ngừng phát triển các tiêu chuẩn như một thế hệ (và nửa
thế hệ) thành công trước đây và giới thiệu các công nghệ và dịch vụ mới với từ viết tắt mới làm cho vấn đề tồi tệ hơn, không có cơ quan chính thức nào đặt yêu cầu cho 2.5G, 3G, 3.5G, hoặc các công nghệ 4G làm cho nó khó để chỉ ra khác biệt giữa các tiêu chuẩn cạnh tranh. Trong cuộc thảo luận của chúng tôi dưới đây, chúng tôi sẽ tập trung vào các UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service) tiêu chuẩn 3G được phát triển bởi các dự án 3rd Generation Partnership (3GPP) [3GPP 2012 một công nghệ 3G được triển khai rộng rãi .Hãy lấy một cái nhìn từ trên xuống vào kiến trúc mạng dữ liệu di động 3G được hiển thị trong Hình 6.19.
Mạng lõi 3G
Hình 6.19 Kiến trúc hệ thống 3G
Mạng dữ liệu di động lõi 3G kết nối các mạng truy cập radio tới mạng internet công cộng.mạng lỗ vận hành với các thành phần của mạng truyền giọng nói đang tồn tại(đặc biệt, MSC) mà trước đây chúng ta đã gặp phải trong hình 6.18 .Do số
lượng lớn cơ sở hạ tầng tồn tại(và dịch vụ có lợi nhuận)trong mạng truyền giọng nói đang tồn tại ,cách tiếp cận của các nhà thiết kế mạng dữ liệu 3G là rất rõ ràng: bỏ lại mạng lõi di động truyền giọng nói GSM đang tồn tại và thêm vào chức năng dữ liệu di động cùng song song tồn tại với mạng di động truyền giọng nói. Việc thay thế-tích hợp các dịch vụ dữ liệu mới trực tiếp vào lõi mạng truyền giọng nói đang sử dụng đã dẫn đến cùng một thách thức gặp phải trong Mục 4.4.4, nơi chúng tôi đã thảo luận tích hợp mới (IPv6) và được thừa hưởng (IPv4) công nghệ trên mạng Internet Có hai loại nút trong lõi mạng 3G: Serving GPRS Support Nút (SGSNs) và Gateway GPRS Support Node (GGSNs). (GPRS là viết tắt của
Generalized Packet Radio Service, một dịch vụ dữ liệu di động trong mạng 2G; ở đây chúng tôi thảo luận về các phiên bản phát triển của GPRS trong mạng 3G). Một SGSN có trách nhiệm đưa dừ liệu đến / đi từ các nút di động trong mạng truy cập vô tuyến mà SGSN được kết nối. SGSN tương tác với MSC của mạng truyền giọng nói cho khu vực đó, cung cấp cho phép người sử dụng và chuyển giao các tế bào mạng , duy trì (cell) thông tin vị trí về các nút di động đang hoạt động, và thực hiện chuyển tiếp gói tin giữa các nút di động trong mạng truy nhập vô tuyến và GGSN. GGSN hoạt động như một gateway, kết nối nhiều SGSNs vào Internet lớn hơn. Do đó A GGSN là phần cuối cùng của cơ sở hạ tầng 3G mà một gói tin có nguồn gốc tại một nút di động gặp trước khi vào Internet lớn hơn. Đối với thế giới bên ngoài, các GGSN trông giống như bất kỳ router gateway khác; các tính di động của các nút trong mạng 3G của GGSN được ẩn từ thế giới bên ngoài sau GGSN.
Mạng truy cập vô tuyến 3G : Cạnh mạng
Các mạng truy cập vô tuyến 3G là mạng hop đầu tiên không dây mà chúng ta xem như là một người dùng 3G. The Radio Network Controller (RNC) thường kiểm soát một số tế bàotrạm thu phát tương tự như các trạm gốc mà chúng ta gặp phải trong hệ thống 2G (nhưng chính thức được gọi theo cách nói của 3G UMTS như một "Node B" một tên không mô tả!). Liên kết không dây của mỗi tế bào hoạt động giữa các nút điện thoại di động và một trạm thu phát gốc, cũng giống như trong mạng 2G , RNC kết nối cả mạng di động truyền giọng nói chuyển mạch thông qua một MSC, và đến chuyển mạch gói Internet thông qua một SGSN. Như vậy, trong giọng ói di độngvà dịch vụ dữ liệu sử dụng các mạng lõi khác nhau, họ chia sẻ một truy cập mạng vô tuyến hop chung đầu cuối . Một sự thay đổi đáng kể trong 3G UMTS qua các mạng 2G là thay vì sử dụng Shem FDMA / TDMA của GSM, UMTS sử dụng một kỹ thuật gọi là CDMA (DS-WCDMA) [Dahlman 1998] trong TDMA slots; TDMA slots, lần lượt có sẵn trên nhiều tần số-một thú vị sử dụng cả ba phương pháp tiếp cận chia sẻ kênh chuyên dụng mà chúng ta trước đó
được xác định trong Chương 5 và tương tự như cách tiếp cận trong mạng truy nhập cáp có dây (xem Mục 5.3.4). Sự thay đổi này đòi hỏi một mạng truy cập di động không dây 3G mới hoạt động song song với các mạng vô tuyến BSS 2G trong hình 6.19. Các dịch vụ dữ liệu kết hợp với các đặc điểm kỹ thuật WCDMA được gọi là HSP (High Speed Packet Access) và hứa hẹn tốc độ dữ liệu đường xuống lên tới 14 Mbps.
Thông tin chi tiết liên quan đến mạng 3G có thể được tìm thấy tại 3rd Generation Partnership Project (3GPP) trang Web [3GPP 2012].
6.4.3 4G: LTE
Với hệ thống 3G hiện đang được triển khai trên toàn thế giới, có thể hệ thống 4G ở xa phía sau? Chắc chắn là không! Thật vậy, việc thiết kế, thử nghiệm đầu tiên, và triển khai ban đầu của các hệ thống 4G đã được tiến hành. 4G Long-Term
Evolution (LTE) tiêu chuẩn đưa ra bởi 3GPP có hai cải tiến quan trọng trên hệ thống 3G:
• Evolved Packet Core (EPC) [Kiến trúc 3GPP Mạng 2012]. EPC là một đơn giản hóa mạng lõi toàn IP mà thống nhất riêng biệt chuyển mạch di động mạng thoại và mạng dữ liệu di động chuyển mạch gói được hiển thị trong Hình 6.19. Nó là một mạng lưới "all-IP" trong đó cả thoại và dữ liệu sẽ được thực hiện trong IP
datagram. Như chúng ta đã thấy trong chương 4 và sẽ nghiên cứu chi tiết hơn trong Chương 7, mô hình dịch vụ IP vốn không phù hợp với các yêu cầu thực hiện
nghiêm ngặt của Voice-over-IP (VoIP), trừ khi tài nguyên mạng được quản lý một cách cẩn thận để tránh (chứ không phải là phản ứng) tắc nghẽn. Do đó, nhiệm vụ trọng tâm của EPC là để quản lý tài nguyên mạng để cung cấp chất lượng cao của dịch vụ. Các EPC cũng làm cho một tách rõ ràng giữa điều khiển mạng và dữ liệu người dùng , với nhiều di động hỗ trợ các tính năng mà chúng ta sẽ nghiên cứu ở Phần 6.7 được triển khai tại các trung tâm điều khiển. Các EPC cho phép nhiều loại mạng truy cập vô tuyến, bao gồm cả các mạng truy cập vô tuyến 2G và 3G, để gắn vào lõi mạng. Hai giới thiệu rất dễ đọc cho EPC là [Motorola 2007; Alcatel- Lucent 2009].
• LTE Radio Access Network. LTE sử dụng sự kết hợp của phân chia tần số ghép kênh và phân chia thời gian ghép kênh trên kênh tải xuống, được gọi là phân chia tần số trực giao (OFDM) [Rohde 2008; Ericsson, 2011]. (Thuật ngữ "trực giao" xuất phát từ thực tế là các tín hiệu gửi trên các kênh tần số khác nhau được tạo ra để họ can thiệp rất ít với nhau, ngay cả khi tần số kênh được đặt sát). Trong LTE,
mỗi nút di động đang hoạt động được phân bổ một hoặc nhiều 0,5 ms time slots trong một hoặc nhiều hơn các kênh tần số. Hình 6.20 cho thấy một phân bổ thời gian tám time slots qua bốn tần số. Bằng cách phân bổ ngày càng nhiều time slots (Cho dù trên cùng một tần số hoặc trên các tần số khác nhau), một nút di động là có thể đạt được tốc độ truyền ngày càng cao hơn. Khe cắm (tái) phân bổ giữa các nút di động có thể được thực hiện thường xuyên như mỗi mili giây. Thời gian khác nhau cũng có thể được sử dụng để thay đổi tốc độ truyền dẫn; xem thảo luận trước đó của chúng ta về hình 6.3 và lựa chọn động của điều chế trong các mạng WiFi. Một sự đổi mới trong các mạng vô tuyến LTE là sử dụng tinh vi nhiều đầu vào, đầu ra nhiều (MIMO) ăng-ten. tốc độ dữ liệu tối đa cho một người sử dụng LTE là 100 Mbps trên hướng down và 50 Mbps theo hướng tải, khi sử dụng giá trị 20MzZ của phổ không dây .Việc phân bổ cụ thể của time slots để các nút di động không được uỷ quyền bởi tiêu chuẩn LTE. Thay vào đó, các quyết định trong đó các nút di động sẽ được phép truyền trong một khoảng thời gian nhất định trên một tần số nhất định được xác định bằng cách lập kế hoạchcác thuật toán được cung cấp bởi các nhà cung cấp thiết bị LTE và / hoặc các nhà điều hành mạng.Với lịch trình cơ hội [Bender 2000; Kolding 2003; Kulkarni 2005],phù hợp với các giao thức tầng vật lý với các điều kiện kênh giữa người gửi và người nhận và chọn người nhận mà gói tin sẽ được gửi dựa trên các kênh điều kiện cho phép bộ điều khiển mạng vô tuyến để tận dụng tốt nhất môi trường không dây. Ngoài ra, ưu tiên người sử dụng và mức hợp đồng của dịch vụ (Ví dụ, bạc, vàng, hoặc bạch kim) có thể được sử dụng trong lịch gói hạ lưu truyền gói tin downtream. Ngoài khả năng LTE mô tả ở trên, LTE cao cấp cho phép đối với băng thông downstream hàng trăm Mbps bằng cách phân bổ tổng hợp kênh tới một nút di động [Akyildiz 2010]. Thêm đó công nghệ không dây 4G WiMAX (World Interoperability cho Microwave Access) -là một họ của tiêu chuẩn IEEE 802.16 khác biệt đáng kể từ LTE. Cho dù LTE hay WiMAX sẽ trở thành công nghệ 4G được chọn thì nó vẫn được sử dụng, nhưng tại thời điểm viết bài này (mùa xuân 2012), LTE dường như có ý nghĩa hơn . Một cuộc thảo luận chi tiết về WiMAX có thể được tìm thấy trên này Web site của cuốn sách.
Hình 6.20: hai mươi slots 0.5 ms được tổ chức thành 10 khung 10ms ở mỗi tần số Một 8 slots được phân bố như trên hình