Nové trendy sietí B3G BAKALÁRSKA PRÁCA MICHAL VALLO. ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta Katedra Telekomunikácií

Transcription

1 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

2 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.

3 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: Pri vyplňovaní nepoužívajte skratky! Formulár vypisujte strojom alebo paličkovým písmom!

4 OBSAH ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK ZOZNAM POUŽITÝCH SKRATIEK ÚVOD... 1 CIEĽ RIEŠENIA NÁSTUP MOBILNÝCH TELEFÓNNYCH SIETÍ GENERÁCIE MOBILNÝCH SIETÍ PRVÁ GENERÁCIA (1G) DRUHÁ GENERÁCIA (2G) DVAAPOLTÁ GENERÁCIA (2,5G) TRETIA GENERÁCIA (3G) TRIAPOLTÁ GENERÁCIA (3,5G) IEEE 802, BEZDRÔTOVÉ MAN, LAN, PAN BLUETOOTH DEFINÍCIE SIETÍ B3G B3G (BEYOND THIRD GENERATION) SPÁJANIE FIXNÉHO A MOBILNÉHO SVETA TYPY BEZDRÔTOVÝCH SIETÍ SIETE S INFRAŠTRUKTÚROU SIETE BEZ INFRAŠTRUKTÚRY (SIETE MANET) POŽIADAVKY MOBILNÝCH UŽÍVATEĽOV TRENDY VO SVETE JAPONSKO USA EURÓPA KONCEPCIA SIETÍ B3G KONŠTRUKCIA ÚPLNÝ MOBILNÝ PRÍSTUP PLNE KONVERGOVANÉ SLUŽBY AUTONÓMNE SIETE RÔZNORODOSŤ MOBILNÝCH TERMINÁLOV SOFTVÉROVÉ RIEŠENIE RIEŠENIE POŽIADAVIEK V SIEŤACH B3G MOBILNÝ KOMUNIKAČNÝ SYSTÉM SIETÍ B3G OPORNÁ SIEŤ RÁDIOVÉ ROZHRANIE RÁDIOVÁ PRÍSTUPOVÁ SIEŤ SIEŤOVÁ ARCHITEKTÚRA INTEGRÁCIA SIETÍ SATELITNÁ SIEŤ BUNKOVÁ SIEŤ SIETE WLAN A WPAN SIEŤ MANET VRSTVOVÝ MODEL SIETÍ B3G... 21

5 VRSTVA PEVNEJ SIETE VRSTVA PERSONÁLNYCH SIETÍ VRSTVA VEĽKEJ ZÁŤAŽE BUNKOVÁ VRSTVA DISTRIBUČNÁ VRSTVA MOBILITA TERMINÁLOV V SIEŤACH B3G ALL-IP SIETE MOBILNÁ IP PODPORA BUDOVANIA AD-HOC SIETÍ SMEROVANIE V AD-HOC SIEŤACH APLIKÁCIE A SLUŽBY SIETÍ B3G QoS MODEL G A 4G SLUŽBY ULTRAVYSOKÁ RÝCHLOSŤ A MULTIMEDIÁLNE APLIKÁCIE ELEKTRONICKÝ A MOBILNÝ OBCHOD UNIFIKOVANÉ MULTIMEDIÁLNE SPRÁVY VoIP (VOICE OVER IP HLAS CEZ IP) LOKALIZAČNÉ SLUŽBY VZDELÁVANIE DOPRAVNÉ SLUŽBY A CESTOVANIE POHOTOVOSTNÉ SLUŽBY ZDRAVOTNÍCTVO SENZORY SIETÍ ZÁBAVA SÚČASTNÝ STAV SIETÍ B3G, SMEROVANIE DO BODÚCNOSTI BUDÚCNOSŤ - MOBILNÁ CIVILIZÁCIA POČET MOBILNÝCH TELEFÓNOV BUDE NARASTAŤ SLUŽBY V ROKU IMS (IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM) SITUÁCIA NA SLOVENSKU PICHÁDZA HSPDA A HSUPA G NAJRV V JAPONSKU OSOBNÁ VÍZIA NA NASLEDUJÚCICH 15 ROKOV VÝZVY NOVEJ GENERÁCIE MOBILNEJ KOMUNIKÁCIE OPTIMALIZÁCIA SMEROVACIEHO PROTOKOLU QoS PODPORA SIMULÁCIA BESPEČNOSŤ INTEROPERABILITA A ŠTANADARDIZÁCIA ZÁVER ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY VYHLÁSENIE O SAMOSTATNOSTI POĎAKOVANIE

6 ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK ZOZNAM OBRÁZKOV Obr Technológie jednotlívých generácií Obr Riešenie požiadaviek účastníkov Obr Sieťová architektúra 4G sietí Obr Komunikácia s využitím satelitnej siete Obr Infraštruktúra WLAN Obr Ad Hoc WLAN Obr Mobilná Ad-Hoc sieť Obr Vrstvový model sietí B3G Obr B3G sieť s IP jadrom Obr Sieťová architektúra Obr Prehľad aplikácií vzhľadom na ich nároky na kvalitu služieb (QoS)

7 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 CDMA Broadband Wireless Access Code Division Multiple Access širokopásmový bezdrôtový prístup 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 FPLMTS GPRS European Telecommunications Standards Institute Future Public Land Mobile Telecommunication System General Packet Radio Service európsky telekomunikačný štandardizačný ústav verejný pozemný mobilný telekomunikačný systém budúcnosti univerzálna paketová rádiová služba GPS Global Positioning System satelitný lokalizačný systém GSM H-ARQ HSDPA HSUPA IEEE Global System for Mobile Communications Hybrid Automatic Repeat Request High-Speed Downlink Packet Access High-Speed Uplink Packet Access Institute of Electrical and Electronics Engineers globálny systém pre mobilnú komunikáciu hybridné automatické požadovanie opakovania prenosu vysokorýchlostný downlink paketový prístup vysokorýchlostný uplink paketový prístup 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

8 IT ITU KDDI International Telecommunication Union informačné technológie medzinárodná telekomunikačná únia 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 NMT Near Field Communication Nordic Mobile Telephone komunikácia na krátke vzdialenosti 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

9 UMM UMTS Unified Multimedia Messaging Universal Mobile Telecommunication System unifikované multimediálne správy 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 WINNER World Interoperability for Microwave Access Wireless world INitiative NEw Radio svetový mikrovlnný prístup európskym výskumným združením WLAN Wireless Local Area Network bezdrôtová lokálna sieť WPAN Wireless Personal Area Network bezdrôtová osobná sieť

10 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

11 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

12 1. NÁSTUP MOBILNÝCH TELEFÓNNYCH SIETÍ 1.1. GENERÁCIE MOBILNÝCH SIETÍ 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 DRUHÁ GENERÁCIA (2G) Mobilné siete GSM: Vývoj GSM, ktorý sa uvádza ako druhá generácia mobilných sietí, sa začal v roku 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 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

13 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 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 (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

14 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 Jej rozšírenie medzi bežnými používateľmi na slovenskom trhu bude trvať ešte niekoľko mesiacov. Mobilné siete tretej generácie síce nie su sieťami podla štandardu IEEE , ale sú sieťami určenými pre personálne zariadenia ako PDA a celulárne telefóny 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

15 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 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 bol protokol tiež pre odlíšenie niekedy označovaný ako legacy. Tento bol vydaný v roku 1997 a špecifikuje prenos signálov v ISM pásme GHz. S rýchlosťou prenosu 1 alebo 2Mb/s legacy umožňuje aj lokálny prenos infračerveným frekvenčným spektrom, rovnako s rýchlosťami 1 alebo 2Mb/s. V septembri 1999 IEEE schválila dve zlepšenia originálneho štandardu. Boli to štandardy b a a b využíval rovnaké bezlicenčné rádiové frekvencie ako legacy (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 a pre nelicencované frekvenčné pásmo (5Ghz), na ktorom a ponúka maximálnu rýchlosť prenosu dát 54Mb/s. Tak, ako b, aj a poskytuje nižšie prenosové rýchlosti pre signál s nižšou kvalitou (48Mbps, 36Mbps, 24Mbps, 18Mbps, 12Mbps, 9Mbps, 6Mbps). Keďže a pracuje na vyšších frekvenciách ako štandard b, jeho dosah je nižší v porovnaní s b. Rozdielne rádiové frekvencie robia tieto štandardy vzájomne nekompatibilné. 6

16 802.11g je ďalšou hlavnou vlnou bezdrôtových technológií. Štandard bol schválený v júni g pracuje v rovnakom pásme 2,4Ghz ako b. Poskytuje max. rýchlosť 54Mb/s, ktorá postupne klesá s kvalitou signálu podobne ako u a, avšak ak je to nutné, až na 1Mb/s. Jeho výhodou je plná spätná kompatibilita so štandardom b, 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 je z roku 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 a, 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 a 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 Poskytuje komunikáciu v pásme 5Ghz s maximálnou prenosovou do 20Mbps. Špecifikácia Hiperlan/2 bola dokončená vo februári Využíva 5GHz pásmo a poskytuje s maximálny prenos 54Mbps 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

17 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 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

18 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 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 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 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

19 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 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

20 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 TRENDY VO SVETE 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 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

21 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 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 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 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

22 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 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 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

23 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 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 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

24 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 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 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 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

25 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

26 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

27 integrácia bezdrôtových sietí a fixnej sieťe chrbtica infraštruktúry internet a PSTN 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 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 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

28 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 adhoc sieti komunikujú. Ich komunikácia je vzájomná. Rôzne štandardy a technológie majú na to rôzne protokoly. 19

29 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 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

30 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 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 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

31 VRSTVA PERSONÁLNYCH SIETÍ Siete s krátkym dosahom využívajúce napr. technológiu Bluetooth. Umožňujú prepojenie rôznych typov zariadení na krátku vzdialenosť (napr. PC a mobilný telefón) 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 BUNKOVÁ VRSTVA 2G a 3G bunkové siete. Plne mobilné systémy s globálnym pokrytím. Je určená na zabezpečenie prenosových rýchlostí do 2 Mb/s 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 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

32 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 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 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

33 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. Server Agent Smerovač RPB Obr 4.8. Sieťová architektúra identifikácia, autorizácia lokalizácia terminálov, registrácia účastníkov zabezpečenie smerovania v sieti spojenie smerovačov s mobilnými terminálmi 24