آشنایی با شبکه های نسل چهارم موبایل

رشد سیستم های تلفن سیار, افزایش كاربران اینترنت و بالا رفتن انتظار و نیازهای کاربران, مانند تقاضای دسترسی به اینترنت با كیفیت بالا از طریق سیستم های بی سیم, منجر به طراحی سیستم هایی شده است كه قادر به برآورده كردن این نیازها باشند کاربران سرویس های مخابراتی در آینده, ترجیح می دهند که سرویس های مشابهی را که از شبکه های ثابت دریافت می کنند از یک محیط بی سیم نیز در اختیار داشته باشند

رشد سیستم‌های تلفن سیار، افزایش كاربران اینترنت و ‏بالا رفتن انتظار و نیازهای کاربران، مانند تقاضای ‏دسترسی به اینترنت با كیفیت بالا از طریق سیستم‌های ‏بی‌سیم، منجر به طراحی سیستم‌هایی شده است كه قادر به ‏برآورده كردن این نیازها باشند. کاربران سرویس‌های ‏مخابراتی در آینده، ترجیح می‌دهند که سرویس‌های مشابهی ‏را که از شبکه‌های ثابت دریافت می‌کنند از یک محیط ‏بی‌سیم نیز در اختیار داشته باشند. البته انتظار ‏نمی‌رود که عملکرد بهتر را قربانی حرکت‌پذیری بیشتر نمایند ‏چراكه آنها در هرصورت از ابزارهای مخابراتی ساکن هم ‏استفاده خواهند کرد. بنابراین بهترین راه‌کار این ‏است‌که سیستم‌های بی‌سیم با شبکه‌های ثابت مجتمع شوند، ‏به همین منظور شبکه‌های بی‌سیم به سرعت در حال تکامل و ‏حرکت به سمت شبکه‌های تماما" ‏IP‏ می‌باشند.‏

شبکه‌های تلفن قدیمی (شبکه‌های سلولی نسل دوم) مانند ‏GSM، که فقط برای انتقال صوت مورد استفاده قرار ‏می‌گیرند، ذاتا" دارای تکنولوژی سوئیچ مداری هستند. ‏شبکه‌های نسل ۵/۲ مانند ‏GPRS، مدل گسترش یافته ‏شبکه‌های نسل۲ هستند که از تکنولوژی سوئیچ مداری ‏برای انتقال صوت و از سوئیچ بسته‌ای برای تبادل دیتا ‏استفاده می‌کنند. تکنولوژی سوئیچ مداری ایجاب می‌کند ‏که کاربران بر مبنای زمان سنجیده شوند نه بر مبنای ‏میزان دیتای انتقال داده شده، چراکه پهنای باند فقط ‏برای کاربر اختصاص داده شده است. در مقابل، ‏تکنولوژی سوئیچ بسته‌ای، پهنای باند را بیشتر مورد ‏استفاده قرار داده و به بسته‌های هر کاربر اجازه ‏رقابت برای بدست آوردن پهنای باند را می‌دهد و ‏کاربرها را بر مبنای میزان دیتای انتقال داده شده، ‏مورد حسابرسی قرار می‌دهد. بنابراین حرکت به سمت ‏استفاده از سوئیچ بسته‌ای و به تبع آن شبکه‌های ‏IP‏ ‏یک امر طبیعی است. ‏

شبکه‌های نسل ۳ ‏‎(UMTS)‎‏ قصد داشتند مشکلات متعددی که ‏نسل‌های ۲ و ۵/۲ با آن روبرو شده بودند را بر طرف ‏کنند. از جمله این مشکلات می‌توان به سرعت پایین و وجود ‏تکنولوژی‌های ناهمخوان و سازگار ناپذیر‎(TDMA/CDMA) ‎‏ ‏در کشورهای مختلف اشاره کرد.‏

‏ انتظاراتی که از نسل ۳ وجود داشت، افزایش پهنای ‏باند به ‏Kb/s‏ ۱۲۸در ماشین‌ها وMb/s ‎‏ ۲ در کاربردهای ‏ثابت بود ولی در واقعیت، خروجی نسل۳ نه روشن بود و ‏نه مشخص. البته یک قسمت از این مشکل به این مسئله ‏برمی‌گردد که تامین کنندگان و ارائه دهندگان شبکه‌های ‏ارتباطی در اروپا و آمریکای شمالی، در حال حاضر از ‏استانداردهای مجزایی برای نگهداری و پشتیبانی ‏استفاده می‌کنند و بدنه این استانداردها باعث ایجاد ‏تفاوت‌هایی در تکنولوژی واسط‌های هوایی آنها می‌شود. در ‏ضمن سوالات مالی متعددی هم وجود دارد که باعث تردید ‏در مرغوبیت شبکه‌های نسل ۳ می‌شود و این نگرانی وجود ‏دارد که در بسیاری از کشورها، نسل ۳ مورد توجه واقع ‏نشود. در مجموع تمامی این مسائل و نگرانی‌ها باعث ایجاد ‏رقابت و تمایل به استفاده از تکنولوزی‌های‌ بی سیم ‌نسل ‏‏۴ شد.‏

شبکه‌های نسل چهارم یا ‏G‏۴ ، نامی است که به ‏سیستم‌های موبایل مبتنی بر ‏IP‏ که دسترسی را از طریق یک ‏مجوعه از واسطه‌های رادیویی تامین می‌کنند، داده شده ‏است. شبکه ‏G‏۴ برقراری بهترین سرویس اتصال، رومینگ و ‏فراگشت بی سیم را ارائه می‌کند و از طرف دیگر چندین ‏واسط دسترسی رادیویی مانند: (‏HIPERLAN,WLAN ‎‎,BLUETOOTH ,GPRS‏) را به یک شبکه واحد که کاربر از ‏آن استفاده می‌کند تبدیل خواهد کرد.‏

با این ویژگی، کاربران خواهند توانست به سرویس ‏های مختلف دسترسی پیدا کرده و پوشش بیشتری داشته باشند ‏در ضمن، راحتی استفاده از یک وسیله واحد را نیز تجربه ‏کنند( وسیله ای كه در آینده جایگزین گوشی‌های تلفن ‏همراه فعلی خواهد شد)‌. از طرف دیگر یک صورتحساب را با ‏کاهش کل هزینهٔ دسترسی داشته و دسترسی بی سیم قابل ‏اعتمادی را حتی در صورت از دست دادن یک یا چند شبکه، ‏داشته باشند.‏

در حال حاضر ‏G‏۴ یکی از ابتکارات مراکز ‏R&D‏ برای ‏فائق آمدن بر محدودیت‌های موجود و بر طرف کردن مشکلات ‏G‏۳ است که نتوانسته به وعده‌های خود در زمینه ‏عملکردها و خروجی های مختلف عمل کند. در عمومی ترین ‏سطح، ساختار ‏G‏۴ شامل سه منطقهٔ پایهٔ ارتباطی است: ‏شبکه‌های شخصی ‏PAN، (مانند ‏Bluetooth‏)، نقاط دسترسی محلی ‏با سرعت بالا در شبکه‌هایی که شامل تکنولوژی‌های ‏LAN‏ ‏بی‌سیم (‏WLAN‏) هستند، (مانند: ‏HIPERLAN‏ و ‏IEEE ‎‎۸۰۲.۱۶‎‏ ) و ارتباطات سلولی. با این اوصاف ‏G‏۴ برای ‏محدودهٔ وسیعی از دستگاه‌های موبایل که از جابجایی‌های ‏عمومی پشتیبانی می‌کنند، به کار خواهد رفت. هر ‏دستگاه قادر خواهد بود که با اطلاعات مبتنی بر اینترنت ‏که برای شبکه‌ای که در آن لحظه به وسیلهٔ دستگاه ‏استفاده می شود، تعریف شده است، تعامل داشته باشد. ‏به طور خلاصه، ریشه‌های شبکه‌های ‏G‏۴ بر مبنای ایدهٔ ‏محاسبات منتشر شونده، است.‏

ابزاری که در این راستا قابل استفاده است رادیو نرم ‏افزار (‏SDR‏) می باشد. رادیوهای ‏SDR‏ دستگاه‌هایی ‏مانند تلفن‌های سلولی، ‏PDAها، ‏PCها و تمامی محدوده ‏سایر دستگاهها را برای دریافت امواج هوایی به منظور ‏رسیدن به بهترین متد ممکن ارتباطی، با بهترین قیمت آماده ‏و امکان‌پذیر می‌سازد. در یک محیط ‏SDR، توابعی که ‏سابقاً، فقط در سخت افزار اجرا می‌شدند، (مانند: ‏تولید سیگنال رادیویی انتقال و تنظیم سیگنال ‏رادیویی دریافت و . . . ) به وسیلهٔ نرم افزار انجام ‏می‌شوند. بنابراین رادیو قابل برنامه ریزی بوده و ‏قادر به ارسال و دریافت سیگنال در یک محدوده وسیع ‏فرکانسی است. ‏

مشخصات و ویژگی‎ ‎های نسل چهارم:‏

‏۱-سرعت بالا: سیستم‌های ‏G‏۴ باید سرعت پیك بیش از ‏Mb/s‏۱۰۰ را در حالت ساکن و میانگین ‏Mb/s‏۲۰ را در حال ‏حرکت ارائه دهند.‏

‏۲- ظرفیت بالای شبکه: ظرفیت شبكه باید حداقل ۱۰ ‏برابر بیشتر از سیستم‌های ‏G‏۳ باشد. که این مقدار زمان ‏Download‏ یک فایل ‏M byte‏۱۰ را در سیستم های ‏G‏۴ به ۱ ‏ثانیه کاهش می‌دهد که این زمان در سیستم‌های ‏G‏۳ معادل ‏‏۲۰۰ ثانیه برآورد شده است. از طرف دیگر قابلیت ‏ارائه ویدئو با کیفیت بالا به تلفن‌ها و تجربهٔ واقعیت ‏مجازی در صفحات نمایش گوشی ها را نیز ارائه می‌کند.‏

‏۳- فراگشت سریع و بی سیم بین شبکه‌های مختلف: ‏شبکه‌های بی‌سیم ‏G‏۴ باید از جابجایی عمومی بین شبکه‌های ‏موبایل و شبکه‌های بی‌سیم مختلف پشتیبانی کنند.‏

‏۴- پشتیبانی از چند رسانه‌های نسل جدید: شبکهٔ ‏G‏۴ باید قادر به پشتیبانی از مقدار زیاد دیتای ‏انتقالی با سرعت بالا و با هزینهٔ پایین‌تر از هزینه‌های ‏معمول باشد. ‏

● شبکه‌های ‏G‏۴ و ۶‏‎ IPV‎

هدف ‏G‏۴ این است که تکثر و فراوانی موجود در بین ‏شبکه‌های موبایل را با یک شبکهٔ مركزی استاندارد ‏جهانی که مبتنی بر ‏IP‏ باشد و بتواند ویدئو، دیتا و ‏صوت را پشتیبانی کند، جایگزین نماید که این کار ‏سرویس‌های یکپارچه صوت، تصویر و دیتا را برای تمامی ‏میزبانان موبایل که کاملاً بر مبنای ‏IP‏ هستند، تأمین ‏خواهد كرد.‏

در واقع هدف اصلی ارائه سرویس‌های چند رسانه‌ای بی‌سیم ‏به کاربرانی است که از طریق تکنولوژی‌های دسترسی ‏ناهمگن به یک ساختار تماماً ‏IP‏ دسترسی دارند. پروتكل ‏IP‏ ‏در واقع به عنوان یک پیوند دهنده بین شبکه‌های مختلف ‏برای تأمین ارتباطات عمومی و حرکت‌پذیری، عمل می کند. ‏

یک شبکهٔ بی‌سیمIP ‎، پروتکل مخابراتی سیستم سیگنالینگ ‏شمارهٔ ۷ ‏‎(SS۷)‎‏ که واقعاً یک عامل زائد می‌باشد، را ‏تغییر می‌دهد. زیرا ارسال سیگنال ‏SS۷‎‏ بخش زیادی از ‏پهنای باند شبکه را مصرف می‌کند حتی در زمانی که هیچ ‏ترافیکی سیگنالینگی وجود ندارد. (علت این امر این ‏است که این سیستم از مکانیزم ‏Setup‏ مکالمه برای رزرو ‏کردن پهنای باند استفاده می‌کند که اسلاتهای زمانی / ‏فرکانسی در امواج رادیویی این کار را انجام نمی‌دهند). ‏از طرف دیگر شبکه‌های ‏IP‏ بدون اتصال هستند و تنها ‏زمانی از اسلاتها استفاه می‌کنند که دیتایی برای ارسال ‏داشته باشند بنابراین در این حالت بهینه ترین ‏استفاده از پهنای باند موجود انجام خواهد شد. ‏

امروزه ارتباطات بی سیم بیشتر بر پایهٔ صوت استوار می ‏باشند و این در حالی است که تحقیقات نشان می دهد رشد ‏ترافیک دنیای بی سیم به صورت نمایی به نسبت تقاضای ‏ترافیک صورت، در حال افزایش است. به خاطر اینکه لایهٔ ‏هسته ‏IP‏ به صورت ساده ای قابل درجه بندی می‌باشد و ‏برای رودرویی با این چالش مناسب است. هدف ما در ‏واقع یکی کردن شبکه های صوت، دیتا و چند رسانه ها ‏است.‏

نوشته: مهندس بابك احسنت ‏

كارشناس ارشد مخابرت- شركت ارتباط سیار‏