Simsiz tarmoqlarining rivojlanish bosqichlari

Ishlash Indeks	4G	5G
6G
Tepalik Ma’lumotlar Baho	100 Mbit/s	10 Gbit/s	10 tb / s gacha
Kechikish	10 ms	1 ms	0,1 ms gacha
Ulanish Zichlik	0,1 mln qurilmalar / km2	1 million qurilmalar / km2	10 million qurilmalar / km2
Energiya Samaradorlik	1×	100 × 4G	100 × 5G
Spektral Samaradorlik	1×	100 × 4G	100 × 5G
Mavjud Spektr	6 gigagertsgacha _	300 gigagertsgacha _	3 TGs gacha
Mobillik	200 m/soat	300 m/soat	600 m/soat
Sun’iy Aql-idrok	Yo’q	Qisman	To’liq

3. LTE tarmoq arxitekturasi

   
   

Sotali aloqa tizimlarida (yoki hozirgi vaqtda ko‘pincha atalganidek mobil aloqa tizimlarida) “avlodlar” almashishi shaxsiy kompyuterlar industriyasi yoki televizion texnikaga nisbatan yaqqolroq va aniqrok bo‘lmokda. Mobil aloqa dunyosida ko‘p narsa hisoblidir: 1G (ingl. «First Generation»- birinchi avlod) – bu analog aloqa tizimlari (NMT, AMPS standartlari); ikkinchi avlod - 2G, kanallar kommutatsiyalanishi asosida ishlaydigan raqamli aloqa tizimlari (GSM, DAMPS va sdmaOne standartlari); uchinchi avlod - 3G, kanallar kommutatsiyalanishi bilan birga paketlar kommutatsiyalanishini ham ko‘zda tutadi (UMTS va CDMA-2000 standartlari); va, nihoyat, to‘rtinchi avlod - 4G tarmoqlari to‘liq paketli IP-kommutatsiya asosida kuriladi (LTE Advanced, IEEE802.16m (WiMAX) va IEEE802.11ac (Wi-Fi) standartlari). Shunisi diqqatga sazovorki, mobil aloqa dunyosida avlodlarning almashishi muntazam ravishda har o‘n yilda bo‘lib o‘tmoqda.

Hozirgi kun ham dunyo miqyosida ikkinchi avlod mobil aloqa tizimlaridan uchinchi avlod tizimlariga o‘tish bilan bog‘liqdir. Xaqiqatan, tarqalishi darajasi bo‘yicha 3G tarmoqlari mobil aloqaning jahon bozorida 25 foizini egallagan holda, 2G tarmoqlarini quvlab, bosqichma-bosqich etakchi o‘rinlarga chiqib bormoqda. Mobil qurilmalar yaratuvchilari global assotsiatsiyasining (ingl. Global mobile Suppliers Association, GSA) va CDMA rivojlanish guruhining (ingl. CDMA Development Group, CDG) hisobotlariga ko‘ra, 2011 yilning 11 mayiga kelib butun dunyoda 3G tarmoklari soni 700 dan oshib ketdi, abonentlar soni esa 1,3 milliardga etdi [1,2]. Bu yosinda 3G texnologiyalarining funksional imkoniyatlari ham joyida turmayapti va 3,5G nomini olgan (ya’ni HSPA va HSPA+ tizimlari) yangi ishlanmalar sari rivojlanib bormoqda. Bunday sharoitda 3G tarmoqlarining istiqbollari yorqin ko‘rinmoqda edi. Ammo bizning ko‘z o‘ngimizda qiziqarli bir jarayon ham yuz bermokda: sahnaga “4G” deb atalmish mobil aloqaning yangi avlodi (LTE texnologiyasi) kirib kelmoqda va jiddiy ravishda “oilada o‘z o‘rniga” da’vogarlik qilmoqda. Shu sababdan yaqin vaqtlarda 3G tarmoqlari to‘liq kuch bilan rivojlanmasdan turib o‘z o‘rnini 4G tarmoqlariga bo‘shatib berish ehtimoli paydo bo‘lmoqda.

4G oilasiga mobil aloqa tarmoqlarida 100Mbit/sek dan ortiq tezlikda ma’lumotlarni uzatishga imkon beradigan texnologiyalarni kiritish ko‘zda tutilgan. Keng ma’noda 4G - bu yana ma’lumot uzatuvchi umumiy ulanish tarmoqlariga (masalan, Internetga), shuningdek Wi-Fi (uning yangi standartlari) va WiMAX (nazariy jihatdan bu standartda tezlik 1Gbit/sek dan ortishi mumkin) tarmoqlariga keng polosali simsiz ulanish texnologiyalaridir. Qiyoslab ko‘rilsa, hozirgi kunda dunyoda keng tarqalgan GSM/EDGE (2G/2,5G) sotali aloqa standartida ma’lumotlarni uzatish tezligi 384kbit/sek ni tashkil etadi. Asosan Evropa, AQSH va Osiyoning bir necha mamlakatlarida (Yaponiya, Tayvan, Singapur) keng tarqalgan 3,5G avlod tarmoqlarida tezlik 7-14,4Mbit/sek gacha etib boradi (1.3–rasm).

1.3-rasm. Mobil aloqa texnologiyalarida ma’lumot uzatish tezliklarining evolyusiyasi

To‘rtinchi avlod tizimlarini avvalgi 3G tizimlaridan asosiy farqi shundaki, bu texnologiyalar ma’lumotlarni to‘liq paketli uzatish protokollariga asoslangan, 3G tizimlari esa o‘zida ham nutq, ham paket trafigini uzatish protokollarini birlashtirgan edi. HTI 4G tizimlarini uzatuvchi va qabul qiluvchi o‘rtasidagi ma’lumot almashish tezligini to‘liq harakat sharoitida 100Mbit/sek gacha, cheklangan harakat sharoitida esa (uzatuvchi yoki qabul qiluvchi tarafidan) 1Gbit/sek gacha tezlikka erishish imkonini beradigan simsiz aloqa texnologiyalari deb hisoblaydi.. 4G tizimlarida ma’lumot uzatish IPv6 (IP protokolining 6–versiyasi) protokoli asosida amalga oshiriladi va bu tarmoqlarning o‘zaro ishlashini, ayniqsa, agar ular turli texnologiyalarga mansub bo‘lganda, sezilarli ravishda osonlashtiradi. Istiqbolda yuqorida ko‘rsatilgan ma’lumot uzatish tezliklarini ta’minlash uchun 40 va 60GGs diapazonlardagi yuqori chasatotalardan foydalanish ko‘zda tutiladi. Ammo yaqin kelajakda 4G tarmoqlari ko‘proq 10 GGs dan pastki diapazondan foydalanadi.
4G uchun qabul qilish/uzatish jihozlari yaratuvchilari radiointerfeys darajasida raqamli radioeshittirishda sinalgan chastotalarni ortogonal ravishda ajratish yo‘li bilan multiplekslash - OFDM texnologiyasini qo‘llashdi. Signallarni manipulyasiyalashning ushbu usuli ma’lumotlarni o‘zaro halaqitlarsiz va buzilishlarsiz ham chastota, ham vaqt jihatdan sezilarli darajada “siqish” imkoniyatini beradi. Bunda chastotalar ortogonollikka rioya qilingan holda bo‘lib chiqiladi: ya’ni har bir eltuvchi to‘lqinning amplituda maksimumi qo‘shni eltuvchilarning amplituda noliga (yoki minimumiga) teng bo‘ladi. Bunda ularning o‘zaro ta’siri (kanallararo interferensiya) yuzaga kelmaydi, shuningdek, chastota spektri nisbatan samarali ishlatiladi, chunki interferensiyaga qarshi himoya polosalari kerak bo‘lmaydi. Signalni uzatish uchun aloqaning yuqori ishonchliligini ta’minlovchi fazani surish modulyasiyasi (PSK va uning turli ko‘rinishlari) yoki kanalning o‘tkazish qobiliyatidan maksimal foydalanishga imkon beradigan va zamonaviyroq bo‘lgan kvadratura-amplitudaviy modulyasiya (QAM) qo‘llaniladi. Aniq modulyasiya turi talab qilinadigan tezlik va qabul qilish sharoitlariga bog‘liq ravishda tarmoq tomonidan dinamik xolda tanlanadi. Uzatishda signal ma’lum sonli parallel oqimlarga bo‘linadi va qabul qilishda bu oqimlar teskari ravishda bitta signalga yig‘iladi.
O‘ta yuqori chastotalarda ishonchli uzatish va qabul qilish uchun 4G tarmoqlarida adaptiv antennalar tizimi (AAT) hamda ko‘plab qabul qilish va uzatish (MIMO) texnologiyasidan foydalanish rejalashtirilgan. Garchi shahar sharoitida AAT tizimlariga signalni to‘g‘ri yo‘nalishini aniqlashga signalning so‘nishi (signal tarqalishida vujudga keladigan buzilishlar) halaqit bersa-da, lekin OFDM ning so‘nishlarga va “ko‘pnurlilikka” nisbatan barqarorlik xususiyati bu vaziyatdan qutqaradi. OFDM texnologiyasi tayanch stansiya (TS) va abonent uskunasi (AU) orasida to‘g‘ri ko‘rinish bo‘lmagan sharoitlarda ham yaxshi ishlaydi.
LTE tarmog’ining arxitekturasi " tekis " deb ataladigan paketli trafikni qo’llab-quvvatlaydigan tarzda ishlab chiqilgan. "choksiz" harakatchanlik, minimal kechikishlar paketlarni yetkazib berish va xizmat ko’rsatish sifatining yuqori stavkalari.
Tarmoq funktsiyasi sifatida mobillik uning ikki turi bilan ta’minlanadi: diskret harakatchanlik (rouming) va uzluksiz harakatchanlik (topshirish). LTE tarmoqlari rouming va barcha mavjud tarmoqlar bilan uzatish tartib-qoidalarini qo’llab-quvvatlashi kerak LTE abonentlari (terminallari) hamma joyda mavjud bo’lishi kerak simsiz keng polosali xizmatlarni qamrab olish.
Paketli uzatish sizga barcha xizmatlarni taqdim etish imkonini beradi, shu jumladan foydalanuvchi ovozli trafigini uzatish. Oldingi avlodlarning aksariyat tarmoqlaridan farqli o’laroq, ularda tarmoq tugunlarining juda yuqori ierarxiyasi mavjud (shuning uchun taqsimlangan tarmoq masuliyati deb ataladi), arxitektura LTE tarmoqlarini "tekis" deb atash mumkin, chunki deyarli barcha tarmoq o’zaro tasiri ikkita tugun o’rtasida sodir bo’ladi: texnik xususiyatlarda B-tugun deb ataladigan bazaviy stantsiya (BS) (Node-B, eNB) va harakatchanlikni boshqarish bo’limi (MME, Mobility Management Entity), amalga oshirish, qoida tariqasida, shu jumladan va tarmoq shlyuzi (Gateway), yani birlashtirilgan MME / GW bloklari mavjud.
Etibor bering, oldingi avlod tarmoqlarida juda muhim rol o’ynagan radio tarmoq boshqaruvchisi ma’lumotlar oqimini boshqarishdan o’chirilgan (aslida u hatto tizimli tarmoqda ham mavjud emas diagrammalar) va uning an’anaviy funktsiyalari radio resurslarini boshqarishdir to’g’ridan-to’g’ri baza stantsiya (BS) ga uzatiladigan sarlavhani siqish, shifrlash, ishonchli paketlarni etkazib berish va boshqalar.
Barcha tarmoq shlyuzlari orasida ikkitasi alohida ajralib turadi: xizmat ko’rsatish shlyuzi (S-GW, xizmat ko’rsatish shlyuzi) va paketli tarmoq shlyuzi (P-GW, Packet Data Network Gateway) yoki qisqasi, paketli shlyuz (PSh).
Shuningdek IP tarmoqlarining ba’zi funktsiyalarini bajaradi, masalan, manzillarni taqsimlash, foydalanuvchi aloqasini ta’minlash, marshrutlash, paketlarni filtrlash va boshqalar.
Ko’pgina uchinchi avlod tarmoqlarida bo’lgani kabi, LTE tarmog’ini qurish tamoyillari ikkita jihatni ajratishga asoslanadi: alohida tarmoq bloklarini jismoniy amalga oshirish va ular o’rtasida funktsional aloqalarni shakllantirish. Shu bilan birga, jismoniy amalga oshirish vazifalari domen (domen) kontseptsiyasi asosida hal qilinadi va funktsional munosabatlar qatlam (qatlam) doirasida ko’rib chiqiladi.
Jismoniy qatlamdagi asosiy bo’linma tarmoq arxitekturasini foydalanuvchi uskunalari maydoniga bo’lishdir. (UED, User Equipment Domain) va tarmoq infratuzilmasi hududi (ID, infratuzilma domeni).
Ikkinchisi, o’z navbatida, bo’linadi radio kirish tarmog’i (E-UTRAN, Evolved Universal Terrestal Radio Access Network) va asosiy paketli tarmoq (EPC, Evolved).
Foydalanuvchi uskunalari turli darajadagi funksionalliklarga ega boʻlgan LTE xizmatlaridan foydalanish uchun tarmoq abonentlari. Shu bilan birga foydalanuvchi terminali haqiqiy sifatida ko’rinishi mumkin "jonli" abonent ovozli xizmatlardan foydalanish trafik va malum tarmoq yoki foydalanuvchi ilovalarini uzatish / qabul qilish uchun mo’ljallangan shaxsiy bo’lmagan qurilma. LTE tarmog’ining umumlashtirilgan tuzilishini (rasm 1.2.) ko’rsatadi, undan ikkita funktsional ulanish qatlami mavjudligini ko’rishingiz mumkin: radio kirish qatlami (AS, Access Stratum) va radio kirish qatlamining ko’rinishi (NAS, NonAccess Stratum).

1.4-Rasm LTE tarmog’ining umumlashtirilgan tuzilishi

Foydalanuvchi uskunasining UE mintaqasi va UTRAN radio kirish tarmog’i hududi o’rtasidagi interfeys U_u- interfeysi deb ataladi; qo’shma radio kirish tarmog’i hududi va EPC asosiy tarmoq hududi o’rtasida - S₁ interfeysi. Turli protokollarning tarkibi va ishlashi, U_u va S₁ interfeyslari bilan bog’liq bo’lgan ikkita tekislik deb ataladigan bo’linadi: foydalanuvchi tekisligi (UP, User Plane) va boshqaruv tekisligi (CP, Control Plane).

Kirish qatlamidan tashqarida asosiy tarmoqda harakatchanlikni boshqarish mexanizmlari mavjud (EMM, EPC Mobility Management). Foydalanuvchi tekisligida foydalanuvchi ma’lumotlarini radiokanal orqali uzatishni ta’minlaydigan protokollar amalga oshiriladi. Kimga boshqaruv samolyotlari turli xil protokollarni o’z ichiga oladi aspektlar va tarmoq o’rtasidagi aloqani ta’minlaydi. Bunga ham samolyotlar turli xizmatlarni taqdim etish bilan bog’liq xabarlarni shaffof (shaffof) uzatish uchun mo’ljallangan protokollarni o’z ichiga oladi.

Radio kirish tarmog’i maydoni mantiqan ikki darajaga bo’lingan: radio tarmoq qatlami (RNL, Radio Network Layer) va transport tarmog’i qatlami (TNL, Transport Network Layer). O’zaro ta’sir o’z ichiga oladi BS radio kirish tarmog’i hududiga asoslanadi X2 interfeysi (1.2-rasm). Bundan tashqari harakatchanlikni boshqarish bloki (S₁-MM interfeysi) yoki xizmat ko’rsatuvchi tugun orqali tayanch stansiyalar va yadro tarmog’i o’rtasida qayta aloqa mavjud.
Shunday qilib, bu mumkin S₁ interfeysi bir qator BS va MCU/OS o’rtasidagi bir nechta munosabatlarni qo’llab-quvvatlashini tasdiqlang.

1.5.-Rasm. Radio kirish tarmog’ining funktsional tugunlarini ulash

Turli interfeyslar va tekisliklarda aniqlangan LTE tarmoq protokollarini o’rganishga o’tishdan oldin radio kirish tarmog’ining funktsional bloklarining maqsadini ko’rib chiqaylik.
LTE tarmoqlarida bazaviy stansiya BS ga quyidagi funksiyalar tayinlangan.

• Radioresurslarni boshqarish: radiokanallarni taqsimlash, yuqori va quyi oqim yo’nalishlarida resurslarni dinamik taqsimlash - resursni rejalashtirish (rejalashtirish) va boshqarish.

  
  

• IP-paket sarlavhalarini siqish, foydalanuvchi ma’lumotlar oqimini shifrlash.

  
  

• Quvvat yoqilganda mobillikni boshqarish blokini tanlash haqida ma’lumot yo’qligida foydalanuvchi terminali o’tgan ulanish.

  
  

• Ma’lumotlar paketlarini foydalanuvchi tekisligi marshrutlashi xizmat ko’rsatish shlyuzi tomon.

  
  

• MCUdan olingan qo’ng’iroq va eshittirish ma’lumotlarini jo’natish va uzatish.

  
  

• Xizmatga kirish nuqtalari haqida xavfsiz ma’lumotlarni uzatish va xavfsiz kirish nuqtasini boshqarish.

  
  

• Turli radio ulanish tarmoqlari o’rtasida harakatlanishni boshqarish uchun asosiy tarmoqqa ma’lumot uzatish.

  
  

Turli standartlardagi radio ulanish tarmoqlari uchun xizmat ko’rsatish shlyuzi va paketli tarmoq shlyuzini tanlashni quydaglar kiradi .

• Tasdiqlash vaqtida yangi harakatchanlikni boshqarish blokini tanlash.

  
  

• Rouming.

  
  

• Autentifikatsiya.

  
  

• Radio kanallarini boshqarish, shu jumladan maxsus kanalni o’rnatish.

  
  

Xizmat ko’rsatuvchi tugun quyidagi funktsiyalar uchun javobgardir:

• Mahalliy joylashuvning langar nuqtasini (“langar”) tanlash (Mahalliy Mobility Anchor) topshirilayotganda.

  
  

• Ma’lumotlar paketlarini quyi oqim yo’nalishida buferlash, bo’sh rejimdagi mo’ljallangan va xizmat so’rovi protsedurasini ishga tushirish.

  
  

• Foydalanuvchi ma’lumotlarini ruxsat etilgan ushlash.

  
  

• Ma’lumotlar paketlarini marshrutlash va qayta yo’naltirish.

  
  

• Transport qatlami paketini belgilash.

  
  

• Billing uchun foydalanuvchi hisoblari va QoS sinf identifikatorini shakllantirish.

  
  

• Abonentlarni hisob-kitob qilish.

  
  

Hamda paketli tarmoq shlyuzi quyidagi funktsiyalarni ta’minlaydi:

• Foydalanuvchi paketlarini filtrlash.

  
  

• Foydalanuvchi ma’lumotlarini ruxsat etilgan ushlash.

  
  

• IP manzillarni taqsimlash.

  
  

• Xizmatlarni tariflash, ularni tanlash.

  
  

I-bob bo’yicha xulosa

Hozirgi kun ham dunyo miqyosida ikkinchi avlod mobil aloqa tizimlaridan uchinchi avlod tizimlariga o‘tish bilan bog‘liqdir. Bu yosinda 3G texnologiyalarining funksional imkoniyatlari ham joyida turmayapti va 3,5G nomini olgan (ya’ni HSPA va HSPA+ tizimlari) yangi ishlanmalar sari rivojlanib bormoqda. Bunday sharoitda 3G tarmoqlarining istiqbollari yorqin ko‘rinmoqda edi. Ammo bizning ko‘z o‘ngimizda qiziqarli bir jarayon ham yuz bermokda: sahnaga “4G” deb atalmish mobil aloqaning yangi avlodi (LTE texnologiyasi) kirib kelmoqda va jiddiy ravishda “oilada o‘z o‘rniga” da’vogarlik qilmoqda. Shu sababdan yaqin vaqtlarda 3G tarmoqlari to‘liq kuch bilan rivojlanmasdan turib o‘z o‘rnini 4G tarmoqlariga bo‘shatib berish ehtimoli juda ham muhumdur.