Bezprzewodowe sieci rozległe



Pobieranie 53.52 Kb.
Data02.05.2016
Rozmiar53.52 Kb.
Bezprzewodowe sieci rozległe

Wśród bezprzewodowych sieci rozległych można wyróżnić sieci mobilne, w których poszczególne stacje mogą się poruszać, i sieci stacjonarne, w których mobilność sta­cji, mimo iż teoretycznie dopuszczalna, mogłaby być kłopotliwa i w praktyce nie jest wykorzystywana. Sieci mobilne mają strukturę zbliżoną do struktury sieci telefonii komórkowej, natomiast sieci stacjonarne nie mają tej cechy.

Bezprzewodowe sieci rozległe charakteryzują się raczej niską prędkością transmisji, nie przekraczającą 20 kb/s.

Sieć Aloha

Sieć Aloha jest pierwszym znanym systemem transmisji danych cyfrowych drogą ra­diową. Została ona opracowana w roku 1971 w Uniwersytecie Hawajskim i uważana jest obecnie za protoplastę systemów rozsiewczej transmisji pakietów. Nowatorstwo tego rozwiązania polegało nie tylko na zastosowaniu transmisji radiowej, lecz rów­nież na wykorzystaniu rywalizacyjnego, niekontrolowanego protokołu dostępu do łą­cza, który może być uważany za przodka protokołów stosowanych teraz powszechnie w sieciach lokalnych, np. w sieci Ethemet.

Względy organizacyjne (przynależność do jednej instytucji) pozwalają wprawdzie rozpatrywać sieć Aloha jako sieć lokalną, jednak pozostałe jej cechy, takie jak zasięg i prędkość transmisji, są charakterystyczne raczej dla sieci rozległych.
Architektura sieci Aloha
Aloha jest siecią o strukturze scentralizowanej i topologii drzewiastej. Elementami składowymi sieci są:


  • centrum komputerowe, wyposażone w komputer obliczeniowy,

  • komputer stykowy (ang. front-end computer), zwany Menehune, pełniący funkcje komunikacyjne,

  • terminale proste TCU (ang. Terminal Control Unit),

  • koncentratory PCU (ang. Packet Control Unit),

  • stacje pośredniczące (przekaźniki).

Architektura sieci Aloha przedstawiona jest na poniższym rysunku.

Dwukierunkowość łącza uzyskiwana jest metodą rozdziału częstotliwości FDD. Wy­korzystywane są dwie częstotliwości nośne:


  • 407,350 MHz dla transmisji danych z terminali do stacji centralnej,

  • 413,475 MHz dla kierunku przeciwnego.

Szerokość pasma obu kanałów wynosi 100 kHz, a prędkość transmisji - 24 kb/s. Stosowana jest modulacja PSK. .

S
tacja centralna posiada łączność ze wszystkimi terminalami, natomiast terminale nie mogą komunikować się między sobą bezpośrednio.


Protokół łącza radiowego
Dane w sieci Aloha przekazywane są w ramkach. W strukturze ramki można wyróż­nić nagłówek oraz pole informacyjne. Początek ramki stanowi preambuła o długości 100 bitów, służąca do synchronizacji pracy stacji. Nagłówek o długości 32 bitów za­wiera adres użytkownika i przekaźnika oraz typ i długość ramki. Pole informacyjne, występujące jedynie w ramkach zawierających dane, może mieć długość 320 lub 640 bitów (40 lub 80 B). Zarówno nagłówek, jak i pole informacyjne, chronione są indy­widualnie 16-bitowymi cyklicznymi sumami kontrolnymi CRC. Strukturę ramki sieci Aloha pokazano na rysunku 4.8.

Preambuła

Nagłówek

CRC nagłówka

Pole informacyjne

CRC danych

100b

32b

16b

320 lub 640b

16b


Rys. 4.8. Format ramki sieci Aloha
Protokół dostępu terminali do łącza radiowego sieci Aloha jest losowy, z możliwością wystąpienia kolizji. Jeżeli stacja lokalna ma ramkę do nadania, rozpoczyna transmisję niezależnie od stanu zajętości łącza. Kolizje nie są w żaden sposób wykrywane, dlate­go też konieczne jest potwierdzenie poprawnego odbioru pakietu przez stację central­ną. Jeśli w określonym czasie (zazwyczaj 200 - 1500 ms) potwierdzenie nie przyjdzie, powtarza się transmisję ramki.

Protokół dostępu stacji centralnej do łącza jest sterowany przez tę stację. Ze względu na konieczność możliwie szybkiego wysłania potwierdzenia poprawnego odbioru ramki wprowadzone są dwie kolejki nadawanych pakietów: jedna, o wyższym prio­rytecie, dla potwierdzeń i jedna dla "zwykłych" odpowiedzi stacji centralnej. Odbiór pakietu zawierającego taką odpowiedź musi zostać potwierdzony przez stację lokalną, problemy może jednak stwarzać wykorzystanie do tego celu łącza o dostępie loso­wym. Dlatego też przyjęto numerację ramek wyjściowych oraz następujący algorytm: stacja centralna nie wyśle kolejnej ramki, dopóki nie odbierze potwierdzenia popraw­nego odbioru ramki poprzedniej. Z kolei terminal, odbierając następną ramkę, przyj­muje, że jej potwierdzenie zostało odebrane przez stację centralną.


Sieć Packet Radio
Packet Radio jest amatorską siecią rozległą o zasięgu międzynarodowym. Wszystkie stacje tej sieci są równoprawne i mogą wymieniać ze sobą informacje bezpośrednio albo, jeżeli znajdują się poza swoim zasięgiem, za pośrednictwem stacji pośredniczą­cych lub przekaźników, którymi są najczęściej także typowe stacje Packet Radio.
W skład stacji sieci Packet Radio wchodzą zazwyczaj:

  • radiostacja nadawczo-odbiorcza dla pasma KF lub UKF,

  • terminal lub komputer z oprogramowaniem emulującym terminal,

  • inteligentny modem (kontroler pakietowy TNC), łączący komputer z radiostacją.

Istnieje także możliwość podłączenia w miejsce kontrolera TNC tzw. modemu Bay­com, który, w przeciwieństwie do TNC, nie zawiera części cyfrowej, a jedynie część analogową. Wówczas realizacja protokołu sieci Packet Radio odbywa się w kompute­rze i wymaga odpowiedniego oprogramowania.




Kontroler TNC jest połączony z komputerem najczęściej za pośrednictwem łącza zgodnego ze standardem RS-232C, czyli przez typowy port szeregowy. Istnieją także odmiany kontrolerów, wykonane jako karty rozszerzeń dla pewnych typów magistrali systemowej komputera (np. magistrala ISA w komputerach klasy IBM PC). Nieza­leżnie od wersji, pomiędzy kontrolerem a radiostacją przesyłane są sygnały w postaci analogowej.


Parametry łącza radiowego

Parametry łączy radiowych wykorzystywanych w sieci Packet Radio zależą między innymi od użytego pasma częstotliwości. I tak np. prędkość transmisji łącza radiowe­go wynosi:



  • 300 b/s w paśmie fal krótkich,

  • 1,2 - 9,6 kb/s w paśmie fal ultrakrótkich,

  • 9,6 - 56 kb/s w zakresach mikrofalowych.

W poszczególnych pasmach różne są także metody modulacji, przy czym najczęściej stosowana jest modulacja FSK dla prędkości niższych (do 9,6 kb/s) i PSK dla wyż­szych. Najczęściej wykorzystuje się pasma około 145 MHz, 430 MHz, 440 MHz, 1240 MHz w zakresie UKF oraz 3 MHz, 7 MHz, 14 MHz, 21 MHz i 28 MHz w za­kresie KF.

Protokół łącza radiowego


W sieci Packet Radio wykorzystuje się protokół AX.25. Jest to zmodyfikowana wer­sja protokołu X.25 (HDLC). Modyfikacje polegają tu przede wszystkim na powięk­szeniu pola adresowego, które może zawierać adresy do 10 stacji.

Struktura ramki protokołu AX.25 wzorowana jest na ramkach protokołu HDLC z uwzględnieniem rozszerzenia pola adresowego. Format ramki pokazany jest na ry­sunku 10.



Preambuła

Pole adresowe

Pole sterujące

Dane użytkownika

Suma kontrolna

Postambuła

1B


14 – 70B

1B


0 – 256B

2B

1B



Rys. 10. Format ramki protokołu AX.25

Preambuła i postambuła są zawsze ciągiem bitów '01111110' (7Eh) i pełnią funkcję ograniczników ramki.

Pole adresowe może zawierać od 2 do 10 adresów stacji, tj. adresy nadawcy i odbior­cy, oraz do 8 adresów stacji pośredniczących. Każdy adres może zawierać do 7 zna­ków, co wynika z długości tzw. znaku wywoławczego użytkownika sieci, tak więc najkrótsze pole adresowe zawiera 14 znaków, najdłuższe zaś - 70.3

Pole sterujące zawiera informację pozwalającą na określenie typu ramki. Wyróżnia się ramki danych, potwierdzenia pozytywne i negatywne oraz związane z nawiąza­niem, przerwaniem i rozwiązaniem połączenia.

Pole danych zawiera informacje przesyłane przez użytkownika. W celu umożliwienia przesyłania dowolnego ciągu danych wprowadzono tzw. szpikowanie zerami (ang. bit stujJing), polegające na automatycznym umieszczaniu bitu o wartości 'O' po każdej grupie pięciu bitów o wartości 'l'. Operacja ta dotyczy całej ramki z wyjątkiem pre­ambuły i postambuły, tak więc zachowana jest przezroczystość protokołu.
Suma kontrolna ma długość 16 bitów i jest wyliczana według algorytmu CRC-CCITT. W zależności od wyniku porównania sumy wyliczonej z otrzymaną odbiornik wysyła potwierdzenie pozytywne lub negatywne. W protokole AX.25 dopuszcza się wysłanie do 7 ramek przed nadejściem potwierdzenia pozytywnego; brak potwierdzenia lub potwierdzenie negatywne powodują retransmisję całości lub części informacji.

W sieci Packet Radio wykorzystuje się protokół dostępu do łącza CSMA/CA (niektóre źródła błędnie podają, że jest to CSMA/CD). Po skompletowaniu ramki do wysłania stacja sprawdza zajętość łącza. Jeżeli jest ono wolne, stacja wysyła dane. W przypad­ku stwierdzenia zajętości łącza stacja odczekuje losowo dobrany czas i ponawia próbę transmisji.



Stacje przekaźnikowe


Protokół AX.25 umożliwia przekazywanie informacji pomiędzy stacjami znajdują­cymi się poza własnym zasięgiem. Jest to możliwe dzięki temu, że każda stacja sieci Packet Radio może służyć jako stacja pośrednicząca, pod warunkiem że jej adres jest podany w polu adresowym protokołu AX.25. Wybór trasy jest przy tym statyczny i dokonywany jest przed użytkownika jeszcze przed nawiązaniem łączności; użyt­kownik musi zatem znać topografię sieci. Wyłączenie stacji pośredniczącej podczas trwania połączenia powoduje zerwanie połączenia, które musi wówczas zostać nawiązane ponownie, ale z wykorzystaniem innej trasy.

Ponieważ stacja pośrednicząca nie zapamiętuje wysłanej ramki, błąd transmisji po­woduje konieczność retransmisji tej ramki przez nadawcę. Retransmitowana ramka musi przebyć ponownie całą drogę od nadajnika do miejsca wystąpienia błędu, co istotnie zmniejsza przepustowość sieci. Dlatego też rzadko stosuje się więcej niż trzy stacje pośredniczące.

O wiele korzystniejsze jest stosowanie sieci stacji węzłowych. Stacje te odpowiadają za utrzymanie łączności między dowolnymi dwiema stacjami sieci Packet Radio. Dzięki temu użytkownik nie musi już znać topografii sieci, a jedynie adres stacji do­celowej. Ponadto stacje węzłowe realizują łączność w taki sposób, jak gdyby łącze między nadawcą i odbiorcą danej informacji było wolne od błędów; brak potwierdze­nia świadczy zatem o błędzie transmisji między nadawcą a stacją węzłową.

Zastosowanie sieci stacji węzłowych zbliża sieć Packet Radio do idei systemów ko­mórkowych. Stacja węzłowa pełni bowiem podobne funkcje, jak stacja bazowa w da­nej komórce, identyczne są też sposoby zwiększania pojemności sieci.

Wyposażenie stacji węzłowej składa się w najprostszym przypadku z dwóch kontrole­rów TNC, z których jeden realizuje protokół AX.25, drugi zaś - protokół stosowany w sieci stacji węzłowych. Jednym z tych protokołów może być TCP/IP.
System CDPD

System CDPD (ang. Cellular Digital Packet Data) nie jest samodzielnym systemem transmisji danych cyfrowych, lecz rozszerzeniem sieci telefonii komórkowej AMPS (ang. Advance Mobile Phone System), działającej w USA. Idea takiego połączenia sieci wynika z badań statystycznych ruchu w systemie AMPS. Badania te wskazują, że średnio kilka z kilkunastu kanałów nie jest zajętych dla celów transmisji mowy. Istnieje więc możliwość wykorzystania ich w inny sposób, np. do pakietowej transmi­sji danych.

Zasada przydziału kanałów systemowi CDPD polega na ciągłym sprawdzaniu zajęto­ści kanałów systemu AMPS (ang. RF-snifjing). Jeżeli kanał jest wolny, to zostaje on przydzielony systemowi CDPD. Ponieważ jednak sieć AMPS nie jest informowana o tym fakcie, istnieje możliwość przydzielenia do przesyłania mowy kanału, który jest już wykorzystywany do transmisji danych. Wówczas system CDPD możliwie szybko zwalnia kanał i, w miarę możliwości, wybiera nowy.

Procedura zmiany kanału poprzedzona jest wysłaniem do stacji ruchomych informacji określającej, w którym kanale łączność będzie kontynuowana. Jeżeli przesłanie takiej informacji nie jest możliwe, stacje te zajmują pierwszy wolny kanał CDPD. Operacja ta jest wspomagana przez okresowe przesyłanie listy kanałów CDPD, które prawdo­podobnie będzie można wykorzystać po zmianie kanału.

W przypadku, gdy wszystkie kanały sieci AMPS są zajęte i system CDPD nie znajduje nowego kanału, transmisja przechodzi w stan blokady (ang. blackout period), w któ­rym zarówno nadawanie, jak i odbiór danych są niemożliwe. Wyjście z tego stanu jest możliwe po zwolnieniu co najmniej jednego kanału przez AMPS.

Procesem wyszukiwania i przydziału kanałów zajmują się stacje bazowe sieci CDPD, które współpracują z centralami lokalnymi MD-IS (ang. Mobile Data - Intermediate System). Centrale te pozwalają na transmisję między dowolnymi użytkownikami sys­temu CDPD i zawierają informację niezbędną do odszukania adresata informacji w określonej komórce sieci. Istnieje także możliwość współpracy central z innymi sieciami, także z siecią Internet.


System Mobitex

W przeciwieństwie do systemu CDPD, Mobitex jest siecią samodzielną. Została ona opracowana i uruchomiona przez firmę Ericsson. Początkowo sieć umożliwiała trans­misję danych z prędkością 1200 b/s oraz przesyłanie mowy. W późniejszym okresie zrezygnowano z przesyłania mowy, a prędkość transmisji danych wzrosła do 8 kb/s. Sieć może pracować w pasmach 80 MHz, 160 MHz, 450 MHz lub 900 MHz.


Architektura sieci Mobitex
W skład sieci Mobitex wchodzą:

  • stacje ruchome,

  • stacje bazowe,

  • centrale lokalne,

  • centrale regionalne,

  • centrala główna,

  • centrum sterowania siecią.

Architekturę systemu przedstawiono na rysunku 11.





Stacje bazowe znajdują się na najniższym poziomie hierarchii węzłów sieci Mobitex. Są one połączone z centralami lokalnymi za pomocą linii telefonicznych z zastosowa­niem protokołów HDLC i X.25. Identyczne połączenia znajdują się między pozosta­łymi centralami, a także między centralą główną i centrum sterowania siecią NCC (ang. Network Control Center).


Protokoły w sieci Mobitex
W systemie Mobitex wykorzystuje się następujące protokoły:

  • MPAK (ang. Mobitex PAcKet), pełniący funkcję warstwy sieciowej w całej sieci Mobitex,

  • MASC (ang. Mobitex ASynchronous Communication), pełniący funkcję war­stwy liniowej na łączu między komputerem a radiomodemem systemu Mo­bitex,

  • ROSI (ang. RadiO SIgnalling), pełniący funkcję warstwy liniowej łącza ra­diowego,

  • X.21, X.25 i HDLC.

Umiejscowienie poszczególnych protokołów w procesie transmisji z wykorzystaniem sieci Mobitex ilustruje rysunek 12.


Dane użytkownika dzielone są na pakiety protokołu MPAK, zawierające informacje adresowe, niezbędne do przesłania informacji. Pakiety te są następnie dzielone na

fragmenty, umieszczane w ramce warstwy liniowej, przy czym każdy fragment osob­no zabezpiecza się sumą kontrolną CRC. Ramka ta dzielona jest na bloki warstwy fi­zycznej, k
tóre po indywidualnym zakodowaniu kodem Hamminga poddawane są operacji przeplotu blokowego. Tak uzyskany sygnał binarny o przepływności 8 kb/s poddawany jest modulacji OMSK i wysyłany kanałem o szerokości 12,5 kHz. Sposób podziału danych użytkownika ilustruje rysunek 4.13.





Dostęp stacji ruchomych do łącza wykorzystuje protokół Aloha w wersji szczelino­wej. Stacja bazowa okresowo wysyła informację (tzw. wolna ramka, ang.freeframe), określającą długość i liczbę szczelin dostępnych dla transmisji. Stacja posiadająca da­ne do wysłania odlicza losowo numer szczeliny od chwili otrzymania wolnej ramki i rozpoczyna transmisję w wybranej szczelinie.


Sieć trankingowa TETRA
TETRA (początkowo ang. Trans-European Trunked RAdio, obecnie ang. TErrestrial Trunked RAdio) jest europejskim standardem cyfrowej łączności trankingowej, opra­cowanym przez ETSI w latach 1992 - 1994. Umożliwia on transmisję głosu i danych (w trybie połączeniowym lub pakietowym), udostępniając przy tym szereg usług do­datkowych, typowych w zasadzie dla telefonii komórkowej. Niemniej jednak jest on przeznaczony głównie do stosowania w sieciach dyspozytorskich służb publicznych.

Sieci dyspozytorskie i trankingowe

Tradycyjne systemy dyspozytorskie służą zapewnieniu łączności z pracownikami przedsiębiorstw i służb publicznych, takich jak np. pogotowie ratunkowe czy policja, a także służby energetyczne, kolejowe i drogowe. W systemie takim łączność prowa­dzona jest w kanale otwartym, w którym każdy użytkownik słyszy wszelkie rozmowy i na tej podstawie może określić zajętość kanału.

Istotną wadą systemów dyspozytorskich, obok niskiej jakości połączeń, jest ograni­czona liczba kanałów transmisyjnych. Może się zatem zdarzyć, że pewne połączenia nie zostaną zrealizowane. Ponieważ jednak na danym obszarze pracuje zwykle kilka systemów dyspozytorskich, jest duże prawdopodobieństwo, że w którymś z nich nie­ które kanały są wolne, jednak nie mogą być wykorzystane przez użytkowników inne­go systemu.

Idea trankingu (ang. trunking) polega na połączeniu systemów dyspozytorskich w je­den system o odpowiednio większej pojemności, zaś połączenia kierowane są do wspólnej kolejki. Przydział kanałów poszczególnym połączeniom odbywa się auto­matycznie, dzięki czemu można zachować prywatność prowadzonych rozmów. Każ­de żądanie może zostać obsłużone, o ile łączna liczba rozmów nie przekracza liczby kanałów.
Architektura systemu TETRA

W skład systemu TETRA wchodzą:



  • terminale (ruchome i stałe),

  • stacje bazowe BTS (ang. Base Transceiver Station

  • centrale lokalne LSC (ang. Local Switching Centre),

  • centrala główna MSC (ang. Main Switching Centre)

  • centrum eksploatacji OMC (ang. Operations & Maintenance Centre).

Architekturę systemu pokazano na rysunku 14. Poszczególne składniki systemu peł­nią podobne funkcje, jak odpowiadające im elementy systemu GSM.

System TETRA może współpracować z dowolnym innym systemem telekomunika­cyjnym, w tym także z innymi systemami TETRA.




Transmisja w łączu radiowym


Podobnie jak w systemie GSM, także w systemie TETRA wykorzystano połączenie wielodostępu częstotliwościowego FDMA i czasowego TDMA. Pasmo przeznaczone

dla sieci TETRA podzielone jest na kanały o szerokości 25 kHz, w których z kolei wyodrębnione są cztery podkanały czasowe, tworzące tzw. ramkę TDMA. W każdej szczelinie ramki przesyła się SIO bitów z prędkością 36 kb/s. W obrębie szczeliny przesyła się różne typy pakietów, z których większość wypełniają całą.

Ramki TDMA wchodzą w skład tzw. wieloramki (ang. multiframe), zawierającej 18 ramek. Z kolei hiperramka (ang. hiperframe) zawiera 60 wieloramek, a jej czas trwa­nia wynosi 61,2 s. Sposób tworzenia poszczególnych poziomów ramek ilustruje rysu­nek 15.
Podobnie jak w systemie GSM, ciąg bitów poddawany jest wielu operacjom, mającym na celu zabezpieczenie informacji przed błędami transmisji i niepowołanym dostę­pem. Wynikowy ciąg binarny poddawany jest różnicowej, kwadraturowej modulacji fazy (π/4 DQPSK, ang. Differential Quadrature Phase Shift Keying) z szybkością 18 kbd. W celu uzyskania dostępu stacji do łącza wykorzystuje się protokół Aloha.



Dla potrzeb standardu TETRA przydzielono pasmo 380 - 400 MHz. Wielkość komó­rek wynosi do 60 km, a maksymalna prędkość terminala 200 km/h.



Usługi w systemie TETRA


Standard TETRA przewiduje dwa podstawowe tryby pracy:

  • TETRA VD (ang. Voice plus Data), w którym możliwa jest transmisja zarów­no mowy, jak i danych,

  • TETRA POD (ang. Packet Optimized Data), przeznaczony tylko do transmi­sji danych.

W odmianie VD system pracuje w trybie połączeniowym. Sygnały mowy są przesy­łane w kanałach rozmównych, wchodzących w skład ramki TDMA. Transmisja da­nych natomiast może odbywać się z prędkościami 4,8 - 19,2 kb/s, w zależności od liczby szczelin ramki TDMA przydzielonych danemu połączeniu. W tym trybie ist­nieje możliwość bezpośredniej łączności między terminalami bez wykorzystania sta­cji bazowej.



Odmiana POD może być wykorzystywana tylko wówczas, gdy nie jest potrzebna transmisja głosu. Dane można przesyłać w trybie połączeniowym i bezpołączenio­wym, z różnymi priorytetami, także do odbiorców grupowych. Prędkość transmisji wynosi do 19,2 kb/s.


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna