Книга Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

пропускания, оставляя в конечном итоге 24,7 Кбит/с для полезных данных в расчете на каждого пользователя (до коррекции ошибок). После коррекции на голосовые данные остается 13 Кбит/с. И хотя это существенно меньше, чем 64 Кбит/с при PCM для несжатых голосовых сигналов в стационарных телефонных сетях, благодаря сжатию на стороне мобильного устройства можно достичь этого уровня без особой потери качества.

Как видно из илл. 2.42, один фрейм TDM состоит из восьми фреймов данных, а один 120-мс суперфрейм состоит из 26 фреймов TDM. Из них слот 12 используется для управления, а слот 25 зарезервирован для использования в будущем, так что для пользовательского трафика доступно только 24 фрейма.

Впрочем, помимо показанного на илл. 2.42 суперфрейма на 26 слота, используется также (не представленный) суперфрейм на 51 слот: часть из них используется для каналов управления системой. Широковещательный канал управления (broadcast control channel) представляет собой непрерывный поток

Илл. 2.42. Фрагмент структуры фреймов GSM

выходных сигналов базовой станции, содержащих ее идентификатор и данные о состоянии канала. Все мобильные устройства непрерывно отслеживают мощность сигнала, чтобы узнать о переходе в новую соту.

Выделенный канал управления (dedicated control channel) используется для обновления данных о местоположении, регистрации и подготовке звонков. В частности, у каждого BSC есть база данных мобильных устройств, относящихся к нему в данный момент (VLR). Необходимая для обновления VLR информация передается по выделенному каналу управления.

В системе также есть общий канал управления (common control channel), разбитый на три логических подканала. Первый из них — пейджинговый канал (paging channel), используемый базовыми станциями для оповещения о входящих звонках. Все мобильные устройства непосредственно следят за ним в ожидании звонков, на которые необходимо ответить. Второй — канал произвольного доступа (random access channel), через который пользователь может запросить слот в выделенном канале управления. В случае конфликта двух таких запросов они искажаются и их приходится повторить позднее. С помощью выделенного канала управления станция может установить соединение. Оповещение относительно выделенного слота происходит по третьему подканалу — каналу предоставления доступа (access grant channel).

Наконец, GSM отличается от AMPS способом передачи обслуживания. В AMPS MSC производит его без какой-либо помощи со стороны мобильных устройств. При использовании временных слотов GSM телефон большую часть времени ничего не посылает и не принимает. Неиспользуемые слоты дают мобильному устройству возможность измерять качество сигнала от расположенных поблизости базовых станций и отправлять полученную информацию BSC. На основе этой информации BSC определяет, когда мобильный телефон покидает одну соту и переходит в другую, для своевременной передачи обслуживания. Эта архитектура называется передачей обслуживания при содействии мобильных устройств (Mobile Assisted HandOff, MAHO).

2.6.5. Технология 3G: цифровая передача голоса и данных

Первое поколение мобильных телефонов предназначалось для аналоговой передачи голоса, а второе — для цифровой. Третье поколение, 3G, служит для цифровой передачи голоса и данных. К широкому распространению этой технологии привело несколько факторов. Во-первых, когда появился 3G, объем передаваемых данных в стационарных сетях начал превышать объем голосового трафика; аналогичная тенденция наблюдалась и для мобильных устройств. Во-вторых, наметилась тенденция объединения телефонных, интернет- и видеосервисов. Появление смартфонов, начиная с выпущенного в 2007 году iPhone компании Apple, ускорило переход к мобильному интернету. С ростом популярности iPhone неуклонно росли и объемы данных. Изначально iPhone использовал сеть 2.5G (по сути, немного усовершенствованную сеть 2G), пропускная способность которой была явно недостаточной, чтобы удовлетворить растущие потребности пользователей. Это обусловило переход на технологию 3G, поддерживающую более высокие скорости передачи. Годом позднее компания Apple выпустила обновленную версию iPhone с поддержкой сетей 3G.

Операторы с самого начала пытались продвигаться в направлении 3G путем перехода на технологии, иногда называемые 2.5G. Одна из таких систем — EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution — «усовершенствованный GSM с улучшенной скоростью передачи данных»). По сути, это GSM с большим количеством битов на символ, что автоматически ведет к увеличению числа ошибок на символ. Поэтому в EDGE насчитывается девять схем модуляции и коррекции ошибок, возникающих из-за более высокой скорости. Эти схемы различаются задействованной долей полосы пропускания. EDGE — лишь один шаг на пути эволюции от GSM к технологиям 3G, представленным далее.

Начиная с 1992 года МСЭ пытался конкретизировать концепцию 3G, для чего выпустил рабочий проект IMT-2000 (где IMT означает International Mobile Telecommunications — Международный стандарт мобильной связи). Сеть IMT-2000 должна была предоставлять своим пользователям следующие базовые сервисы:

1. Передача голосовых данных в высоком качестве.

2. Обмен сообщениями (вместо электронной почты, факсов, SMS, чатов и т.д.).

3. Мультимедийные сервисы (проигрывание музыки, просмотр видео, фильмов, телепрограмм и т.д.).

4. Доступ в интернет (веб-серфинг, включая страницы с аудио и видео).

В числе дополнительных сервисов: видеоконференции, телеприсутствие, многопользовательские игры и мобильная коммерция (оплата товаров в магазине взмахом мобильного телефона на кассовом терминале). Более того, все эти сервисы должны были предоставляться повсеместно (с автоматическим соединением через спутник в отсутствие приземной сети), мгновенно (с постоянным подключением) и с гарантированным QoS. Другими словами, журавль в небе.

МСЭ рассчитывал на единую технологию IMT-2000 в масштабах всего земного шара, чтобы производители могли разработать для нее универсальное устройство, продаваемое и используемое повсюду. Единая технология сильно упростила бы положение дел для сетевых операторов и привлекла бы больше пользователей.

Но оказалось, что эти планы были излишне оптимистическими. Число 2000 в названии проекта означало три вещи: (1) год предполагаемого внедрения; (2) частоту в мегагерцах, на которой технология должна была работать; (3) предполагаемую пропускную способность сервиса (в килобитах в секунду). К 2000 году ничего из этого не было реализовано. МСЭ рекомендовал правительствам всех государств зарезервировать диапазон частот 2 ГГц для беспроблемного перемещения устройств из одной страны в другую. Выполнил это требование только Китай. Наконец, стало понятно, что скорость 2 Мбит/с выглядит не слишком реалистичной для очень мобильных пользователей (из-за невозможности достаточно быстрой передачи обслуживания). Эта скорость больше подходила для стационарных пользователей в помещении. Для пешеходов достижимой была скорость 384 Кбит/с, для подключений в автомобилях — 144 Кбит/с.

Несмотря на первоначальные неудачи, с тех пор удалось добиться многого. Было предложено несколько вариантов IMT-2000, из которых после отбора осталось два основных. Первый — WCDMA (Wideband CDMA — широкополосный CDMA) от компании Ericsson. Его продвигал Европейский союз, где он называется UMTS. Второй — CDMA2000, предложенный компанией Qualcomm в США.

У этих систем больше сходств, чем различий: обе основаны на широкополосном варианте CDMA. WCDMA использует каналы в 5 МГц, а CDMA2000 — в 1,25 МГц. Если посадить инженеров Ericsson и