آشنایی با شبکه‌های نسل چهارم ‏موبایل

رشد سیستم‌های تلفن سیار، افزایش کاربران اینترنت و ‏بالا رفتن انتظار و نیازهای کاربران، مانند تقاضای ‏دسترسی به اینترنت با کیفیت بالا از طریق سیستم‌های ‏بی‌سیم، منجر به طراحی سیستم‌هایی شده است که قادر به ‏برآورده کردن 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 ‏چراکه 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 5/2 مانند ‏GPRS، مدل گسترش یافته ‏شبکه‌های نسل2  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 3 ‏‎(UMTS)‎‏ قصد داشتند مشکلات متعددی که ‏نسل‌های 2 و 5/2 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 3 وجود داشت، افزایش پهنای ‏باند به ‏Kb/s‏ 128در ماشین‌ها وMb/s ‎‏ 2 در کاربردهای ‏ثابت بود ولی در واقعیت، خروجی نسل3 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 3 می‌شود و این نگرانی وجود ‏دارد که در بسیاری از کشورها، نسل 3 مورد توجه واقع ‏نشود. در مجموع تمامی این مسائل و نگرانی‌ها باعث ایجاد ‏رقابت و تمایل به استفاده از تکنولوزی‌های‌ بی سیم ‌نسل ‏‏4 شد.‏
شبکه‌های نسل چهارم یا ‏G‏4 ، 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 ‏G‏4 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 که در آینده جایگزین گوشی‌های تلفن ‏همراه فعلی خواهد شد)‌. از طرف دیگر یک صورتحساب را با ‏کاهش کل هزینة دسترسی داشته و دسترسی بی سیم قابل ‏اعتمادی را حتی در صورت از دست دادن یک یا چند شبکه، ‏داشته باشند.‏
در حال حاضر ‏G‏4 یکی از ابتکارات مراکز ‏R&D‏ برای ‏فائق آمدن بر محدودیت‌های موجود و بر طرف کردن مشکلات ‏G‏3  است که نتوانسته به وعده‌های خود در زمینه ‏عملکردها و خروجی های مختلف عمل کند.  در عمومی ترین ‏سطح، ساختار ‏G‏4 شامل سه منطقة پایة 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 ‎‎802.16‎‏ ) و ارتباطات سلولی. با این اوصاف ‏G‏4 برای ‏محدودة 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 وسیلة دستگاه ‏استفاده می شود، تعریف شده است، تعامل داشته باشد. ‏به طور خلاصه، ریشه‌های شبکه‌های ‏G‏4 بر مبنای ایدة ‏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 وسیلة 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:‏
‏1-سرعت بالا: سیستم‌های ‏G‏4 باید سرعت پیک بیش از ‏Mb/s‏100 را در حالت ساکن  و میانگین ‏Mb/s‏20 را در حال ‏حرکت ارائه دهند.‏
‏2- ظرفیت بالای شبکه: ظرفیت شبکه باید حداقل 10 ‏برابر بیشتر از سیستم‌های ‏G‏3 باشد. که این مقدار زمان ‏Download‏ یک فایل ‏M byte‏10 را در سیستم های ‏G‏4 به 1 ‏ثانیه کاهش می‌دهد که این زمان در سیستم‌های ‏G‏3 معادل ‏‏200 ثانیه برآورد شده است. از طرف دیگر قابلیت ‏ارائه ویدئو با کیفیت بالا به تلفن‌ها و تجربة واقعیت ‏مجازی در صفحات نمایش گوشی ها را نیز ارائه می‌کند.‏
‏3- فراگشت سریع و بی سیم بین شبکه‌های مختلف: ‏شبکه‌های بی‌سیم ‏G‏4 باید از جابجایی عمومی بین شبکه‌های ‏موبایل و شبکه‌های بی‌سیم مختلف پشتیبانی  کنند.‏
‏4- پشتیبانی از چند رسانه‌های نسل جدید: شبکة ‏G‏4 باید قادر به پشتیبانی از مقدار زیاد دیتای ‏انتقالی با سرعت بالا و با هزینة پایین‌تر از هزینه‌های ‏معمول باشد. ‏

شبکه‌های ‏G‏4 و 6‏‎ IPV‎
هدف ‏G‏4 این است که تکثر و فراوانی موجود در بین ‏شبکه‌های موبایل را با یک شبکة مرکزی 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 کرد.‏
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. پروتکل ‏IP‏ ‏در واقع به عنوان یک پیوند دهنده بین شبکه‌های مختلف ‏برای تأمین ارتباطات عمومی و حرکت‌پذیری، عمل می کند. ‏
یک شبکة بی‌سیمIP ‎، پروتکل مخابراتی سیستم سیگنالینگ ‏شمارة 7  ‏‎(SS7)‎‏ که واقعاً یک عامل زائد می‌باشد، را ‏تغییر می‌دهد. زیرا ارسال سیگنال ‏SS7‎‏ 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 پایة 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 لایة ‏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.‏