Sayfa No:
1 – Giriş 1
Abstract 2
2 - Kablosuz Servislerde Yeni Adım 3
2.1 - Üçüncü Nesle Gerçekten İhtiyacımız Var mı? 3
2.2 - 3G Nedir ? 5
3 - 3G'nin Evrimi 5
3.1 - İkinci Nesil 5
3.2 - Ara Dönem (2.5G) Nesli 6
3.3 - Üçüncü Nesil Kablosuz 6
3.4 - Evrensel Mobil Telekomünikasyon Servisi 8
4 - Ağ Mimarisi 8
4.1 - 2G Mimarisi 8
4.1 (a) Mobil İletişim İçin Global Sistem (GSM) 9
4.1 (b) Zaman Bölmeli Çoklu Erişim IS - 136 Teknolojisi (TDMA) 9
4.1 (c) Kod Bölmeli Çoklu Erişim Teknolojisi (CDMA) 10
4.2 - 3G Mimarilerine Geçiş - Evrimin Yaratılması - 2.5G 11
4.2 (a) Genel Paket Radyo Servisleri (GPRS) 12
4.2 (b) Yüksek Hızlı Devre Anahtarlamalı Veri (HSCSD) 13
4.2 (c) Global Değişim için Arttırılmış Veri Hızları (EDGE) 14
4.2 (d) CDMA2000 15
4.3 - 3G Mimarisi 16
4.3 (a) Geniş Bantlı CDMA (WCDMA) 17
5 - UMTS'ye Bakış 20
5.1 - UMTS Konsepti 21
5.2 - IP ve MPLS Kullanımı 22
6 - 3G Standartları 23
7 - 3G'nin Pazar Tahminleri 25
8 – Sonuç 26
9 – Kaynakça 27
1. Giriş
Bu çalışmanın temel amacı kablosuz iletişim sistemlerinde değişen – evrimleşen yapılar hakkında bilgi vermektir. Üçüncü Nesil ağlarının geçirdiği evrime, mimarilerine ve 3G’nin yüksek tekniği üzerine kablosuz iletişim endüstrisinin geleceğine odaklanmıştır.
Dünya yavaş ama emin adımlarla sınırlı bant genişliklerine sahip ikinci nesil kablosuz teknolojilerinden çok daha yüksek hızlara sahip olan üçüncü nesil kablosuz teknolojilerine doğru yol almaktadır.
3G teknolojilerinin en önemli getirisi şimdikinden kat kat arttırılmış kapasite, kalite ve veri hızlarıdır. Üçüncü nesil bu ileri servislerden son kullanıcıların faydalanmalarını sağlayacak ( içinde bulundukların ağın hangisi olduğunun bir önemi olmadan, istedikleri farklı ağlar arasında dolaşım yaparak ), kablosuz dünyası ile internet dünyası arasındaki boşluğu dolduracak ve her iki dünya arasındaki geçişleri mümkün kılacaktır.
Bu çalışma kablosuz teknoloji marketinde evrimleşen teknoloji trendlerine genel bir bakışı, evrimleşen kablosuz teknolojilere genel bir bakışı ve büyüyen kablosuz çoklu ortam servisleri taleplerini karşılamak için iletişim endüstrisinin 3G kablosuz teknoloji standartlarını nasıl uyguladığının bir çalışmasını içerir.
Çalışmada önce üçüncü neslin temeli ve değişimine başladığı nokta olan ikinci nesil ve standartları tanıtılacak daha sonra da üçüncü nesil standartları anlatılacaktır.
Anahtar kelimeler: İkinci Nesil, Değişim, Üçüncü Nesil
1. Abstract
The main objective of this paper is to give information about the evolving structures in wireless communication systems. It is focused on the evolution of the Third generation networks, their architectures and the future of wireless communications industry on 3Gs advent.
The world is slowly but surely moving away from the limited bandwidth world of current Second generation (2G) wireless technologies to third generation wireless technologies that enables much higher bandwidths.
The main benefit of the 3G technologies will be enhanced capacity, quality and data rates than are currently available. This will enable the provision of advanced services to the end user (irrespective of the network they belong to, by means of roaming between different networks) and will bridge the gap between the wireless world and the Internet world, making inter-operation easier.
This paper presents an overview of evolving technology trends in the wireless technology market, an overview of the evolving wireless technologies and an examination of how the communications industry plans to implement 3G wireless technology standards to address the growing demand for wireless multimedia services.
In those pages, firstly, the point where third generation started its migration, e.g second generation, and its standarts will be held then third generation standarts are gonig to be described.
Key words : Second generation, Evolution, Third Generation.
2. Kablosuz Servislerde Yeni Adım
2.1. Üçüncü Nesle Gerçekten İhtiyacımız Var mı ?
Mobil iletişim sistemleri birkaç nesillik deneyim sürecinden geçmekte***. Şu anki ikinci nesil ( 2G ) sistemi devre anahtarlamalı ses ve veri servisleri sağlamakta. 2.5G sistemi ise 64Kbps’ye kadar düşük oranlı paket anahtarlamalı veri servisi sağlayacak.
Bir mobil iletişim sistemi iki bölüme ayrılabilir: hava ara yüzü ilişkili işlevleri yerine getiren bir radyo erişim ağı ile, anahtarlama işlevlerini ve internet ve kamusal anahtarlamalı telefon ağı ( PSTN ) gibi dış ağlara olan ara yüzleri gerçekleyen bir merkezi ağı kapsar.
Şimdi şu anki İletişim Sistemlerinde’ki bazı sınırlamaları inceleyelim:
Şu anda kullanımda olan mobil iletişim sistemleri gelecekte, kullanıcı ve sağlayıcı taleplerini karşılamaya yeterli olmayacaktır.
Belki de halihazırdaki 2G iletişim sistemleri ile ses iletimi ( mobil hücreler ), text veri iletimi, kısa mesaj servisi ( SMS ) ve öncül WAP bazlı internet erişim uygulamalarını karşılamada her hangi bir sorunla karşılaşılmayacak. Bununla birlikte, bu 2G teknolojileri ile frekans kaynaklarının yüksek taleplerin veya veri hızı artırımlarının desteklenmesi nedenli tükenişlerini önlemek mümkün olmayacaktır. Mobil video telefonlarının ve mobil internet erişiminin hızlı popülerleşmesi ile birlikte, tahmini 10 yıllık bir süre zarfında limitlere ulaşılacaktır. Yüksek boyutlu veri transferleri, sondan sona Hizmet Kalitesi ( QoS ) ve ortamın tümleştirilmesi gibi kullanımlar ile baş edebilmek için yeni radyo teknolojilerinin adaptasyonu ile IP bazlı yeni ağ teknolojileri ve yeni protokollerin uygulanması mobil iletişiminin evrimi için gereklidir.
Yeni nesil teknolojisinin evrimi hem radyo erişim ağı hem de merkezi ağda gerçekleşmelidir.
Ses ve düşük hızlı veri servisleri yüksek hızlı internet erişiminin olduğu bir dünyada yetersiz kalacaktır. Trend herhangi bir yerde ve herhangi bir zamanda talep üzerine kullanıcıya çok yönlü çoklu ortam bilgisi sunan global bilgi ağlarına doğrudur. Yeni gereksinimleri karşılamak için mobil iletişim sisteminin 3G’ye evrimleşmesi zorunludur. 3G daha etkin bant genişliğini kullanımı ile 2 Mbps’e kadar çıkan bir veri hızı sağlayabilecektir.
WAP ( Kablosuz Uygulama Protokolü ) kablosuz internetin önemli bir teknolojisidir. WAP değişik alanlarda değişik uygulamalara adapte edilebilen kablosuz uygulama geliştirmesi için tanımlanmış spesifikasyonların birleşimidir. Şu anda, WAP için en genel platform bir 2G ( İkinci Nesil Kablosuz Sistem ) olan GSM’dir ( Global System for Mobile Communication – Mobil İletişim Global Sistemi ). Bununla birlikte, GSM’nin haberleşme kanalı performansı sadece 9.6 Kbps’den 14.4 Kbps’ye kadardır ve bu diğer iletişim bağlantıları, PSTN’nin ( Public Switched Telephone Network – Kamusal Anahtarlamalı Telefon Ağı ) 56 Kbps’lik performansı gibi, ile karşılaştırıldığında görece yavaştır. Daha çok kullanıcıyı ve daha zengin içeriği desteklemek için 3G gibi yeni bir kablosuz iletişim sistemleri nesline ihtiyaç vardır.
2.2. 3G Nedir?
3G kablosuz iletişimin yeni neslidir ve geliştirilmesi, önderliğini ITU’nun ( International Telecommunication Union – Uluslararası Telekomünikasyon Birliği ) yaptığı IMT – 2000 ( International Mobile Telecommunication – 2000 ) adlı çalışması üzerine temellendirilmiştir.
3G sistemleri CDM ( Code Division Multiple Access ), GSM ( Global System for Mobile Communication ), TDMA ( Time Division Multiple Access ) gibi birbirleri ile uyumsuz değişik 2G sistemlerinden türetildiği için, IMT – 2000 standardı 3G’de değişik sistemlerin uyumluluğunu ve iç içe kullanılabilirliğini garanti edecektir.
Şu anda birinci ve ikinci nesil kablosuz ağları, devre anahtarlamalı ses servisleri ve düşük oranlı devre anahtarlamalı ile paket anahtarlamalı veri servisleri için destek sağlamaktadır. En yoğun kullanılan birinci nesil mobil telefon sistemleri AMPS ( Advanced Mobile Phone System ), NMT ( Nordic Mobile Telephone ), ve TACS’dir( Total Access Communications System ).
İkinci nesil sistemleri GSM, IS-136, DMPS, IS-95 veya cdmaOne, ve PDC’den ( Personal Digital Cellular ) oluşmuştur.GSM bütün dünyada yaygın olarak kullanılmaktadır.
3G geniş bantlı ve paket bazlıdır. Text, sayısal ses ile görüntü ve çoklu medya iletimi sabit bir kablosuz ortamda 2Mbps’ye kadar, mobil ortamda ise 384 Kbps’ye kadar çıkan veri hızları ile yapılabilmektedir.
3G sadece bant genişliğinin yükselmesi anlamına gelmiyor. 3G kablosuz sistemlerin kullanım amacını ve yolunu da değiştirecektir. 3G paket anahtarlamalı bağlantıyı kullandığı için bu, terminalin her zaman sanal olarak ağa bağlı olacağı anlamına gelmektedir. Ve böylelikle yüksek bant genişliği beraberinde video konferans, çoklu ortam akışı ( multimedia streaming ) gibi yeni servislere olanak sağlayacaktır.
3G, içerisinde dolaşan ( roaming ) kullanıcıya uydu ve yer yüzü bağlantıları ile, kullanmaya alışık olduğu servislere evde veya ofiste iken ulaşabileceği VHE’yi de ( Virtual Home Environment – Sanal Ev ortamı ) sunmaktadır.
3G kullanarak insanlar resim, video ve televizyon gibi her türlü sayısal bilgiye ulaşabilirler. Dahası video konferans, elektronik ödeme ve konum belirleme servisleri de mümkün olmaktadır. Ayrıca 3G mobil on-line alışveriş ve mobil on-line ödeme gibi yeni iş fırsatlarını da beraberinde getirmektedir.
Aşağıda 3G’nin hayatımıza nasıl adapte olabileceği hakkında bir kaç senaryo vardır :
İş : Çalışanlar evde veya ofis dışında çalışabilirler, şirketlerinin iç ağlarındaki bilgilere 3G terminalleri kullanarak ulaşabiliriler.
Diğer: İnsanlar banka hesaplarını kontrol edebilirler, faturalarını ödeyip rezervasyon yaptırabilirler, televizyon seyredip internetten indirdikleri müzik parçalarını dinleyebilirler. Turistler gittiklerinin ülkenin tur rehberlerine ulaşabilirler, on-line tercüme yardımı alabilirler. Dahası, evsel uygulamalar uzaktan erişim için radyo modemler aracılığı ile yapılabilir.
3.
3G’nin Evrimi:
1980’lerin ortalarında, kişisel bilgisayarlar koca yapılarından hızlı biçimde kurtulmaya başladılar. 1990’larda PC, daha ileri trendlerin – taşınabilir bilgisayarlar ve networking – gelişimine yardımcı oldu. Bu gelişmelerden önce PC, sadece yazıcı ile haberleşebilen sabit bir makine idi. Taşınabilir ve hafif bilgisayarların ani başarısı, insanların bilgiyi olduğunca kolay ulaşılabilir halde istediklerine işaret etti. Networking’in ani yükselişi, diğer yönden, kullanıcıların bilgilerinin izole edilmiş halde değil de bağlantılı ve erişilebilir biçimde istediklerini gösterdi.
Bu fikir birçok araştırmacının hücresel sayısal paket verileri için büyük bir pazarın doğacağının farkına vardıkları 1990’ların başlarında geniş ölçüde kavranmıştı. Yaygın iyimserliğe rağmen mobil kablosuz uygulamalar daha ortaya çıkmamıştı.
Dört önemli engel bunun yaygın kullanımını yavaşlattı:
3.1. İkinci Nesil:
Bu servisler şu anda kullanımda en yaygın olanlardır ve Amerika, Avrupa ve Japonya’da bugünün kablosuz uygulamalarının ( SMS gibi ) üretildiği platformlardır. Kısa vadede, uygulamaların bu ağlar üzerinde temellendirilmesine devam edilecektir.
Kablosuz mobil ağları ikinci nesil düşük bantlı sayısal veri iletimine dayandırılmıştır.
Bugün Avrupa’da “Ağ-tabanlı” aletler aslında internete bağlı değillerdir. Finlandiya, Almanya, UK, Fransa ve ülkemizde popüler olan olan servisler genelde SMS kullanılarak gerçeklenir. Gerçek “Ağ” erişimi 2.5G veya 3G ağları kullanıma sunulduğunda mümkün hale gelecektir. Japonya’da ve Doğu Asya’da bu böyle değildir, çünkü i-Mode gibi servisler gerçek internet tabanlı servisleri kullanırlar. 2G yapıları içinde Amerika’da en popüler olan 2 tanesi; Sprint PCS tarafından sunulan CDMA kullanan PCS planları ve TDMA kullanan AT&T kablosuzdur. Bu arada GSM büyük ölçüde Japonya ve Avrupa’da kullanılmaktadır. Esasında bütün bu servisler 14.4 Kbps hızlarına kadar sayısal servis sağlarlar. GSM’in ayrıca iki yollu veri servisi sağlama yetisi var iken, diğerleri sadece tek yönlü servisler sağlamaktadırlar.
3.2. Ara Dönem ( 2.5G ) Nesli:
2.5 veya gelecek nesle geçiş teknolojisi hali hazırda var olan hücresel operatörlerin ve Kişisel İletişim Servisleri ( Personal Communications Service ) ( PCS ) operatörlerinin International Telecommunications - 2000 (IMTS-2000) spesifikasyonu ile referanslanan gelecek nesil kablosuz teknolojisine göçtükleri metottur.
3G teknolojisi için büyük ölçekli yatırımlar yapılmadan önce, var olan GSM, TDMA ve CDMA ağlarına uygulanan iyileştirmeler kullanıcılara büyük yararlar sağlarken aynı zamanda kablosuz servis sağlayıcılarının bu geçişi minimum risk ile atlatmalarını sağlar. Bu gelişmeler şu anki ağların sağladığı ile aynı bant genişliğinde daha hızlı veri iletimini mümkün kılarken şu anki kablosuz internet hızlarını arttırmaktadır. Bu nedenle bu gibi ağlar ara dönem ağları olarak adlandırılırlar çünkü bunlar tam bir bütün teknolojik ağ değillerdir ama ikinci ve üçüncü nesil arasında yer alırlar. 2.5G sistemleri hali hazırdaki 2G sistemleri ve öngörülen 3G sistemleri için bir köprü niteliğindedir.
3.3. Üçüncü Nesil Kablosuz
3G’ye göç sadece merkezi ağı ve radyo ara yüzünü IMT-2000 uyumlu sistemlere evrimleştirmekten ibaret değildir. 3G’ye geçiş şu teknoloji ve basamaklar üzerine de temellendirilecektir:
Üçüncü nesil mobil sistemi birinci nesil uydu sistemlerinin ve daha yüksek iletim hızları ve kapasitesi ile hızlandırılmış ikinci nesil mobil sistemlerin birleşiminin üzerine çıkaracaktır. Şu anki mobil ağların 3G’ye evrimi sadece hali hazırda kullanılan yapının 3G’ye iyileştirilmesi anlamına gelmemektedir. Değişim her iki neslin de ( 2G ve 3G ) varoluş süreçlerinde dengeli olarak ilerlemeli, kullanıcılar eski ve yeni ağlar arasında geçiş yapabilmeli ve 3G’nin kapsama alanları dahilinde 3G servislerini kullanabilmelidir.
Daha önce de belirtildiği gibi, bir 3G ağı GSM MAP ve IS-41 ağ mimarilerinden birini destekleyen 3 olası hava ara yüzünden birisine sahip olabilir. Bu şu anki ağların üçüncü nesle dönüşmeleri için birkaç yolun olduğunu göstermektedir. TDMA ve GSM ağlarının EDGE ile birleşimi değişim yollarına bir seçenek daha katmaktadır.
Aşağıdaki şekil 3G sistemlerine geçişi özetlemektedir. Şekil 2:
Kablosuz sistemlerin evrimi ve özellikleri şöyle özetlenebilir:
|
|
1G |
2G |
3G |
|
Sistem |
Analog |
Sayısal |
Sayısal |
|
Ana Sistem |
AMPS,NMT ve TACS |
GSM, CDMA, TDMA |
WCDMA ve CDMA 2000 |
|
Uygulama |
Ses |
Ses + küçük devre Anahtarlamalı Veri |
Ses + Paket Anahtarlamalı Veri |
|
Yerel Abone |
500 K ’dan daha küçük |
3.9M civarında |
5M ‘den daha büyük |
|
Hız |
Analog sinyal hızına bağlı |
9.6 Kbps veya 14.4Kbps |
Mobil için 384Kbps & sabit için 2Mbps |
|
Özellikler ve Faydalar |
Kararsız, küçük kapsama alanı ve düşük ses kalitesi |
Daha güvenli, veri servisleri, geniş kapsama alanı, daha çok kullanıcı, daha iyi ses kalitesi, uzun pil ömrü |
Çoklu medya verisi, konum belirleyebilme özellikleri, internet bağlantısı, sürekli erişim |
3G’nin çevrelediği anlam genelde pazarlama terimleri ile kaplanmıştır. Geçişi engelleyen birincil neden 3G’nin şu anda var olmayan radyo erişim ve ağ platformlarını içermesidir.
Herkesin üzerinde çalıştığı standart IMT-2000’dir ve bu birbiriyle mücadele içindeki birçok radyo erişim platformunu kapsar.
IMT-2000 / 3G şöyle açıklanabilir:
3.4.
Evrensel Mobil Telekomünikasyon Servisi - Universal Mobile Telecommunications
Service ( UMTS )
IMT – 2000 için birçok standart grubu tarafından ileri sürülen çeşitli standartlar TDMA ( Zaman Bölümlemeli Çoklu Erişim ) ve CDMA ( Kod Bölümlemeli Çoklu Erişim ) çözümlerinin her ikisini FDD ( Frequency Division Duplex ) ve TDD ( Time Division Duplex) çözümlerinin her ikisi ile birlikte kapsamaktadır.
Avrupa Telekomünikasyon Enstitüsü ( ETSI ) FDD kullanarak bir WCDMA ( Geniş Bantlı Kod Bölümlemeli Çoklu Erişim ) çözümü üzerinde karar kılmıştır. İki grup yaratılmıştır – Üçüncü Nesil Ortaklık Projesi - Third Generation Partnership Project ( 3GPP ) ve 3GPP2.
3GPP UMTS üzerinde çalışmaktadır, WCDMA üzerine temellendirilmiştir, 3GPP2 ise CDMA-2000 üzerinde çalışmaktadır.
UMTS Avrupa’da denildiği gibi bir 3G sistemidir. Geniş bantlıdır, paket bazlı text iletimlidir, sayısal veri, video ve çoklu ortam hizmetlerini muhtemelen 2Mbps ve daha üzerinde veri hızlarında yapabilir ve kullanıcısına dünyanın herhangi bir yerinden servis sağlayabilir.
4. Ağ Mimarisi
Üçüncü nesil mimarilerinin en önemli odağı ikinci nesil sistemlerinin çoklu medya uygulamalarını desteklemesi için yüksek veri hızlı servislere evrimleşmelerini sağlamaktır. Anahtar kelime ‘evrim’dir çünkü kablosuz sistem üreticileri, müşterileri olan servis sağlayıcılarının ITU tarafından sunulan 3G kablosuz servislerine geçişlerini şu anki teknolojiler dahilinde mobil kullanıcılarına da hizmet verebilecek şekilde eş zamanlı olarak sağlamalıdır.
Bu yüzden 3G mimarisinden önce 2G ağlarda yer alan teknolojiler incelenmelidir.
4.1. 2G Mimarisi:
Birçok ikinci nesil teknolojisi var olmaktadır ve bugün bunların her biri dünyanın çeşitli bölgelerinde çeşitli etkiler ile kullanılmaktadır.
GSM, TDMA ( IS 136 ) ve CDMA ( IS 195 ) ikinci nesil mobil pazarındaki en temel teknolojilerdir. Şimdiye kadar GSM kapsadığı alanlar dahilinde içlerinden en başarılı olanıdır. Bütün bu sistemlerin kendine özgü özellikleri ve yeterlilikleri vardır. GSM ve TDMA’nın her ikisi de hava ara yüzlerinde zaman bölmeli çoğullama üzerine temellendirilseler de, kanal büyüklükleri, yapıları ve merkezi ağları farklıdır. CDMA’nın tamamı ile farklı bir hava ara yüzü vardır.
4.1.
(a) Mobil İletişim İçin Global Sistem - Global System
for Mobile Communication ( GSM )
GSM mümkün olan frekans kanallarının zaman slotlarına bölündüğü ve her kullanıcının düzenli
aralıklarda bu zaman slotlarından bir tanesine
eriştiği dar bantlı TDMA teknolojisi üzerine temellendirilmiştir.
GSM birkaç çeşit veri servisine sahiptir.
GSM, 9600bps hızlarında, POTS üzerindeki kullanıcılara, ISDN’ye,
Paket Anahtarlamalı Kamusal Veri Ağlarına ve Devre Anahtarlamalı Kamusal Veri
Ağlarına X.25 veya X.32 gibi çeşitli metot ve protokolleri kullanarak veri ve
ses gönderip alabilir.
Bir GSM ağı baz
alıcı istasyonu ile UM ara yüzü üzerinden konuşan mobil istasyonlardan oluşur.
Birçok BTS Abis ara yüzü üzerinden bir BSC’ye ve BSC’de A ara yüzü ile merkezi anahtarlama ağı MSC’ye bağlıdır.
Şekil 3
4.1.
(b) Zaman Bölmeli Çoklu Erişim IS – 136 Teknolojisi - Time Division Multiple Access (TDMA) IS-136 Technology
TDMA ismi bu teknolojiye verilmiştir çünkü ağda mümkün olan frekans bantları zaman slotlarına bölünmüştür ve her bir kullanıcı düzenli aralıklarda bu slotlardan bir tanesine erişir. Sayısal kontrol kanalları bina içi kapsamasına izin verirken, pil standby süresi uzatılmış ve birçok mesajlaşma uygulaması hava aktivasyonu üzerinden genişletilmiş veri uygulamaları ile mümkün kılınmıştır. ( GSM’de aynı karakteristiklere sahiptir )
TDMA bant genişliğini önceki analog teknolojisi neslinin sağladığından daha etkin biçimde kullanır. TDMA IS – 136, Kuzey Amerika’da hem 800Mhz hem de 1900Mhz bantlarında mevcuttur. IS –136 TDMA analog kanallar ile aynı ağ üzerinde iç içe yer almaktadır. Bu iki modlu teknolojinin bir avantajı kullanıcılar yerleşik analog ağların yaygın kapsama alanından yararlanırken, IS – 136 TDMA’nın mümkün olduğu bölgelerde yüksek teknolojisinden yararlanabilmeleridir. TDMA ağları aynı bant genişliğini kullanarak analog ağların kapasitesini 3 kat arttırmıştır. TDMA kullanan en büyük servis sağlayıcıları AT&T Wireless Services, Bell South ve Southwestern Bell’dir.
4.1. (c) Kod
Bölmeli Çoklu Erişim Teknolojisi -
Code Division Multiple Access (CDMA) Technology
(IS-95)(cdmaOne)
Kuzey Amerika’da kullanılan CDMA teknolojisi QUALCOMM tarafından geliştirilen IS – 95 protokol standardı üzerine temellendirilmiştir. CDMA diğer iki teknolojiden havadan ses ve veri iletimi için dağınık spektrum tekniklerinin kullanılması ile ayrılır. RF spektrumunun frekans dilimleri veya zaman slotları ile ayrık kullanıcı kanallarına bölünmesi yerine, dağınık spektrum teknolojisi aynı spektrum bölgesinde kullanıcıları onlara birer sayısal kod atayarak ayırır. CDMA teknolojisinin avantajları yüksek kullanıcı kapasitesi ve diğer sinyaller ile karışmayı engelleyen bağışıklık sistemidir. TDMA IS – 136 gibi CDMA da 800 veya 1900Mhz bantlarında çalışır.
Bir CDMA sisteminde her sayısallaştırılmış sese ilgili kullanıcıya doğru cevap işaretini yönlendiren bir ikili sayı katarı atanır. Alıcı sinyali uygun kodu kullanarak demodüle eder. Sonuçtaki ses işareti istenen konuşmayı içerecektir, herhangi bir arka plan sesi ise elenir. Bu, iletişim kanalındaki aynı boşluğa daha çok çağrının sığmasını ve böylelikle kapasitenin arttırılmasını sağlar.
Problemler ses kabul kalitesi ve sesteki ani yükselmelerdir. Bu sorunu çözmek için taşıyıcılar 10Kbps ses örnekleyicileri yerine 13Kbps’lik örnekleyiciler kullanmaktadır. Bu kaliteyi arttırırken kapasiteden ödünler vermemize yol açar. CDMA ağları operatörlere yüksek kapasiteli güvenli sayısal sistemler, büyük kapsama alanları ve arttırılmış ses kapasitesi sağlarken en önemlisi 3G için iyi bir geliştirme platformu sağlar, CDMA2000. ayrıca her hücrenin her sektöründe aynı frekansın kullanılması ile basitleştirilmiş sistem planlaması önerir.
4.2. 3G Mimarilerine Geçiş – Evrimin Yaratılması
– 2.5G
Birinci ve ikinci nesil kablosuz ağlar ses ve düşük hızlı veri servislerini başarı ile yerine getirmektedir, bununla beraber, şimdiki hava ara yüzleri ITU tarafından IMT – 2000 için tanımlanan yüksek veri hızlarını karşılamaya yeterli değildir.
3G’ye gereksinim daha yüksek kapasite ve daha yüksek veri hızları içindir. Aslında daha yüksek kapasiteler temelde daha geniş bir spektrum parçası veya yeni gelişen hava ara yüzleri ile sağlanabilir, veri gereklilikleri de 2.5G teknolojilerini varolan ağlar üzerinde kullanarak yerine getirilebilir. Birçok durumda birkaç ağ elemanı ve yazılım güncellemesi ile daha yüksek hızlı paket verisi sağlamak mümkündür.
3G teknolojilerine yol açacak ara dönem teknolojilerine göz atalım. Birçok platform 2.5G teknolojilerini oluşturur:
3G’ye Değişim Yolları:
GPRS, HSCSD, EDGE ve CDMA 2000 gibi teknolojiler var olan GSM/TDMA ağlarında paket veri servisi ve arttırılmış veri hızları için gereklilikleri yerine getirirler. Aşağıdaki tartışmalar bu teknolojileri var olan ağ teknolojilerinin iyileştirilmesi olarak incelemektedir.
4.2.
( a ) Genel Paket Radyo
Servisleri - The
General Packet Radio
Service (GPRS)
GPRS aslında var olan GSM teknolojisinin üzerine serilen bir örtü gibidir, aynı hava ara yüzünde iki yeni ağ elemanı, SGSN ve GGSN ve yeni bir yazılım güncellemesi kullanarak paket veri servisleri sağlar.
GPRS paket iletimi üzerinde temellendirilmiş birkaç veri servisine çatı olması için tasarlanmış bir kablosuz servistir. Müşteriler sadece kullandıkları iletişim kaynakları için ücret öderler. Operatörün en değerli varlığı olan radyo spektrumu çokça kullanıcıya eş zamanlı olarak dağıtılabilir çünkü GPRS daha da çok veri kullanıcısını destekleyebilir. Daha yüksek veri oranları elde etmek için kullanıcı bir zaman slotundan daha fazlasına erişebilir.
GPRS, GSM içerisinde iki önemli ağ düğümü tanıtır bize:
GPRS Destek Düğümü Sunucusu - Serving GPRS Support Node ( SGSN ):
SGSN, MSC ile aynı hiyerarşik düzeydedir. SGSN mümkün olan mobil paket konumlarını izler, güvenlik işlevlerini ve erişim kontrollerini sağlar. SGSN BSC’ye frame relay ile bağlanmıştır.
GPRS Geçit Destek Düğümü - Gateway GPRS Support Node ( GGSN ):
GGSN dış paket ağlarına ( PDN ), verinin MS’e ulaşması için yönlend irme hedefini sağlamak ve amaçlanan hedefe mobil hücreden çıkan bilgiyi göndermek için, bir ara yüz oluşturur. GGSN dış paket anahtarlamalı ağlar arası çalışmayı sağlamak için tasarlanmıştır ve SGSN ile bir IP tabanlı GPRS omurga ağı üzerinden haberleşir.
Şekilde yüksek seviyedeki GSM/GPRS ağ mimarisi gözükmektedir. Şekil 6
BTS veya BCS’ye yerleştirilecek bir paket kontrol ünitesi de ayrıca gereklidir. Var olan ağ elemanları ve yeni ağ elemanları arasında birkaç yeni ara yüz tanımlanmıştır. GPRS ile sekiz zaman slotunu da aynı anda kullanarak maksimum teorik hız olan 171.2Kbps’ye ulaşılabilir. Bu, bugünün sabit telekomünikasyon ağları üzerinde mümkün olan hızların 3 katı büyüklüğünde, GSM ağları üzerindeki devre anahtarlamalı veri servisi hızlarının ise 10 katı büyüklüğündedir.
Aslında 64Kbps’ten daha büyük hızlar görülmeyebilir ama bu herhangi bir ikinci nesil ağının hızından çokça yüksektir. Ayrıca diğer bir avantajda kullanıcı her zaman ağa bağlıdır ama ağa bağlı kaldığı zaman için değil de sadece ilettiği veri miktarı için ücret öder.
Paket anahtarlama GPRS radyo kaynaklarının sadece veri gönderilip alınırken harcandığı anlamına gelmektedir. Bir radyo kanalını belli bir zaman aralığı boyunca bir mobil veri kullanıcısına bırakmak yerine, radyo kanalı değişik kullanıcılar arasında paylaştırılır. Dar radyo kaynaklarının bu etkin kullanımı çok sayıda GPRS kullanıcısının aynı bant genişliğini kullanması ve tek bir hücreden servis alması anlamına gelmektedir. Desteklenen kullanıcı sayısı yürütülmekte olan uygulamaya ve o anda ne kadar veri transferi yapıldığına bağlıdır.
GPRS üçüncü neslin sunacağı kadar büyük bant genişlikleri sağlamamasına rağmen, üçüncü nesil yolunda atılmış önemli adımlardan bir tanesidir.
4.2.
(b) Yüksek Hızlı Devre Anahtarlamalı Veri - High Speed Circuit Switched Data(HSCSD)
GSM’in devre anahtarlama özelliği her bir kanalda her bir zaman slotu için bir kullanıcıyı destekler. HSCSD tek bir kullanıcıya aynı anda birden fazla ( 4’e kadar ) kanala erişebilmesini sağlar. HSCSD, GSM çerçevesi içinde devre anahtarlamalı verinin evrimini temsil eder. HSCSD bir GSM hattı üzerinde 57.6 Kbps’ye kadar veri iletimini olanaklı kılar. Bu, birbirini takip eden ve her biri 14.4Kbps hızını destekleyen GSM zaman slotlarının birleştirilmesi ile yapılır. HSCSD’nin iletilmesi için 4’e kadar zaman slotu gereklidir, bu toplam 57.6Kbps’ye denk düşer. Bu bir ISDN B kanalında mümkün olan iletim hızına eşit bir hızdır. HSCSD, GSM spesifikasyonlarının planlanmış değişiminin bir parçasıdır ve GSM kısım 2 değişiminde yer almaktadır. HSCSD kullanımında arayan ve aranan terminaller arasında geçici bir bağlantı kurulur.
Devre
anahtarlamalı olduğu için HSCSD, video konferans veya çoklu medya gibi
uygulamalar için, paket anahtarlamanın daha uygun olduğu e-mail gibi kısa
süreli uygulamalardan, daha elverişlidir. HSCSD’nin
kullanıldığı ağlarda, GPRS üçüncü önceliğe sahiptir, birinci öncelik seste
ikinci öncelik ise HSCSD’dedir.
HSCSD’nin bir avantajı, GPRS internet gibi paket tabanlı ağlar ile haberleşmek için uygun iken, HSCSD’nin PSTN ve ISDN gibi diğer devre anahtarlamalı iletim ortamları ile haberleşmenin en iyi yolu olmasıdır.
HSCSD ile potansiyel bir teknik zorluk ortaya çıkar, bunun sebebi çoklu zaman slotlu bir ortamda devre anahtarlamalı arama esnasında aynı zaman slotları sondan sona mümkün olmadıkça bir mobil ağda farklı hücreler arasında dinamik arama iletimi çok karmaşıktır.
4.2. (c) Global Değişim için Arttırılmış Veri
Hızları - Enhanced Data Rates
for Global Evolution ( EDGE
)
EDGE’in temel amacı bir GSM/GPRS ağının
kullanılabilir bant genişliği kapasitesinin arttırılmasıdır. En yalın şekilde,
amaç 200Khz’lik taşıyıcı ve 8 zaman slotulu TDMA
içerisine daha çok veri biti sıkıştırmaktır.
EDGE, üçüncü nesil yolunda GSM ve TDMA’ya evrimsel bir yol sağlayan 400, 800, 900, 1800 ve
1900 bantlarında yeni bir zaman bölmeli çoğullama temelli radyo erişim
teknolojisidir.
EDGE var olan sistemlere hücre planlama
yapısını değiştirmeden adapte edilebilir. Ama GPRS’te
olduğu gibi, EDGE herhangi bir ek ses kapasitesi sağlamaz. İlk EDGE standardı
384Kbps mobil veri hızlarını destekleyebilir. Sekiz zaman slotu
da kullanıldığında 384Kbps’lik iletim hızına ulaşılmasına izin verir.
EDGE, GSM/GPRS zaman slotu yapısını tekrar ele alır ( Şekil 4 ). HSCSD ve GPRS’in her ikisi de her zaman slotu için veri biti oranlarında belli bir miktar artış sağlayan Gauss minimum kaydırma anahtarlaması ( GMSK ) üzerine temellendirilmiştir. Diğer yönden EDGE, hava ara yüzü üzerinde daha yüksek bit hızına izin veren yeni bir modülasyon türü üzerine temellendirilmiştir. Bu modülasyon tekniği sekiz faz kaydırma anahtarlaması ( 8 PSK ) olarak isimlendirilmektedir. Her bir modüle edilmiş sembol için, var olan GSM ve GPRS ağlarında kullanılan ve her sembol başına 1 bit kodlayan GMSK’ya karşın, 8 PSK üç bit kodlar. Bu otomatik olarak radyo koşullarına uyum sağlar ve böylelikle baz istasyonu yakınlarında ve iyi iletim koşulları altında en iyi performansı gösterir. Modülasyondaki GMSK’den 8 PSK’ye geçiş EDGE ile gelen en temel değişimdir ve bu GSM dünyasını ( ve TDM’i ) UMTS’ye hazırlar.
Şekil
7
EDGE’in ağ mimarisi GPRS’in ki ile temelde aynıdır. Aynı ağ elemanları, aynı ara yüzler, aynı protokoller ve aynı prosedürler.
Sadece bir EDGE alıcısı her bir hücreye eklenmek zorundadır.Çoğu üreticinin ön gördüğü BSC ve baz istasyonlarına yapılacak olan yazılım güncellemeleri uzaktan erişim ile sağlanabilecektir. Yeni EDGE alıcısı standart GSM trafiğini ele alabilir ve gerektiğinde otomatik olarak EDGE moduna geçiş yapabilir.
4.2. (d) CDMA2000
CDMA 2000’in Birinci Kısmı bir 2.5G teknoloji
platformudur çünkü CDMA 2000 için öngörülen IMTS – 2000 gerekliliklerinin
hepsini yerine getiremez.
CDMA 2000 1X servis sağlayıcıların var olan
ikinci nesil sistemlerini stratejik bir biçimde ağlarındaki hücrelerini 3G
teknolojileri ile donatarak değiştirmelerine izin verir. Bu 2G teknolojili
hücrelerin yenilenmesi veya 3G özelliklerine sahip hücrelerin kullanılması ile
sağlanabilir.
CDMA 2000 bugün müşterilerin talep ettiği
servislerin dağıtılması için bir hava ara yüzü ve merkezi ağ çözümüdür. Bu
servisler bazen 3G olarak alınır ki, 3G ve CDMA2000 eş anlamlıdır.
CDMA 2000 üçüncü nesil ağların kapsama yapılandırılması ve uygulanması için Operators Harmonization Group tarafından üzerinde karar kılınan hava ara yüzü Radyo Erişim Ailesi’nin bir modudur. Bu harmonizasyon çabasının bir amacı CDMA 3G -- CDMA2000 ve WCDMA’nın değişik modları arasında serbest global dolaşımın sağlanmasıdır.
CDMA 2000, operatörler ağlarını 3G servisler sunmak üzere değiştirdikleri süreç zarfında riskleri azaltmak, yatırımları korumak ve belirgin performans artışları sağlamak için tasarlanmıştır. CDMA 2000 ağları geriye dönüşlü olarak cdmaoNe’ye yatırım yapmış operatörlerin yatırımlarını koruyacak şekilde cdmaoNe teknolojisi ile tamamen uyumlu ve gelecek nesle geçişi ucuz ve etkin yollardan sağlayacak kadar esnektir. Bunlara ek olarak, CDMA 2000 ağları ses kalitesi, ses kapasitesi geliştirilmesi ve yüksek hız ile çoklu ortam veri servisleri için destek sunar.
3G’nin temelleştirildiği ve 3G için öngörülen teknolojileri bir tablo haline getirirsek:
|
2G Teknolojisi |
2.5G Teknolojisi |
Getirileri |
3G Teknolojisine geçiş |
|
GSM |
GPRS |
1)Yüksek hızlı paket veri servisleri 2)Hali hazırdaki radyo spektrumunu kullanır |
WCDMA |
|
IS – 136 |
EDGE |
1)Yüksek hızlı paket veri servisleri 2)Hali hazırdaki radyo spektrumunu kullanır |
WCDMA |
|
CDMA |
CDMA 2000 |
1)Yüksek hızlı paket veri servisleri 2)Hali hazırdaki radyo spektrumunu kullanır 3)1XRTT kullanılmıştır |
CDMA 2000 – MC çoklu taşıyıcısı |
4.3. 3G Mimarisi
3G ağları ses ve veri servislerinin etkin biçimde dağıtımını sağlayacak katmanlaştırılmış bir mimariye sahiptir. Katmanlaştırılmış bir ağ mimarisi standartlaştırılmış açık ara yüzler ile ağ operatörlerinin yeni servisleri çok çabuk tanıtıp uygulamasını mümkün kılacaktır.
Bu ağların tabanda yüksek kaliteli ses ve veri dağıtımı için destek sağlayan bir bağlantı katmanı olacaktır. IP veya ATM veya her ikisini birden kullanarak bu katman bütün veri ve ses bilgisini ele alacaktır. Bu katman yönlendiriciler, ATM anahtarlar ve transmisyon ekipmanları gibi merkezi ağ ekipmanlarından oluşur. Diğer ekipmanlar ses ve verinin merkezi bit akışı için destek sağlar.
En üstteki uygulama katmanı esnek servis üretimini mümkün kılan açık uygulama servis ara yüzleri sağlayacaktır. Bu kullanıcı uygulama katmanı son kullanıcının ödeme yapmaya istekli olabileceği servisleri kapsayacaktır. Bunlar e-ticaret, GPS ve diğer servislerdir. Uygulama ve bağlantı katmanı arasında MSC sunucularını, destek sunucularını, HLR ve bunun gibi ekipmanları yürüten bir kontrol katmanı mevcuttur. Bu sunucular aboneye herhangi bir servis sağlamak için gereklidir.
Üçüncü nesil gereksinimlerini karşılamak için GSM ağları GPRS/EDGE teknolojisine dönüşecektir ve geniş bantlı CDMA üzerine temellendirilen yeni bir hava ara yüzü kullanacaktır.
IS – 136 ağları 136+’ya dönüşecek ve daha sonra 136HS üzerinden daha yüksek veri hızları sağlayacaktır. Son olarak CDMA 2000 IS – 95 ağları için CDMA temelli bir dönüşüm yolu sunacaktır.
Şimdi de 3G kablosuz sisteminin en önemli ağ mimarilerinden birisi olan UMTS’yi inceleyelim:
UMTS, IU adı verilen standart bir ara yüz üzerinden bağlı olan iki temel elemandan oluşur. Bu elemanlar:
GSM’de karşılığı BTS olan B düğümünden ve GSM’de ki karşılığı BSC olan Radio Network Controller (RNC) – Radyo Ağı Denetçisi’nden oluşmuştur. UTRAN konseptinin bir yeniliği yeni bir modülasyon şemasının varlığıdır: Frequency Division Duplex (FDD) ve WCDMA. Bu mod koşullar ne olursa olsun – geniş alan, kırsal kesim, bina içi kapsaması, vb. – en yüksek etkinliği sağlar. Taşıyıcı 5Mhz frekansındadır.
Bu GSM’deki NSS’in eşdeğeridir. 3G’nin uygulanması ve GSM merkezi ağının dönüşümü için iki seçenek vardır:
a) ATM Temelli Mimari: Bu mimari bazı durumlarda GSM/GPRS’in iki alan mimarisini şunlar ile birlikte tekrar kullanabilir.
· Peket alanında GB yerine Iu – PS ( Paket Anahtarlamalı ) ara yüzü
· Devre alanında A yerine Iu – CS ( Devre Anahtarlamalı ) ara yüzü
b) İletim Bağımsızlığı ve Çoklu Ortam Mimarisi: Bu R’00 mimarisi Next Generation Networks ile gündemde ve kullanıcı ile kontrol düzlemlerinin birbirinden ayrılmasını önermekte. Ayrıca çoklu ortam özelliklerini de getirmekte.
3G ağlarında kullanılan en önemli teknolojiler WideBand CDMA ve CDMA 2000 MultiCarrier’dır. Aşağıda bunlardan en önemlisi W-CDMA tartışılacaktır.
4.3. (a) Geniş Bantlı CDMA - Wideband CDMA
CDMA üçüncü nesil iletişim sistemlerinde kullanılacak anahtar bir
teknolojidir. WideBand CDMA ise üçüncü nesil kablosuz
sistemleri için en uygun çoklu erişim ( hava ara yüzünde ) teknolojisidir.
W-CDMA bir 5Mhz kanal bant genişliği üzerine temellendirilmiştir. İlk
WCDMA 4.096Mcps’lik bir chip hızı önermektedir,
bununla birlikte son dönemdeki uzlaşmalar hem WCDMA hemde
CDMA 2000’i destekleyen terminallerin kolay uygulanması için 3.84Mcps’lik daha
düşük bir hız yönündedir. WCDMA ayrıca bir 10ms’de 16 slot/frame yapısı kullanacak ve hem ileri hem de geri
bağlantılarda saniyede 1600 kerelik bir hızda güç kontrolü sağlayacaktır. WCDMA’nın diğer bir önemli görünüşü CDMA 2000’de olmayan
asenkron baz istasyonu işlemleridir.
CDMA üzerine temellendirilen üçüncü nesil hava ara yüzü standartları
iki tip geniş bant CDMA üzerine yoğunlaşır: Asenkron ve Senkron Ağ. Asenkron
ağda baz istasyonları senkron değil iken senkron ağda
baz istasyonları her birkaç mikro saniyede bir birbirleri ile senkronize olur.
Asenkron baz istasyonu işletilmesi baz istasyonlarının
GPS ile haberleşmesi gerekliliğini ortadan kaldırır.
WCDMA fiziksel katmanı birisi rasgele erişim kanalı diğeri adanmış (
kullanıcı ) kanalında olmak üzere iki tip paket ulaşımı sağlayacaktır. Rasgele
erişim sadece yukarı bağlantılarda, kısa ve sık olmayan aramalar için
kullanılır. Bir rasgele erişimli bağlantı mobilden baz
istasyonuna hem kontrol hem de veri taşıyabilir. Adanmış bir kanal yukarı veya
aşağı bağlantıda daha uzun ve sık aramalar için adanmış bir erişim sağlar.
Rasgele erişim metodunda kanallar bağlantılar arasında ortadan kaldırıldığı
için sık olmayan kısa bağlantılarda bu yöntem daha etkindir.
WCDMA şu kontrol iletim kanallarını da barındırır: Yayın Kontrol Kanalı
( Broadcast Control Channel ), Sayfalama Kanalı ( Paging
Channel ), İleri Erişim Kanalı ( Forward
Access Channel ). Yayın kanalı aşağı bağlantıda
sistem kontrol bilgisini taşımak için kullanılacak iken sayfalama ve ileri
erişim kanalları rast gele erişimli kanalda bağlantıların geri bildirimleri için kullanılacaktır.
Aşağıdaki şekil bize geleneksel CDMA ile geniş bantlı CDMA arasındaki
farklar hakkında bir fikir vermektedir. Şekil ayrıca geleneksel CDMA ile geniş
bantlı CDMA’daki sinyal gücü iniş ve çıkışlarını da
göstermektedir.
Daha geniş spektruma sahip geniş bantlı CDMA daha zayıf iniş çıkışlara sahip iken, normal CDMA’nın büyük iniş çıkışlar gösterdiği şekilden gözükmektedir. Geniş bantlı CDMA’nın spektrumunda görülen video paketleri de ağ üzerinde diğer paketler ile birlikte gönderilebilmektedir.
3G kablosuz ağları ( 3GPP2 Sürüm 5 ALL IP Ağları ) bir Radyo Erişim Ağı – Radio Access Network ( RAN ) ve bir merkezi ağdan oluşur. Merkezi ağ, GPRS sistemindeki ile aynı işlevlere sahip 3G SGSN ve GGSN’i kapsayan bir paket anahtarlamalı alandan, ve ses aramalarını anahtarlamak için bir 3G MSC içeren bir devre anahtarlamalı alandan oluşur. Servisler için ücret kayıtları ve erişim ana ağın bir parçası olan Ücretlendirme Geçit Yolu İşlevi – Charging Gateway Function ( CGF ) tarafından yerine getirilir. RAN’ın işlevselliği merkezi ağın işlevselliğinden tamamı ile farklıdır. Erişim ağı mobil terminaller için değişik tipte merkezi ağ ve ağ servislerine erişimi sağlayan bir merkezi ağ teknolojisi sunar. Herhangi bir merkezi ağ herhangi uygun bir RAN servisine ulaşabilir.
Radyo erişim ağı Düğüm B ve Radyo Ağ Denetçisi ( Radio Network Controller ) olarak bilinen yeni ağ elemanlarından oluşur. Düğüm B, 2G kablosuz ağlarındaki Base Transceiver Station ile eşdeğerdir. Radyo kaynak yönetimini yapar, devre anahtarlamalı ve paket anahtarlamalı alanlara bağlantılar için kontrol ve destek geçişlerini sağlar.
RAN’daki ağ elemanlarının kendi içindeki bağlantıları ve RAN ile merkezi ağ arasındaki bağlantılar ikinci katman anahtarlama teknolojisi olan ATM temelli Iub, Iur ve Iu ara yüzleri üzerinden yapılır. Veri servisleri, servis kalitesi yüksek ve güvenilir bir iletim sağlayan ATM kullanan IP üzerinden terminal elemanları ile gerçekleştirilir. Ses ATM içine B düğümlerinden gömülür ve RNC üzerinden ATM ile iletilir. Iu ara yüzü iki bölüme ayrılmıştır: devre anahtarlamalı ve paket anahtarlamalı. Iu ara yüzü, AAL2 teknolojisi kullanarak ses trafiğinin sanal devrelerde içine gömüldüğü ATM ve veri trafiği için AAL5 teknolojisi kullanan IP-over-ATM üzerine temellendirilmiştir. Bu trafik tipleri bağımsız olarak veri için 3G SGSN ve ses için 3G MSC’ye anahtarlanır.
Bütün bu söylenenler bir araya konulduğunda 3G Ağ Mimarisi aşağıdaki şekildeki gibi olmaktadır.
Şekil 9
Aşağıda bir 3G kablosuz ağ yapısında her bir protokol katmanının kısa açıklamaları yer almaktadır:
Global Mobility Management (GMM)- Global Yerdeğişim Yönetimi: Ekleme, ayrılma, güvenlik ve yönlendirme alanı güncellenmesi işlevlerini kapsayan protokol.
Node B Application Part (NBAP) – Düğüm B Uygulama Kısmı: Sayfalandırma dağıtımı, yayın sistem bilgisi ve adanmış ile mantıksal kaynakların yönetimi için prosedürleri sağlar.
Packet Data Convergence Protocol (PDCP) – Paket Veri Birleşim Protokolü: Yüksek seviye protokolleri için geçirgenliği sağlar.
Radio Link Control (RLC) – Radyo Link Kontrolü: Radyo ara yüzü üzerinde mantıksal link kontrolünü sağlar.
Medium Access Control (MAC) – Ortam Erişim Kontrolü: Radyo kanalı için erişim işaretleşme kontrolünü sağlar.
Radio resource Control (RRC) – Radyo Kaynak Kontrolü: Radyo iletişim yollarının yerleştirilmesi ve korunmasını yönetir.
Radio Access Network Application Protocol (RANAP) – Radyo Erişim Ağı Uygulama Protokolü: Yüksek katman sinyallerini kapsüller. RNC ile 3G-SGSN arasındaki işaretleşme ve GTP bağlantılarını ve RNC ile 3G MSC arasındaki devre anahtarlamalı bağlantıları ve işaretleşmeyi yönetir.
Radio Network Service Application Part (RNSAP) – Radyo Ağı Servis Uygulama Kısmı: RNC’ler arasındaki iletişimi sağlar.
GPRS Tunnel Protocol (GTP) – GPRS Tünel Protokolü: Yönlendirme bilgisi ekleyerek protokol veri ünitelerini IP omurgası içinde tünelleyen protokoldür. GTP, TCP/UDP’nin en üstünde IP’nin üzerinde çalışır.
Mobile Application Part (MAP) – Mobil Uygulama Kısmı: SGSN/ GGSN ve HLR /Auc/EIR arasında işaretleşmeyi sağlar.
AAL2 Signaling (Q.2630.1, Q.2150.1, Q.2150.2, AAL2 SSSAR, and AAL2 CPS) – AAL2 İşaretleşmesi: ATM adaptasyon katmanı 2’yi kullanarak ATM omurgası üzerinden ses iletimini sağlayan protokol.
Sigtran (SCTP, M3UA): SNC işaretleşme protokollerini IP ağ üzerinden iletmek için kullanılan protokol.
5.
UMTS’ye Bakış
Araştırmanın bu kısmında tartışma 3G evriminin UMTS kolu üzerinde yoğunlaşacaktır. UMTS konseptlerinin altı çizilecek, IP ve IP ilintili teknolojilerin, Çoklu Protokol Etiket Anahtarlaması – Multi Protocol Label Switching ( MPLS ) gibi, avantajları anlatılmaya çalışılacaktır.
Kablosuz yapıda MPLS kullanılmasının bir çok nedeni vardır. Birincisi MPLS etkin ve pratik bir tünelleme teknolojisidir. Etiket Anahtarlamalı yol – Label Switched Path ( LSP ) adı verilen MPLS tünelleri kullanılarak bir ağ etkin biçimde yaratılabilir ve yönetilebilir. MPLS’de tünel yönlendirmesi ağda tek bir düğümde bir etiket değişimi ile çarçabuk gerçekleştirilebilir. Dahası bu teknolojiyi kullanarak MPLS’in servis kalitesi, trafik mühendisliği, hızlı restorasyon ile Sanal Özel Ağ ( VPN ) gibi IP servis destekleri gibi tanımlanmış yeterliliklerinin avantajlarını kullanabiliriz. Ortaya çıkan MPLS tabanlı şema bütün ALL IP ağ modellerine uyar ve ağ tasarımını kolaylaştırır.
5.1.UMTS Konsepti:
Bir 3G UMTS ağının standart ara yüzleri ve elemanları aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
İki yer üstü ağ parçası vardır,
UMTS Radyo Erişim Ağı - Radio Access
Network (UTRAN) ve Merkezi Ağ - Core Network (CN). İkisi birlikte bir mobil operatörün admin
alanını oluşturmaktadır.
Bir mobil
kullanıcı ekipmanı – User’s Equipment(UE),
UMTS’de B düğümü adı verilen çoklu baz
istasyonları ile kablosuz Uu ara yüzü üzerinden
haberleşir. Şekilde bunlar erişim noktası – Access Point
(AP) olarak görülmektedir. Çıkış yapan ( uplinking )
kullanıcı-seviyeli paketler UE tarafından iletim bloğu adı verilen Radyo Ağ
Katmanı - Radio Network Layer
(RNL) çerçevelerine bölümlenir. Bunlar Radyo Frekans Katmanı’nda - Radio Frequency Layer, WCDMA erişim ve
modülasyon teknikleri kullanılarak mobilin erişim menzili içerisinde taşınır.
Her bir AP, iletim bloklarının bir setini RNL çerçeveleme protokolü - RNL framing protocol (FP) dahilinde kapsüller ve çerçeveyi Radyo Ağ Kontrolcüsü’ne - Radio Network Controller (RNC) Iub ara yüzü üzerinden iletir.
Mobil kullanıcıya
birden fazla AP hizmet ediyorsa, bunların farklı RNC’leri
varsa, bunlardan sadece bir tanesi o mobil için hizmet veren RNC olur. FP
çerçeveleri kontrol eden ve hizmet veren RNC’ler
arasında Iur ara yüzü üzerinden taşınır. Hizmeti
veren RNC kendisine farklı kaynaklardan gelen aynı iletim bloğunun faklı
kopyalarından bir tanesini seçmekle yükümlüdür. Ayrıca kullanıcının bağlantı
katmanı durumunu korur, yani kullanıcı kimliğini AP’lerin
kimlikleri ve o anda kullanıcıya hizmet veren AP’lerin
iletişim kanalları ile haritalar. AP’ler ve RNC’ler arasındaki iletim ağı geleneksel olarak noktadan
noktaya T1 hatlarından oluşmuştur.
UMTS’deki merkezi ağın paket anahtarlamalı bölümü iki tip GPRS destek düğümünden oluşmuştur, GPRS Destek Düğümü Sunucusu - Serving GPRS Support Node ( SGSN ), ve GPRS Geçit Destek Düğümü - Gateway GPRS Support Node ( GGSN ). Veri ağı ile haberleşebilmek için mobil kullanıcı bir GPRS ekle işlemi ile merkezi ağa kayıt olmalıdır. Bu o kullanıcıya özel, iki GPRS Tünelleme Protokolü Oturumu’nun – GPRS Tunelling Protocol Sessions ( GTP sessions ) açılmasın sebep olur: RNC ile SGSN arasında Iu ara yüzü üzerinden ve SGSN ile GGSN arasında Gn ara yüzü üzerinden. Kullanıcı seviyeli paketler GTP çerçevelerine kapsüllenir ve GGSN ile RNC arasında seçilmiş bir iletim ağı üzerinden taşınır. Bu ağ ATM temellidir.
GPRS eklentisi üzerine, RNC’de kullanıcı kimliği ve GTP oturumu arasında bir haritalandırma yapılır. Buna ek olarak GGSN’de bir kayıt açılır ve bu kayıt kullanıcının IP adresi ve ilgili SGSN ile birlikte GTP oturumu arasındaki haritalandırmayı tutar. SGSN kullanıcının RNC’ler arası dolaşımını ele alır, GGSN ise SGSN’ler arası dolaşımını. Mobilin hizmet veren RNC’si aynı SGSN menzili dahilinde değiştiğinde, bu GTP oturumunun SGSN ve RNC arasında tekrar yönlendirilmesi anlamına gelmektedir. SGSN ve GGSN arası oturuma ise dokunulmaz. Diğer taraftan dolaşım farklı bir GPRS eklenti noktası ile sonuçlanıyorsa, yani faklı bir SGSN, her iki kullanıcı özel GTP oturumu tekrar kurulur. Dolaşım yönetimine ek olarak GGSN’ler çok çeşitli hesap ve güvenlik işlevlerini ağ mimarisini etkilemeden yerine getirir.
5.2. IP ve MPLS Kullanımı:
Bir mobil ağ parçasında iki önemli mod vardır. Birincisinde son kullanıcı paketinin hedef IP adresi, yönlendirme kararını verirken kullanılmaz. Yerine paketler bir orta katmana kapsüllenir ( örneğin Iub ara yüzünde FP, CN’de GTP ). Kapsüllenmiş veri birimleri daha sonra başka bir IP katmanı üzerinden bölümler arasında iletilir. Var olan bir çok teknoloji önermeleri bu yaklaşıma uyar. Bu, mobil operatörüne 2G ağa ait elemanlarının büyük bölümünü koruması fırsatını verirken operatörün sadece iletim katmanını noktadan noktaya hatlardan veya ATM ağdan IP temelli ağa dönüştürmesini gerektirir. Buna IP kullanımının iletim modu denir.
Alternatif olarak , son kullanıcının IP paketi diğer orta katmanları işin içine katmadan, IP yönlendirmeli olarak hedef adresine iletilebilir. Buna IP kullanımının doğal modu denir. Aşikardır ki, orta protokol katmanlarının yokluğu daha yüksek bir etkinliğe yol açar. Dahası bu modu kullanan bir mobil ağın parçaları herhangi bir kablosuz teknolojiye has olan düğümleri gerektirmez ve bu yüzden operatör tarafından heterojen erişimli ağları desteklemek için kullanılabilir. Bundan dolayı bir ALL IP ağının büyük bölümünde IP’yi doğal modda uygulamak daha avantajlıdır.
MPLS, IP ile beraber kullanıldığında geleneksel IP adresine bak ve ilet işlevini daha hızlı çalışan etiketine bak ve anahtarla işlevi ile değiştiren bir teknolojidir.
Bir IP/MPLS tabanlı bölümde, IP
başlığı sadece bölümün giriş ve çıkış noktalarında analiz edilir. Giriş
noktasında paket belli bir İletme Eşdeğer Sınıfına - Forwarding Equivalence Class (FEC) atanır. FEC paketin uzatılmış başlığına kısa
boyutlu bir etiket olarak kodlanır. Bölüm içinde sonraki durak noktalarında, IP
analizi gerçekleştirilmez, bunun yerine etiket, yeni durak noktasını ve yeni
etiket değerini bir tablo içerisinden belirleyen bir indeks olarak kullanılır.
Belli bir FEC için bir sonraki durak ataması ya geleneksek yönlendirme
protokolleri yada statik olarak önceden belirlenmiş
şekli ile yapılır. Bir FEC’e ait paketin izlediği yol
MPLS bölümü içinde o FEC için Anahtarlamalı Yol - Label Switched Path (LSP) olarak isimlendirilir. MPLS anahtarlamasını
sağlayan içi düğümler Etiket Anahtarlama Yönlendiricileri – Label
Switching Routers ( LSRs) olarak, kenarlardaki yönlendiriciler ise Etiket Kenar
Yönlendiricileri – Label Edge
Routers ( LERs ) olarak
adlandırılır.
3GPP spesifikasyonları iletim katmanı
uygulamasını açık bırakır. Buna bağlı olarak IP/MPLS UTRAN içerisinde iletim
için kullanılabilir.
Bu modu Iub ara yüzünde kullanmak için FP çerçeveleri IP paketlerine kapsüllenir. Yukarı bağlantı yönünde paketin hedef adresi sabittir ve kontrol RNC’sine işaret ederken, aşağı bağlantı yönünde adres kullanıcıya hizmet eden AP’ye ( veya AP’lere ) aittir.
Hizmet veren AP’nin saptanması RNC tarafından korunan bağlantı katmanı durumu kullanılarak yapılır. Özel olarak, kullanıcının IP adresi UTRAN içerisinde hiçbir zaman iletim amaçlı kullanılmaz, kararlar RNL özellikli protokoller ile verilir.
Benzer bir düşünce ile merkezi ağın Iu ve Gn ara yüzlerinde GTP çerçeveleri IP paketlerine kapsüllenir. Bu paketlerin hedef adresi ağ elemanlarıdır, yani RNC, SGSN, GGSN’dir, kullanıcının IP adresi değil. İletim kararları bu düğümlerdeki GTP haritalandırma tablolarına göre verilir. MPLS iletimi için, LSP’ler ağ operatörü tarafından daha önceden RNC’ler, SGN’ler ve GGSN’ler arasında ayarlanır.
6. 3G
Standartları
3G mobil kablosuz ağların performansını geliştirmeye ve etkinliğini arttırmaya odaklanmış uluslar arası standart ve teknolojilerin toplamı için kullanılan bir endüstri terimidir. 3G yüksek hızlı kablosuz veriye bir referanstır. 3G standartlarını öneren ve geliştiren birçok grup bulunmaktadır.
Şimdiki servisler ve 3G servisleri için teknik standartları koordine eden ana grup, Third Generation Partnership Project ( 3GPP ) – Üçüncü Nesil Ortaklık Projesi, kablosuz ve kablolu ağlara uyumluluk getirme gayretinde olan sayısal video verisinin bu ağlar üzerinde taşınması fikrini getiren Japonya kaynaklı bir öneriye dayanmaktadır.
3GPP dışında diğer birkaç proje daha mevcuttur: ETSI, SMG, ARIB, vb. Aşağıda bu projelerde sunulan standartların bazıları tartışılmaktadır.
ITU, IMT – 2000 gerekliliklerine uyan beş standardı kabul etmiştir ki bunlar araç içi iletimde 144Kbps’yi, yaya kullanımında 384Kbps’yi, bina içi kullanımında ise 2Mbps’yi sağlamaktadır.
Önerilen 3G standartları:
· CDMA-I
IMT – 2000 :
Uluslararası Telekomünikasyon Birliği ( The International Telecommunication Union ), 3G için Uluslararası Mobil Telekomünikasyon ( International Mobile Telecommunications – MT-2000 ) olarak isimlendirilen standartları geliştirmiştir. IMT – 2000 standartları, pazar şartlarına bağlı olarak 2000 yılında servis vermeye başlamış üçüncü nesil mobil sistemlerdir. Bu sistemler bir veya daha fazla radyo link aracılığı ile sabit telekomünikasyon ağları ( PSTN/ISDN/IP gibi ) tarafından desteklenen geniş bir telekomünikasyon servis yelpazesine ve mobil kullanıcılara özel olan diğer servislere erişimi sağlayacaktır.
WCDMA :
1997’de Japonya’nın en önemli standartlar yapısı ARIB (Association for Radio Industry and
Business ) geniş bant CDMA olarak bilinen bir üçünü nesil radyo iletim teknolojisinde başı çeken güç haline geldi. Avrupa’da Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü ( European Telecommunications Standards Institute (ETSI) ) ve Özel Mobil Grup Teknik Alt Komitesi ( Special Mobile Group (SMG) technical subcommittee ) UMTS standardizasyonu için en genel sorumluluğa sahiptir. ETSI ve ARIB teknik önerilerini tek bir harmonize WCDMA hava ara yüzü etrafında birleştirmeyi başardılar.
WCDMA taşınabilir kablosuz elektronik eşyalar için bugünün
pazarında sunulan hızlardan çok daha üstününü sunan bir 3G mobil kablosuz
teknolojisidir.
CDMA 2000 :
IMT-CDMA Çoklu Taşıyıcı veya IS-136, olarak da bilinen CDMA 2000, ITU tarafından geliştirilen IMT 2000 standardının bir kod bölmeli çoklu erişim versiyonudur. CDMA 2000 teknolojisi bir üçüncü nesil mobil kablosuz teknolojisidir ve 144Kbps’den 2Mbps’ye kadar mobil veri iletişimini destekleyebilir.
CDMA –1 :
CDMA One veya cdmaOne, 1993 yılında standartlaştırılan ITU IS-95 (CDMA) kablosuz ara yüz protokolünü simgeler ve bir ikinci nesil mobil kablosuz teknolojisi olarak anılır.
7. 3G’nin Pazar Tahminleri
Ne zaman ki yeni bir ürün veya servis tanıtılır, onun gerçeğe dönüşmesi için birkaç basamak gereklidir.
Üçüncü nesil – sayısal ses ve veri iletiminde paket tabanlı yaklaşım – 2005 yılına kadar Amerika’da elli milyon kablosuz hat müşterisi tarafından kullanılacaktır. Yalnız 3G ağları kullanılmaya başlamadan önce, bu pazarda yer alan bütün taraflar; servis sağlayıcılar, teknoloji üreticileri, yazılım üreticileri ve hatta kullanıcılar 3G’ye geçiş planlarını kavramak zorundadır.
3G ile değişik pazarları takip etmemiz gerekmektedir. Avrupa abone veri tabanı konusunda başı çekerken, Asya uygulama ve teknolojide önde, Amerika ise IP ve Internet konularında ileridir.
Aşağıdaki grafikte 2005 yılında tüm dünya çapında 3G ürünlerini kullanacak abonelerin öngörülen pazar dağılımları görülmektedir. 2005 yılında toplam abone sayısı 305 milyon civarında öngörülürken, bu sayının 2010 yılında 2.5 katına çıkacağı tahmin edilmektedir.
8. Sonuç
Yeni nesil kablosuz servisleri, genel kapasitelerinin arttırılması yanında, yeni talep ve kullanım şekilleri yaratacaktır ve bunlar da sonuçta sistem yapılarının ve servislerin sürekli evrimine ve geliştirilmesine itici güç teşkil edecektir.
3G ağlarının geliştirilmesine devam edilecek ve yakın gelecekte bu gelişimler başı çekecek iken 2G ağları da devamları artırımlar ve şimdiki 2G standartlarının üstüne çıkılması şeklinde evrimleşmeye devam edecektir. Şimdiki 3G çözümleri ikinci nesil ile birlikte yer alacaktır ama tamamı ile üçüncü nesle doğru yürümektedir.
Bir çok firma yeni nesil sistem ve servisleri üzerinde çalışmaktadır. Taşıyıcıların 2G’den 3G’ye birden fazla göç yolu vardır. GSM için en iyi yol GPRS ve/veya EDGE’dir. GPRS üçüncü nesil değildir ama şu anki devre anahtarlamalı veri yaklaşımlarını hızlandıran bir yüksek hızlı paket bazlı sistem sunmaktadır. GPRS dünyadakinden biraz daha geç olarak ülkemizde kullanıma sunulmaya başlamıştır fakat çoklu medya destekleri artan pazar talepleri ile GPRS’in hayatımıza daha hızlı gireceğini müjdelemektedir.
3G hız, servis çeşitliliği, bilgi erişimi ve paylaşım demektir.
Kaynakça:
-
Soumya Kanchibhotla, Venkata Nagulapati, Smitha Makineni - Third Generation Wireless Networks – George Mason University
– 2002
- Fabio M. Chiussi, Denis A. Khotimsky, Santosh Krishnan - Mobility Management in Third Generation All-IP Networks - Bell Laboratories, Lucent Technologies – IEEE Communications Magazine September 2002